隨著畜牧業的發展，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世紀世界畜牧業發展的主題。在飼料添加劑中，酶制劑是由微生物發酵產生的天然、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殖業的重視。
“我國養殖規模居世界首位，但飼料用糧短缺、養殖環境污染及動物產品安全等問題制約著我國養殖業的健康可持續發展。”中國農業科學院飼料所副所長、研究員姚斌表示。
從養殖業源頭做起
在畜禽飼養中，隨著玉米供給量的缺口越來越大，養殖戶逐漸利用小麥、大麥和燕麥等飼料原料代替玉米來飼養家禽。據介紹，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、家禽生產性能不佳以及環境污染等問題。
據了解，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，且造成污染環境。添加植酸酶可替代飼料配方中50～70%的磷酸氫鈣，向環境排泄的磷相應減少，在環境保護中發揮重要作用。
“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，從而節約飼料糧、保障環境和動物產品安全。”姚斌認為，飼料用酶制劑是從養殖業源頭——飼料層面解決上述問題的有效途徑。
事實上，歐美發達國家于上世紀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委員會，當時稱全國飼料毒物與抗營養因子專業委員會。該委員會一項重要的工作是致力于研究開發推動酶制劑在飼料工業中應用。1993年全國飼料工業辦公室與中國發酵工業協會于江蘇無錫聯合召開酶制劑用于飼料工業研討會。為了推動酶制劑在飼料工業的應用，農業部將酶制劑列入飼料添加劑品種目錄。
中國農科院飼料所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業化開發為突破口，帶動飼料生物資源的前期開發和應用技術研究。
將高新技術用到傳統飼料行業
據介紹，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飼料行業這一開拓性的研究工作中去，針對阻礙飼料用酶規模應用的兩大瓶頸性問題——酶的性能和生產成本，確立了從酶的分子生物學基礎性科學問題入手系統性解決問題的研究思路。
目前很多企業實現了飼料酶制劑的工業化，獲得了較高酶活力的菌株，但在粗放的工業條件下（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，使酶的生產和使用受到極大限制。
據了解，目前工業上直接利用酶制劑時還存在一些缺點，如穩定性差、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，酶的穩定性是現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成本問題。
國內外學者研究和企業應用表明，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的產業鏈。”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權和應用價值的新型飼料用酶基因百余個，創新了酶蛋白分子改良技術體系，創建了表達量達到10~50g/L級的高效表達技術體系，突破了發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和綜合配套應用技術，實現了飼料用酶制劑的低成本產業化生產與推廣應用，打破了國際大公司的壟斷，并使我國飼料用酶迅速發展成為具有國際競爭力及社會、經濟和生態效益顯著的新興產業。
據介紹，該項目技術成果得到了很好的推廣應用。近3年已累計生產銷售單酶及復合酶產品20余萬噸，在全國31個省區上千家飼料及養殖企業推廣應用，并出口歐美等20余個國家。產品已廣泛應用于國內的豬、雞、水產等動物飼料，并節約飼料糧5000萬噸、磷資源1000萬噸，減少養殖業磷氮等有機物排放1300萬噸。
據了解，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的植酸酶產品占據了國內植酸酶市場份額的90%以上，60%以上的產品實現出口，國外產品基本退出中國市場。
此外，該技術的廣泛應用每年可節約飼料原料磷酸氫鈣20萬噸以上，節省飼料成本約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，實現了經濟效益、社會效益、生態效益“三贏”。
