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隨著全球水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，魚粉等優(yōu)質(zhì)動物蛋白資源的緊缺已成為制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要因素。開發(fā)新的飼料資源，提高現(xiàn)有飼料資源的利用率，是飼料行業(yè)所面臨的重大問題。近年來，許多動植物蛋白源被開發(fā)出來用以降低或取代魚粉的使用量，比如豆粕、菜粕、棉粕、肉骨粉、血粉等，其中植物蛋白源因其資源量大，價格低而廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)飼料中。然而與魚粉相比，這些植物蛋白源通常具有一種或多種方面的不足，如氨基酸組成不平衡，存在抗?fàn)I養(yǎng)因子(植酸、非淀粉多糖等)、適口性較差、消化率較低等，限制了植物蛋白源在水產(chǎn)飼料中的大量使用。為提高植物蛋白源的利用率，一些營養(yǎng)策略與技術(shù)已被開發(fā)并應(yīng)用于飼料工業(yè)中。利用發(fā)酵工程和基因工程等生物技術(shù)手段開發(fā)出的酶制劑，能夠提高飼料的利用率，在很大程度上緩解飼料資源緊缺的狀況。酶制劑因高效、安全、環(huán)保，符合資源節(jié)約型社會的要求而受到高度重視。

飼用酶制劑是從微生物、動物、植物中提取的具有酶特性的一類物質(zhì)，其中微生物來源的酶制劑應(yīng)用最為廣泛。飼用酶制劑的種類很多，按照動物自身能否合成，可分為消化酶和非消化酶。消化酶指動物體內(nèi)能夠合成并分泌到消化道進行消化的酶類，也稱內(nèi)源酶，主要包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶；非消化酶指動物體自身通常不能合成酶類，也稱外源酶，包括植酸酶、纖維素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、果膠酶等。按照酶制劑的類型來分，可分為單一酶制劑和復(fù)合酶制劑。根據(jù)酶的作用底物，可分為蛋白酶、脂肪酶、碳水化合物酶、植酸酶等。

植  酸  酶

在植物性原料中，磷的主要存在形式是植酸磷，包括植酸及其鹽類，通常占總磷的70%左右，表1列出了幾種常用植物性原料中的植酸磷含量。

對于養(yǎng)殖動物而言，其自身不能分泌植酸酶降解植酸磷，并且植酸磷還會結(jié)合其他營養(yǎng)素成分，如礦物質(zhì)等，降低其利用率。Chowdhury等(2012)發(fā)現(xiàn)植酸磷可結(jié)合堿性氨基酸如組氨酸、賴氨酸、精氨酸等，從而降低整個氨基酸的利用效率。

植酸酶是催化植酸及植酸鹽水解成肌醇與磷酸(或磷酸鹽)的一類酶的總稱。目前，植酸酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用已有20多年歷史，最早是應(yīng)用于豬、禽動物飼料中，近些年，植酸酶在水產(chǎn)飼料中的使用正在不斷擴大。目前在水產(chǎn)飼料中使用的植酸酶主要來自于曲霉(Aspergillus )，根據(jù)其作用環(huán)境，可分為酸性植酸酶和中性植酸酶；根據(jù)其形態(tài)，有粉末、液體劑型，也有采用包被或微膠囊處理的方式，以增加其穩(wěn)定性。在使用方式上，可直接在飼料中添加，也有采用后噴涂和原料預(yù)處理的方法。

植酸(鹽)降解后，可釋放出肌醇、無機磷以及與植酸(鹽)相結(jié)合的營養(yǎng)素，從而提高其利用效率(Cheng等，2002)。Sajjadi等(2004)發(fā)現(xiàn)大西洋鮭飼料中添加植酸酶后，緩解了植酸對蛋白質(zhì)消化帶來的負面影響；Liu 等(2013)采用原料預(yù)處理和后噴涂的方法添加植酸酶，發(fā)現(xiàn)當(dāng)植酸酶的添加量在1 000 U/kg時，草魚對粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、干物質(zhì)、灰分、磷和鈣的消化率顯著提高。類似的結(jié)果也見于Zhu等(2015) 對黃顙魚的報道。

飼料中添加植酸酶后，由于提高了磷的利用率，故可減少無機磷的添加，進而節(jié)約飼料成本，減少對環(huán)境的磷排放。Cheng等(2016)發(fā)現(xiàn)，黃顙魚飼料中50%的磷酸二氫鈉可以被植酸酶(1000IU/kg)取代，并且由于氮、磷利用率的提高，氮、磷排泄減少了25%和31%。Li等(2018)將羅非魚飼料中磷酸二氫鈣的添加量從1.8%(對照組)降為1.2%，同時補充中性植酸酶0.4 g/kg(2 000U/g)，魚體增重和飼料系數(shù)與對照組沒有差異；在磷酸二氫鈣含量為1.0%的飼料中添加800 IU/kg中性植酸酶可促進異育銀鯽生長，提高干物質(zhì)和磷的表觀消化率，800 IU/kg中性植酸酶在底物充足條件下可代替0.5%磷酸二氫鈣的添加(張曉清等，2016)。

目前，大部分商業(yè)植酸酶均為酸性植酸酶，其最適pH值為4.0~6.0，這就限制了此類植酸酶在無胃魚類和蝦類飼料中的應(yīng)用。已有研究表明，在飼料中補充酸性植酸酶對斑節(jié)對蝦(Biswas等，2007)、日本對蝦(Bulbul等，2015)和南亞野鯪(Xavier等，2012)的生長性能并無影響，但補充中性植酸酶卻改善了異育銀鯽(Liu等，2012) 的生長性能和營養(yǎng)物質(zhì)消化率。故在植酸酶的選擇上需根據(jù)動物的消化道酸堿性確定。

碳水化合物酶

植物細胞和動物細胞的最大差異在于植物細胞具有細胞壁，這是影響植物性原料利用率的主要原因。細胞壁參與維持細胞的形態(tài)、增強細胞的機械強度，并與細胞的生理活動有關(guān)。細胞壁從結(jié)構(gòu)上可以分為三層：胞間層、初生壁、次生壁。胞間層又稱中膠層，為兩相鄰細胞所共有的一層膜，主要成分為果膠質(zhì)；初生壁是細胞分裂后，最初由原生質(zhì)體分泌形成的細胞壁，主要成分為纖維素、半纖維素，并有結(jié)構(gòu)蛋白存在；部分植物細胞在停止生長后，其初生壁內(nèi)側(cè)繼續(xù)積累形成次生壁，位于質(zhì)膜和初生壁之間，主要成分為纖維素，并常有木質(zhì)素存在。可見，構(gòu)成細胞壁的成分中，絕大部分是多糖，主要是纖維素、半纖維素和果膠類，由葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖醛酸等聚合而成，另有少量蛋白質(zhì)。這些細胞壁成分難以消化，在很大程度上阻止了細胞內(nèi)容物與消化酶的接觸，這是植物性原料消化率較低的重要原因。

碳水化合物酶是能降解碳水化合物多聚體的一類酶的總稱。添加碳水化合物酶可提高生能營養(yǎng)素如淀粉、脂肪的消化率(Adeola，2004)；脂肪消化率的提高主要來于碳水化合物酶對NSP的降解，而NSP可以增加膽鹽的水解而降低脂肪的消化率(Vahjen等，2007)。此外，碳水化合物酶可以改善攝食高NSP飼料動物的腸道健康。NSP產(chǎn)生的高黏性降低了營養(yǎng)物質(zhì)的擴散率，導(dǎo)致顆粒物質(zhì)的積累，使得一些有害生物大量增殖(Vahjen等，1998)，通過降低食糜黏度，碳水化合物酶可以消除對腸道微生態(tài)平衡產(chǎn)生的不利影響。NSP水解后，產(chǎn)生的寡糖片段，可以為有益微生物利用，通過產(chǎn)生乳酸和有機酸，降低氨的產(chǎn)生(Kiarie 等，2007)，增加揮發(fā)性脂肪酸的濃度(Hübener 等，2002)，進而改善動物腸道健康和機體健康。

近年來，有關(guān)碳水化合物酶在水產(chǎn)營養(yǎng)中的研究開始增多。在草魚的研究表明，纖維素酶顯著提高了生長性能，促進了內(nèi)源性消化酶的分泌，腸道微生物組成也發(fā)生了相應(yīng)變化(Zhou等，2013)；在小麥基礎(chǔ)飼料中分別添加不同水平木聚糖酶(0.05%、0.10%、0.15%)，顯著降低了尼羅羅非魚的腸道食糜黏度，中、后腸絨毛表面的黏附性顆粒數(shù)量減少,顆粒直徑減小，中、后腸微絨毛的密度和高度得到不同程度的改善(聶國興等，2007)；在以DDGS部分取代魚粉的飼料中補充木聚糖酶(20 g/t)和纖維素酶(300 g/t)，提高了大菱鲆幼魚對飼料的利用效果(隋仲敏等，2017)。然而，在以菜粕為主要植物蛋白原料的尼羅羅非魚飼料中添加纖維素酶，對生長和營養(yǎng)物質(zhì)利用沒有改善(Yigit等，2011)；在含10%、20%豆粕的飼料中添加復(fù)合酶Superzyme CS(木聚糖酶、淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶和β-葡聚糖酶)，對虹鱒生長性能沒有影響，但降低了糞便黏性和沉降速度(Ogunkoya等，2006)。這些不同的研究結(jié)果與所添加酶的種類、數(shù)量、飼料組成等因素有關(guān)。

有關(guān)NSP和碳水化合物的作用機理，在畜禽動物上研究較多，而在水產(chǎn)動物上研究較少。由于生活環(huán)境和生理特點的不同，水產(chǎn)動物腸道中的水分含量較高(Refstie 等，1999)，這使得其黏性較低(Sinha 等，2011)，可能NSP產(chǎn)生的黏性抗?fàn)I養(yǎng)作用，在水產(chǎn)動物中不如畜禽動物明顯。

目前市場上的主要碳水化合物酶產(chǎn)品是木聚糖酶、葡聚糖酶，占了全球碳水化合物酶市場的80%(Castillo等，2015)，其他的一些碳水化合物酶有α-淀粉酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶、果膠酶、纖維素酶等。

蛋  白  酶

蛋白酶是水解蛋白質(zhì)產(chǎn)生小肽和氨基酸的一大類酶的總稱，蛋白酶的種類甚多，根據(jù)其作用環(huán)境，有酸性、中性、堿性蛋白酶之分，根據(jù)其成分，有單一蛋白酶和復(fù)合蛋白酶。目前的蛋白酶產(chǎn)品主要來自于細菌或真菌。飼料中補充蛋白酶，可以彌補動物自身蛋白酶的不足，促進大分子蛋白質(zhì)降解，提高蛋白質(zhì)消化利用率。

以植物蛋白原料取代魚粉后，通常會導(dǎo)致消化道蛋白酶活性的下降。Lin等(2011)以豆粕取代基礎(chǔ)飼料(含魚粉20%)中25%、50%、75%和100%的魚粉，發(fā)現(xiàn)隨豆粕用量的增加和魚粉用量的減少，羅非魚腸道和肝胰腺蛋白酶的活性極顯著下降，而淀粉酶的活性則無顯著變化。在凡納濱對蝦日糧中，隨大豆?jié)饪s蛋白替代魚粉比例的增加，肝胰腺蛋白酶活性也表現(xiàn)出下降的規(guī)律，脂肪酶、淀粉酶活性與對照組相比沒有顯著變化(Chen等，2017)；類似的報道也見于鯉魚(冷向軍等，2008)?？梢姡谥参锏鞍状罅繎?yīng)用和魚粉用量減少后，補充蛋白酶對于提高植物蛋白的消化利用率具有重要意義。

Drew 等（2005）在菜粕- 豌豆型飼料中添加250 mg/kg 蛋白酶，顯著提高了虹鱒對粗蛋白質(zhì)、脂肪、能量和干物質(zhì)的消化率；在另一項虹鱒的試驗中，在豆粕型飼料中添加228 mg/kg蛋白酶(一種絲氨酸蛋白酶)顯著改善了營養(yǎng)物消化率，但在葵花籽粕、菜粕型飼料中補充蛋白酶則沒有觀察到改善效應(yīng)(Dals⁃gaard等，2012)；在異育銀鯽的研究中，將魚粉含量從9%降到3%，同時在顆粒飼料中補充蛋白酶后，顯著改善了魚體生長性能，提高了營養(yǎng)物質(zhì)消化率，但在膨化飼料中補充蛋白酶則對生長和飼料利用沒有影響，其原因可能在于膨化加工過程中的高溫高壓已使大部分蛋白酶失活，再者，飼料膨化后提高了營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，已經(jīng)能滿足魚體的營養(yǎng)需要，故補充蛋白酶后沒有觀察到改善效應(yīng)(Shi等，2016)。在凡納濱對蝦(Li等，2016)、羅非魚(Li等，2018)上也有補充蛋白酶后改善了魚體生長性能和飼料利用的報道。然而，在羽扇豆(脫殼)型飼料中補充蛋白酶，對虹鱒生長性能并無改善(Farhangi等，2007)?？梢姡鞍酌傅淖饔眯Чc其底物密切相關(guān)。

此外，一些研究表明，在虹鱒(張娟娟等, 2012)、羅非魚(Li等，2018)飼料中補充蛋白酶后，增加了腸絨毛的高度，改善了腸道組織結(jié)構(gòu)。

脂  肪  酶

脂肪酶可將脂肪水解為甘油一酯、甘油二酯和游離脂肪酸，是動物體內(nèi)的一種重要消化酶。楊新文等(2010)在飼料中添加100、300 mg/kg脂肪酶，顯著降低了南方鲇的飼料系數(shù)，提高了粗脂肪消化率和蛋白質(zhì)效率，增重率在數(shù)值上也有提高；在瓦氏黃顙魚飼料中添加300 mg/kg脂肪酶，提高了魚體增重率9.29%，降低了飼料系數(shù)6.35%(谷金皇等，2010)；在低蛋白質(zhì)高脂肪飼料中添加脂肪酶提高了草魚的生長性能和腸道免疫力(Liu等，2016)。然而在花鱸的研究中，在低蛋白高脂飼料中補充100~800 mg/kg脂肪酶，對生長并無改善，甚至導(dǎo)致了一定程度下降，粗脂肪和部分脂肪酸的表觀消化率也下降，這可能是外源脂肪酶添加量過高導(dǎo)致內(nèi)源酶活性降低，以及脂肪酶水解產(chǎn)生的游離脂肪酸過多而影響了脂肪酸的消化吸收所致(王國霞等，2017) 。

總體來看，與植酸酶、蛋白酶、碳水化合物酶相比，脂肪酶在水產(chǎn)上的研究應(yīng)用比較少，這可能與其穩(wěn)定性較差、底物不溶于水、生產(chǎn)成本較高等原因有關(guān)。此外，除冷水性魚類和肉食性魚類外，水產(chǎn)飼料中的脂肪水平并不高，且水產(chǎn)動物對脂肪具有較高的吸收利用率，脂肪酶在水產(chǎn)飼料中的重要性似乎不及其他幾類酶制劑。

酶制劑使用中的問題與展望

5.1 酶的穩(wěn)定性與添加方式

酶制劑應(yīng)用于飼料中，最大的關(guān)注點是其穩(wěn)定性，包括飼料加工中的溫度、水分、壓力對酶活性的影響，飼料貯存過程中酶活性的損失，酶進入動物消化道后，能否耐受胃酸的影響(有胃魚類)而到達小腸的作用部位。開發(fā)穩(wěn)定性的酶制劑一直是酶制劑工業(yè)努力的方向?？梢圆捎梅€(wěn)定化技術(shù)來提高酶的耐熱性，如物理包埋、化學(xué)修飾等方法；也可采用基因工程等生物技術(shù)手段，開發(fā)出穩(wěn)定的酶制劑，或在極端環(huán)境中尋求耐高溫微生物，產(chǎn)生耐高溫的酶。

根據(jù)酶制劑的穩(wěn)定性和飼料生產(chǎn)方式，酶制劑的添加主要有直接添加、制粒后添加和在原料中添加(原料預(yù)處理)三種方式。

直接添加：使用粉狀飼料時，可以直接添加酶制劑，混合均勻后進行飼喂。如是耐高溫的酶，也可以直接加到飼料中再制粒。制粒后添加：為了避免調(diào)質(zhì)、制粒過程中造成酶活性的損失，可采用制粒后噴酶技術(shù)，通常采用液體酶，通過噴霧系統(tǒng)，將酶均勻地噴涂到顆粒飼料表面。

原料中添加(原料預(yù)處理)：飼料原料在使用之前用酶制劑進行水解，可降解部分抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高飼料的營養(yǎng)價值。如使用纖維素酶、木聚糖酶等碳水化合物酶降解細胞壁和NSP，使用植酸酶降解植酸，使用蛋白酶降解大分子蛋白，這些酶解過程可單獨進行，也可復(fù)合進行，但前提是這些酶具有相近的水解條件。這些酶解技術(shù)，是生產(chǎn)酶解豆粕等原料的理論基礎(chǔ)。相比較而言，利用植酸酶對原料進行預(yù)處理的方式較為普遍。在大多數(shù)的研究中，植酸酶的作用溫度和pH值分別為50~55 ℃和5.0~5.5，也有少量報道為30~37 ℃溫度和微堿性pH值。

5.2 酶的作用環(huán)境

酶的水解作用，需要一個適宜的溫度、酸堿性和水分環(huán)境。大多數(shù)商業(yè)植酸酶的適宜水解溫度是40~60 ℃，顯然水產(chǎn)動物體內(nèi)無法提供如此高的溫度，特別是冷水性魚類的體溫更低。在水產(chǎn)動物消化道內(nèi)，酶的水解效果難以達到其最佳水平。開發(fā)作用溫度較低的酶類，以及研究在水產(chǎn)動物生理條件和溫度下酶的水解作用，是今后酶制劑研究和應(yīng)用的一個方向。

魚類的消化道組成具有很大的多樣性，有的有胃，有的無胃；蝦類的消化道又具有與魚類不同的特點，比如蝦的胃主要進行機械性消化，其主要的消化吸收部位是肝胰腺。不同的消化道結(jié)構(gòu)特點，使其酸堿性表現(xiàn)不一，因而在選擇酶制劑時，需注意酶的作用環(huán)境是酸性、堿性或中性，即選擇酸性、堿性或中性酶制劑。

5.3 酶的作用底物與基礎(chǔ)飼料組成

酶的作用具有高度專一性，只能作用于具有特定化學(xué)鍵的底物。飼料原料結(jié)構(gòu)不同，酶作用的底物不同，因而效果不同。要充分發(fā)揮酶制劑的作用，應(yīng)根據(jù)飼料組成而選擇相應(yīng)的酶制劑。比如，在虹鱒的豆粕型飼料中添加蛋白酶顯著改善了營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，但在葵花籽粕、菜粕型飼料中補充同樣的蛋白酶，則沒有觀察到改善效應(yīng)(Dalsgaard等，2012)；在選用碳水化合物酶降解NSP時，首先要清楚基礎(chǔ)配方中主要的NSP和水溶性NSP是什么，然后針對性的選擇木聚糖酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶等。

基礎(chǔ)配方的營養(yǎng)水平會對酶的作用效果產(chǎn)生顯著影響。Kumar 等(2006)發(fā)現(xiàn)，在粗蛋白質(zhì)含量27%的飼料中補充α-淀粉酶，改善了南亞野鯪的生長和蛋白質(zhì)利用，但在35%粗蛋白質(zhì)飼料中補充則無改善效應(yīng)；在含未糊化淀粉飼料中補充淀粉酶，觀察到了對生長的改善效應(yīng)，但在含糊化淀粉飼料中補充則無改善；其原因可能與糊化淀粉易水解導(dǎo)致葡萄糖吸收過快而產(chǎn)生代謝應(yīng)激有關(guān)。冷向軍等(2008)在魚粉含量10%的鯉魚飼料中補充蛋白酶顯著提高了魚體增重和飼料利用，但在魚粉含量15%、20%的飼料中補充蛋白酶則未對魚體增重和飼料利用產(chǎn)生顯著影響?？梢姡跔I養(yǎng)水平較低的基礎(chǔ)飼料中補充酶制劑，才能產(chǎn)生較好的改善效果。

5.4 酶的復(fù)配

植物性原料中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，單靠一種酶是難以降解的。以植物細胞壁為例，要實現(xiàn)其完全降解，需要纖維素酶、半纖維素酶(包括木聚糖酶、甘露聚糖酶等)、木質(zhì)素酶、果膠酶四大系列酶類，在細胞內(nèi)容物暴露出來后，還需要NSP酶、植酸酶、蛋白酶等，顯然多種酶的復(fù)合，其效果優(yōu)于單一酶制劑。然而，多種酶復(fù)合后，并不是每一種酶都發(fā)揮著同等重要的作用。Tahir等(2008)評估了單獨或復(fù)合添加半纖維素酶、纖維素酶和果膠酶的作用效果，發(fā)現(xiàn)半纖維素的水解是整個酶解過程的限速步驟，這意味著纖維素酶和果膠酶在NSP 降解方面發(fā)揮的作用較少。酶制劑的復(fù)配效果與飼料原料組成有關(guān)，今后應(yīng)就酶制劑的單一添加和復(fù)合添加的效果進行比較研究。

多種酶制劑的復(fù)配，并不意味著要將植物細胞壁和NSP完全降解為單糖，實際上，細胞壁和NSP的部分降解已經(jīng)達到了破壞抗?fàn)I養(yǎng)因子的目的，并且產(chǎn)生的寡糖片段具有益生元的功能，可促進腸道有益微生物的生長，改善腸道微生態(tài)平衡。

5.5 酶在飼料加工過程中的作用

傳統(tǒng)觀點認為，酶制劑在進入動物消化道后才開始發(fā)揮作用，但在生產(chǎn)中，一些酶制劑在調(diào)質(zhì)、制粒、后熟化后，其活性已大部分消失，但飼養(yǎng)試驗的效果卻不錯，這表明，酶的作用不只局限在動物體內(nèi)，在飼料加工的過程中就已經(jīng)開始發(fā)揮作用了。Li 等（2016）用試驗證明了在制粒和熟化過程中，蛋白酶已經(jīng)發(fā)揮了水解蛋白質(zhì)的作用，該蛋白酶經(jīng)過制粒和后熟化過程后，活性可保留79.3%和67.5%。這提示我們，在飼料調(diào)質(zhì)過程中，可以通過延長調(diào)質(zhì)時間，適當(dāng)降低調(diào)質(zhì)溫度，從而更充分的發(fā)揮酶的水解作用，實際上，這也是原料預(yù)處理的一種方式。當(dāng)然，這種方式的前提條件是所用酶制劑具有較高的耐溫性。

總體來看，酶制劑在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用，已經(jīng)取得了一定成效。隨著穩(wěn)定性酶制劑和符合水產(chǎn)動物生理特點酶制劑的開發(fā)，酶制劑將在水產(chǎn)飼料中得到更多的應(yīng)用，從而提高飼料利用率，節(jié)約飼料資源，促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持發(fā)展。

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