韓浩月 譯自,Vol.1(2016),№1:1~7
唐彩琰 審 韓浩月 制表
在任何形式的家禽生產(chǎn)系統(tǒng)中,飼料成本都是家禽生產(chǎn)的最大單筆支出,可占到每羽家禽總生產(chǎn)成本的70%。家禽可自然分泌酶來(lái)輔助消化飼料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),然而它們無(wú)法分泌可以完全分解纖維素的酶,這需要在飼料中添加外源性酶來(lái)幫助消化。植物含有一些動(dòng)物無(wú)法消化或會(huì)阻礙其消化系統(tǒng)消化的化合物,這通常是因?yàn)閯?dòng)物無(wú)法生成可以降解這些化合物所必需的酶。營(yíng)養(yǎng)師可以幫助動(dòng)物識(shí)別這些難以消化的成分,并給它們補(bǔ)充合適的酶來(lái)助其消化。這些酶由出于該目的而精心選擇并且在受控條件下培養(yǎng)的微生物分泌。家禽行業(yè)已經(jīng)將酶制劑作為標(biāo)準(zhǔn)日糧的一個(gè)組成部分,尤其在小麥-大麥型基礎(chǔ)日糧中。但是,許多問(wèn)題仍待解決,例如:酶是如何在動(dòng)物消化道中發(fā)揮作用的?動(dòng)物的生長(zhǎng)速度是否可以反映各種酶的功效?動(dòng)物消化道中食糜的黏度、酶的功效和動(dòng)物生長(zhǎng)速度之間有什么聯(lián)系?所有家禽日糧是否都需要添加酶?小麥和黑麥中阿拉伯木聚糖或戊聚糖的含量相對(duì)較高(小麥為50 g/kg~80 g/kg,黑麥為100 g/kg),這可能還會(huì)影響肉雞的生產(chǎn)性能。單胃動(dòng)物攝入非淀粉多糖會(huì)提高消化道中食糜的黏度,這會(huì)降低食糜在消化道中的排空速度,從而導(dǎo)致總采食量的減少、生產(chǎn)性能的下降、糞便黏稠以及所產(chǎn)蛋骯臟等問(wèn)題。在日糧中添加酶可以降低非淀粉多糖的黏性,從而提高飼料的利用效率,改善糞便的質(zhì)量,也可增加低成本飼料原料的使用比例。
酶是由氨基酸、維生素和礦物質(zhì)組成的生物催化劑。它們可引發(fā)生化反應(yīng),但能夠保持自身不改變。在日糧中添加酶制劑不僅可以提高家禽的生產(chǎn)性能和飼料利用率,還可減少它們的排便量,從而減少環(huán)境污染問(wèn)題。另外,酶是研究動(dòng)物的生理機(jī)制和代謝機(jī)制的一個(gè)非常有用的工具。
1.1.1 酶分子中的特定降解位點(diǎn)
酶的重要特性是酶的催化反應(yīng)速度會(huì)隨底物濃度的增加而加快,因?yàn)榈孜锏臐舛仍酱螅梢耘c活性位點(diǎn)結(jié)合的底物分子就越多,從而會(huì)形成更多的酶-底物復(fù)合物,直至酶的活性位點(diǎn)處于飽和狀態(tài)。因此,我們需要根據(jù)底物的濃度計(jì)算所需的酶制劑的數(shù)量。
1.1.2 酸堿(pH)值
最適pH是指酶發(fā)揮最大催化能力時(shí)所需的pH。大多數(shù)酶的最適pH為7.0。具體來(lái)說(shuō),胃蛋白酶的最適pH為1.8,胰蛋白酶的最適pH為7.8。pH的高低會(huì)影響氨基酸活性位點(diǎn)上的電荷,因此該活性位點(diǎn)的特性會(huì)隨pH的改變而改變,而底物可能不再與酶結(jié)合。例如,羧酸R基團(tuán)在低pH下不帶電荷(COOH),但在高pH下帶電荷(COO-)。
1.1.3 溫度
對(duì)于恒溫動(dòng)物來(lái)說(shuō),35 ℃~40 ℃是理想溫度。溫度每升高10 ℃,酶的反應(yīng)速度就會(huì)加快2倍。酶和底物分子會(huì)擁有更多的動(dòng)能,會(huì)更加頻繁地發(fā)生碰撞,從而使更多的分子具有足夠的能量來(lái)克服活化能。較高的溫度會(huì)使酶變性。但是,有些酶在極端的溫度下功效最佳,例如:北極積雪中的酶在-10 ℃下才能發(fā)揮功能,而嗜熱細(xì)菌中的酶在90 ℃下能進(jìn)行酶解反應(yīng)。
1.1.4 催化劑/抑制劑的存在
抑制劑是指某些可以降低酶催化反應(yīng)速度的分子。抑制劑可能是動(dòng)物機(jī)體正常的代謝產(chǎn)物或外來(lái)物(藥物和毒素)。抑制劑對(duì)酶的抑制過(guò)程可以是不可逆的,也可以是可逆的。能夠產(chǎn)生不可逆抑制過(guò)程的抑制劑會(huì)與酶的必需基團(tuán)以共價(jià)鍵的方式結(jié)合,無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的透析或過(guò)濾作用除去。這種結(jié)合可導(dǎo)致酶部分或完全喪失活性。能夠產(chǎn)生可逆抑制過(guò)程的抑制劑與酶以非共價(jià)的方式結(jié)合,其特征是自由酶和與抑制劑結(jié)合的酶之間保持平衡。動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要這些酶,其通常在40 ℃時(shí)有活性,并且在70 ℃~80 ℃(制粒溫度)下耐受。
能夠產(chǎn)生酶的微生物通常有:細(xì)菌(枯草芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和嗜熱脂肪芽孢桿菌)、真菌(長(zhǎng)枝木霉、曲霉菌和曲霉)和酵母(釀酒酵母)(表1)。真菌可產(chǎn)生用于降解各種底物的酶。這些微生物有一個(gè)共同的特點(diǎn),即可生成能夠降解以高分子碳水化合物形態(tài)存在的植物細(xì)胞壁的酶。
根據(jù)應(yīng)用的目的,飼用酶制劑基本上可分為:
① 可以在數(shù)量上補(bǔ)充單胃動(dòng)物內(nèi)源性消化酶的酶,如蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶。
② 單胃動(dòng)物無(wú)法生成的酶,如β-葡聚糖酶、戊聚糖酶和植酸酶。
1.4.1 動(dòng)物
為了維持酶的最佳活性,酶應(yīng)該在pH低至2的胃中和pH高至6.5的腸道中均具有活性。動(dòng)物消化系統(tǒng)中的溫度顯著低于激活酶活性的溫度。
1.4.2 飼料
酶能夠在制粒所需的80 ℃~85℃下經(jīng)過(guò)1 min~2 min以及在飼料pH為5.5~6.5下保持活性。
(待續(xù))