酵素對於飼料營養之
影響及於豬隻飼養之應用
一、前言
雖然截至上世紀才發現酵素，但是自古即知醱酵的反應和酵素有關。酵素在1900代之始才被分離及知道其使用量，但是工業界很快即善於利用酵素。
酵素的定義是：酵素是含有一個或多個金屬離子之複雜蛋白質，金屬離子會介入一種或多種特殊生化反應，即扮演著重要接觸反應。事實上，酵素的存在是在推動反應，但並不參與反應。酵素的量是可以測定，且不會改變的。環境狀況如培養液、溫度等是影響酵素活性的重要因素，即酵素會隨環境因素而有不同活性，並且量也會不同。
最近幾年，飼料工業、藥品業、紡織業和造紙業是酵素最主要的使用者。至1970年代，酵素開始研究如何應用於動物營養上。當時動物營養家是很失望的，因為試驗的反應不一致和無法解釋其結果。當時下列標準尚未建立：
(1)動物品種和酵素種類的關連性。目前我們已知道動物對酵素反應是非常不一致。一種酵素可以應用於家禽，未必可以應用到豬。
(2)動物年齡和酵素的關連性。澱粉𠕇應用在仔豬是很有效的，但應用在體重40kg以上的豬，效果較差。
(3)飼料成分和其型式：混合穀物、粉狀或粒狀飼料對於添加的酵素會有影響。
(4)工業生產技術應用於動物飼料生產之困難。
(5)酵素是營養性添加物或工業技術性的應用，或者兩者皆有，則未有定論。
在西歐和南歐，飼料品質的改善結果看不出來。但是在北歐，情況則大大的不同：由於該地區之穀物的熱量不高和纖維高，因此，在飼料添加纖維素𠕇或β-聚葡萄糖𠕇對消化率會有很大的改善。實驗結果顯示出很好的效益。
酵素對粗飼料能量和纖維的利用有很大的改善。這是酵素應用技術性效應：可以大量使用品質不良的穀物？還是營養性效應：幫助動物改善消化能力。
使用電腦配方可以大量利用低消化率的副產品，改善礦物質原料營養利用率，及穀物原料間，可根據原料價格作不同的相互替代調整，因而即使飼料配方不同時，其飼料中營養組成仍可獲得相當的一致性。
即使利用一系列原料，但是一旦原料進入動物消化道中，其產生的所有生化反應，將變得很複雜，因此應用結果可能不盡理想。同樣的，你不可能每次都會贏，因為比賽規則不很清楚。酵素市場的充分發展只有幾年時間(5-7年)，這要感謝研究人員不屈不撓的努力，才有革新性的發現所有酵素之反應結果。酵素產品價格因為競爭關係而下跌，且開始認為使用酵素為飼料添加物具有經濟效應，並且使用後之結果是可以預期的。
今天我將只講酵素應用於豬，因為你們大都是養豬戶。另外，目前酵素應用於豬未很清楚，不像家禽，技術和結果已有一定的規範可循。
二、概論
(1)醱酵生產酵素之技術
工業生產酵素大都來自微生物培養。每種酵素端視其生產目的、作用方式和純化過程而有所不同。飼料級酵素純度大約有20至80％，混合一些其他微量酵素。這些雜質酵素對營養分可能有抑制或促進作用，因此，酵素品質端視雜質酵素的作用而定。
培養微生物生長所需的物質如下：
─葡萄糖、澱粉和糊精提供碳來源。
─大豆或動、植物水解蛋白質提供氮來源。
─氣體提供氧來源，氧通常是跟制營養因子。
─礦物質、微量元素和維生素。
─水
─蒸氣(溫度)
酵素製造過程的主要步驟：
─使用已知醱酵特徵之菌種。
─菌種不能為病原菌。
─專利權的問題。
─菌種或基因工程改良種具有穩定性。
─是否菌種有標誌可導致生物反應限制？
─能夠大量生產主要酵素。
─雜質酵素產量小或無。
─酵素是否為分泌性酵素。
─酵素是否對熱穩定或對熱敏感？
微生物過濾物為從生物量中分離的，並且經濃縮，分子量為20KD至50KD的物質。產品可以液態或固態包裝。
(2)酵素之製造：基質和酵素活性的作用關係
不同酵素有不同作用方式，故酵素幫助動物分解飼料取決於飼料中的基質而定。酵素的命名是依基質而定的。
(2.1)穀物中碳水化合物
碳水化合物酵素：分解澱粉及其衍生物的酵素有澱粉𠕇(amylase)和木聚糖𠕇(xylanase)。
非澱粉多醣類(NAPs)：大都是纖維(可溶的和非可溶的半纖維素與纖維素)。其中戊聚糖、β-聚葡萄糖，阿拉伯木聚糖和果膠具有黏性的。NAPs和水作用可形成膠質。從營養觀點，這種現象對幼小動物是很不利的。因此，膠質之黏性降低動物內源性酵素活性、並且降低吸收率和消化物運送、導致腸道微生物的增殖、生長性能下降及糞便變黏稠惡臭。小麥、大麥和燕麥會發生這種情況，但玉米或高粱幾乎不會發生。分解NAPs的酵素有β-聚葡萄糖𠕇、阿拉伯木聚糖𠕇和戊聚糖𠕇。
(2.2)蛋白質
蛋白分解酵素的活性會受抑制物(胰蛋白𠕇抑制物、外源凝集素)的干擾而降低。
(2.3)脂肪
脂肪𠕇分解脂肪。
(2.4)交互作用：飼料中穀物和脂肪的關係
飼料添加酵素對生長性能有很大的幫助。即使沒有酵素添加，飼料穀物和脂肪的效果也很清楚，尤其是飽和脂肪酸的反應更加清楚，添加木聚糖𠕇時腸道的黏性和脂肪的消化率間有很大的關連性。
(2.5)植物來源的磷的分解
植酸𠕇作用於六磷(hexaphosphate)，並將其轉換成三磷(trophosphate)，並且促進鋅鎂的吸收。因此植酸磷在穀物飼料中是一種抗營養因子。
(3)酵素分析技術：
不同酵素產品是否可從其成分中比較酵素活性的力價？
一般添加物成分是已知，添加物不僅要能在飼料中定性其酵素活性，並且要能定量其酵素含量。一般來說，酵素添加在飼料後，定性與定量測法是不同。另外，廠商測定結果必須和官方測定結果一致。國際單位的定義已很清楚，且被大家所接受。
對酵素而言，沒有一致的測定方法或單位。因此，兩種不同廠商產品的同一種酵素不能比較其酵素活性。事實上，酵素的作用只不過是在於其觸媒作用，這和其他的飼料添加物是不同的，其他添加物的作用是在於其化學轉換作用。觸媒作用在很短的時間內一次可轉換大量的基質。在一定條件下，酵素對基質才有結合力。基質要有一定的品質和來源：在相同情況下，基質來源不同則酵素活性會不同。假如每次試驗的物理和化學情況不同，則結果是不可靠的。pH值和溫度最能改變酵素反應速度。試管內的酵素反應並不能代表在動物體內的酵素反應。因此，酵素活性和物反應的相關性是很難測定的。酵素活性的測量根據其反應速度而定，每秒轉換基質的量。例如，1單位植酸𠕇活性是酵素在一定條件每分鐘從植酸鈉釋放出ln mole無機磷。
水解酵素活性也是測其分解基質的量，有幾種方法可用：
(1)在一定時間內測量基質釋放出還原糖的量。
(2)在一定時間內用光度計測量基質和色劑之顏色變化。
(3)測量基質溶液相對黏稠性的降低。這個方法最適合應用在測量飼料。
總之，每個酵素製造廠有其自己測定酵素活性之方法。製造廠根據本身試驗經驗和其基質品質來決定分析條件。一般檢驗方法和標準是無法比較產品中的酵素活性。因為考慮到飼料時，檢驗方法必須視個案而定。故比較標準必須留待動物實驗才能得知。總而言之，飼料工廠沒有時間也沒有本身實驗設備，故工廠通常從有知名度的供應者獲得訊息，並且比較每公斤飼料成本和預期實驗結果來考慮添加量。
(4)飼料工業生產酵素之瓶頸：產品形態和混合技術問題
對飼料產品來說，有效就是要獲得預期目的。植酸𠕇為例：植酸𠕇能夠分解植酸磷、鋅、銅和鎂，並且改善粗蛋白質的分解。植酸𠕇必須毫無損傷的到達小腸才能發揮其作用。一般來說，植酸𠕇對熱敏感，在75℃／80℃則會被破壞。植酸𠕇製造過程，必須控制醱酵溫度不能超過75℃。
產品的形態
粉狀酵素必須加上一層外膜以保護酵素，避免在製粒時被破壞。假如外膜不可行，則產品需以液狀形式噴在粒狀飼料上或與粉狀飼料混合使用。當酵素在消化道時，酵素必須能夠耐胃酸，然後在腸道適合酵素作用情況下分解植酸鹽。
混合技術
醱酵生產之酵素其添加量很低：每噸飼料只混合0.3至1.0kg酵素產品。為求混合均勻，飼料工廠或養豬戶必須先購買酵素預混料和飼料混合。
粉狀
在預混料工廠，粉狀通常都是很微細的，工作人員必須避免吸入粉粒，造成過敏反應。另外，必須注意到酵素的對熱的穩定條件，這點似乎很難有改善的空間。
液狀噴劑
這通常是飼料工廠常用的方法，假設設備費用不高，且設備有適宜的安置場所。
成分控制
酵素製造商各有其檢測方法，很難統一。
(5)酵素應用原理
─技術應用性或營養性添加物？
─使用單一酵素或綜合酵素？
─飼料需要添加酵素嗎？
除了動物營養學，其他工業似乎是沒有第一個問題。酵素是很有效且經濟的工具，應用於一系列的轉換基質反應。但是，酵素的純度在這一系列的反應是扮演著很重要的角色。
在醫學和藥品，酵素的應用就如一把剪刀，酵素使用技術已大量的應用在人類和動物的遺傳學上。對動物營養學而言，酵素是完全不同的問題。
酵素的作用既不完全瞭解也不能控制或修改。不管是內源或外源酵素，其作用是複雜的，完全交互作用。還有，pH值和溫度是不是那些已知適合酵素作用的條件，目前這個問題尚未清楚。我們就以動物年齡來探討這個問題。當仔豬在離乳之前，大約8週齡時，仔豬消化道分泌的酵素，大都是能分解母乳中成分，如蛋白質和脂肪，但缺乏分解碳水化合物如澱粉和NAPs。仔豬在3~4週齡將開始逐漸少量餵飼碳水化合物，直到離乳時才完全餵飼碳水化合物。大約在8週齡，仔豬酵素消化系統才能完全適應飼料。這時仔豬每天換飼料也不會有適應問題。今天早期離乳可在2~3週齡，正常離乳在4週齡。豬消化道絕對不能適應這種情況的。營養性下痢在離乳時會更嚴重就是一個例子。這個現象可以獲得改善，如果使用昂貴的飼料，即事先調理碳水化合物為易消化之飼料，且飼料添加抗生素。通常如此做會延後仔豬生長發育。假如外源性酵素添加於飼料，可以緩和這種的不方便，且降低成本。這個例子顯示需要酵素用於飼料。這些添加的酵素有營養性效應。
現在用另外一個例子：那些年老的人。年老的人對碳水化合物的消化也不良，他們經常有非胰島素依賴糖尿病的問題，且這個問題在營養不良時經常發生。一位營養學家說這是酵素缺乏問題。食物添加酵素和纖維能夠緩和甚至消除這個問題。
總而言之，酵素的需要可藉由添加獲得，且有預期的效果。成年動物的消化道已適應飼料，並隨著食物改變而改變。因此，很難在飼料中將酵素當作生長因子。但是在低能量的穀物飼料中添加酵素可以獲得有利的效應，即能量的利用提高。因此，酵素在這方面具有技術性效應。
三、飼料之新成分：雷力酵素(Realdyme)
(1)定義
雷力酵素是綜合天然酵素與纖維的複合物，可以耐受那些常用在動物飼料加工處理的過程，並且可在動物消化道中作用。雷力酵素已在法國和其他國家有專利權。
(2)雷力酵素之科學性、實驗性和工業性的思考與發展
雷力酵素的價值和效益已被證明，因為這種產品已在許多開發國家用了幾十年。就像其他新開發產品一樣的成功。這種發明開始於一個簡單想法，即是申請一個專利權於雷力酵素的製造過程和其應用。在這之前沒有想到把這麼多不同而明顯的作用和科學性的直覺的知識連接在一起。不管其外觀如何，製造過程是需要熟練的技術，故不是任何人都可做。雷力酵素有其經濟價值，故能大量生產。總而言之，所有附加的科學價值是雷力酵素本身，故雷力酵素是無價之寶。
以小麥穀粒的切割圖來看，麩在穀粒的內層，平常是儲藏營養，但在萌芽期會變得活躍，會釋放所有的營養分供給胚消化利用。營養分是很複雜的，有蛋白質、脂肪、碳水化合物和礦物質以供應種子發育所需。當幼樹已發育，麩和大部分初根與莖的纖維會殘留下來。法國麵包廠注意到棕色麵包含有麩，故較白色麵包容易消化。在許多觀察之中，這兩個觀察是研究之開始，而雷力酵素的開發是研究之結束。
雷力酵素研發者是一位精於動物營養的農學專家，且在法國國家農學院當研究員工作好幾年了。研發者應用本身和外國關係實行他的試管實驗和田間試驗。在開始時必須考慮以下問題。
─甚麼成分有活性？
─如何證明？
─如何萃取？
─如何以經濟方法使這些物質成為有用的東西？
─可以完成甚麼樣的目的？
─如何研究他們？
─能從植物應用到動物嗎？
─幾種動物可以使用，包括人類嗎？
─如何將實驗室製品變成工業產品？
最後，但不是最後的問題，如何讓科學家和技術員(包括醫生)有興趣且願意試驗新產品？這簡單的列舉可以幫助你瞭解第一個1公斤產品賣出前大量資金投資問題。今天，那些拜訪過我們在法國工廠的人可以看到簡單工廠的操作。但是他們必須瞭解我們以前做的每件事情和任何研究的數量，才能知道為何我們會有今天的成就。
(2.1)Keilling教授在國家農學院(INA)所做的研究：
篩選麩成分不同的酵素活性顯示酵素在溶液中更有活性，因為酵素能完全接觸到細胞纖維的成分。磷酸𠕇和澱粉𠕇反應圖解顯示出這種效應。
(2.2)必須有一種方法測量麩內的酵素
一些酵素是有少許的量，但另外的只有微量。因此，假如有酵素存在，我們變得有興趣鑑定其他的酵素。
(2.3)雷力酵素作用於小麥
添加雷力酵素於小麥粉，在38℃則開始釋放出還原糖且溶液變酸。
(2.4)技術性和生理性的耐受
粉狀雷力酵素在實驗室對熱有耐受力。根據水分和pH值測驗酵素是否能耐受胃酸，然後到達較高pH值的小腸再恢復其活性。接下來我們比較粉狀和粒狀飼料中澱粉𠕇和磷酸𠕇的含量。最後得知，即使製造過程很具挑戰性，雷力酵素可以毫無問題的製成預混料。
(2.5)上述得知酵素和纖維是有關連的
我們已檢測這個問題。我們用粉狀製品觀察酵素分解粗纖維是否有同樣的效果。
(2.6)必須做田間試驗，因為動物試驗的結果會比實驗室的結果更具有價值的。
(2.7)酵素添加量是1％。實驗結果開始效果不怎麼好，但是後來有很強的結果。因此，必須大量生產這種製品。經過無數次的實驗，我們已突破技術問題獲得粒狀製品。
(3)雷力酵素應用於人類與動物營養的國際研究
(3.1)動物營養
從一開始，我們就想到國際合作。仔豬有明顯的酵素缺乏，且仔豬在4週齡離乳時或之前都需要酵素，故我們選擇仔豬做試驗。我們已在比利時、西班牙、義大利、法國、南斯拉和台灣的公家或私人的研究單位實驗好幾年了。因此，我們可以對產品的特徵下個結論。實驗結果比我們預期的更確實。最後一次在1995年做的實驗摘要可以說明這個事實。另一方面，在英國做的實驗讓我們確信產品酸化的原則。
(3.2)人類營養
1970代末，醫生和營養家對纖維迷戀使用。因此，我們開始和有名的胃腸專家在醫院和門診做一系列的試驗。我們有系統的問專家，證明不只是纖維效應，而且是酵素效應。這個工作結果最後正式發表，且這篇報告目前很流行。小劑量雷力酵素對腸道蠕動、醱酵和腐敗、糖血症的變化和營養不良老人有很多效益。所有這些結果再度擴大我們對動物營養知識範圍。
(3.3)專利權
一旦我們的研發允許我們考慮到工業生產，我們必須提出一個製造過程和應用過程的專利權，來販賣產品於動物飼料和人類食品。如此我們才能保護產品，且擴展生產。
(4)動物反應─豬；其他動物對雷力酵素已有很好的反應
我們已談論過好幾次仔豬缺乏酵素。。我們也指出酵素缺乏是目前很普遍的認知。為了這個理由，我們將著重討論此項。我們已觀察到豬在42~70天不需要添加酵素，但是添加也會促進動物生長性能，和台灣顏博士所做的結果一致。豬在換豬舍有緊迫和適應環境的問題，導致下痢。雷力酵素對這種問題很有效，甚至法國飼料工廠已修改他們的配方，使用雷力酵素為唯一的添加物。在成長／肥育期，酵素添加可以限制在0.5％。似乎可以有效的利用高能量穀物。一般來說，飼料轉換率可以改善5％，故添加雷力酵素則配方中的能量可以降低同樣的能量比例。同時配方中蛋白質的比例也可降低而達到所需的新胺酸能量比例。對天然蛋白質和大豆也具有相同的經濟效益。這是一種很好的方法：利用經濟副產品於豬飼料而不會降低生產量，同時對農民也有較好的利潤。母豬和泌乳豬常有便秘發生，即使配方中含13％小麥；添加2％雷力酵素的配方對便秘問題有很好的效果。
(4.2)其他動物
雞：改善增重和飼料換肉率。我們認為對穀物能量有技術性效應。
鴨：改善羽毛和仔鴨增重。肥鴨肝的生產效果最好，肝重可增加10％。
火雞：第一個肥育期增重改善，降低日糧能量。
珠雞：改善生產性能。
兔子：改善生產性能，尤其是飼養環境不好。
仔肉牛：反芻提早，提早粗料餵飼。
仔乳牛：改善生產性能和肉的品質。
馬：添加2％可改善消化率。
(5)雷力酵素和醱酵生產之酵素比較
這節是很難，因為比較不同系列的產品，且在某些例子兩者有相同的效益。
(5.1)相似
就像本文的第一部分一樣，雷力酵素和很多醱酵生產之酵素是綜合性的：混合的醱酵生產之酵素或天然的酵素。因此，兩者一些酵素活性是相似，但是也有很多不同，我們顧客之一有自己試驗設備，最近做了一個實驗。我們認為這個實驗是完全可信的和有意義的，因為實驗動物數目多及實驗的嚴謹。添加雷力酵素的飼料優於無添加的飼料(一般飼料)，同時也優於添加醱酵性酵素的飼料，和我們預期相同的，我們認為雷力酵素的作用不僅是酵素，包括雷力酵素中的其他成分。
(5.2)不同
雷力酵素最大不同於其他產品是其他產品僅含有一種酵素，但雷力酵素是綜合酵素。
─基質對醱酵生產之酵素是最大的問題，但雷力酵素沒有這個問題，因為雷力酵素可以提供本身要用的基質來誘導酵素反應。雷力酵素雖然主要用在小麥飼料，但也很成功的應用在玉米飼料。
─雷力酵素使用比率在完全飼料是不同的。醱酵生產之酵素，每噸飼料用1公斤，但是雷力酵素每噸飼料用10公斤，即抽掉10公斤穀物，如此可配成100％飼料配方。這種飼料配方是否有價值，則需看價格而定。雖然目前我們沒有有關酵素在肉雞和蛋雞在穀物能量利用的比較，我們認為雷力酵素和醱酵生產之酵素會有不同的結果。考慮酵素含量，一個可靠的比較可以做嗎？答案是不能。多少有點證據顯示不能比較，例如醱酵生產之酵素有幾百萬個單位，而雷力酵素只有幾十個單位，毫無問題的這是不能比較的。
雷力酵素是粗料，而不是添加物，雖然兩者有相等的作用。15年的經驗和無數噸賣給幾十個忠實的顧客，我們確信雷力酵素可以使用，就像醱酵生產之酵素製品，但在很多例子雷力酵素是不同且比醱酵生產之酵素更有效。
四、結論
和其他添加物、維生素、礦物質、胺基酸、抗生素…等做比較。酵素是最後一個能夠解決問題的。
─他們本身不是產品，而是反應過程重要成分之一。
─沒有一個共同測量單位可用於不同製造廠商，因為有太多個測量方法。酵素在飼料製造過程，會受到破壞，另外可能要花費可觀的設備使用。而且酵素的作用和效益決定於好幾個因素，這些因素有時動物本身也不能控制。
─酵素最大活性是決定於基質，但是基質在飼料中不成問題。
─每公斤價格很高，同樣添加物也很高。在困難時期，農民企圖不用酵素。斟酌無數添加物和預防措施，是否有不同？不用太悲觀：研究者和生產者會改善他們的技術和降低上述的負作用。雷力酵素將有何變化？將走向那裡？經過無數次的酵素分析，雷力酵素當作一種營養物是不會變的。製造過程中細胞釋放的酵素仍有活性且很有效的耐受技術性或生理性的限制。飼料中酵素的比例不會成問題。上述例子的效益不適合任何辯論，尤其是雷力酵素添加於飼料中，效益是很少會消失。不要忘記，雷力酵素是有很高生物性價值的營養分。
飼料營養雜誌(p.37∼48)─飼料營養研討會、九六年八期