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系统动物营养学在酶制剂领域的应用与饲料酶营养学的构建 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 13-11-02

    饲料酶制剂研究发展很快,但是目前饲料酶制剂开发仍然存在许多问题,酶制剂在畜禽日粮中的应用还有不少的争议,而且这些问题和争议将会很长时间存在,目前不少的饲料酶制剂产品达不到作为饲料添加剂的要求,产品设计的盲目性还比较普遍。但不可否认,酶制剂是最有发展前景的饲料添加剂之一。作为一类具有生物学活性的生物技术产品,天然、绿色、安全、高效是其本身的特性,决定了其使用具有广阔前景。饲料酶制剂,比其他酶制剂更加复杂,问题更突出,其中对酶制剂的功能作用,特别是如何和动物营养结合起来,如何使用价值的量化,如何营养化等等还需深入研究。“饲料酶制剂的应用,对传统的动物营养学说提出了挑战,如饲料配方、原料选择和营养需要量等方面需要重新研究或修正”( Sheppy,2001),Noblet等(2010)也提到,酶制剂的使用将影响饲料的净能值,说明了酶的使用必须与动物营养的基础结合起来。所以,有必要讨论酶制剂在饲料中应用应考虑的因素和酶制剂的功能与动物营养的关系。随着酶制剂使用的越来越普遍,如何把酶制剂的营养功能科学界定,把酶制剂的营养价值体现出来,根据卢德勋先生提出的系统营养学原理,在“动物营养学”的大系统内,十分有必要探讨构建与酶制剂相关的一个子系统“饲料酶营养学”。
    三门峡富通新能源销售生产颗粒机秸秆颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备。350饲料颗粒机1、酶制剂在畜禽饲料中应用的功能
    酶制剂是一种特殊的饲料添加剂,具有多方面的功能,包括了具有营养性添加剂和非营养性添加剂两方面的作用。酶制剂在动物日粮中的应用最直接的功能,也是最早认识的功能是酶的提高营养消化利用的功能,酶制剂在畜禽饲料中的应用大致有如下六个方面的作用。
1.1  酶制剂的直接营养功能
    这也是酶制剂最主要的功能,目前也是了解最多的功能,具有这种功能的酶制剂种类最多,从第一代饲料酶制剂(蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等)、第二代饲料酶制剂(木聚糖酶、p-葡聚糖酶、纤维素酶等)、到第三代饲料酶制剂(a-半乳糖苷酶、B一甘露聚糖酶、果胶酶、甲壳素酶、壳聚糖酶等)都具有这种作用,只是其改善营养消化利用的途径有所不同。饲料酶制剂的多种功能中,最基本和最重要的功能是其营养功能,也是目前应用的最直接的目的。大家在讨论饲料酶制剂的分类和划代时,既考虑了各类饲料酶制剂研究和开发的先后顺序,也考虑了各类酶制剂的功能作用(冯定远和左建军,2011)。其中最早研究酶制剂在饲料中的应用就是酶制剂的营养功能.提高营养的消化率,提供更多可消化、可利用的营养。
    具有营养功能的酶制剂分为两类:第一种是直接催化水解营养底物,包括第一代饲料酶如大分子营养消化酶(如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等);第二种是去除抗营养作用,包括第二代饲料酶如非淀粉多糖酶(木聚糖酶、p-葡聚糖酶、纤维素酶等)和植酸酶等。以及第三代饲料酶的特异碳水化合物酶(a-半乳糖苷酶、B一甘露聚糖酶、甲壳紊酶、壳聚糖酶等)。具有营养功能的饲料酶制剂是最重要,也是最普遍的酶制剂,包括是目前的第一代至第三代的大部分饲料酶。
1.2酶制剂的促进肠道健康功能
    酶制剂具有促进肠道健康功能通过两个途径实现的:一是与酶制剂功能的物理作用相关,通过降低粘性;二是与生化代谢作用相关,酶制剂产生的寡糖可促进肠道正常蠕动,促进有益菌的增殖,抑制有害菌的定植。促进肠道健康表现为一方面酶制剂可以改善肠道微生态,另一方面酶制剂可以改善肠道绒毛正常发育,当然,这两方面也是有关联的。非淀粉多糖酶(如木聚糖酶、p-葡聚糖酶等)通过降低粘性,日粮中酶制剂的添加也可以通过对肠道微生态环境,降低和消除了日粮中木聚糖对动物的抗营养作用,降低了动物小肠绒毛代偿性增生。最近几年有关酶制剂与畜禽肠道健康,左建军等( 2011)首次提出了“益生型酶制剂”的理念就是对酶制剂具有促进肠道健康的功能的深入探讨。
1.3酶制剂的生理和免疫调控功能
    蛋白质酶、肽酶的催化水解产物寡肽;淀粉酶、非淀粉多糖酶(木聚糖酶、B一葡聚糖酶、纤维素酶等)和特异碳水化合物酶(a-半乳糖苷酶.B-甘露聚糖酶、果胶酶、甲壳素酶、壳聚糖酶等)的催化水解产物寡糖,部分具有生物活性的作用,间接具有调控肠道微生态、体内代谢和免疫的功能,部分与第二个功能相关。典型例子是体外条件下,大豆蛋白通过蛋白酶的水解生产寡肽,而且往往是以组合蛋白酶的方式进行处理,如通过黑曲霉酸性蛋白酶和枯草杆菌碱性蛋白酶等的协同作用水解大豆蛋白生产寡肽(朱海峰.2004)。淀粉酶可以产生麦芽寡糖;a-淀粉酶可以产生壳寡糖(张文清等.2003);木聚糖酶水解甘蔗渣木聚糖生产木寡糖(朱孝霖等,2008)。寡糖调节机体免疫系统主要是通过充当免疫刺激的辅助因子来发挥作用,提高抗体免疫应答能力(Savage等,1996)。生物活性成分部分改善动物的肠道健康,部分改善肠道以外的机体抗病能力,部分提高动物的代谢水平,具有一定的生理生化调控功能。花生秧颗粒饲料1.4酶制剂的脱毒解毒功能
    如黄曲霉毒寨脱毒酶等,黄曲霉毒素脱毒酶能够断裂黄曲霉毒素分子中氧杂萘邻酮环上的芳香内酯键和使碳8位的甲氧基团降解。在100μg/kg AFBI日粮中加入黄曲霉毒素解毒酶,能一定程度的改善肉仔鸡的平均日采食量、平均日增重和平均末重,显著降低毒素在肝脏和血液中的残留,减弱毒素对肝脏的损伤,一定程度地改善血清学指标(曹红等2010)。饲料中黄曲霉毒素污染量为20-50斗g/k gH-t,饲用黄曲霉毒素解毒酶制剂在饲料中适宜添加量为0.3%(尹逊慧等2010)。另外,部分酯酶、谷胱甘肽-s-转移酶、细胞色素P450单加氧酶等也具有特定的脱毒解毒的功能。
1.5酶制剂的抑茵杀菌功能
    有些酶制剂如胞壁质酶,又称溶菌酶(lysozymt)具有杀菌的作用,部分甲壳紊酶和壳聚糖酶同样具有抑菌杀菌的功能,其原理是一类与甲壳素有关的分子是细菌细胞壁内肽聚糖中的糖链,这类糖链可以看成是甲壳素的衍生物,它基本上保留了甲壳素和纤维紊样的结构,这类酶分解细菌细胞壁成分。由于肽聚糖糖链的结构与甲壳素类似,因此,原先以肽聚糖为底物的溶菌酶也可以降解甲壳素。另一类与甲壳素有关的分子是在某些链球菌的表面存在着另一类N-乙酰氨基葡萄糖形成的多糖,和甲壳素不同的是,它是通过B一1.6连接形成的生物大分子,而且是一种病原分子(冯定远和左建军,2011)。
1.6酶制剂的抗氧化等方面的功能
    谷胱甘肽过氧化物酶具有抗氧化功能,在大家的试验中,谷胱甘肽过氧化物酶能显著提高血清超氧化物歧化酶( SOD)活力和降低肝脏丙二醛(MDA)的含量(陈芳艳,2010)。具有抗氧化功能的还有超氧化物歧化酶、硫氧还蛋白过氧化物酶和过氧化氢酶等。体内一旦形成过氧化物,它们就发挥抗氧化作用。可以推导,抗氧化作用对畜产品的质量和货架寿命有一定的好处。
    当然,这里讨论酶的功能,部分还只是作为生化成分“酶”的功能,有些还不是可以在饲料中应用的“酶制剂”。
2、系统动物营养学在酶制剂研究的应用
    系统动物营养学是卢德勋( 1997)提出来的一种创新理论体系,对整体把握动物营养学科的发展和建立新的研究思维方式有重要的理论价值,对深化认识传统动物营养学和拓展动物营养学科的研究领域有引导意义。应用这一理论,可以开展新领域的深入研究和构建新的学科体系。随着饲料酶制剂的研究和实践的不断开展和水平提高,特别是酶制剂与营养的关系.酶制剂价值的量化的研究和总结.作为“动物营养学”的大系统中的一个子系统,“饲料酶营养学”的研究和建立是未来的一个研究方向。
2.1“动物营养学”的大系统与“酶制剂营养功能”的子系统
    根据系统营养学原理,在“动物营养学”的大系统内,有不同的子系统(卢德勋.2004)。“动物营养”由不同层面的子系统组成,从动物角度,有单胃动物营养、反刍动物营养、水产动物营养、猪营养、家禽营养等等;从营养成分角度,有蛋白质营养、能量营养、维生素营养、矿物质营养等等;从饲料营养特性角度,有谷物饲料营养、植物蛋白质饲料营养、动物蛋白质饲料营养、矿物质饲料营养、营养性添加剂的营养、改善营养的功能性添加剂的营养,等等。正如前所述,饲料酶制剂通过直接催化水解营养底物和间接去除抗营养作用两种途径,改善营养的消化和利用,是一种具有营养功能的饲料添加剂。
    “学说、学”是指分门别类的有系统的常识,在学术上自成系统的学科理论。“动物营养学”则是由不同的与动物营养相关的知识组成,如反刍动物营养学、饲料营养学等等。例如,专门研究“家禽营养”的知识和专业常识就是“家禽营养学”,专门研究“维生素营养”的知识和专业常识就是“维生素营养学”,同样,专门研究“饲料酶制剂的营养”的知识和专业常识大家可以定义为“饲料酶制剂营养学”或者“饲料酶营养学”。
2.2  添加酶制剂消化模式与动物原有消化系统的消化模式的区别
    系统动物营养学的研究对象就是动物营养系统( animal's nutritional system).动物营养系统是指由与动物营养过程有关的动物器官、组织以及机体外部环境所组成的,其间不断进行着营养物质代谢和利用、能量流动和转化,是一种结构与功能相结合的有机整体(卢德勋,2004)。作为一种具体物种的畜禽如猪、牛,都有一套独特的消化系统和消化模式,营养的消化利用有别于其他动物物种,所以,猪的营养学和牛的营养学差别非常大,有专门的学科领域进行讨论。
    酶制剂的添加,一定程度改变了物种原来的消化系统和消化能力,原来的消化模式将改变,原有的消化参数和可利用营养数据就不适应。例如,猪日粮使用酶制剂,特别是纤维素酶和木聚糖酶一类的酶制剂,意味着猪可以消化利用部分粗饲料,从消化性能上讲,部分类似反刍动物,添加高效饲料酶制剂的猪,已经不是原来消化性能的猪,从消化系统或消化性能的角度,相当于消化道的有效延长,在动物饲料中添加酶制剂以提高消化率可以看作时动物消化过程的延伸(冯定远和沈水宝,2005)。从消化模式上讲,  “此猪非彼猪”,原来的消化效率、营养参数已经改变,不能再使用“彼猪”的营养消化系统,有必要使用加酶日粮的“此猪”营养消化系统,重新建立新的营养参数。Sheppy(  2001)强调:饲用酶制剂的应用.饲料配方、原料选择和营养需要量等方面需要重新研究或修正。要真正使用好酶制剂,必须有相应的营养系统,饲料酶制剂的营养功能研究和逐步建立“饲料酶营养学”就很有必要。
2.3酶制剂的营养调控作用的价值体现
    卢德勋( 2004)在讨论系统动物营养时强调“营养调控已成为动物营养学发展的主旋律”,过去理解营养调控更多是体内营养代谢的调控,实际上,营养调控还包括消化道的调控和外环境的调控。酶制剂是一种重要的营养调控手段,改变了营养参数,改变了有效营养的供应,同时某些产物(如能吸取且具有生物活性的寡肽)也影响体内的代谢。“饲料酶营养学”的主要研究内容就是酶制剂的营养调控作用及其营养的量化、当量化或者酶制剂的营养价值化。
3、饲料酶营养学
3.1  酶制剂营养的机理
    酶制剂具有改善畜禽对营养利用是通过直接和间接两方面实现的,一般地,酶制剂提高营养消化利用是通过如下三个途径:
    (1)直接补充消化道营养水解所需的酶。某些酶制剂直接补充消化酶,提高营养成分的消化率。例如,蛋白酶(游金明等2008)、淀粉酶(蒋正宇等2006)、脂肪酶(时本利等2010)分别提高蛋白质、淀粉和脂肪的消化利用。蛋白酶有动物源、植物源和微生物源蛋白酶,如果是动物源性的胃蛋白酶或胰脏蛋白酶,就是最典型的蛋白质消化酶直接补充,植物源和微生物源性蛋白酶的基本原理也是一样,也可以看成消化道内蛋白酶的补充;淀粉酶和脂肪酶的情况亦是如此。最早在畜禽饲料中使用第一代酶制剂的想法就是源于蛋白酶、淀粉酶或脂肪酶可以直接补充体内消化道相应消化酶不足的单一和对应原理。
    (2)间接通过去除饲料中抗营养因子。某些酶制剂间接通过去除抗营养因子,提高营养成分的消化率。例如,木聚糖酶(冯定远等,2008)、B一葡聚糖酶(冯定远等,1997)、纤维素酶(黄燕华2004;陈晓春等2005)、a-半乳糖苷酶(冒高伟2006;蒋桂韬等,2009)、B-甘露聚糖酶(郑江平和朱文涛2008),都不同程度提高营养的消化,最终提供更多可利用的营养,例如提高消化能、代谢能,提高氨基酸、脂肪酸、矿物质、微量元素和维生素消化利用率等等。同样,添加植酸酶能够提高蛋白质和氨基酸的消化率(Ravindran等,1995).而不仅仅是植物磷的利用效率。
    (3)间接通过增加动物内源消化酶分泌。某些酶制剂通过增加动物内源消化酶分泌,提高营养的消化利用。Sheppy(2001)认为,在日粮中添加淀粉酶和其他一些酶,可以增加动物内源消化酶分泌,进而改进营养的消化吸取,提高饲料转化率和动物生长率。在大家的研究中,添加外源酶对仔猪胰脏胰淀粉酶的活性有增加的趋势,28和42日龄仔猪胰脏胰蛋白酶活性有提高的趋势,提高了42臼龄和56日龄胃蛋白酶的活性(沈水宝2002)。党国华( 2004)也发现,低聚木糖有提高肉仔鸡小肠总蛋白酶和淀粉酶活性的趋势。
    其中第一种途径是一种酶制剂单一提高一类营养的消化利用,如蛋白酶只能提高蛋白质消化利用;而第二第三种途径是一种酶制剂有可能同时提高几类营养的消化利用,如木聚糖酶理论上可以提高所有营养的消化利用。前者单一明确,后两者综合复杂。
3.2饲料酶营养学研究的内容
    饲料酶营养学是研究饲料用酶制剂的酶学特性、动物消化道理化条件影响、饲料加工条件影响和各种饲料用酶在不同畜禽中应用的营养作用。从动物角度,有单胃动物饲料酶营养、反刍动物饲料酶营养、水产动物饲料酶营养、猪饲料酶营养、家禽饲料酶营养等等。从酶的种类角度,具体的内容包括蛋白酶与蛋白质和氨基酸营养、淀粉酶和脂肪酶与能量营养、非淀粉多糖酶与蛋白质及能量营养、植酸酶与矿物营养等等。
3.3饲料酶制剂营养学应用的意义
    饲料酶制剂的使用将会越来越普遍,现代养殖的一个特点是集约化、大规模、生长快、周期短,相应的养殖模式是高密度,配方特点是富营养,不管是高密度饲养条件,还是富营养日粮水平,都在一定程度对动物产生应激。这双重的应激因素,与传统养殖相比较,将对动物消化生理和消化酶的分泌造成一定的影响,必然降低饲料营养的消化利用,添加酶制剂在一定程度上可以加予克服。
    非常规饲料原料就是消化率低或含有有害有毒成分的饲料,通过发酵或者添加酶制剂等手段在一定程度上可以改善,发酵的本质也是酶的作用。随着相对容易消化利用的常规饲料原料玉米豆粕作为饲料原科供应绝对量的减少(耕地减少和作为其他用途增加)和配方中相对量的减少(养殖需求增加,在配方中比例下降),低玉米低豆粕型日粮,甚至无玉米无豆粕型日粮是一种趋势,解决饲料原料短缺矛盾的一种手段,酶的使用是最可能的选择,特别是通过高效组合酶的作用(冯定远等,2008;吕秋凤等,2010),使部分非常规饲料原料得到比较好的利用。
    即使是玉米豆粕型日粮,同样存在消化的问题,添加酶制剂仍然有改善效果的空间。过去许多人认为玉米是饲料原料的所谓“黄金标准”,绝大数动物营养学家认为玉米不存在消化不良性,消化率超过95%,但是Noy和Sklan研究表明,在理想状态下.4—12日龄的肉鸡日粮中的淀粉的回肠末端消化率很少超过85%,,而添加淀粉酶可以使淀粉在小肠中得到更多更快的降解。Noy和Sklan( 1995)报道饲喂肉仔鸡玉米豆粕日粮时,淀粉和脂肪的回肠消化率均较低。该研究表明肉仔鸡(4~21日龄)小肠末端淀粉消化率仍然仅为82%,鸡日龄增加时消化率也没有提高的迹象。这表明玉米淀粉的一部分到达肠后段在那里发酵,但能利用的能量仍很少。对回肠食糜进行显微镜检查发现回肠内有大量未消化玉米胚乳成分也证明了这一点。
4、饲料酶技术体系与饲料酶营养学
    在编辑的专著“饲料酶技术体系的研究与实践”(冯定远和左建军,2011)中,专门讨论了有关饲料酶技术体系的问题。饲料酶制剂技术体系的建立是基于饲料酶发挥作用的三个基本条件,针对酶本身生物学特性的真实性、酶制剂应用的高效性、酶制剂对日粮的适用性,根据酶制剂的酶学特性及抗逆性研究、动物消化生理和组合酶的设计及其理论基础的研究、饲料原料特性和配方技术等,饲料酶制剂的技术体系包括:(1)饲料酶制剂的分类及其划代;(2)高效饲料组合酶的设计原理;(3)加酶日粮ENIV系统的建立;(4)饲料酶发挥作用的位置及其机理;(5)酶制剂使用效果的预测;(6)酶制剂应用效果的评价。其中, “高效组合酶的设计原理”是产品设计的核心技术; “加酶曰粮ENIV系统”是酶制剂应用的核心技术,而“饲料酶制剂的分类及其划代”、“饲料酶发挥作用的位置和原理”、“酶制剂使用效果的预测”、“酶制剂应用效果的评价”是酶制剂应用的配套技术。
    针对酶制剂种类比较多、作用的目的差别比较大、应用日粮和饲料原料范围比较广等情况,为了规范饲料酶制剂的使用,以便应用更为有效,对其进行的分类和划代,不仅仅是依据作用底物的简单分类或简单的时间划分,是建立在作用模式、作用底物化学组成特点、作用位点、糖生物学基础等基础之上的科学分类和划分;组合酶作为酶制剂产品设计的创新理念,有别于传统的单酶和复合酶,能充分体现酶制剂的高效性、针对性,以“差异互补、协同增效”为核心理念,并以此为组合酶筛选的技术思路;加酶日粮有效营养改进值( ENIV)系统是各种加酶饲料可提供的额外有效营养量的总结;饲科酶发挥作用位置及其原理,这对于拓展酶制剂应用的思路和产品开发的多样性有重要意义;酶制剂使用效果的预测及其模型的建立,对于酶制剂使用的量化有重要的帮助;酶制剂应用效果的评价,在一般的生产性能指标的基础上,提出了评价应用效果的非常规生产性能指标,使得酶制剂的应用更加精细科学。
    饲料酶技术体系与饲料酶营养学既有关系,又有不同。饲料酶技术体系更多是涉及酶制剂使用的技术,而饲料酶营养学主要是饲料酶剂的营养功能。例如,加酶日粮有效营养改进值(ENIV)系统的提出对于加酶饲料配方的设计、饲料原料营养价值评定提供了一套新的营养数据系统,既是酶制剂使用的技术,又反映饲料酶剂的营养功能。
    富通新能源主要销售颗粒机、饲料颗粒机、秸秆压块机等饲料成型燃料成型机械设备。

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