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一文讀懂酶制劑在反芻動物中的優秀應用!

日期: 2020-04-17
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近年來,草料和谷物價格不斷上漲,飼料成本也隨之增加,這對于廣大牧場而言無疑是一筆較大的投入,尋求提高飼料轉化率的方法和改善動物生產性能已成為當下牧場都在研究的課題,而酶制劑作為一種綠色、天然的生物酶制劑,它具有改善纖維消化和提升動物生產性能的作用,可以較低的投入成本改善動物生產性能,這也是在反芻動物日糧中使用酶制劑的重要原因。

從目前的研究來看,當下反芻動物用酶研究多數集中在纖維分解酶上,通過它可提高纖維消化率,因為增加纖維消化率可增加動物對可消化能量的攝入,也就是生產1公斤牛奶或增加1公斤體重所需的飼料更少,或是動物每千克消耗的飼料可以生產更多的牛奶或增加更多的體重。

下面我們就詳細了解一下。

飼料酶主要針對的是飼料的纖維部分,飼草干物質(DM)中的中性洗滌纖維(NDF)含量約為30-70%。即使在理想的飼喂條件下,反芻動物在消化道中的NDF消化率通常也低于65%,而瘤胃中的NDF消化率(可降解性)通常低于50%。瘤胃纖維降解性的改善可以提高全道消化率。同時,瘤胃纖維降解能力的改善使牛通過減少瘤胃中的物質填充而消耗更多的飼料??梢哉f較高的干物質攝入量(DMI)對奶牛極為有利,因為牛奶的生產會受到可消化能量攝入的限制。據報道瘤胃中飼草NDF降解性每增加1個百分點,DMI每天增加0.17千克,脂肪校正乳每天增加0.25千克。同樣,玉米青貯飼料中NDF降解能力每增加1個百分點,DMI每天增加0.12 kg,經過脂肪校正的牛奶產量每天增加0.14 kg(Jung等,2004)。 瘤胃中NDF降解性的提高也刺激了微生物蛋白的合成(Oba和Allen,2000),這增加了牛體內可代謝蛋白質的供應。因此,增加NDF降解能力的酶制劑具有顯著提高奶牛和其他高產反芻動物生產性能和飼料轉化效率的潛力。

這在夏盛的試驗中也得以充分驗證,夏盛在內蒙古某萬頭高產牧場進行了夏盛奶牛專用復合酶的科學飼喂,在該牧場3個月的觀察驗證中,發現該牧場使用奶牛專用復合酶后奶牛泌乳前期和高峰期每頭牛每天平均增加1.2-2.0kg;干物質采食量明顯改善,增加牧場奶牛日干物質采食量1.0-1.5kg;日糧能量供給改善,奶牛粗飼料干物質、NDF消化率提高8-10%。

作用方式如下

由于瘤胃微生物生態系統的復雜性和纖維消化的過程,反芻動物酶的作用方式相對未知。酶制劑在瘤胃環境中相對穩定,尤其是通過飼料添加時,飼喂后瘤胃中的條件,例如蛋白水解活性降低和pH值降低,有助于提高飼喂酶的穩定性。此外,飼料底物的存在有助于降低酶對失活的敏感性。外源酶具有增加瘤胃環境中酶活性的能力,但瘤胃水解能力的提高將取決于在瘤胃條件下(即pH范圍5.5-6.8,溫度39±1oC)施加到飼料上的酶的用量和外源酶的活性。

在飼喂研究中通常使用的水平下,酶制劑可提高瘤胃中正常存在的約5-15%的酶活性。但定量飼喂酶,瘤胃中酶活性的真正增加是很難定量的。而外源酶和瘤胃微生物酶協同作用,其凈作用是整體水解能力的顯著提高,超過了各個單獨組分的累加作用。

除了提高瘤胃環境中的酶活性外,將酶制劑應用于飼料還可以促進纖維的水解。這種水解以增加表面積的方式改變了飼料的結構。瘤胃細菌主要在草料顆粒的切開或浸軟的表面上開始其初始粘附。因此,由于外源酶的初始水解而引起的飼料表面積的變化可以解釋為酶制劑刺激了瘤胃微生物對纖維的粘附和定殖。細菌粘附對于隨后的纖維細胞壁降解至關重要。有證據表明,在日糧中添加飼料酶會增加瘤胃中的細菌數量。

??而且酶制劑可提高在體內纖維的消化率,肉牛日增重(ADG),奶牛的產奶量和肉牛/奶牛的飼料利用率。將酶添加到高能量需求的高產反芻動物的日糧中是最有效的。于奶牛而言,泌乳階段對確保酶制劑的作用至關重要。例如,Schingoethe等人(1999)在TMR的草料部分(60%的玉米青貯和40%的苜蓿干草)上應用了酶制劑,泌乳早期的母牛(研究開始時泌乳天數不足100天)的飼料轉化效率提高了10-30%,3.5%脂肪校正的牛奶產量增加18-24%。

通常自由采食的牛比限制攝入的牛對酶的反應更好。隨意飼喂牛時,纖維的消化率趨于降低,因為在瘤胃中的停留時間相對較短,瘤胃的pH值通常會低于纖維消化的最佳值(NRC,2001)。當飼料在瘤胃中的停留時間很短時,瘤胃中纖維降解率的增加最有可能改善全腸道消化率。因此,酶技術用以滿足維持能量時,不太容易使反芻動物受益;而飼喂反芻動物以實現最高生產率時,預計會產生更大的效益。

飼料酶制劑是提高反芻動物性能的高效手段,是要加深對作用方式的了解,并確定關鍵的酶活性和所需的劑量,從而確保以低成本高效益的方式使用這些酶制劑。

消化纖維的主要酶

?? 大多數反芻動物飼料酶都含有纖維素酶和半纖維素酶,因為纖維素和半纖維素是植物中主要的結構多糖。但纖維素酶和半纖維素酶的類型在商業酶產品之間有很大的不同,這取決于來源生物體以及該生物體的生長方式。不同來源生物表達的酶活性將極大地影響酶制劑的有效性。

參與纖維素水解的主要酶是內切葡聚糖酶,外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。內切葡聚糖酶隨機水解纖維素鏈以產生纖維素低聚物;外切葡聚糖酶從非還原端水解纖維素鏈,產生纖維二糖。β-葡糖苷酶從纖維二糖釋放葡萄糖,并從還原端和非還原端水解短纖維素鏈。在這里所有三種酶都是纖維素完全水解所必需的。這其中將半纖維素的木聚糖降解的主要酶是內切β-1,4-木聚糖酶和β-1,4-木糖苷酶,它們分別產生短的木聚糖鏈和木糖。許多其他半纖維素酶也參與側鏈的消化,包括甘露糖苷酶,阿拉伯呋喃糖苷酶,葡糖醛酸糖苷酶,半乳糖苷酶,乙酰-木聚糖酯酶和阿魏酸酯酶。

在商業酶產品中包含許多酶活性,因此確定反芻動物應用所需的關鍵活性和最佳劑量至今仍是個挑戰。困難的部分是外源酶與瘤胃中的微生物酶協同作用很難量化,并且所需的關鍵活性可能取決于內源性微生物。另外,所需的關鍵酶活性取決于預期酶作用于其上的飼料的化學組成。因此,一種特定的酶制劑并非對所有日糧都有效,最佳劑量在不同的飼料中也會有所不同。Colombatto等人(2003)在體外評估了26種酶產品,只有一種產品對苜蓿干草和玉米青貯飼料均有效。因此,需要為特定類型的草料配制酶制劑。Eun和Beauchemin(2008)進行了薈萃分析,以鑒定飼料酶制劑中關鍵的酶活性,這些添加劑可改善體外飼料NDF的降解性。對于苜蓿干草,評估了八項研究的數據,這些研究使用45種酶制劑進行了83種酶處理,對于玉米青貯飼料,數據來自使用23種酶制劑進行61種酶處理的6項研究。所有研究均使用同一批培養體外方法進行,所有酶分析均在同一實驗室中使用相同的pH(6.0),溫度(39oC)和底物條件進行,這有助于最大程度地減少酶單位測定方法帶來的差異 。酶活性單位的定義取決于方法,并且在實驗室之間是有差異的。苜蓿干草的NDF降解率平均提高了12.3%,范圍從–32.1到82.3%。同樣,玉米青貯飼料的NDF降解能力平均提高了14.3%,范圍從–23.3至60.5%。因此,使用某些酶制劑的兩種牧草均獲得了NDF可降解性的大幅提高。其可降解性的范圍表明了產品配方的重要性。同樣很明顯,如果未優化酶的活性和劑量,酶制劑會對纖維的消化產生不利影響。

對于木聚糖酶,酶的類型和特征似乎比活性單位更重要。Eun和Beauchemin(2007)對13種內切葡聚糖酶和10種木聚糖酶,評估了其改善苜蓿干草體外瘤胃降解的潛力。內切葡聚糖酶中的六種和木聚糖酶中的五種增加了有機物的降解;兩種類型的酶產物均觀察到高達20%的OM降解增加。添加的內切葡聚糖酶活性(在瘤胃條件下測定)與OM降解之間的相關性中等(r2 = 0.50),而對于木聚糖酶,響應不是添加的活性的直接線性函數。在該研究中,木聚糖酶活性是使用來源小麥籽粒中的阿拉伯木聚糖在pH 5.4和37oC下測定的,和使用樺木木聚糖在pH 6.0和39oC下測定。某些單活性木聚糖酶可改善草料降解的事實表明,木聚糖酶很重要,但不能使用標準的活性測定法來預測其反應,這也證實了先前的研究發現(Eun等,2007)。

研究表明,纖維素酶和木聚糖酶的活性均對草料的纖維降解具有有益的作用。雖然纖維素酶活性的濃度對改善草料降解很重要,但對于木聚糖酶,酶的類型和特性比活性更重要。

評估反芻動物酶產品的功效

由于無法準確預測酶活性對酶的反應,因此需要使用模擬其在瘤胃中作用的生物測定方法篩選酶制劑。在緩沖的瘤胃液中進行體外分批培養可以成為選擇能改善纖維降解的酶制劑的有力篩選工具。與體內方法相比,體外方法便宜,耗時少并且可以更好地控制實驗條件。此外,體外系統可以容納大量的候選酶。但最終使用快速生長的?;蛟诓溉槌跗诘哪膛_M行動物飼養研究是評估酶產品是否能提高飼料利用率的最佳方法。

上面提到酶制劑可提高纖維消化率,可為動物提供更多可消化的能量,以供生長或產奶。 但更高的生產率增加了動物對可代謝蛋白質的需求。因此,要確保日糧中的可代謝蛋白質含量符合在使用酶制劑時的需求。而且,使用酶提高瘤胃中纖維部分的消化率會有可能增加瘤胃酸中毒的風險,特別是如果日糧已經高度發酵的話。飼料的瘤胃發酵能力可能對瘤胃pH值產生重大影響,所以如果日糧中淀粉含量高且飼料中沒有足夠的草料,則日糧發酵能力的進一步提高會導致瘤胃pH值下降。例如,Eun和Beauchemin(2005)向奶牛飼喂僅含34%飼草(以DM為基礎)的高濃度飼料,其平均瘤胃pH值為5.6。在日糧中添加酶可使全腸道NDF消化率提高26%(從39.9%至50.2%),導致瘤胃平均pH值進一步降低至5.5,換言之在各方面不合理的情況下飼喂酶會導致瘤胃酸中毒的跡象,例如飼喂后瘤胃pH降低和乳脂降低。因此,在向纖維含量低的飼料中添加飼料酶時必須格外小心。為了避免瘤胃酸中毒,使用酶制劑時增加飼料中草料的比例(或降低淀粉含量)是有利的。酶在為牛的生產者提供飼喂高纖維日糧機會的同時,保持了其生產性能,最大程度地減少消化不良等情況。

結論

飼料酶的使用,在改善反芻動物對飼料的利用方面具有巨大潛力,已有大量報道顯示某些酶制劑在牛奶產量、增重和飼料轉化效率方面有積極作用,但不同牧場反應的結果卻不一致,設計能夠提供增強目標底物飼草降解能力所需的酶制劑將可提高該技術的有效性。

夏盛根據奶牛、肉牛羊生理特點和全混合日糧結構,匹配設計了奶牛專用復合酶、肉牛羊專用復合酶、青干貯專用復合酶等產品,適用于不同的養殖動物和應用場景,幫助廣大用戶以最低的成本獲得最佳的效益。


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