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饲料添加剂研究与应用新进展

2013-03-03 11:11:27 来源: 浏览:

饲料添加剂研究与应用新进展

蔡辉益,王 苑,杨志刚,张姝

(中国农业科学院饲料研究所,北京 100081)

  随着消费水平的不断提高,人们的饮食观念正在转变,已从吃饱过渡到吃好,注重营养和健康。消费者所关心的是食品的安全和质量,因而食品安全意识必须贯彻到食品生产的每一个环节。动物性食品的安全,首先是饲料的安全,而饲料安全的核心是饲料添加剂的安全。饲料添加剂的发展日新月异,本文就各类新饲料添加剂的研究与应用进展做一小结。

1 氨基酸

  在畜禽日粮中使用合成氨基酸,除了可以明显提高蛋白质的消化利用率(10%~20)、提高日粮氮利用率、降低日粮蛋白水平(24个百分点)外,还可明显降低粪便中氮的排出量(30%~50),节约蛋白质,减少氮污染,保护环境。

  近年来,除了在配合饲料中大量使用赖氨酸和蛋氨酸外,苏氨酸、色氨酸在饲粮中的重要性明显地体现出来,引起了动物营养学家和企业对苏氨酸、色氨酸的研究与应用的重视。

  目前在氨基酸营养方面的研究主要有以下几个方面:氨基酸与肽的关系;复合氨基酸的应用技术;⑧动物对氨基酸需求的理想模型;④氨基酸替代物;⑤高赖氨酸玉米的应用技术等。

11 苏氨酸和色氨酸

  NRC(1994)36周肉仔鸡苏氨酸和色氨酸需要量的报道分别为074%和018%,各国研究者的报道结果不尽相同。03周肉仔鸡苏氨酸和色氨酸的需要量为060%~067%和024(吴妙宗,蔡辉益等,2003;王红梅,刘国华等,2005)36周肉仔鸡苏氨酸和色氨酸的需要量为061%~064%和018%~019(李艳玲,2000)。色氨酸在仔猪生产中对采食量的促进十分明显,在中国瘦肉型猪的饲养标准(2004)NRC(1998)推荐的色氨酸需要量的基础上增加饲粮中色氨酸的含量,可以提高断奶仔猪的ADFlADG,但是不能显著降低FG和减少仔猪断奶后腹泻(张华伟,2006)。另外,根据Margaret2005年的数据说明色氨酸还有降低应激反应、改善肉质的作用。

  近几年来全球苏氨酸市场正以年均约20%的增长速度快速发展,其中欧洲的消费份额超过70%,苏氨酸主要应用于饲养成年的仔猪和家禽,其需求量都较大。在饲料配方中,每添加1份苏氨酸会相应消费2份赖氨酸。因此,降价同样有利于扩大赖氨酸市场,围绕这一策略,味之素公司正在加紧扩建生产苏氨酸(钱伯章,2005)。国内长春大成集团公司的苏氨酸也已经批量生产。

12 氨基酸生产技术

  目前在生产技术方面主要表现为:构建高产氨基酸微生物工程菌,通过重组DNA技术改变代谢途径分支点上的流量或引入新的代谢步骤与管径构建新的代谢网络,得到性能优良的氨基酸生产菌株;②从更高层次的代谢工程研究多关键酶如何受反馈抑制的方式,利用包括定点突变、插入失活及计算机分子空间构象模拟等手段生产更优良菌株;③进一步完善生物化工技术在氨基酸工业中的应用;④大力发展药用中间体:氨基酸及其衍生物逐渐成为药用中间体;非天然氨基酸是合成活性药物的重要原料。

2 益生素

  益生素(微生态制剂)是由来自动物有机体共生微生物的活性制剂、培养物或发酵产品。它能改善消化道菌群平衡,迅速提高机体抗病力、代谢能力以及饲料的吸收利用能力,从而达到防治消化道疾病和促进生长的作用。具有无毒副作用,无污染、无残留、不产生抗性、成本较低等特点。目前,在市场上销售的益生素主要有乳酸杆菌制剂、枯草杆菌制剂、双歧杆菌制剂、链球菌制剂和曲霉菌类制剂等。

21 益生素的主要研究内容

  益生素及其增效技术研究与开发,包括高效微生物菌种选育、不同细菌配伍技术、益生素增效、速效技术和益生素制剂技术;②兼有酶制剂、免疫增强剂和抗生素优点的高产菌株发酵工艺、益生菌及其发酵产物后处理工艺技术;③针对不同动物生长阶段、不同饲料配方、不同养殖环境的益生素细分产品开发;④益生素发挥作用的分子机制。

22 益生素的应用

  在幼龄畜禽,因其机体各系统发育尚未完善,尤其是肠道菌平衡系统正待完善,容易受外界因素影响而发病,用益生素产品在防病、促生长上的效果明显;对于成年动物则主要表现为提高饲料报酬和生产率,改善肉的品质。

  肉鸡:张乐颖等(2006)、潘木水等(2005)、黄怡等(2006)和李菊等(2007)研究发现添加益生素后能显著促进肉鸡的免疫器官成熟,明显增强肉鸡的体液免疫功能,有明显的促生长作用,并能显著地提高饲料利用,显著提高肉仔鸡胸肌率(P<005),显著改善肌肉肉色的a*b*(P<005),极显著提高鸡脚颜色(P<001),显著提高了胸肌中多数人体必需氨基酸和风味氨基酸含量。

  蛋鸡:杜忍让等(2006)发现,益生素试验组比对照组产蛋率显著提高,产蛋数差异极显著,蛋重差异极显著,破软蛋率差异极显著。

  仔猪:梁明振(2002)、程茂基等(2005)、杨海英(2007)、王继成等(2006)和李兆勇等(2008)用试验证明了益生素在断奶仔猪饲料中使用时,对增重和干物质、粗纤维消化率提高有良好的促进作用,显著降低仔猪的腹泻指数(P<005),显著提高血清IgG的含量(P<005),显著提高仔猪饲料转化效率及仔猪十二指肠和空肠胰蛋白酶、胃蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性(P<005)

  犊牛:在法国、加拿大、西班牙发现,犊牛出生后立即饲喂益生素可降低死亡率,并提高了日增重和饲料转化率,提高犊牛日增重。我国研制的益生素,用于反刍动物的较少。

  育肥:黄庆生等(2005)发现YC-2处理组瘤胃液的乙酸、丙酸、丁酸和总挥发性脂肪酸浓度显饲料添加剂研究新进展著高于对照组,YC-1YC-3处理组的乙酸丙酸比例显著降低;并显著提高黄化瘤胃球菌的相对比例。

 奶牛:朱曲波(2005)等和张扬等(2005)益生素对降低牛奶中体细胞具有一定的作用,因此有可能用于奶牛隐性乳房炎的防治,可提高泌乳奶牛的平均日产奶量,增加经济效益。

3 酶制剂

31饲用酶制剂目前的研究热点

 主要有以下几个方面:酶制剂对畜禽生理、微生态和内分泌的影响;预测底物浓度的方法,以便利用模型来预测酶制剂的反应以及最经济和有效的用量;③木寡糖、植酸酶、菊粉内切酶、角蛋白酶等基因工程菌高效表达、分离技术和高效利用技术和酶的廉价生产技术;④酶的性质改良,包括酶的pH性质、温度性质、抗蛋白酶能力等;饲用酶制剂与动物日粮中的营养当量关系;将植酸酶基因转移到饲料作物中,如玉米等,使饲料作物本身就含有植酸酶基因。

32酶制剂未来的研究方向

 (1)酶的效应模型:酶制剂的用量主要是根据畜禽特异性和底物特异性来确定;但是,目前还没有建立起能简单地预测酶对动物生产性能反应的合适的模型。将酶、底物、动物三者联系起来,建立三者之间的动态模型是确定酶适宜添加量的关键和根本途径。

(2)酶的营养价值:截止目前,植酸酶的潜在营养价值有相对完整的数据;但是其他酶制剂的潜在营养价值并不完善或者根本就没有。酶制剂的潜在营养价值和酶的效应模型在某些方面有共同之处,但潜在营养价值相对要简单一些,容易突破。能在酶的标准化基础上进行潜在营养价值研究将更有意义,也可以减少工作量。

 (3)酶的稳定化技术:影响酶制剂稳定性的因素很多,除热稳定性外,还包括对动物消化道或饲料中pH的稳定性、对重金属的稳定性、对蛋白酶的耐受性、酶的贮存稳定性、对饲料中抑制剂的稳定性等。

 酶的稳定性是酶的供应商和使用者最普遍关注的问题之一,为此也进行了相对较多的研究。通过酶制剂的后处理技术,如包埋、制粒、载体吸附及部分化学处理技术,虽对提高酶的稳定性有一定作用,但作用很有限,而且不能全面提高上述的各项稳定性。通过微生物筛选和基因工程技术也许是提高酶制剂稳定性一劳永逸的途径。

 (4)酶活分析方法:至少应包含两个方面的研究内容:建立一种统一的酶活检测方法及酶活表示方法,便于酶的产品质量控制及同类产品相对意义上的比较。由于不同微生物所产的酶在性质上存在着一定的差异,建立绝对统一的检测标准有一定的难度,但应以主流酶制剂检测方法为标准或者在标准中建立副检测方法。②酶活的检测条件应模拟动物的消化道环境,而不应以该酶的最适作用条件作为检测条件(汪儆等,2000a2000bThacker等,l996)。有关影响酶活的动物消化道环境也是重要的研究内容。

 (5)酶制剂的生物学评定方法:正如前面所讲的,酶制剂没有统一的生物学评定方法。酶制剂是否有效果?仍然是不少使用者所疑惑的,此疑惑关键原因在于缺乏可靠的动物试验结果。酶发挥作用有其特殊性,需要更精确的试验条件,不同畜禽需要至少的试验头数?试验期?考察的指标等?需要建立统一的标准。

 (6)最佳性价比的酶制剂使用量:酶制剂的添加量和所产生的效应并非完全的正相关线性关系,饲料添加剂研究与应用进展:2008年版而是呈一条抛物线的关系。一定添加量以下,添加效应对添加量有强依赖性,而在此添加量以上,随着添加量的增加,添加效应增加幅度明显降低,有时需要增加数十倍的添加量才能使添加效应提高一倍。所以,探求最佳性价比的酶制剂使用量是一项重要研究工作。但此最佳性价比随动物种类、饲粮组成、饲料和酶制剂的成本变化而成比例变化,酶制剂的最佳经济剂量也会变化。

4 肽制剂

  寡肽(二肽、三肽)作为蛋白质的主要消化产物,在氨基酸消化、吸收和代谢中起着重要作用。传统蛋白质消化吸收理论认为蛋白质在肠腔内完全被水解成游离氨基酸,并以游离氨基酸形式进入血液循环。小肽吸收机制的研究推动新的蛋白质消化吸收理论的形成,新理论认为蛋白质在小肠内在胰酶的作用下分解为游离氨基酸和寡肽(26个氨基酸残基),然后中性小肽被刷状边缘的寡肽酶水解,其他小肽则穿过刷状边缘被细胞质内的寡肽酶水解,生成游离氨基酸和含23个氨基酸残基的小肽,然后转运至黏膜细胞,最后进人血液循环。大量试验证实寡肽吸收已成为蛋白质吸收的第二种重要方式。

41寡肽对动物生产性能和蛋白质代谢的影响

  仔猪日粮中添加03%肽制品,粗蛋白水平降低07%,增重效果却提高1293(王碧莲等,2000)03%的小肽制品替代2%鱼粉,仔猪日增重提高885%,饲料转化率提高1106(周围等,2000)。随日粮中添加酪蛋白水解物添加水平增加,肉鸡日增重逐渐上升(李富伟,2003)。肉仔鹌鹑饲粮中添加肽制品有明显促生长作用,肉仔鹌鹑的增重、饲料报酬均有明显地提高(曹光辛,l998)

  采食寡肽的雏鸡肠道、肝脏和胸肌组织蛋白质合成率分别显著高于游离氨基酸混合物组,表明小肽吸收促进了雏鸡组织蛋白质合成(乐国伟等,1997)

  与游离氨基酸比较,氨基酸组成相同的寡肽和酪蛋白吸收代谢消耗能量显著降低,机体蛋白、能量沉积显著提高;寡肽通过降低肉仔鸡胸肌蛋白降解率,从而提高胸肌生长速度;通过提高腿肌蛋白合成率提高了腿肌生长速度(陈宝江,2005)

目前,寡肽的研究难点表现在肽研究材料的选择获取以及肽的检测、鉴定方法上,研究重点在于:

(1)肽的特殊吸收途径及代谢机理研究:包括:寡肽的消化、吸收机理:包括寡肽在动物胃肠道中的吸收过程及其能量消耗;饲粮蛋白质结构与小肠内寡肽图谱的关系;寡肽载体蛋白的结构及与相关离子的关系;寡肽和氨基酸在小肠黏膜细胞中的代谢以及对肠道结构和功能的影响。②寡肽代谢利用的分子机理:如饲粮中主要氨基酸、寡肽对与其代谢利用相关的膜转运蛋白、关键酶和激素基因表达影响的机理。

  (2)肽的特殊营养作用研究。

  (3)活性肽的作用机理及应用研究。

  (4)肽制品开发和生产技术研究。

42 抗茵肽

  抗菌肽广泛存在于多种生物体内,是生物体对外界病原物侵染而产生的一系列免疫反应的产物,具有分子量低,水溶性好,热稳定,强碱性和广谱抗菌等特点,对细菌、真菌、原虫及癌细胞等均具有强有力的杀伤作用。目前关于抗菌肽的作用机制说法不一,主要有以下几种:①离子通道的形成;大多数学者赞成这一种作用机制;②抑制细胞呼吸;③抑制细胞外膜蛋白的合成;④抑制细胞壁的形成。

  正是由于这种独特的作用机制,抗菌肽对真核细胞几乎没有作用,仅仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞,且不易产生耐药性。因此,对抗菌肽的研究已深入到分子结构,通过基因工程的技术方法可以大量表达抗菌肽,是目前为止最有希望全面替代抗生素的生物技术产品,显示出广阔的应用前景。

5 维生素

  目前,维生素的研究重点是如何解决维生素的稳定化问题,以及不断采用新技术,改进生产工艺,降低成本。在解决稳定化问题上,研究添加抗氧剂,采用酯化、螯合、微胶囊化等方法,突出的例子是将维生素C用磷酸酯化得到L-抗坏血酸-2-聚磷酸酯,其抗氧化性较一般形态的维生素C提高20130倍。

  研究表明,虽然维生素的需要量,尤其是脂溶性维生素的用量随着动物品种、饲养方式和饲养目标的变化已经大大提高,然而并非所有的研究都支持超大剂量使用维生素。它的最适添加量和具体的使用方法随饲粮类型、动物年龄、种类、拮抗物、维生素产品形式、需要情况、市场、鸡健康状况、日粮复杂性、环境温度等变化而变。此外维生素的添加效应(提高免疫功能的作用)仍然值得深入研究。

6 有机微量元素

  (1)锰:Dudley -cash(1997)报道,给肉仔鸡补充蛋氨酸锌和蛋氨酸锰减少肉仔鸡的球虫病的发生,使肉仔鸡因球虫病所导致的死亡率降低。李素芬和罗绪刚(2002)12种不同有机锰源产品对肉仔鸡锰利用率的研究中指出,中等和强络合强度的复合氨基酸锰的生物学利用率明显高于无机硫酸锰和弱络合强度的蛋氨酸锰。

  (2)锌:梁远东(2006)发现以羟基蛋氨酸锰和羟基蛋氨酸锌为锰源和锌源在种鸡日粮中超常规用量添加,锰和锌对种母鸡繁殖性能和蛋黄锌含量无明显协同作用与颉颃作用。

  (3)硒:崔保安等(2002)研究发现0.15mgkg有机硒能提高雏鸡淋巴细胞玫瑰花环形成率、脾指数、法氏囊指数(P<005)。邱榕生和呙于明(2003)报道,有机硒(酵母硒)能显著降低肝脏中丙二醛(MDA)的含量(P<005),提高肉鸡血浆中谷胱甘肽过氧化物酶的活性,极显著提高肝脏的总抗氧化力(P<001)

  (4)目前有机微量元素主要研究内容包括:建立有效的检测有机微量元素的螯合率和螯合强度的可靠方法;②降低有机微量元素的生产成本;③有机锰、有机锌、有机铜、有机铁和有机硒等络合微量元素产品的应用技术和安全性研究;④氨基酸络合微量元素的消化、吸收机理研究:有机络合微量元素在动物胃肠道内的消化、吸收机理,包括小肠细胞膜氨基酸络合微量元素转运载体的分子结构和生物学特性;⑤微量元素代谢利用的分子机理研究,即微量元素对与其代谢利用相关的关键酶和激素基因表达影响的机理。

7 抗热应激添加剂

(1)电解质:抗热应激添加剂使用较多的是电解质。赵聘在日粮中添加02NaHCO3+1 NH4Cl+多维,发现明显提高了蛋鸡的产蛋率、蛋重、采食量、饲料报酬、蛋壳厚度、蛋壳强度;降低软破蛋率、死淘率。

  (2)维生素:Sahin(2002)日粮中添加250mgkg维生素C可提高热应激下肉仔鸡的日增重及饲料转化率,还可以改善肉质,提高胴体重。王胜林(2003)报道VE通过调节皮质醇、甲状腺激素水平,进而调节机体电解质及酸碱平衡,保证机体正常的新陈代谢,从而缓解机体的热应激状况。

  微量元素:冷静等(2004)认为,适量的高锌有助于免疫器官的生长,对免疫器官的发育具有潜在的影响。可如果锌的添加超出正常生理量的范围也会影响到免疫器官的发育。

  孙德文(2004)缺锌会使肠道黏液动力系统对病原微生物的清洁作用和交联作用削弱。高锌的添加对仔猪肠道有害菌有较强的抑制作用,表现为添加高锌组仔猪腹泻率显著下降,这在生产实践中已被证实。

  Carlson(2002,2004)、彭建林等(2003)和唐萍(2006)报道,在断奶仔猪的日粮中添加高剂量的氧化锌(Zn0)和有机锌(如蛋氨酸锌),可显著降低断奶仔猪腹泻的发生率,使断奶仔猪的腹泻程度明显减轻,并对仔猪生长有促进作用,能加快生长速度,提高饲料利用率,增强机体免疫力以及抗断奶应激等。

  美国北卡罗来纳州的Eden(2003)报道用有机硒(Se-P1ex50)饲喂肉鸡,明显降低肌肉的滴水损失,并提高羽毛质量。有机硒有助于维持组织的完整性,减少肉的滴水损失。

  呙于明等(1998)SandsSmith(1999)研究在高温应激时对肉仔鸡补铬能缓解因热应激引起的生产性能的下降及免疫功能的降低;补铬能提高肉仔鸡的生产性能,并能改善胴体品质。

  中草药添加剂:中草药添加剂能增强动物机体免疫机能,调整、平衡阴阳,协调热平衡、去湿、增食欲、助消化维持和增强机体在热应激中的生理机能,而其本身具有毒副作用小、无残留、无耐药性的特点。吴德峰(2004)发现用清热泻火和解毒的中草药能有效缓解奶牛热应激,减少产奶量损失20%。赵云焕(2006)报道配制的抗热应激复合添加剂对产蛋鸡生产性能有明显地改善作用。邵庆均等(2003)在夏季高温热应激蛋种鸡日粮中,添加0.1%中药刺五加浸膏,对蛋种鸡具有良好的抗热应激效果。

8 寡糖

寡糖是指210个单糖单元通过糖苷键连结的小聚合物的总称,为短链带分支的糖类物质,在动物肠道中不被消化吸收。因为动物消化道分泌的糖类消化酶对碳水化合物的分解仅限于直链的α-1,4糖苷腱,对于带有分支的寡糖则分解能力很弱或不能分解。常见的寡糖包括异麦芽糖、果寡糖、甘露寡糖、大豆寡糖、木糖寡糖等。在日粮中添加适量的寡糖能促进双歧杆菌、乳酸杆菌、链球菌等有益菌的增殖,对动物肠道内的微生态平衡具有重要的意义。

  低聚糖和微生态制剂一样都具有调节动物消化道微生物区系的作用,但低聚糖是结构稳定的化学物质,不存在贮藏、加工过程中的失活问题。作为一种新型的绿色饲料添加剂,低聚糖在中国乃至世界将有广阔的应用前景。

  在我国功能性低聚糖才进入工业化的初期,饲用低聚糖添加剂开发刚刚起步,实验表明,使用甘露低聚糖后,犊牛日增重提高12%~25%,经济效益提高l0%,血液中免疫球蛋白IgGIgA提高20%~30%,效果显著。

  总之,我国饲料添加剂研究与开发方面,高新技术成为研发的重要手段,益生素、寡肽、酶制剂、

饲料添加剂研究新进展植物提取物等兼有安全与高效特点的产品成为主流。研制出天然植物来源饲料添加剂新品种;研究明确了多种益生菌在饲料中的确切功能;显著提高了动物的健康水平,减少畜禽的细菌性发病率;改善了动物的脂肪代谢,降低了畜禽腹脂;有效控制了养殖场的环境污染,降低了氮、磷、铜、锌等的排放,为我国饲料工业发展起到了重要的推动作用。

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