纤维素酶在奶牛生产上的应用
纤维素酶是一种复合酶,具有多种生物学功能。近年来,随着人们生活水平的提高,人们对牛奶的需求大幅上涨,但目前奶制品生产大国的产量增长却跟不上需求的脚步。因此,提高奶牛的生产性能是解决牛奶需求上涨的关键。纤维素酶作为一种饲料添加剂在奶牛营养中所扮演的角色越来越重要,本文综述了国内外纤维素酶对奶牛生产性能影响方面的最新进展。
1 纤维素酶的分类及其作用机理
纤维素酶按其来源可分为真菌源性纤维素酶和细菌源性纤维素酶。其中前者来源非常广泛,主要有木霉、曲霉和青霉等;后者来源于能分解纤维素的细菌,如瘤胃细菌和热纤梭菌等。纤维素酶是一组酶系的总称,包括多种水解酶,一般分为3大类:分别是外切-1,4-葡聚糖酶(C1)、内切-1,4-葡聚糖酶(CX)和葡聚糖苷酶组成,3种酶各自担负着一定的功能,通过它们的协同作用共同完成纤维素的分解过程。
纤维素酶作为酶制剂在饲料开发利用上已经得到应用,其作用机制在于:破坏植物细胞壁,促进营养物质吸收;消除抗营养因子,提高饲料营养价值;补充内源酶不足,促进内源酶分泌;还具有维持小肠绒毛形态完整,促进营养物质吸收的功能。
2 纤维素酶对奶牛生产性能的影响
2.1 对产奶量的影响
外源性纤维素酶可提高奶牛产奶量。将纤维素酶添加到粗饲料、谷物或精料中,可以提高消化率和产奶量。在荷斯坦奶牛的配合精料中添加0.1%的纤维素酶制剂,经过60d的试验观察,结果表明,添加纤维素酶可使每头牛日平均产奶量提高14.89%,试验组每头牛每日多收入5.41元,经济效益显著。
在奶牛日粮中添加0.1%以纤维素酶为主的复合酶,奶牛产奶量比试验前平均增加2.5kg,提高9.47%(<0.05)。有实验报道,在泌乳中期奶牛日粮中加入饲用纤维素酶对奶牛的产奶量具有显著性的影响,和对照组相比可大大提高产奶量。国内最新报道,在奶牛日粮中添加占精料量1%的复合纤维酶制剂,可显著提高产奶量。但也有不同报道,给泌乳早期的奶牛饲喂草料前在草料中添加木聚糖酶和纤维素酶的混合物并没有影响奶牛的产奶量。
2.2 对采食量和奶牛增重的影响
实验证实,给育肥期肉牛日粮中添加高活性的木聚糖酶,饲料转化率提高11%,日增重提高6%,采食量降低5%。王尚荣试验表明,黄牛日粮中添加纤维素酶渣使牛的采食速度和对照组相比没有什么差异,但采食量却明显增加,并表明这种结果可能和纤维素酶渣加快了纤维素的消化分解速度进而提高其采食量有关。
2.3 对奶牛消化力的影响
瘤胃中的纤维素消化力是反刍动物生产力的一个限制因素,因此,许多科学家已经在研究如何通过控制瘤胃的活动来使反刍动物生产力得到最大限度的发挥。Beauchemin等报道反刍动物对纤维素消化力的提高跟其瘤胃中微生物的数量增多有关。国外学者报道,外源性添加纤维素酶可以促进小奶牛对纤维素的消化力并能促进期生长。研究表明,市售纤维素酶用于反刍动物可以有效的提高反刍动物对草料的营养利用率,并能产生更多的代谢能。
2.4 对料奶比和乳脂率的影响
奶牛日粮中添加纤维素酶可显著降低料奶比和提高乳脂率。研究表明,在奶牛日粮中每头2次/d添加瘤胃保护纤维素酶(15g/次),显著提高标准乳产量(2.07kg/d),乳脂率也有一定程度的提高。另有其它报道也表明,在泌乳中期奶牛日粮中加入饲用纤维素酶对奶牛的乳脂率具有显著性的影响。
2.5 对牛奶品质和饲料消化率的影响
有学者采用纤维素酶渣替代黄豆对西黄杂牛作饲喂对比试验,并对其奶品质进行观察,结果表明,实验组比对照组牛的乳蛋白和乳糖含量有不同程度的提高。外源性细胞溶解酶可改善纤维在瘤胃中的消化,提高饲料利用。Beauchemin给牛日粮的苜蓿干草添加纤维素酶,提高了有机物质的全消化道消化率,日增重提高35%,饲料转化率提高10%。
3 纤维素酶在生产应用中存在的问题与展望
纤维素酶作为绿色饲料添加剂,其应用前景非常广阔,但在目前推广应用中还存在如下问题:
(1)生产纤维素酶的菌株产量低,成本偏高。要加强菌种选育和发酵提取工艺等基础研究工作,提高产酶活性,降低生产成本,特别注意利用基因重组技术选育高活性菌株。
(2)纤维素酶对饲料的作用机制尚未清楚,对不同饲料最佳添加量、添加时间和方式也不十分清楚。国内外有关纤维素酶应用的研究报道很多,但纤维素酶对畜禽消化生理的影响,对于不同酶活性的产品、不同动物种类、不同发育阶段动物消化酶系的变化及纤维素酶添加后对内源酶活力影响的研究尚不够深入,因此在实际应用中往往因用量不当而影响应用效果。
(3)稳定性问题纤维素酶是一种微生物制剂,对温度、湿度、酸和碱等敏感,处理不当易失活,而对其进行稳定化处理的研究还不多,导致饲用效果不稳定。
(4)没有统一的纤维素酶活性标准与检测方法,其生物学评价试验方法不规范。因此,须加强科研部门间的协作,尽快制定我国统一的纤维素酶质量标准和检测方法。
4 小结
纤维素酶是一种无毒、无害、无副作用的绿色生物制剂,是可再生的重要资源和能源。动物饲料中添加适量纤维素酶可提高饲料利用率,在促进动物生长、减少粪便排放、改善生态环境和防治动物疾病等方而均有明显效果,且在很大程度上避免了因添加抗生素、激素等物质所产生的负面影响,有明显的经济效益和环保意义。随着生物技术的发展和酶应用技术的深入研究,必将加速纤维素酶在饲料工业中的广泛应用。