探討飼料添加酵素之效果
酵素為一具有催化作用之蛋白質，存在於動物、植物及微生物之細胞內。水解酵素是最常用來應用於動物飼糧，以改善對飼料中營養成分之利用率。表一為此類水解酵素之名稱及作用；其中以澱粉𠕇、蛋白𠕇、聚葡萄糖𠕇(glucanase)、半纖維素𠕇(hemicellulase)、聚木糖𠕇(xylanase)在飼料工業上被應用之比例較多。
表1. 水解酵素(hydrolases)之名稱及作用
| 酵素名稱 | 作用 |
| 澱粉𠕇(amylases) | 澱粉→糊精、醣類 |
| 蛋白𠕇(proteinases) | 蛋白質→胜滛、胺基酸 |
| 聚葡萄糖𠕇(glucanases) | 聚葡萄糖→低分子量聚葡萄糖、葡萄糖 |
| 纖維素𠕇(cellulases) | 纖維素→低分子量纖維素、纖維雙糖 |
| 半纖維素𠕇(hemicellulases) | 水解β,1-4之甘露糖鍵結 |
| 聚木糖𠕇(xylanases) | 水解β1-3木糖鍵結 |
| 澱粉葡萄糖𠐟𠕇(amyloglucosidases) | 糊精→葡萄糖 |
| 脂肪𠕇(lipase) | 脂質→脂肪酸、甘油 |
| 果膠𠕇(pectinase) | 果膠→五碳醣 |
| 纖維雙糖𠕇(cellobioase) | 纖維雙糖→葡萄糖 |
| 乳糖𠕇(lactase) | 乳糖→半乳糖、葡萄糖 |
水解酵素雖於1950年即被應用添加至動物飼料，但由於當時所應用之酵素主要是針對生產食品，飲料及洗潔劑之用，因此所生產之酵素並不適用於飼料或動物之腸道環境(Chesson,1987)。導致早期酵素應用於畜牧生產之改善效果並不明顯。近年來，因使用抗生素或化學製劑促進動物生長所造成畜產品殘留問題及因應用非傳統性之飼料原料如大麥、小麥、燕麥、裸麥、魯冰豆或葵花子粕等之比例增加，而使酵素工業之應用再度重視。綜觀飼料添加酵素具有下列之意義：
1. 補充動物內源性酵素之活性：
特別是幼畜在其消化道尚未完全發育，補充消化酵素，以提高營養分之消化率。進一步因殘留至後腸供微生物醱酵之基質減少，而減少消化道疾病之發生。
2. 破壞飼料原料所含之抗營養因子(anti-nutritional factor)：
因單胃動物消化道缺乏破壞抗營養因子之適當酵素，而影響或干擾其他有效營養分之利用，此些抗營養因子如大豆粕之α-半乳糖𠐟(α-galac─toside)、棉籽粕之棉籽酚(gossypol)、豆類之寡醣(oligosaccharides)、大麥之β-聚葡萄糖𠐟(β-glucan)或五碳聚醣(pentosan)。
3. 改善營養分之可利用率：
穀類之細胞壁結構，含多量之非澱粉多醣類(non─starch─polysaccharides)，由於不被消化酵素水解，因此限制酵素的作用及細胞內營養分之擴散。此類非澱粉多醣如經水解破壞，提高其他營養分之可利用率，降低排泄減少環境污染。
針對上述酵素添加之意義，顯示酵素之添加應有目標，如補充或加強消化道酵素則以澱粉𠕇、蛋白𠕇或脂肪𠕇為宜，而其他之多醣類酵素乃是針對所用之特殊原料而添加。但由於飼料組成分複雜，因此如以複合酵素(multi─enzyme)方式添加更為適當，但需考慮多種酵素之添加，其效果並無加成性。
飼料添加酵素對豬、家禽(肉雞或蛋雞)生產性狀之改善效果，已被廣泛探討。但在試驗報告或實際飼養之結果則變異相當大(Langhout et al. 1997)，亦有不顯著之添加效果(Goh et al. 1982；Allen et al. 1997)。酵素添加至飼料，經攝取後，由於動物之消化道為一複雜之生物反應器，因此酵素於in vitro下之活性，並不能完全表現，導致添加效果之差異性。茲就影響酵素添加效果之可能原因分述如下：
1. 酵素活性力價含量
2. 酵素之特性差異
3. 飼料原料選擇
4. 動物年齡
一、酵素活性力價含量
酵素活性(activity)高低乃以其力價(unit)表示，許多商業化之酵素產品雖明確標示其力價含量，然而在力價之定義卻有相當大之差異。力價之定義乃指單位時間內基質被酵素作用產生一固定量生成物所需之酵素量稱之一unit。於此定義下，如同一酵素作用之基質不同，且作用條件(溫度、pH)不同，而所釋出之生成物以1μ mole或1μg或1mg表示，所得力價含量即有相當差異。所以同一酵素，以不同力價定義表示，則含量亦異。因此在比較酵素活性高低，應就同一條件下加以比較才是正確的。
二、酵素之特性差異
酵素經添加至飼料後，因飼料加工處理、消化道環境均影響酵素之活性，且商業化酵素來源自動物，植物或微生物(細菌或黴菌)，不同酵素(包括同一酵素，不同來源)之特性各異，如最適作用溫度、pH，溫度及pH之穩定性，礦物質之影響，被消化酵素作用程度等。不同酵素於pH2.0之緩衝液及動物胃內之穩定性。顯然動物胃內除pH外尚有其他更複雜之因素影響酵素之活性。酵素之熱穩定，亦是選擇之因素之一，部份黴菌來源之酵素於室溫下穩定，但超過60℃(裸露型態)即被破壞(Clesson，1993)，然而於飼料打粒過程中因有飼料之保護，所以影響程度降低(Yu & Tsen，1993)。此外如飼料中所含之礦物質如Cl－是澱粉𠕇之致活因子，但Fe2＋、Zn-2＋、Ca2＋則明顯抑制木瓜酵素(papain)之活性，而對同為植物來源之鳳梨酵素(bromelain)之影響並不明顯(Yu & Tsen, 1993)。因此為使添加之酵素於消化道內仍有活性，須審慎瞭解酵素之特性。
三、飼料原料選擇
由於酵素之作用具有基質特異性，而蛋白質與澱粉是飼料原料之主要成分，因此澱粉𠕇、蛋白𠕇應用之範圍較為廣泛。然而針對含有特定之抗營養因子之原料，如含β-glucan之大麥、燕麥，含聚木糖、阿拉伯聚木糖之小麥、大豆、裸麥(表二)，及含甘露聚糖(mannan)之大豆等，此類非澱粉多醣類因不被單胃動物腸內之消化酵素水解，且水溶性部分，因具有成膠性(gel─forming)，使腸內容物之粘滯性增加，降低蛋白質、能量之消化、吸收及造成粘稠之排泄物(Bedford，1995)。因此，以此類穀類為主之飼糧，添加多醣類水解酵素則具有意義。但添加效果會因飼糧中水溶性非澱粉多醣類之含量及飼糧中所用之油脂來源不同呈現完全不同之效果(表三，Langhout et al. 1997)。
表2. 不同穀類所含非澱粉多醣類之組成(％乾物質)
| 組成分為(％) | 玉米 | 高粱 | 小麥 | 去殼大麥 | 大豆粕 |
| 澱粉 粗纖維 非澱粉多醣類 β-聚葡萄糖 阿拉伯聚木糖 纖維素 木質素 |
64 2.5 8 0.1 4.4 2.4 0.5 |
62 2.2 8 0.7 4.5 2.1 0.6 |
61 2.5 10 0.7 5.4 2.5 0.7 |
56 4.0 17 4.0 6.3 3.9 2.0 |
2.7
21.7
6.2 1.6 |
表3. 不同脂肪來源與聚木糖𠕇對肉雞生長性狀影響(1-21日齡)
| Group | Fat Source | Enzyme Addition | Weight gain(g) | Food Intake (g／bird／d) | Food／Gain Ratio |
| Ⅰ | Soya oil | － | 636b | 48.7 | 1.610ab |
| Ⅱ | Soya oil | ＋ | 638b | 47.3 | 1.556a |
| Ⅲ | Animal fat | － | 567a | 47.2 | 1.748c |
| Ⅳ | Animal fat | ＋ | 621b | 48.6 | 1.644b |
| SEM(df＝20) | 17.7 | 1.3 | 0.0205 | ||
a,b,cMean values within a column with no common superscripts differ significantly(P≦0.05). (Langhout et al., 1997) |
|||||
有關纖維素𠕇之應用，乃針對植物細胞壁成分之破壞及降解，以增加細胞內成分與消化酵素作用之機會，即降低纖維於消化道上所引起之負作用(negative effect)。然而細胞壁成分除纖維素外，仍含有其他結構性纖維，所以單一之纖維素𠕇之添加，效果並不顯著(Inborr & Ogle，1988)。
四、動物年齡
酵素添加效果於不同生長階段之動物，其結果亦異；澱粉𠕇及蛋白𠕇添加至離乳豬(3─7週齡)中，顯著增加其體重及飼料轉換率(Collier and Hardy，1986)，然而添加至已成長之豬隻，並未獲得改善效果(Cromwell et al., 1988)，此原因為年幼仔豬其消化系統尚未發育完全，包括胃內pH值偏高，及消化酵素分泌不足(Lindemann et al., 1986；Owsley et al., 1986)。β-glucanase或xylanase添加至肉雞後期飼料(Yu et al., 1998)或蛋雞飼料(Albustany and Elwinger，1988)中均未獲得顯著之改善效果。此乃因成熟雞隻，其消化道因受前期階段攝取含glucan或xylan之飼糧，刺激腸內微生物產生水解酵素，致添加效果並不如小雞階段之明顯。
近十年來酵素之應用逐漸增加，為使酵素之添加達到顯著之效果，有關限制酵素於動物消化道內活性之因素需加以考慮外，選用適當之酵素，始能提高酵素之添加效果。而將來利用生物科技生產"second generation enzyme"以提高酵素之穩定性亦為重要之方向。
飼料營養雜誌(p.71∼77)─余碧、九八年七期