隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，飼料中添加抗生素在抗病、促生長的同時，也會帶來細菌耐藥性，如果使用不當，還會造成畜產(chǎn)品中的藥物殘留超標。目前，許多國家都在努力加大飼料添加劑的管理，西歐、日本、美國等國家相繼頒布了一系列法律，在飼料中禁止或限制使用抗生素等藥物類飼料添加劑。
■本報記者 秦志偉 通訊員 吳子林
無疑，天然、綠色、無污染、無殘留成為21世紀世界畜牧業(yè)發(fā)展的主題。在飼料添加劑中，酶制劑是由微生物發(fā)酵產(chǎn)生的天然、綠色、無污染、無殘留的生物制品。自從1975年美國飼料工業(yè)首次把酶制劑作為添加劑應用于配合飼料中并取得顯著效果后，飼用酶制劑日益受到世界養(yǎng)殖業(yè)的重視。
“我國養(yǎng)殖規(guī)模居世界首位，但飼料用糧短缺、養(yǎng)殖環(huán)境污染及動物產(chǎn)品安全等問題制約著我國養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。”中國農(nóng)業(yè)科學院飼料所副所長、研究員姚斌表示。
從養(yǎng)殖業(yè)源頭做起
在畜禽飼養(yǎng)中，隨著玉米供給量的缺口越來越大，養(yǎng)殖戶逐漸利用小麥、大麥和燕麥等飼料原料代替玉米來飼養(yǎng)家禽。據(jù)介紹，當這類原料在家禽日糧中用量過多時，會造成飼料利用率差、家禽生產(chǎn)性能不佳以及環(huán)境污染等問題。
據(jù)了解，幾乎在所有的谷物飼料中，絕大部分磷酸鹽以植酸形式存在（肌醇六磷酸） ，比如小麥、大麥、玉米、高粱等其中植酸磷占總磷比例達到60～80%。由于單胃動物消化道中缺乏植酸酶，大部分植酸磷被排出體外，不僅浪費磷源，且造成污染環(huán)境。添加植酸酶可替代飼料配方中50～70%的磷酸氫鈣，向環(huán)境排泄的磷相應減少，在環(huán)境保護中發(fā)揮重要作用。
“飼料用酶制劑是一類應用效果極為顯著的新型綠色飼料添加劑，可顯著提高飼料利用效率、降低氮磷等物質的排放及減少藥物性添加劑的使用，從而節(jié)約飼料糧、保障環(huán)境和動物產(chǎn)品安全。”姚斌認為，飼料用酶制劑是從養(yǎng)殖業(yè)源頭——飼料層面解決上述問題的有效途徑。
事實上，歐美發(fā)達國家于上世紀90年代開始推廣應用飼料用酶制劑并進入我國市場，但其特殊的性能要求及高昂的成本等瓶頸問題始終未能有效解決，極大限制了其普及應用。
我國畜牧界1992 年成立了全國飼料安全與生物技術專業(yè)委員會，當時稱全國飼料毒物與抗營養(yǎng)因子專業(yè)委員會。該委員會一項重要的工作是致力于研究開發(fā)推動酶制劑在飼料工業(yè)中應用。1993年全國飼料工業(yè)辦公室與中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會于江蘇無錫聯(lián)合召開酶制劑用于飼料工業(yè)研討會。為了推動酶制劑在飼料工業(yè)的應用，農(nóng)業(yè)部將酶制劑列入飼料添加劑品種目錄。
中國農(nóng)科院飼料所1994年成立了中國飼料研究領域第一個飼料酶工程研究室，姚斌及其研究團隊以酶的分子生物學和基因工程研究及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)為突破口，帶動飼料生物資源的前期開發(fā)和應用技術研究。
將高新技術用到傳統(tǒng)飼料行業(yè)
據(jù)介紹，動物飼料主要分為谷物類及粕類，植物細胞壁的存在影響了養(yǎng)分的消化吸收，豬、禽等自然分泌的酶無法分解細胞壁。
姚斌團隊在國內率先開展將基因工程等高新技術應用到傳統(tǒng)飼料行業(yè)這一開拓性的研究工作中去，針對阻礙飼料用酶規(guī)模應用的兩大瓶頸性問題——酶的性能和生產(chǎn)成本，確立了從酶的分子生物學基礎性科學問題入手系統(tǒng)性解決問題的研究思路。
目前很多企業(yè)實現(xiàn)了飼料酶制劑的工業(yè)化，獲得了較高酶活力的菌株，但在粗放的工業(yè)條件下（如高溫、高壓、重金屬離子、氧化劑和極端pH值等），天然酶常會遭到破壞，使酶的生產(chǎn)和使用受到極大限制。
據(jù)了解，目前工業(yè)上直接利用酶制劑時還存在一些缺點，如穩(wěn)定性差、使用率低、不能在有機溶劑中使用、壽命不長等，造成了使用酶的成本升高。其中，酶的穩(wěn)定性是現(xiàn)階段酶應用中的一大難題。
姚斌團隊通過酶基因資源的高效挖掘、酶的催化和構效機制研究及進一步的分子改良來解決知識產(chǎn)權問題和酶的性能問題，通過酶蛋白高效表達的機制研究來解決生產(chǎn)成本問題。
國內外學者研究和企業(yè)應用表明，酶制劑用于飼料，可以擴大飼料原料的來源，提高飼料原料的營養(yǎng)價值，比如通過降解單胃動物幾乎不能利用的一些多糖，從而提高了日糧的代謝能值，對粗蛋白的消化率亦有較明顯的提高。
“在植酸酶技術的基礎上取得整體性突破，形成了比較完整的飼料用酶酶種生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈。”姚斌介紹，除植酸酶外,他們的團隊還開展其他飼料用木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、α-半乳糖苷酶、葡萄糖氧化酶、果膠酶等多種酶資源的改良與利用研究。
成果更看重落地
近年來，科研團隊獲得了具有自主知識產(chǎn)權和應用價值的新型飼料用酶基因百余個，創(chuàng)新了酶蛋白分子改良技術體系，創(chuàng)建了表達量達到10~50g/L級的高效表達技術體系，突破了發(fā)達國家在飼料用酶資源方面的專利壁壘，使我國在飼料用酶基因資源的爭奪上處于國際制高點。
隨著姚斌團隊的不斷努力，他們逐步構建并完善了飼料用酶制劑高效生產(chǎn)和綜合配套應用技術，實現(xiàn)了飼料用酶制劑的低成本產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與推廣應用，打破了國際大公司的壟斷，并使我國飼料用酶迅速發(fā)展成為具有國際競爭力及社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益顯著的新興產(chǎn)業(yè)。
據(jù)介紹，該項目技術成果得到了很好的推廣應用。近3年已累計生產(chǎn)銷售單酶及復合酶產(chǎn)品20余萬噸，在全國31個省區(qū)上千家飼料及養(yǎng)殖企業(yè)推廣應用，并出口歐美等20余個國家。產(chǎn)品已廣泛應用于國內的豬、雞、水產(chǎn)等動物飼料，并節(jié)約飼料糧5000萬噸、磷資源1000萬噸，減少養(yǎng)殖業(yè)磷氮等有機物排放1300萬噸。
據(jù)了解，由于姚斌研究團隊成功地將研究成果轉化到實際生產(chǎn)中去，目前植酸酶的國內市場價格明顯下降，1995年國外公司進入中國時的價格是目前價格的24倍，添加成本是當前的近70倍。利用飼料用酶技術生產(chǎn)的植酸酶產(chǎn)品占據(jù)了國內植酸酶市場份額的90%以上，60%以上的產(chǎn)品實現(xiàn)出口，國外產(chǎn)品基本退出中國市場。
此外，該技術的廣泛應用每年可節(jié)約飼料原料磷酸氫鈣20萬噸以上，節(jié)省飼料成本約9億元以上，并使動物糞便中排出的磷污染減少了約30萬噸，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益“三贏”。
