生物科技在飼料工業所扮演的角色
T.P. Lyons, Ph.D.
Alltech Inc. Biotechnology Center
Nicholasville, Kentucky, U.S.A
大部分的人都已認知生物科技與它在未來所面臨之挑戰，Alltech公司亦同其他生物科技公司一樣，對未來充滿計劃，同時面對挑戰與戰勝挑戰。生物科技所提供的是將自然性產品科學化的運用，達到利益增加，同時兼顧廣泛性與環保要求。都市、社區中的人常認為畜牧養殖過程會有污染物的製造，從新加坡禁養豬到佛羅里達州限制乳牛；所以養豬者與飼料廠應對未來的前景有所認知。
從不同的角度來想，危機即轉機，有很多世界性的大公司非常關心畜牧業的發展紛紛提出因應之道。如Great Britian, B.P.Nutrition 的 "Total Cycle Nutrition"計劃，Dalgety的 "Quality Chain", Switzerland的Provimic公司所談的"Harmony"飼料。而他們主要關心的是經濟動物養殖所產生的污染，譬如：一隻豬產生的廢棄物相當於2.5個人所產生的量(Johnson, 1991)，那麼若豬場有500頭母豬，年產20頭仔豬，那就相當於養25,000個人；所以這些畜牧場在現在與未來皆需要一個廢棄物的處理設備。
生物科技中心是大學研究與工廠之間的獨立機構，它可供大學的研究生作研究，並可為工廠的量化之研發，Altech有兩個生物科技中心，一為North American Bioscience Center主要負責微生物科技，另一為European Bioscience Center主要是基因工程方面的研究與酵素活力之檢測。而這兩個中心的短期與中期目標(如表一)。
表一
| 規劃 | 目標 | 規劃 | 目標 |
| 活酵母菌 | ＊改善飼料效率 ＊飼料添加專用 |
酵素 | ＊專門適合飼料原料用 ＊改善飼料消化率與吸收率 |
| 合成醣蛋白 | ＊吸附有毒氣體 ＊降低環境污染 |
生物性殺蟲劑 | ＊減少動物之寄生蟲 |
| 胜况礦物質 | ＊改善微量元素之利用率 | ||
| 植酸酵素 | ＊釋出植酸結合的磷 ＊降低放流口污染 |
礦物質微生物 | ＊加強礦物質利用率 |
| 自然化色素 | ＊取代合成色素 | ||
| 乳糖酵素 | ＊人與動物用 ＊克服消化困擾 |
纖維酵素 | ＊改善單胃動物與反芻獸對纖維利用率 |
酵素
如何添加酵素於專業配方中是一門學問，例如以大麥或小麥為原料，其添加酵素之組合是不同的，所以選擇綜合酵素需考慮其飼料中的各種成份原料與限制酵素作用的因素。澱粉酵素要能耐酸與耐熱，因為要造粒、通過胃腸道。纖維是較不易被消化的，研究顯示添加適量的Cellulase與hemicellulase是需要的。蛋白酵素需有耐熱與在pH中性範圍之活力的特性，如此之組合酵素在仔豬可見日增重改善20％(見表二)。
表二：離乳後1至15天的仔豬對添加組合酵素之表現
| 對照組 | 酵素組 | 改善％ | |
| 試驗頭數 | 64 | 64 | |
| 試驗前體重(kg) | 8.56 | 8.56 | |
| 試驗後體重(kg) | 12.00 | 12.70 | |
| 日增重(g) | 224.52 | 270.09 | 20.30 |
| 日攝食量(g／d) | 311.94 | 321.43 | ＋3.04 |
| 換肉率 | 1.27 | 1.19 | －6.30 |
| Allzyme, 1000g／Ton, 澱粉酵素、綜合纖維酵素、蛋白酵素 | |||
一隻雞之羽毛佔其體重2.5％，而在飼料中有一定程度的利用，如何增加利用率、消化率是需要高度技術的。
羽毛酵素須具有脂肪分解酵素與耐熱熱的中性蛋白酵素之組合，以分解羽毛之幾丁質與雙硫鍵；將該酵素加入羽毛中，均勻攪動一小時，就可成為良好的飼料原料，在飼料擠壓時與玉米、豆粉同時製造，因為擠壓可讓該酵素水解更完全且消除沙門菌，如此可大大地增加羽毛之消化率(見圖一)。
圖一：羽毛粉製造利用流程
植酸𠕇：降低放流口磷之污染
糞尿中所含之磷酸鹽與氮，常會造成地表與水源之污染。而生化學家於是利用植酸𠕇素，將穀物所含之植酸(phytin)分解且釋放出磷酸鹽給家禽、家畜利用；單胃動物偏偏缺少植酸𠕇，植酸𠕇是由aspergillus細菌所分泌，所以飼料中添加植酸𠕇，可取代無機磷之添加(如圖二)。
圖二：植酸與植酸𠕇之間的轉化機制
空氣污染
因集約式養殖所引致的第二個困擾問題，是養殖附近的環境污染、臭氣、蒼蠅、灰塵等惱人人題。然而數年來有一種沙漠植物─絲蘭(Yucca Schidigera)，被運用來控制畜牧業的有毒、有刺激性的氣味，而是眾所皆知畜舍中高濃度氨氣與硫化氫對豬、雞等呼吸道疾病有嚴重的影響。於是一系列有計劃的研究在進行中，當然首先已肯定絲蘭對臭味有控制之效果，然而是什麼成份來達到此目的與商品化過程中品質穩定卻一大技術性的問題。
第一：由圖三可知氨氣產生之機制，並同時以C14來標定尿素。
第二：由實驗與現場之試驗結果，如圖四之情形，可知絲蘭萃取物(Yucca extract)可降低臭味。然而以C14標定再添加Yucca extract之研究結果，得知反應式正常進行，不因Yucca extract添加而受阻(如圖五)。
第三：再進一步探討Yucca extract與尿素𠕇的關係如圖六，可知Yucca extract並不抑制尿毒𠕇。
第四：綜合以上之結果，可說Yucca extract可降低臭味，吸附NH3、H2S，並非抑制尿毒𠕇，而是直接吸附作用。
圖三、氨氣產生的化學式
圖四、De-ODORASE田間試驗結果
圖五、14CO2量與Yucca extract之關係
圖六、Yucca extract與尿素𠕇活力之關係
絲蘭(Yucca Schidigera)這種沙漠植植物，如何讓他的作用成分不受氣候、季節、雨量、採收部位等等因素而影響效果之穩定性？Alltech公司，除了在萃取技術的更進一步提昇之外。更用B50方法作為品質箴制，所謂B50(Bind 50％)就是定量的氨氣濃度要使其降低50％濃度所須之Yucca extract量；換言之，B50越小，吸附能力越強(如圖七)。
當然這類物質運用於經濟動物，除了對空氣污染的改善之外，最重要的是在各種利益的迴饋如飼料效率、日增重等，可從表三、表四看出在豬、雞方面，對各種性能之表現，而在草蝦養殖之幫助(見表五)。
環境污染除了氣味之外，另一嚴重困擾是廢水、化糞池、有機污泥等一連串問題；而Yucca extract可降低廢水中的MH3-N, H2S、蚓朵等，而使廢水中細菌活力增加，加速廢水中纖維、固形物之分解(如圖八)。在歐洲作更進一步的研究，用剋氨寶(液)4盎斯／每立方呎於污泥池中連續九個月，結果發現有明顯降低有機污泥累積之效果(如圖九)。
表三、剋氨寶對生長／肥育豬之改善
| 對照組 | 剋氨寶 | 改善率％ | |
| 實驗頭數 | 100 | 100 | ─ |
| 實驗前重量(公斤) | 22.5 | 22.0 | ─ |
| 平均上市重量(公斤) | 97.6 | 101.7 | ─ |
| 平均增重(公斤) | 75.1 | 79.7 | ＋6.13％ |
| 平均攝食量(公斤) | 204 | 206 | ＋1％ |
| 飼料換內率(FCR) | 2.71 | 2.61 | －3.83％ |
| 剋氨寶，100g／tonne | |||
表四、剋氨寶對肉雞之改善
| 對照組 | 剋氨寶 | 改善率％ | |
| 雞隻頭數 | 20000 | 20000 | ─ |
| 上市重量(公克) | 1771 | 1810 | ＋2.2％ |
| 實驗天數 | 40.25 | 39.73 | －1.3％ |
| 日增重(公克) | 44.0 | 45.6 | ＋3.6％ |
| 死亡率(％) | 2.6 | 1.8 | ＋30.8％ |
| 飼料換肉率(FCR) | 1.747 | 1.732 | －0.9％ |
| *生產指數 | 245 | 258 | ＋5.3％ |
| *生產指數＝(存活率(％)×日增重)／(10×換肉率) 剋氨寶，100g／Ton |
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表五、剋氨寶在密集式養殖池之改善
| 1號池 | 2號池 | 對照組 | |
| 收成大小(＃／kg) | 48 | 43 | 50 |
| 存活率(％) | 91.6 | 102 | 74.7 |
| 總收獲量(kg) | 5726.4 | 7094 | 4484 |
| 總投餌量(kg) | 8316 | 9278 | 6331 |
| 換肉率 | 1.45 | 1.3 | 1.4 |
| 1號池：從養殖開始第一天，用0.3ppm剋氨寶(液)，每15天用1次 2號池：從第61天開始，用0.3ppm剋氨寶(液)，每15天用1次 |
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蟹形礦物質
從過去一系列有關營養研究得知，在微量元素方面的認識，知道以胜鈦或胺基酸與礦物質用同等共價鏈結，可以大大地提高其吸收率與利用率，同時取代因添加無機礦物質的缺失與污染(如圖十)；在考慮通過消化道時，最好以電荷中性化合物形態，承受抵達目的地所遇到之pH變化。
近年來的研究顯示，某些特定的維生素與礦物質除了對生長與生殖幫助外，更加強免疫機能與疾病抵抗能力。
鋅、錳、銅、硒在生理需求、營養代謝扮演很重要的角色。如硒有抗氧化與保護細胞膜的作用，可提高免疫反應。鋅、銅是合成過氧雙催化酵素(Superoxide dismutase)的輔助因子，此酵素會刺激吞噬細胞的功能，殺死侵入病原。
控制消化道
很多研究報告指出消化道的管理、改善是養豬獲利的一大關鍵，尤其是在哺乳豬、小豬階段。這些報告整理後有些共通性：酸化飼料、良好菌的優勢化、活酵母等等很多(如圖十一)。
未來：應用生物科技
飼料營養學家除了在單位成本、性能表現與經濟利益考量之外，更往降低環境污染、水源污染與廢物再利用等方向去努力，新的營養規範將被評估(如表六)。
表六、飼料評估規範
| 飼料評估規範 |
| 飼料中醣蛋白之添加量 |
| 蟹形礦物質之添加量 |
| 必需酵素所須添加量 |
| 廢棄物再利用之添加量 |
| 飼料中植酸𠕇添加量 |
| 飼料中添加胺酸酸之種類與量 |
| 專用於畜牧的活酵母菌 |
| 添加抗沙門菌劑 |
| 添加免疫球蛋白的種類與量 |
飼料營養雜誌(p.61~70)－Alltech公司．九二年第十期
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