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酶是一种天然的生物催化剂,可加快化学反应速度。酶的化学本质是蛋白质,必须在特定的条件下,如温度和pH范围内催化生物体内特异性的化学反应。
酶能促进饵料养分的分解和吸收利用,改善动物的生长性能,提高饲料转化率,增进动物健康。
现在越来越多养殖户在拌料的时候会加入一些酶来提高饵料的利用率,降低饵料系数,同时又有效避免了残饵浪费沉到塘底败坏水质。
另外,酶可转化或钝化饲料中固有的抗营养因子,提高总的消化率,增加营养物质的生物学价值,减少动物排泄物对环境的污染。
现代生物技术、生理生化、营养学、饲料学以及酶工程和发酵工程的巨大进展更进一步促进了酶的工业应用。
酶是一种生长促进剂。因为动物体内自身所产生消化饵料的各种酶不足或缺乏,因此饵料被摄入动物体内约有30%的干物质、25%的总能量、50%的氮元素和55%的磷作为废弃物被排泄掉。
这些排泄物以及未被利用的残饵长期集聚在水体中下部不仅污染水质,导致氨氮亚硝酸盐超标,还会导致底部淤泥沉积硫化氢超标。
为了提高饵料的消化吸收率和利用率,需要在饵料中补充各种外源酶。酶是一种高效生物化学催化剂,是生物细胞产生的一种活性蛋白质。
目前,最具有应用价值的饲用酶有非淀粉多糖(NSP)、植酸酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶5类。
应用于水产动物的饲用酶大多是复合酶制剂,如溢多酶、高活性复合酶蛋白酶等。
饲用外源性酶可分为两大类:一类是非消化酶,如纤维素酶、半纤维素酶、植酸酶、果胶酶等,这一类酶在动物体内不能合成,来源于微生物。
另一类是消化酶,如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等,这一类酶在动物体内能够合成,但这类内源酶在数量上往往不足。
非消化酶的作用是分解动物自身不能消化的物质或消除饵料中抗营养因子及有害物质。
例如,在饵料中添加植酸酶可以提高磷、蛋白质、钙、锌、铁等的吸收率,降低粪便中磷的浓度。
又如,在饵料中添加2400单位/千克纤维素酶,可以提高团头鲂等鱼类对纤维素的利用率。消化酶是用于补充内源酶的不足,以提高消化吸收率。
水产饵料中蛋白质含量都较高,尽管鱼、虾对蛋白质有较高的消化吸收率(78%〜93%),但内源性蛋白酶还不能完全发挥作用。
加入一部分外源性蛋白酶后可以弥补内源性蛋白酶的不足,提高蛋白质的吸收率。
加入淀粉酶和糖化酶后,可以补充水产动物所缺乏的淀粉酶,可以将淀粉的消化吸收率从原来的20%〜40%提高到80%以上,从而增加饵料能量,减少蛋白质作为能量的消耗、降低饵料成本。
酶的作用原理及功能
酶作为催化剂可明显提高化学反应速度,不会因催化反应而受到破坏,酶有高度的专一性,一种酶只能催化一种特定的反应。
(1)弥补内源酶分泌量的不足。基于酶的催化特性,在底物充足时,酶促反应速度与酶浓度成正比。
所以,提高消化道中的酶浓度,能大大加快底物(饲料)的降解率,另外,外源酶和内源酶对底物的专一性和作用位点不同,内外结合互补功能的不足,加快饲料中的淀粉、蛋白质脂肪的降解和各种抗营养因子的失活,提高整个日粮的消化率。
(2)消除或降低非水溶性多糖等抗营养因子的副作用。
物理加工只能部分破坏细胞壁结构,相当部分完好无损,营养物质被包于其中,不能与消化酶接触而被降解和吸收。
饲料中添加相应的降解细胞壁的酶就能生物降解这些抗营养成分,一方面降解产物可被动物利用;
另一方面破坏了细胞壁结构,释放出细胞内容物,为内源酶降解提供机会,使植物性饲料的利用率提高。
(3)降低水溶性多糖的黏滞作用。
植物中的一些非淀粉多糖,如各种低聚糖、半纤维素、果胶溶干水后形成黏性物质,导致消化道内容物的黏度增加,阻碍了营养物质和消化酶的扩散与渗透,影响消化和养分的吸收。
使用相应的酶就可显著降低消化道内容物的黏性,提高养分的吸收率,改善动物的生长和生产性能。
(4)有效利用饲料中的特定养分。添加植酸酶可使植酸盐中的磷释放出来,供动物利用显著减少无机磷的添加量.进而降低磷的环境污染。
(5)添加酶有助于调节动物机体的激素水平。
(6)改善副产品饲料原料的营养价值,开辟新的饲料资源。
用酶处理饲料有助于开发理想蛋白饲料,提高某些副产品的利用价值,成为工业生产理想蛋白的原料。
饲用酶的稳定性
饲用酶稳定性是活性的基础,经过饲料加工制粒过程和常温下贮存一定时间后,酶必须仍然保持高活力。
水产动物饲料绝大多数为颗粒饲料,且对颗粒饲料耐水性或黏结性有较高要求,在饲料加工过程中调质时间较长,且高温高压会造成饲料酶活性损失。
因此,选择耐高温的菌种及确定合适添加时间,对于保证饲料中酶的活性非常重要。
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试验案例:选用初重为(39.68±3.05)g的草鱼幼鱼作为试验对象,在全植物蛋白基础饲料中添加植酸酶,设5种不同的植酸酶添加水平(500 U/kg、 750 U/kg1 000 U/kg、1250 U/kg、 2500 U/kg)。
另设2个对照组--对照组1:全植物蛋白基础饲料中只添加1.5%的无机磷;对照组2:全植物蛋白基础饲料不添加植酸酶和无机磷,通过60d 的试验探讨和研究植酸酶对鱼生长、体组成及各组织磷含量的影响。
结果表明,对照组1鱼体的特定生长率最大,饲料系数显著低于其它各组(P<0.05);与对照组2相比较,全植物蛋白饲料中添加植酸酶后,当植酸酶添加水平大于1000 U/kg 时草鱼的饲料系数显著降低蛋白质效率得到显著提高;
植酸酶对草鱼的形体指标没有显著影响;当植酸酶添加水平大于1000 U/kg时鱼体粗脂肪含量有所降低;当植酸酶添加水平为1000 U/kg 时,其肌肉粗脂肪含量显著提高;
添加植酸酶后鱼体、肌肉和脊椎骨中的磷含量有一定提高,且当植酸酶添加水平为1250 U/kg 时,肌肉和脊椎骨中的磷含量显著提高。
结果表明,当植酸酶添加水平在1000 U/kg ~1250 U/kg 时与对照组2相比较全植物蛋白饲料中添加植酸酶可提高草鱼的特定生长率和蛋白质效率降低饲料系数,并显著提高草鱼磷的积累。
若欲减少无机磷添加量,建议植酸酶添加水平为1000 U/kg~1250 U/kg。
研究亮点:试验以全植物蛋白饲料为基础,不添加鱼粉。植物性饲料原料中含有大量植酸磷,试验设一个正对照和一个负对照。
正对照添加有无机磷,负对照无无机磷与植酸酶,试验组添加不同量植酸酶。
研究添加植酸酶后草鱼的生长、体组成、组织磷含量等与正负对照之间进行对比,从而确定出植酸酶对草鱼生长、磷积累等的影响。
通过比较得出植酸酶与添加无机磷组及不添加无机磷和植酸酶组是否有差异。最终得出草鱼饲料中植酸酶的添加量,以利于节约无机磷,或彻底替代无机磷。
近几年,由于鱼粉供应不足,价格不断上涨,人们广泛研究用廉价的植物蛋白来替代鱼粉作为蛋白源,但植物中的磷主要以植酸及其盐的形式存在;
植酸化学名称是环己六醇六磷酸酯,分子式为 C6H18O24P6,分子量为660.08是一种黄色液体,呈强酸性,易溶于水,其化学结构决定了它对其它离子有很强的络合性能够与营养物质、无机盐等形成络合物从而阻碍鱼类对营养物质的吸收和利用,是饲料中重要的抗营养因子。
植酸酶(phytase)属磷酸单酯水解酶,可将植酸分解为可利用的无机磷酸盐和肌醇,有研究表明植酸酶能够提高鱼类的生长性能、植酸磷和矿物质的利用率,同时提高蛋白质的消化率。
但鱼类消化系统内缺乏内源性植酸酶,使其对植物饲料源中的营养物质利用率降低,大量有机磷排入养殖水体,并导致养殖环境富营养化,这时通过在饲料中拌料添加植酸酶不仅可以提供饲料利用率,还可以改善水质,防止水体富营养化。
全植物蛋白饲料中添加植酸酶对草鱼生长性能和形体指标的影响
本试验中,添加无机磷组的蛋白质效率最高、饲料系数最低,且与其它各组有明显差异(P<0.05)说明磷对鱼生长性能的提高十分重要。
植酸酶的功能在于其对植酸磷的分解作用,从而对鱼体的生长产生影响。
有研究表明在饲料中添加植酸酶可以提高奥尼罗非鱼、点带石斑鱼、尼罗罗非鱼等的平均日增重和蛋白质效率,降低饵料系数和死亡率。
本试验中添加的是酸性植酸酶,且当植酸酶添加水平大于1000 U/kg 时饲料系数显著低于 D2 组蛋白质效率显著提高,表明饲料中添加植酸酶后,草鱼的生长性能得到提高。
其原因可能是添加植酸酶后,饲料中部分植酸磷中的磷得到释放或鱼类消化道中的某些消化酶被从鳌合状态中释放出来,从而提高鱼体的生长。
表 2 中可以看出 D1的总磷含量远大于其它各组,这可能是由于 D1的总磷含量大于其它各组,料中磷的含量较高所致。
鱼类在利用磷时通常先利用易于利用的无机磷,当无机磷不足时,植酸酶的作用才得以体现[。试验组中S3、S4 和S5的特定生长率高于D2,而饲料系数显著低于 D2(P<0.05),且当植酸酶添加水平为1 000 U/kg 时草鱼的特定生长率蛋白质效率较 D2得到明显提高饲料系数显著降低(P<005)。
肝体比和脏体比是评价鱼体营养价值的一项指标,胰腺是分泌消化酶的主要器官,肝脏是营养物质重要的代谢和贮存器官,所以肝胰脏在养分的消化中起着重要作用;
而饲料中的营养物质通常对肝胰脏的生长发育产生影响,仇明等研究发现,随着饲料中中性植酸酶浓度的增加异育银鲫的肝体比都显著提高(P<0.05),其中添加1000 U/kg 浓度的中性植酸酶组肝体比最大。
但在本实验结果中,植酸酶对草鱼的肝体比、脏体比、肥满度指标没有显著性影响。
但当植酸酶添加水平大于1000 U/kg 时对照组2的肝体比、脏体比都较添加植酸酶组高,而对照组1的VSI较添加植酸酶组高,说明饲料中添加植酸酶对防止草鱼肝脏肿大,降低肝脏病变的几率有一定的作用,但效果不显著。
本试验中,草鱼鱼体的粗脂肪含量却在添加植酸酶后降低,其原因可能是饲料中磷缺乏时,抑制了脂肪酸的β-氧化过程而使鱼体脂肪含量维持在较高水平。
本试验研究发现各组草鱼鱼体灰分含量没有显著性差异(P>0.05),但添加植酸酶后鱼体粗灰分有所提高,这可能与植酸酶能够打开植酸和矿物质之间的螯合键从而提高鱼体对矿物质(Ca Mg Zn等)的吸收利用有关。
全植物蛋白饲料中添加植酸酶对草鱼鱼体及各组织中磷含量的影响
磷是核酸、细胞膜和骨骼的重要组成部分,也在细胞能量代谢产生过程中发挥着重要作用,所以磷的吸收量对鱼类生长骨骼发育和繁殖产生重要影响。
研究表明,植酸酶能够提高鱼类对植酸磷的吸收和利用。
本试验研究结果表明植酸酶能够提高磷在鱼体及各组织的积累,提高鱼体对磷的利用率,在以豆粕为基础料的鲤饲料中分别添加500 和1000 U/kg植酸酶,能够释放出 20% ~40% 的植酸磷。