溢多利饲用酶制剂的生产与应用

溢多利饲用酶制剂的生产与应用摘要：本文概述了优质饲用酶制剂生产过程中配方设计技术、酶源发酵法生产技术、后处理技术、复配技术等；并对饲用酶制剂的应用进行了综述。关键词：饲用酶制剂；生产技术；应用饲用酶制剂是动物科技发展到一定时期出现的一种新型饲料添加剂，九十年代初才进入我国，短短的几年时间已从探索性应用效果研究发展到广大养殖业经营者较广泛的认同和使用，发展异常迅速。下面，结合我们的工作，就饲用酶制剂的生产技术及其应用作一阐述，以期对这一行业的进一步发展有所裨益。一般来说，一个好的饲用酶制剂产品的生产过程大致需经过多酶系统的设计，酶配方的确定，酶源的发酵生产，后处理技术，复配技术等步骤方能形成产品；而其应用对象则有猪、禽、反刍动物、水产动物等之分。1饲用酶制剂多酶系统的设计技术饲用酶制剂的生产技术，首先面临的问题是多酶系统之设计问题，这可以从其功能谈起。饲用酶制剂的基本功能有二：补充动物内源性消化酶的不足和消除多种抗营养因子，然而不同种类、日龄、状态下的畜禽之消化酶的分泌情况存在着明显的差异性，日粮对消化的需求及其抗营养因子存在的状态等也因日粮类型的区别而发生变化，据此，周玉言（1992），王放银（1992），李平化（1992），赵先勉（1992）等在各自的文章或译文中最早提出饲用酶制剂应有日粮和动物的针对性，这二个原则应为饲用酶制剂多酶系统设计的基本原则。1.1根据饲料的特异性设计酶配方的原则日粮消化中主要存在的问题之一是抗营养因子问题，这里所指的抗营养因子是指大量存在的主要起物理性抗营养作用的因子，化学成份来说即非淀粉多糖（NSP）。非淀粉多糖主要分为水溶性非淀粉多糖（SNSP）（如：木聚糖、β—葡聚糖、甘露聚糖、果胶等）和非水溶性非淀粉多糖（NNSP）（如纤维素、木质素等）。因非淀粉多糖类抗营养因子的种类、含量之不同而对日粮进行大致的分类如下：1.1.1低粘度日粮：指玉米—豆粕型日粮，为我国的常规日粮。主要抗营养因子有木聚糖（玉米：4.3%）、果胶（豆粕：14.0%），乙型甘露聚糖（豆粕：1.85%—2.3%）等，它们产生了消化道较低的粘度，乙型甘露聚糖还抑制小肠对葡萄糖的吸收；所以针对此类型日粮的主要酶种为木聚糖酶，果胶酶和甘露聚糖酶等。1.1.2高粘度日粮：指小麦、大麦、米糖含量较高的日粮，它们会造成动物肠道极高的粘度，严重影响消化吸收，但粘度来源又不一样。小麦粘度的主要来源为木聚糖（如木聚糖6.1%，β—葡聚糖含量很低：0.5%），故应以木聚糖酶为主要酶种；大麦粘度的主要来源为β—葡聚糖（3.3%）和木聚糖（7.6%），故应以β—葡聚糖酶和木聚糖酶两者兼顾。黏度问题在饲用酶制剂作用机理研究中，研究得较深入。White(1981)在研究大麦、燕麦，Choct(1992)在研究小麦时指出这二类能量饲料中的β-葡聚糖(β-glucan）和阿拉伯木聚糖（arabinoxylan）分别为主要抗营养因子，其抗营养作用是产生食靡的黏度，而相应酶种对黏度的消除能有效地提高动物的消化吸收率。1.1.3高纤维日粮：指稻谷粉、糟渣、麸皮含量较高的日粮，其主要的抗营养因子是纤维素，自然纤维素酶应为其主要酶种。但天然纤维素结构致密，具有结晶区、非结晶区，尤其结晶区几乎不可能酶解降解。所以纤维素酶不能定位于分解纤维素提供能量，而应定位于摧毁或部分摧毁植物性原料的细胞壁，有助于胞内营养物质的释放及与消化酶的接触；同时注意纤维素酶与其它酶种的配合。1.1.4杂饼、粕日粮：指棉、菜籽饼粕，葵籽粕等含量较高的日粮。主要抗营养因子：粗纤维（如菜籽粕含纤维素7.0%）、果胶（如菜籽粕含果胶：11.5%）、乙型甘露聚糖（如芝麻粕5.6-7.0%，豆皮14.5%，葵籽粕1.14-1.55%，菜籽粕1.1%，棉籽粕0.72%等），相应的最主要酶种为纤维素酶、果胶酶、乙型甘露聚糖酶等。总之，多酶系统设计时，日粮针对性是非常突出的；同时可见，适合目前我国常规日粮的消除抗营养因子之最适酶种为：木聚糖酶、果胶酶、乙型甘露聚糖酶，且主要是针对肠道粘度下降等，β—葡聚糖酶显得并不重要。1.2根据畜禽的特异性来设计酶配方的原则：目前的饲料酶绝大部分是加入饲料中在动物消化道内发挥作用的，所以酶配方的设计必须适应动物消化道的特点，并注意动物的种类、生长期的不同，消化生理的差别。1.2.1根据畜禽消化道生理条件来选择饲料酶种：南京农大（1980）主编的《家畜生理学》和斯托凯（1982）主编的《禽类生理学》中指出，猪与禽消化道通常温度在38—40℃左右，胃pH1.5-3.5，小肠pH5-7，大肠接近中性；畜禽消化道各段的消化功能，胃主要消化蛋白质、淀粉，小肠则是蛋白、淀粉、脂肪的主要消化吸收集中地，大肠对粗纤维可以起酵解作用。所以胃和小肠应视为饲料酶主要发生作用的场所，也就是要以胃和小肠的条件来筛选饲料酶种。据此，饲料酶种其最适作用温度应在38—40℃的为好，最适pH值在5-7的可让它在小肠中发挥作用（但这类酶种需考虑pH保护即定点释放的问题），等等。所以，按这样条件来看，有些酶种虽有特长，但并不能认为是好的饲料酶种，例如耐高温α—淀粉酶（高淀），95℃下能长时间发挥优良作用，105℃的瞬间高温也能耐受，这对饲料制粒时耐高温来说是极优良的特性，然而按肠道条件下，测其酶活，结果很不理想，因而它并不是一种很好的饲料酶种。1.2.2猪、禽、反刍动物、水产动物所用的复合酶配方应有差别：一般来说，猪的消化道比禽的长、组成、结构、消化腺、食糜环境以及食糜的停留时间等都差别很大。例如猪进食后18-24hr开始排出粪便，约维持12小时才能排完；相比之下，禽则要快得多，禽饲喂含氧化铬染料的饲料，2.5hr内即可在其粪中发现氧化铬，24hr即可排净。由此说明禽类消化时间短，消化得不彻底，所以禽类饲料酶活水平或添加的比例要大于猪。反刍动物、鱼虾类消化道情况及适用的酶制剂就更有其特殊性了。1.2.3针对不同日龄动物设计酶配方：通常情况下，幼年动物消化系统发育不完善，各类消化酶分泌不足，成年动物应激状态可大大减少其消化酶的分泌量，老龄蛋鸡消化腺退化，针对这些阶段的动物复合酶，应以补充消化酶为主。而成年正常动物，消化酶充足，但日粮营养水平较低，抗营养因子含量较高，其适用的复合酶应以消除抗营养因子的非消化酶为主。等等。综上所述，饲料酶多酶系统的设计，既要考虑日粮的特异性和多样性，又要考虑动物消化道的特点和特异性，只有这样才能获得针对性强，效果好的酶配方。2酶配方确定：酶配方的确定一般是按照下列步骤来进行的：2.1充分了解，研究各单一酶种的功能、性质。2.2采用精密的化学分析方法与甲基化分析技术，了解饲料结构、化学特性及其组分降解所需的酶系统。2.3通过健康动物消化酶活性监测和模拟，摸清动物所需补充的酶系统。2.4确定酶种以后，再根据酶学特性及消化生理的一般数据，建立方程，推导出大致酶活范围。2.5通过动物试验和体外消化试验，筛选最佳配方。3饲用酶制剂酶源的发酵法生产技术饲用酶制剂酶源全面地讲来自于动物、植物、微生物。动、植物来源的酶一般是通过提取工艺制备的，然而含酶组织来源有限，价格较高，多作药用，大量用作饲料酶源有一定困难，因而饲用酶制剂的主要酶源是微生物发酵而获得的。3.1常用产酶菌种：一般用于微生物发酵的产酶高产菌种情况如下：α-淀粉酶：解淀粉芽孢杆菌BF-7658，地衣芽孢杆菌A.4041，米曲霉，黑曲霉，拟内孢霉等；糖化酶：黑曲霉UV?/FONT11，根霉，臭曲霉，泡盛曲霉，红曲霉等；蛋白酶：枯草杆菌1398，栖土曲霉3.942，米曲霉3342，黑曲霉3350，宇佐美曲霉537等；脂肪酶：解脂假丝酵母415等；纤维素酶：里斯木霉，康氏木霉，绿色木霉等；果胶酶：黑曲霉CP85211，黑曲霉3.396-20-30等；木聚糖酶：黑曲霉，木霉，枯草杆菌等；植酸酶：黑曲霉，无花果曲霉，工程菌（工程细菌、工程酵母菌）等。当然这些工业生产用菌株是否可用于饲用酶制剂的生产，仍需对其酶系特点、比例以及各酶种的酶学特性进行详细分析，才能确定。溢多利系列产品的主要酶源均系微生物来源的酶，我们拥有多株世界级水平的菌株，为产品的优质高效提供了根本的保障。3.2生产工艺：适合作饲料酶用产酶高产菌株的筛选发酵种子的扩大培养发酵原料的配制灭菌接种发酵罐发酵后处理精料酶源复配工艺产品。3.3生产过程中的产品质量控制：微生物发酵法生产饲用酶制剂过程中产品的质量控制也是致关重要的一个环节，我们是从三个方面做的。第一，饲用复合酶是一种饲料添加剂，这就如同人的食品一样不应存在任何有毒、副作用的物质，要做到这点，首要的一条是采用的微生物发酵菌株在追求高产的同时，还必须是绝对安全菌株。第二，生产过程的安全控制是我们注意的第二个方面，所有霉变的原料，非食品级的各种化学试剂等是绝对不允许进入生产过程的。第三，发酵质量的控制，酶活水平的表达是产品质量的根本保障。为了做到这点，我们在设备选型、人员培训、防止污染、发酵工艺参数（温、湿度，通气，搅拌，pH等）的控制，以及科学而严格的管理等方面均下了很大的力气，保证了各菌种酶活潜力得到最大程度的表达。4后处理技术首先要解释的一点，饲用酶制剂的后处理技术，有别于生化工程中以提纯为目的后处理，是指以提高酶的稳定性（贮存稳定性，耐高温稳定性等）以及具有定点释放能力为目的后处理技术。饲用酶制剂的主要功能因子是酶，酶是蛋白质，遇到高温、酸、碱、蛋白酶等因素会失活，而饲料制粒存在高温，动物胃中有大量的盐酸，所以有没有后处理技术，后处理技术是否有效是衡量一个饲用酶制剂产品质量好坏的标准之一。下面以耐高温稳定化为例来阐述后处理技术。酶的稳定性的提高主要是借鉴极端环境微生物菌种筛选，蛋白质工程，酶工程等领域的一些技术和方法，其中又以提高热稳定性在饲料酶行业里最具现实意义。从理论上说，酶蛋白受到过度的热作用，会导致可逆、不可逆变性而失活，酶工程中提高酶热稳定性的方法通常有化学修饰法（如双功能基团对酶分子的共价交联等），固定化法（如载体吸附法、大分子包埋法等），添加多元醇、酯类表面活性剂及中性盐法，有机相的催化等等。相比较而言，共价交联等化学修饰法在执行过程中酶活损失严重，对饲料工业不够实用，而非激活剂中性盐等提高效果也不明显，有的甚至有反作用，加之，这些方法中有害试剂的残留，为饲料工业所不允许；极端环境菌种的筛选对提高酶的热稳定性存在局限；蛋白质工程、有机相的催化等方法，在研究领域、其他工业领域很有效，但均不能应用于饲料添加剂领域；所以，饲料酶的热稳定性提高应从食品级稳定剂的添加、载体吸附、包埋等方面入手。有关酶的热稳定性方面，我们做了大量的工作，取得了阶段性成果，这种成果已贯彻到我们的产品之中，解决了大部分问题，还有一小部分问题是通过生产配方执行过程中，补加失活部分的酶活，使制粒后酶活水平达到动物试验筛选的配方水平。我们溢多利公司的溢多酶系列产品由于采用了最新的成果，在耐高温制粒方面，保持了国内的领先地位。5复配技术：饲用酶制剂生产的最后一个环节是复配，所谓复配是指将酶源按配方配制成产品的过程。复配技术大致有四条思路可执行。5.1完全复配法：即生产或购买各种单一酶制剂，按配方复配，再加分散剂、稀释剂而成。这种方法，只要酶制剂质量可靠，配方之主要酶种可执行得非常精确。但缺点很多，如次要酶种的兼顾性不足，商品酶制剂的使用增加了成本，缺乏其他的生长刺激因子等。这是早期的饲用酶制剂生产所普遍采用的方法。5.2单菌种发酵、补加酶法：通过遗传育种途径获得主要方面已符合配方要求的优良高产菌株，发酵后，按配方进行补加和调整。5.3多个单株发酵、互补复合法：每种微生物各有其特色的酶系，单独发酵以后，可获得多种具特色酶系的酶源，然后互补复合生产符合配方要求的产品。5.4多菌株混合发酵，自然互补酶系法：即将各个菌株混合接种，一次发酵形成符合配方要求的产品。该法理论上行得通，实际大生产操作过程中，因微生物生长产酶条件需求各异，相互拮抗，故发酵波动大，质量不好控制。几种方法比较可见，唯5.2、5.3法在大规模生产操作中成本低，可操作性强