如何評(píng)價(jià)酶制劑在飼料行業(yè)中的應(yīng)用效果
導(dǎo)讀
近年來(lái)，飼用酶制劑在畜牧行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，但在畜禽日糧的應(yīng)用中，如何選擇合適的酶制劑品種和劑量仍存在很多問(wèn)題。目前，酶制劑廠(chǎng)家越來(lái)越多，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，盲目性和隨從性較為嚴(yán)重，導(dǎo)致人們對(duì)酶制劑的使用效果產(chǎn)生諸多質(zhì)疑。然而，酶制劑的應(yīng)用價(jià)值卻是毋庸置疑的，它作為一類(lèi)具有生物活性物質(zhì)的蛋白質(zhì)，對(duì)底物作用具有高效性和專(zhuān)一性，能有效降解飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子，保證飼料品質(zhì)，提高養(yǎng)分利用率，改善腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)、優(yōu)化飼料配方等，這也決定了其在使用過(guò)程中的廣闊前景。酶制劑的使用效果是否能夠最終體現(xiàn)在動(dòng)物生產(chǎn)上，對(duì)于飼用酶制劑產(chǎn)品及其品質(zhì)優(yōu)劣的評(píng)估，目前仍具有很大程度的不合理性，因此，本文旨在于探討飼用酶制劑的幾種評(píng)估方法以及如何構(gòu)建飼用酶制劑的評(píng)價(jià)體系，僅供使用者參考。
1常見(jiàn)飼用酶制劑的評(píng)估方法
1.1 常規(guī)酶活檢測(cè)
酶活檢測(cè)指在一定的溫度、pH值條件下對(duì)規(guī)定單一底物的轉(zhuǎn)化能力。不同pH值、溫度以及底物濃度都會(huì)影響酶制劑活力的測(cè)定值，并且市場(chǎng)上沒(méi)有規(guī)范和統(tǒng)一酶制劑的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，因此，造成同一酶種產(chǎn)品活力相差幾十倍甚至上百倍。而各公司酶活檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的選擇和建立則是根據(jù)自身的發(fā)酵水平、工藝控制以及實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性來(lái)決定的。常規(guī)來(lái)說(shuō)，酶制劑活力的檢測(cè)是評(píng)估酶制劑在發(fā)酵過(guò)程中的穩(wěn)定性和均一性以及成品規(guī)格的指標(biāo)。酶活檢測(cè)的底物與飼料原料結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)的區(qū)別，在不同底物作用下其酶活力不同（表1）。因此盲目的追求酶活，單純比較酶活的高低，而忽略它的酶組分和對(duì)飼料原料底物的作用效率，往往會(huì)使其在動(dòng)物生產(chǎn)上的作用效果難以體現(xiàn)。
1.2 酶制劑的基本特性
任何一種酶制劑都存在固有的獨(dú)特性，其分子量、理化特性、對(duì)底物的親和力，以及酶制劑的激活劑和抑制劑都存在較大差異。不同來(lái)源的木聚糖酶，其最適作用條件和動(dòng)力學(xué)特性不同（如表2）。通過(guò)酶制劑的最適pH值和溫度可以評(píng)估酶制劑在不同pH值和溫度下對(duì)底物的作用效率。酶促反應(yīng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)特性通常用Km(米氏常數(shù))和Vmax來(lái)表示。Km值是指酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的底物濃度，Km表明酶促反應(yīng)效率的高低；Vmax是反應(yīng)所能達(dá)到的最大速率，其值越大，表明反應(yīng)的內(nèi)在潛力越大。通常而言，Km越小，Vmax越大，表示酶和底物的親和能力越強(qiáng)，同時(shí)它們也是產(chǎn)酶菌株篩選和優(yōu)化的重要指標(biāo)。
1.3 酶制劑的穩(wěn)定性
1.3.1 酶制劑的耐溫性能
目前評(píng)價(jià)酶制劑產(chǎn)品的耐溫穩(wěn)定性主要有干熱法、濕熱法、直接制粒法。利用水浴或烘箱對(duì)酶制劑進(jìn)行干熱和濕熱處理雖然操作簡(jiǎn)便，可快速得到酶制劑的耐溫?cái)?shù)據(jù)，但不同的試驗(yàn)設(shè)計(jì)所得到的耐溫?cái)?shù)據(jù)卻千差萬(wàn)別，且制粒過(guò)程中的蒸汽和壓力等參數(shù)往往難以進(jìn)行模擬。因此實(shí)驗(yàn)室得到的數(shù)據(jù)常常不能真實(shí)反映酶制劑在實(shí)際制粒過(guò)程中的耐溫性能。雖然，直接制粒法對(duì)于單位上存留酶活較低的產(chǎn)品，須加大添加量才能進(jìn)行測(cè)定，易給飼料生產(chǎn)帶來(lái)不便。然而目前，直接制粒法是評(píng)價(jià)酶制劑耐溫性能最直接、最有效的方法。
1.3.2 酶制劑的耐酸性能
通常，酶制劑的耐酸性能需關(guān)注其對(duì)胃腸道環(huán)境的適應(yīng)性和發(fā)揮作用的高效性。如果一種酶制劑在較寬的pH值范圍具有較高的酶活保持率，并不易被胃蛋白酶、胰蛋白酶分解，那么這種酶制劑在一定pH值范圍內(nèi)能夠較好的作用于底物，在動(dòng)物胃腸道中能很好的發(fā)揮作用。當(dāng)然也有一些酶制劑在特定的pH值范圍內(nèi)發(fā)揮作用，如食糜向后腸道移動(dòng)時(shí)，植酸易與帶正電荷的離子或集團(tuán)（如鈣、鋅、帶正電荷的蛋白復(fù)合物等）結(jié)合形成不溶性的植酸-鈣-蛋白質(zhì)等復(fù)合體，阻礙植酸酶的作用，這就要求植酸酶能在酸性環(huán)境下快速與植酸作用進(jìn)而釋放植酸中的磷。因此，根據(jù)酶制劑在胃腸道環(huán)境中pH值的穩(wěn)定性和廣譜性進(jìn)行選擇，才能更好的評(píng)估其耐酸性能和應(yīng)用效果。
1.4 酶制劑的應(yīng)用效果
1.4.1 體外消化法
體外消化法是指將酶制劑與飼料預(yù)混后，模擬動(dòng)物胃和小腸內(nèi)消化環(huán)境，包括腸道溫度、pH值，酶液等進(jìn)行處理，測(cè)定干物質(zhì)以及還原糖的生成量。該方法在評(píng)價(jià)產(chǎn)品效果上存在很大的誤區(qū)，酶制劑的應(yīng)用效果與降解植物細(xì)胞壁所生成的還原糖含量無(wú)直接關(guān)系。非淀粉多糖酶的應(yīng)用主要體現(xiàn)在破壞植物細(xì)胞壁對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的包裹作用，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，生成低聚寡糖，改善腸道微生物菌群等，而非對(duì)纖維素或半纖維素的完全降解。低聚寡糖作為一種益生元，具有抗氧化和免疫調(diào)節(jié)的作用，能夠促進(jìn)有益微生物的繁殖，維護(hù)動(dòng)物腸道健康。很多研究發(fā)現(xiàn)與果寡糖（FOS）相比，木寡糖（XOS）具有更好的耐溫和耐酸性能，并表現(xiàn)出優(yōu)異的益生元作用，它能顯著刺激雙歧桿菌等有益微生物的增殖和后腸道的發(fā)酵，生成乳酸和乙酸等短鏈脂肪酸，促進(jìn)腸道中礦物質(zhì)的吸收，提高機(jī)體免疫機(jī)能，改善腸道健康。然而，XOS的益生元效果取決于寡糖的聚合度、分子結(jié)構(gòu)、木糖和阿拉伯糖的比值以及腸道菌群的分布。
從圖1中我們可以發(fā)現(xiàn)，不同來(lái)源菌種所產(chǎn)的木聚糖酶對(duì)底物的降解能力和生成的木寡糖種類(lèi)存在較大的差異，Econase 能將底物更多地降解為X2~X5等5以下聚合度的木寡糖，這些產(chǎn)物更有利于后腸道雙歧桿菌的繁殖和短鏈脂肪酸的生成。當(dāng)木聚糖酶將植物細(xì)胞壁中的木聚糖更多地降解為戊糖時(shí)，腸道中微生物不能對(duì)其有效利用，會(huì)導(dǎo)致能量利用率的降低，增加有機(jī)物的排放，甚至引起動(dòng)物腹瀉，從而影響飼料轉(zhuǎn)化率和動(dòng)物的生產(chǎn)性能。因此，僅利用還原糖生成量的多少來(lái)評(píng)價(jià)酶制劑在動(dòng)物生長(zhǎng)中的作用效果，并沒(méi)有實(shí)際意義。
1.4.2 單胃動(dòng)物仿生儀法
與傳統(tǒng)體外消化法相比，單胃動(dòng)物仿生消化儀更接近體內(nèi)消化環(huán)境，操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好，可實(shí)現(xiàn)體外條件下簡(jiǎn)單模擬動(dòng)物胃腸道消化飼料的過(guò)程。仿生儀能有效模擬動(dòng)物胃腸道環(huán)境和內(nèi)源酶分泌變化等參數(shù)，但對(duì)食糜流動(dòng)過(guò)程中引起的局部pH值環(huán)境變化，胃腸蠕動(dòng)以及腸道微生物的分布，和對(duì)分解產(chǎn)物的吸收以及排出等很難進(jìn)行模擬。然而，利用仿生消化儀測(cè)定酶制劑對(duì)飼料養(yǎng)分和能量利用率的影響，以及生成寡糖的種類(lèi)等，可以在一定程度上反映酶制劑對(duì)飼料的作用效果。因此，它僅可以作為評(píng)估酶制劑作用效果的一種初級(jí)手段。
1.4.3 飼養(yǎng)試驗(yàn)法
動(dòng)物種類(lèi)及其飼養(yǎng)階段不同，其消化道生理結(jié)構(gòu)存在較大的差異。籠統(tǒng)模擬動(dòng)物消化道環(huán)境，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。普遍認(rèn)為飼養(yǎng)試驗(yàn)是最貼近酶制劑實(shí)際作用效果的方法。雖然動(dòng)物試驗(yàn)易受外界環(huán)境的影響，波動(dòng)較大，且耗時(shí)長(zhǎng)，但在同一養(yǎng)殖環(huán)境中進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，則是評(píng)價(jià)酶制劑優(yōu)劣的最佳手段。對(duì)于使用者而言，目前評(píng)價(jià)飼用酶唯一有效的方法是將它添加到適合的飼料中來(lái)飼喂目標(biāo)動(dòng)物，以目標(biāo)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能來(lái)確定酶制劑的好壞。因此，飼養(yǎng)試驗(yàn)是最能體現(xiàn)飼用酶制劑在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果的有效依據(jù)。
2如何構(gòu)建酶制劑評(píng)價(jià)體系
飼用酶制劑的作用環(huán)境和降解的底物種類(lèi)存在復(fù)雜和多變性，這使酶制劑在飼料生產(chǎn)中的應(yīng)用非常獨(dú)特。因此，構(gòu)建飼用酶制劑的評(píng)價(jià)體系，需綜合考慮以下幾點(diǎn)：①所選的產(chǎn)品在飼料加工過(guò)程中能否耐受高溫制粒；②在畜禽胃腸道環(huán)境下能否耐受酸性環(huán)境以及胃蛋白酶和胰蛋白酶的處理；③在胃或腸道中能否快速、高效地作用于底物；④產(chǎn)物的生成特點(diǎn)；⑤在動(dòng)物試驗(yàn)上能否體現(xiàn)最大化的生產(chǎn)效益。
3展望
在實(shí)際飼料生產(chǎn)中，由于不同的動(dòng)物種類(lèi)及其生長(zhǎng)階段，飼料原料配比也存在較大差異。因此，建立酶制劑的應(yīng)用效果評(píng)估體系，以及如何根據(jù)不同動(dòng)物生理特性和飼料配方選擇合適的酶種、酶活配比和添加劑量以發(fā)揮其最大效能，仍需各企業(yè)技術(shù)及配方人員深入研究。
