飼料中的三大營養(yǎng)物質(zhì)為蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪，其中大豆和玉米分別為飼料中蛋白質(zhì)和淀粉的主要來源。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國飼料行業(yè)中，大豆及其副產(chǎn)品提供了60%的所需蛋白質(zhì)[1]，玉米作為全世界產(chǎn)量最高的農(nóng)作物，提供了85%以上的所需淀粉[2] [3]。

　　由于疫情、天氣以及俄烏戰(zhàn)事影響，豆粕與玉米的價(jià)格自2022年1月以來一直居高不下。

　　在如此大的價(jià)格壓力下，眾多飼料企業(yè)紛紛采取營養(yǎng)效率最大化和成本控制的產(chǎn)品方案來提高豆粕、玉米等原料的營養(yǎng)效益。

　　酶制劑是一種具有生物活性的天然催化劑，其作為一種新型高效的飼料添加劑，為開辟新的飼料資源以及降低飼料生產(chǎn)成本提供了行之有效的途徑。

　　不僅如此，酶制劑還可以同時(shí)提高動物生產(chǎn)性能和減少養(yǎng)殖排泄物的污染，為飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)高效、節(jié)糧、環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供了保障和可能性。

　　隨著廣泛的使用，酶制劑產(chǎn)品層出不窮，品質(zhì)卻參差不齊，給使用者在選擇上帶來很大的挑戰(zhàn)。

　　一、酶制劑的定義

　　絕大多數(shù)酶制劑的化學(xué)本質(zhì)是一類對其底物具有高度特異性和高度催化性的蛋白質(zhì)。

　　酶的催化作用依賴于酶空間結(jié)構(gòu)的完整，在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等條件下，酶的空間結(jié)構(gòu)會遭到破壞進(jìn)而失去活性。

　　常見的飼用酶制劑從功能上主要分為兩大類：

　　1.助營養(yǎng)消化酶，包括蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等；

　　2.去除抗?fàn)I養(yǎng)因子的酶制劑，包括非淀粉多糖酶、黃曲霉毒素脫毒酶、植酸酶等。

　    二、什么是酶活力

　　酶活力是酶制劑最為重要的指標(biāo)之一，活力越大表明酶制劑的催化反應(yīng)效率越高。

　　以蛋白酶為例，酶活力在中國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 23527-2009 蛋白酶制劑》中的定義為“1 g固體酶粉（或1 mL液體酶），在一定溫度和pH值條件下，1 min水解酪蛋白產(chǎn)生1 μg酪氨酸，即為1個(gè)酶活力單位，以U/g（U/mL）表示”。

　　由此可見，酶活力的大小由諸多因素決定，包括溫度、pH值、酶添加量、底物成分和反應(yīng)時(shí)間。

　　另外目前行業(yè)內(nèi)缺少統(tǒng)一的強(qiáng)制性國標(biāo)，因此不同生產(chǎn)廠家的酶制劑活力單位可能也存在偏差。

　　建明CLS推薦使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來評估不同的酶制劑，這對可靠有效的評估結(jié)果至關(guān)重要。

　　在2016至2021年間，建明CLS使用同樣的評估標(biāo)準(zhǔn)（國標(biāo)法）對42份不同蛋白酶產(chǎn)品的酶活力進(jìn)行了分析評估（圖1）。

　　我們發(fā)現(xiàn)，有35.7%的樣品酶活力較高，大于100,000 U/g；31.0%的樣品酶活介于10,000與50,000 U/g之間；21.4%的樣品酶活介于1,000與10,000 U/g之間；其余兩檔酶活力的蛋白酶產(chǎn)品相對較少。

　　三、酶制劑的熱、酸耐受率以及建明兩步法評估

　　一個(gè)優(yōu)質(zhì)的酶制劑產(chǎn)品，擁有足夠高的酶活力固然重要，但是其熱耐受率以及酸耐受率同樣不容忽視，上文提到的溫度及pH值也是影響酶活力的重要因素。

　　酶制劑產(chǎn)品從制備到抵達(dá)動物腸胃道發(fā)揮作用需要經(jīng)過若干個(gè)步驟，其中制粒過程中的高溫條件（85 ℃）以及動物胃中的強(qiáng)酸環(huán)境（pH 2~3）均給酶活力帶來了不小的挑戰(zhàn)。

　　如果酶制劑產(chǎn)品無法耐受任何一個(gè)環(huán)節(jié)，其酶活力將大打折扣。

　　為了更客觀地評估酶制劑在面對這種高溫及強(qiáng)酸環(huán)境時(shí)的耐受性能，建明CLS采用體外兩步法來模擬這兩個(gè)環(huán)節(jié)。

　　如圖2所示，我們采用與實(shí)際情況接近的實(shí)驗(yàn)條件來模擬高溫制粒及胃強(qiáng)酸環(huán)境，通過測量這些環(huán)境條件對其酶活力所造成的影響來評估酶制劑產(chǎn)品的熱耐受率和酸耐受率。

　　在這42份蛋白酶樣品中，有三分之一的樣品熱耐受率低于50%，其中21.4%的樣品耐溫率低于10%，表示這部分樣品無法耐受制粒過程中的高溫處理，因此其酶活力嚴(yán)重受損。

　　動物體內(nèi)蛋白質(zhì)的水解作用主要發(fā)生在腸道內(nèi)，腸液的pH在7.5至8.5之間，呈弱堿性。

　　蛋白酶可分為酸性、中性及堿性蛋白酶，鑒于腸道內(nèi)的pH弱堿性環(huán)境，大部分蛋白酶產(chǎn)品都以中性或堿性蛋白酶為主，能否在通過胃酸后保持活性是這類蛋白酶的重要屬性之一。

　　同樣的42份蛋白酶樣品，有61.9%的樣品酸耐受率低于10%，只有11.9%的樣品酸耐受率在75%以上。

　　這一結(jié)果顯示，大部分蛋白酶樣品的酸耐受性并不理想，會在過胃時(shí)丟失大部分的酶活力。

　　四、“有效酶活”的概念

　　包括蛋白酶在內(nèi)，大部分的酶制劑都需要抵達(dá)動物腸道才能發(fā)揮其催化作用。

　　就算添加的酶活力再高，如果抵達(dá)腸道時(shí)所剩無幾，那其功效也就可想而知。

　　為了能夠更加簡便客觀地評估酶制劑，同時(shí)又考慮現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中高溫及強(qiáng)酸環(huán)境所帶來的影響，結(jié)合“兩步法”，建明CLS在2020年提出了“有效酶活”的概念，旨在更加直觀地評估一個(gè)產(chǎn)品的實(shí)際酶活力。

　　有效酶活的計(jì)算方法為：

　　有效酶活 = 酶活力 × 熱耐受率 × 酸耐受率

　　使用有效酶活來評估酶制劑產(chǎn)品，能夠充分考慮到各個(gè)影響酶制劑在靶點(diǎn)位置發(fā)揮催化作用的主要因素，更加客觀地評估一份酶制劑的實(shí)際作用。

　　圖4中的結(jié)果為同一批42份蛋白酶樣品的有效酶活檢測結(jié)果。

　　圖中我們發(fā)現(xiàn)，76.2%的樣品總酶活力在10000 U/g以上，然而最后只有4.8%的樣品有效酶活仍在10000 U/g以上，95.2%樣品的熱耐受性或酸耐受性不理想，造成其實(shí)際酶活力大打折扣。

　　五、水解效率

　　由于酶制劑特殊的反應(yīng)機(jī)制，其與底物發(fā)揮作用的前提是與底物充分結(jié)合，正如同一把鑰匙開一把鎖的原理。

　　不同底物與酶的結(jié)合親和度將有所不同，這將影響酶反應(yīng)的效率。

　　在實(shí)驗(yàn)室中常用的評估蛋白酶制劑酶活力的底物通常選用酪蛋白（19-24 kDa）[4][5]，這種蛋白質(zhì)主要來源于乳制品，脯氨酸含量相對較高，而半胱氨酸含量較低，導(dǎo)致其具有較弱的二級結(jié)構(gòu)且不能形成三級結(jié)構(gòu)[6] [7]。

　　然而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，大豆是動物飼料中蛋白質(zhì)的主要來源，大豆球蛋白（11S）（300-360 kDa）是大豆蛋白的主要成分之一，其賴氨酸含量較高，蛋氨酸含量較低[8][9]。

　　相比酪蛋白，大豆球蛋白分子量更大，空間結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，與蛋白酶結(jié)合反應(yīng)也有所差異[9]。

　　由以上信息不難看出，酪蛋白作為一種常規(guī)的蛋白酶酶活力分析底物，并不能完全替代以大豆球蛋白為代表的植物蛋白底物，僅以酶活力作為唯一評估標(biāo)準(zhǔn)顯然不準(zhǔn)確。

　　因此建明CLS實(shí)驗(yàn)室還對蛋白酶水解效果進(jìn)行評估，使用豆粕作為底物，通過檢測氨基酸釋放率來評估蛋白酶的酶促反應(yīng)效率。

　　如圖5所示， 42份蛋白酶對于豆粕蛋白底物的降解作用效果不盡相同。

　　其中，僅有5份樣品的氨基酸釋放提高率高于60%，有21份樣品的氨基酸釋放提高率極低，均小于10%。

　　如果您使用的日糧以其他谷物作為主要蛋白質(zhì)來源，在選擇最適合的蛋白酶制劑時(shí)，同樣應(yīng)該進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，找到最適合的蛋白酶產(chǎn)品。

　　六、總結(jié)

　　隨著飼料原料資源的短缺，原料價(jià)格一路高漲，酶制劑的使用能夠提高飼料的利用率，用最小的成本起到最大的作用。

　　然而，由于酶制劑相對復(fù)雜的作用機(jī)理，如何正確地選擇酶制劑是一個(gè)不小的問題。

　　以酶活力作為唯一標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)代已經(jīng)過去，一個(gè)好的酶制劑產(chǎn)品，不僅需要有足夠的酶活力，其熱耐受性及酸耐受性，以及針對特定底物的水解效果同樣重要。

　　除了蛋白酶以外，日常畜禽生產(chǎn)中還會用到很多其他種類的酶制劑，例如淀粉酶、木聚糖酶、葡聚糖酶等。

　　這些酶制劑的評估方法與蛋白酶類似。

　　建明CLS希望通過這篇文章，讓大家對于酶制劑的科學(xué)評估有更加深入的了解，助力實(shí)現(xiàn)增效降本。

　　Reference：

　　1. Sung W.K., John F.L., et al. Meeting Global Feed Protein Demand: Challenge, Opportunity and Strategy. Annual Review of Animal Biosciences. 2019, 7(17):1-23

　　2. S.A. Watson, Description, development, structure, and composition of the corn kernel, in: P.J. White, L.A. Johnson (Eds.), Corn: Chemistry and Technology, 2nd ed., American Association of Cereal Chemists Inc., St. Paul, 2003, pp. 69–106.

　　3. A.K. Sinha, V. Kumar, H.S.P. Makkar, et al., Non-starch polysaccharides and their role in fish nutrition - a review, Food Chem. 127 (2011) 1409–1426.

　　4. Rafiee Tari N，Arranz E，Corredig M. Effect of protein composition of a model dairy matrix containing various levels of beta-casein on the structure and anti-inflammatory activity of in vitro digestates [J]. Food Funct, 2019, 10 ( 4 ): 1870-1879.

　　5. Kibangou IB，Bouhallab S，Henry G，et al. Milk proteins and iron absorption: contrasting effects of different caseinophosphopeptides [J]. Pediatr Res, 2005, 58(4):731-734.

　　6. Plimmer RH，Lowndes J. Analysis of proteins：the content in amino-acids of the caseinogen and lactalbumin of womans milk [J]. Biochem J，1937，31（10）：1751-1757.

　　7. McSweeney PLH，F(xiàn)ox PF. Chemistry of the Casein. Advanced Dairy Chemistry, New York: Springer Science Business Media, 2013.

　　8. 劉微，王振元，張婉舒，等.人乳β-酪蛋白單體二級結(jié)構(gòu)及膠束微觀結(jié)構(gòu)的研究[J].中國乳品工業(yè)，2014（42）：4-7.

　　9. 劉燕燕，曾新安，陳曉東.FTIR分析脈沖電場和熱處理后的大豆分離蛋白結(jié)構(gòu)變化[J].光譜學(xué)與光譜分析.2010，30（9）：2340-2344.