张铁鹰研究员：从三维角度探索饲用酶的应用

文 廖敏
图 农牧前沿 朱敬强

11月14日，于北京召开的第三届饲料酶制剂科技与产业发展大会-学术论坛上，来自中国农业科学院北京畜牧兽医研究所的张铁鹰博士做了题为《从三维角度探索饲用酶的应用》的精彩报告，张博士的研究方向为酶与生物发酵。

1.研究背景

饲用酶研究与应用目前存在的几个关键问题：（1）饲用酶应用技术理论体系不完善。饲用酶的应用理念不清，仍停留在营养和抗营养成分的含量层面，缺乏对底物空间结构和化学键组成等的深入了解；（2）饲用酶产品种类丰富度不足。基因工程菌发酵产物酶活高，但与复杂的植物化学组成与空间结构相比，酶谱组成过于简单；（3）饲用酶评价过度依赖酶活测定。酶活测定底物和日粮组分存在巨大差异，导致酶与复杂饲料底物未实现真正的专一性配伍，且酶活检测方法的条件（与动物消化道内环境条件存在较大差异。

2.研究进展

张博士的团队一直从事从三维角度探索饲用酶应用的研究，对淀粉酶、蛋白酶和多种非淀粉多糖酶及其底物进行了结构与功能的研究，探索提高饲料利用率的途径。

（1）从三维结构角度探索淀粉酶的应用

淀粉的结晶度高，不溶于水，颗粒致密不易受酶攻击，破坏其空间结构，增加其水溶性和酶结合位点是解决问题的关键。一是可以尽量提高蒸汽制粒过程中对淀粉糊化度，破坏其空间结构，提高水溶性和对酶的敏感；二是考虑幼龄畜禽淀粉酶分泌不足，可以补充α-淀粉酶、支链淀粉酶、糊精酶、葡萄糖淀粉酶等内源性的消化酶。

（2）从三维角度探索蛋白酶的应用

饲料原料中的大豆球蛋白、β-伴球蛋白、醇溶蛋白等空间结构紧密，对蛋白酶的“酶解进攻”具有很强的抵抗力，这就需要寻找可快速破坏蛋白质空间结构的酶制剂，增加溶解度和蛋白酶结合位点，考虑内外源蛋白酶的互作关系，但补充蛋白酶需要考虑其在肠道的稳定性和作用位点。

（3）从三维结构角度探索非淀粉多糖酶的应用

非淀粉多糖的含量与结构存在较大差异，细胞壁结构多糖包括纤维素、半纤维素、果胶、木质素、蛋白和脂类等，这些成分相互交织在一起，形成稳定空间结构。破坏植物细胞壁水解非淀粉多糖需要多酶协同作用和大量的辅助因子参加。非淀粉多糖水解物可被后肠内的微生物菌群快速发酵，产物有利于肠道粘膜供能与修复。

基于以上的研究，张博士建立了三维酶系理论体系，一维是水解植物组织中单一底物一级结构化学键；二维是破坏植物组织中单一底物二或三级结构化学键或将其由不溶转态转化为可溶状态；三维是在多种类酶和辅助因子协同作用下，同时打开植物组织多种底物结构，全方位立体快速崩解植物组织。三维酶系高效组合可改善玉米、豆粕等常规原料养分消化，并深度挖掘植物性饲料中的纤维供能潜质和益生功效。