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中國與國外飼料添加劑區别在哪裡?

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中國與國外飼料添加劑區别在哪裡?

發布日期:2016-02-22 00:00 來源:http://www.201hz.com 點擊:

一、飼料添加劑科技水平比較

  (一)飼料添加劑産業發展的國民經濟意義

  目前,世界各地區飼料添加劑産量分布北美約34.8%,西歐約21.3%,東歐、俄羅斯約13.5%,亞洲11.4%,中美洲11.1%,日本6.1%。世界各國飼料添加劑總量中營養性添加劑占55%~60%,獸藥占30%~35%,生物制品占10%~15%。美國飼料添加劑年消費量650萬t,歐共體560萬t。2008年中國添加劑預混料約500萬t,産值約300-400億元。

  飼料成本占養殖業成本三分之二,飼料核心技術是添加劑技術,生物技術是添加劑技術核心之一。因此,研制能促進動物生産性能、安全無害的新添加劑一直是畜牧業和飼料業的優先課題。近年中國飼料添加劑産業發生質的變化,主流産品基本實現了國産化,由進口國成為出口國;添加劑主流發展趨勢由一系列生物技術新産品所組成,包括抗生素替代品、飼料酶制劑、微生态制劑、植物提取物、發酵飼料、轉基因飼用作物等。值得指出的是:

  (1)我國飼料酶制劑産業雖起步于1990年,但12年來取得了長足進步,作為第一飼料酶的國産轉基因植酸酶從研發、生産、應用到出口貿易都赢得了與國外産品比肩共進的可喜局面;

  (2)新世紀初僅用3-5年時間就實現了第一飼用氨基酸即賴氨酸從進口國到出口國的轉變,這兩個典型産品的巨大進步說明我國生物飼料添加劑行業的科技貢獻和産品科技含量都達到一個新的水平和階段,具有标志性的裡程碑意義;

  (3)植物提取物是重要的飼料用抗生素替代品之一,植物源性的中草藥是我國具有數千年開發應用曆史的國粹,至今依然具有植物種質資源、方劑配方、臨床應用千年曆史的國際優勢,短闆在機制研究和分離工程方面。

  中國在這三大添加劑産品方面的相對優勢分别反映了我國技術研發的國際水平、産業發展的國際實力和悠久厚實的文化特色,是為“三優”。除了以上三個代表性亮點外,我國飼料添加劑産品核心技術在宏觀面上與發達國家比還存在明顯差距,是為“一憂”。

  下文以“三優一憂”為主線簡要描述了生物飼料添加劑技術發展的國内外現狀,提出了“為适應健康、安全與環保等新經濟發展要求,急需采用最新科技尤其是生物技術進行飼料添加劑創新研發,以保障我國飼料産業可持續發展”的對策。

  (二)五大生物飼料添加劑産品的國内外技術研發情況

  随着飼料添加劑向高效、安全、環保、多功能方向發展,采用現代生物技術等高新技術研制對動物具有特定生物學活性和功能的新型安全添加劑---包括飼用氨基酸、飼用活性肽、飼用酶制劑、微生态制劑和植物提取物等五大類---已成為當前生物飼料添加劑技術發展的主要趨勢。

  1、國外生物飼料添加劑技術研發情況

  以基因工程、蛋白質工程和代謝工程為核心的現代生物技術已成為新世紀生物飼料研制的主流技術。上世紀八、九十年代,以基因工程和蛋白質工程等高技術成果在酶制劑領域實現産業化和氨基酸基因工程菌研制成功并實現産業化都是具有劃時代意義的成果。目前,發達國家基本實現了主要飼用氨基酸和酶制劑基因工程化技術;抗菌肽研制核心技術還是基因工程和生化工程技術,其在微利飼料工業中成功應用的關鍵在于如何降低成本、篩選更高效廣譜或者特效抗菌而且安全的新産品,這是橫貫多個學科與領域的國際研究熱門,其瓶頸技術的突破尚須假以時日,達至實用還有相當距離。而代謝工程研究遠比基因工程和蛋白質工程要高級、複雜和困難得多,具有重要方法學意義。随着現代分離技術、組合化學、代謝組學、藥理學與中藥學的結合應用,植物提取物在替代飼料用抗生素中将發揮重要作用。

  (1)飼料用氨基酸研發主流趨勢

  上世紀60年代後期氨基酸開始用于飼料添加劑。目前用于飼料添加劑的有賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、色氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸7種氨基酸。其中以賴氨酸和蛋氨酸為主,占飼料用氨基酸90%以上;其次是蘇氨酸和色氨酸。賴氨酸是世界氨基酸産業中僅次于谷氨酸的第二大氨基酸、是飼料工業中的第一大氨基酸。随着飼養業技術水平的提高以及大豆面積增長有限以及動物性蛋白飼料禁用,賴氨酸消費将保持5—8%的年均增速。賴氨酸依靠微生物發酵方法生産,上世紀世界賴氨酸生産技術和産量由國外大企業壟斷,如美國ADM、日本Ajinomoto(味之素)、日本KyowaHakko(協和發酵工業珠式會社)等公司。蛋氨酸依靠化學方法生産,主要集中在法國Rhone-Poulenc、德國Degussa和美國Novus等公司,約占世界産量90%。蘇氨酸生産技術和市場基本被德國Degussa公司和日本Ajinomoto公司所控制。

  目前全球賴氨酸總産能50萬t/年,國際賴氨酸消費量40餘萬t/年,産能略顯過剩。其中,中國和美國是世界上賴氨酸的消費大國,年消費量在28和11萬t以上。近年美國賴氨酸消費保持年均增速約15%,西歐賴氨酸年消費量近8萬t、年增速5%以上。東南亞地區是近些年賴氨酸年消費量6萬t,增速強勁。國際賴氨酸生産大戶有:中國大成、日本味之素和美國ADM公司,産能分别為30、24和12萬t/年。由于需求的持續增長,國際大公司都在擴建或建設新的生産裝置,如德國Degussa新建了一套年産7.5萬t的生産裝置;日本擁有先進的賴氨酸生産技術,在世界各地建有多家賴氨酸合資生産企業,在全球賴氨酸市場舉足輕重。由于海外比日本本土生産成本低30—40%,因此海外工廠不斷擴大。世界蛋氨酸總産能将達到110萬t/a左右,但産量不會超過70萬t,世界蛋氨酸市場将明顯供過于求。

  目前,這些世界氨基酸生産巨頭在應用基因重組技術生産氨基酸研發工作方面走在世界前列,如日本三井化學公司采用工程菌生産L-色氨酸和蘇氨酸;日本味之素公司利用基因重組技術生産L-蘇氨酸等新産品;日本的協和發酵采用基因重組技術開發藥物中間體-羧基脯氨酸;美國ADM公司利用基因重組工程菌生産的蘇氨酸、色氨酸已進入日本市場。

  國際氨基酸生産技術發展呈如下态勢:

  ①構建高産氨基酸微生物代謝工程菌,通過重組DNA技術改變代謝途徑分支點上的流量或引入新的代謝步驟與管徑構建新的代謝網絡,得到性能優良的氨基酸生産菌株。25年前,前蘇聯蘇氨酸基因工程菌研制成功和産業化開創了氨基酸技術新紀元,目前日本、美國都擁有采用工程菌生産L-色氨酸、蘇氨酸和色氨酸的技術,這代表着飼料氨基酸技術發展主流方向;

  ②代謝工程研究比基因工程研究要複雜得多,已建立了一系列特異性研究手段,包括定點突變,插入失活及計算機分子空間構象模拟等手段,揭開了許多關鍵酶如何受反饋抑制的謎底,會推動氨基酸代謝工程取得突破進展;

  ③生物化工技術在氨基酸工業中應用有力地推動了氨基酸工業的技術進步,許多大型企業如杜邦、孟山都、拜耳、陶氏化學都在投巨資進行生物化工技術研究,其中先進的現代化産物分離提取技術也是影響生産成本的重要元素;

  ④應用生物技術培育飼料專用作物作為作物科學一個新的分支學科值得注意;

  ⑤最後一條就是氨基酸作為次生代謝産物其技術研發絕對是一個長線項目,需要長期的積累和沉澱形成優勢。

  (2)飼料酶制劑技術研發情況

  20世紀40年代,微生物α-澱粉酶的液體深層發酵技術實現了工業化生産以來,酶制劑産業已形成一個富有活力的高技術産業。1975年Kemin公司首先推出了世界上第一個商品飼用酶制劑。30年來國外開發的飼用酶制劑至少10多種,如植酸酶、蛋白酶、澱粉酶、β-葡聚糖酶等,歐洲95%以上飼料都添加酶制劑。2003年世界工業酶制劑總産值21億美元,其中諾維信酶産品占44%為9.24億美元,諾維信飼料酶制劑産品産值占該公司總酶制劑産品産值11%為1.03億美元,占全球飼料酶制劑産值2.27億美元的45%,1995年在天津設立的酶生産車間和在北京設立的研究院代表了世界最高的酶生産技術和研發水平。飼料酶市場發展趨勢和前景吸引了許多研究機構和公司涉足飼料酶領域,其他從事飼料酶研究和生産的公司還有美國Genecor公司(4200萬美元)、德國BASF公司(936萬美元)、瑞士Roche公司、瑞士Novartis公司、美國DuPont公司等,各自都以自己的核心競争力而占據世界酶領域一席之地。盡管飼料酶制劑開發應用隻29年曆史,但現已成為世界工業酶産業和飼料添加劑産業中增長最快的部分。統計資料顯示,近5年飼用酶市場産值年增長率11%,預計到2010年飼料用酶的世界市場産值将達到8億美元。

  目前世界酶制劑年産值25億美元,世界飼料酶制劑産值占10%為2.5億美元。推算目前世界70%配合飼料(4.2億t)添加0.2%酶制劑計算所需飼料酶的潛在總量為84萬t,産值8億美元,尚有5.5億美元的增長空間。未來10年(2009-2019)按翻倍後的12億t配合飼料中70%添加0.2%酶制劑和7,500元/t計,預期世界飼料酶潛在年總需求量168萬t,産值15.75億美元。目前世界酶制劑總産值中飼料酶占10%,其它工業用酶增長相對穩定,飼料酶7年來年增長率均在10%以上,是同期世界酶制劑産業分支中發展最快最大的貢獻者。有理由給予飼料酶前途良好預期。

  20世紀90年代以基因工程和蛋白質工程為代表的新技術在酶制劑領域的成功應用,有力推動了酶制劑研發技術和産業發展。目前國際酶制劑工業技術發展有以下特點:

  ①性質優秀的目标酶基因的克隆和表達,随着越來越多的物種基因組的物理圖譜和DNA測序的完成和DNA重組技術的完善,以及各種蛋白質結構和功能關系數據的積累,人們在很大程度上能突破天然酶缺陷的限制,通過克隆和改造各種功能基因使其在微生物中高效表達,再通過優化發酵獲得廉價優質産品。國外利用轉基因體高效生産飼用酶制劑比例越來越大。

  ②酶的遺傳修飾,這方面主要特點有二,一是多位點定點突變技術,定點突變是蛋白質工程中采用的重要技術之一,但以往一般每次隻能引入單點突變,突變效率較低,所以對多點突變技術研究成為熱點。二是酶定向進化技術,通過多代遺傳将突變積累起來,可以較好地拓展酶的功能。其利用的主要原理有基因嵌合酶、易錯PCR及DNA體外随機拼接技術。利用酶的定向進化技術對酶基因進行遺傳修飾可能獲得具有特殊性能的突變酶及突變菌株。

  ③酶的遺傳設計,基因工程的飛速發展為異源蛋白質表達提供了有力手段,應用組建蛋白質結構的新方法能獲得自然界并不存在的具有全新結構和功能的蛋白質。蛋白質全新設計過程是:先确定設計目标和初始序列,經過結構預測和建模,對序列進行初步修改,然後進行酶基因表達或多肽合成,再經過結構功能檢測結果指導修改原先設計。蛋白質全新設計處在探索階段,其應用前景非常誘人。

  (3)飼用肽類産品發展情況

  飼料用活性肽依據其功能,可分為生理活性肽、抗氧化肽、調味肽、營養肽等。國内外在飼用生物活性多肽研發方面投入力量最大的是抗菌肽和營養寡肽。關于飼料用肽産品研發和産品生産在世界範圍内乏善可陳,絕大多數基因工程肽還在實驗階段、還遠沒達到規模生産和應用階段,新藥領域相關研究方法和成果可直接用作飼用肽類産品,少數人藥用産品因成本限制短期内無法推廣到飼料工業領域。目前,商業化飼用活性肽生産僅見美國奧特奇公司生産的産品技術含量不高的UP1672系列生物肽粗品,這些産品在北美國家仔豬日糧中已使用10多年,迄今并沒有嚴格意義上的飼料用肽類産品問世。

  毫無疑問,飼料用活性肽應用前景和潛力看好,從短期看,寄希望于抗菌肽以替代品飼料用傳統抗生素既不現實,也還有不少理論問題有待明确,因此當下明确肽類産品現實的飼料應用目标和對應的研究思路十分重要,還需要理性區分旨在促進消化的蛋白酶解産生的肽類混合物與結構功能明确的單一肽,這是具有不同性質、不同作用、不同層次、不同科學含義的兩類産品。位于舊金山的Genencor-DaniscoDivision研發中心無疑是這一領域的領先者。從1980年代初發現第一個抗菌肽至今近卅年,新發現的抗菌肽已經超過1千種,發表的相關論文數以千計,迄今從中成功開發的人藥用抗菌肽不過3-4種,這足夠說明了抗菌肽産業化的真實難度;另外關于肽的國際會議、區域性、國家性專業會議的高頻度和大規模預示飼料用肽瓶頸技術的突破性成就需要先導學科、基礎學科的前行鋪墊解決面上和上遊基本難題,飼料用肽的問題遠遠不隻是屬于飼料領域,因此飼料用肽類産品的産業化任重道遠。

  國際飼料用活性肽的技術發展趨勢如下:

  ①開發新的活性肽資源,包括充分利用動、植物、海洋生物、微生物資源,開發昆蟲活性肽等;

  ②利用現代生物技術進行活性肽的生産和改進:如在抗菌肽的研究與開發上,利用DNA重組等技術,将編碼某種抗菌肽的基因整合到某些生物體内,通過生物細胞的發酵或培養來直接表達出目的抗菌肽,實現其大規模低成本生産;通過基因定位誘變的手段對天然活性肽結構進行改造,獲得具有新的性質的活性肽;将具有不同功能的多肽融合形成具有多重功能的嵌合活性肽;将組合化學、後基因組學、生物信息學以及高通量篩選等技術相結合,開發出具有目标性狀的新型活性肽,這将是飼料用活性肽的重要途徑;

  ③特殊肽表達系統的構建,一些公司如Genencor-ADaniscoDivision具有重要商業價值目的的肽表達系統工作其實無法從文獻中獲得;

  ④轉基因肽表達産物的分離純化研究;

  ⑤飼料用肽産品的藥理學與毒理學研究;

  ⑥飼料用肽産品的結構功能關系研究。

  (4)微生态制劑技術研發情況

  微生态制劑是主要的飼料抗生素替代品之一。但是由于産品的複雜性和研究難度目前在研究和産業化方面都不令人滿意,遠沒有發揮應有的作用。

  微生态制劑自70年代首次在飼料中添加使用後,世界各國對各種微生态制劑的研發十分活躍。目前,歐美及日本等國家已将其列入飼料添加劑範疇,湧現了衆多益生素/菌生産廠家和公司,品種繁多。法國已有50多種微生态制劑,美國飼料益生素銷售額已超過3000萬美元,日本每年使用微生态添加劑已達1000t以上,價值超過400萬美元。以益生素/菌為主的功能性食品已形成新産業。據報道1996年世界各國低聚糖産量約8.5萬t,主要在日本和歐洲國家,其次是北美、韓國和中國。日本在寡糖研發及應用方面居世界前列,日本20世紀70年代開始寡糖研發,80年代初批量生産異麥芽寡糖及果寡糖,到90年代開發出70餘種功能性寡糖,數百個産品,産值近3億美元。90年代以來,日本功能性低聚糖年消費量逐漸增加,從1993年2萬多t,增加至1999年的3萬多t,其中消費量最大品種是低聚異麥芽糖1.1萬t,20世紀80年代中後期,日本首先将功能性寡糖開發為飼料添加劑。到90年代中期,日本寡糖全國産量1/3被添加到飼料中,價值約1億美元。歐洲功能性低聚糖應用較日本略晚,目前歐洲市場主要功能性低聚糖商品有低聚半乳糖和低聚果糖,還有菊粉來源的果聚糖混合物廣泛應用于食品和飼料,其聚合度2~60,其他來源低聚果糖聚合度為3~8。法國Leroux公司(1998)年産菊粉以相關産品總計2萬t,現有專門協調生産和研發的歐洲菊粉協會和國際果聚糖學會。

  目前,國際微生态制劑技術的發展主要呈以下态勢:

  ①篩選更多具有直接促生長作用的優良微生物,積極利用生物工程技術改造菌群遺傳基因,選育優良菌種,使其具有抗酸、抗熱等能力。

  ②關于益生素/菌作用機制的研究應注意從動物營養代謝與微生物代謝關系方面進行研究。研究益生素/菌作用機理和方式。

  ③加強對益生素/菌劑型的研究,提高活菌濃度及其對不良環境的耐受力,研究真空凍幹技術和微膠囊技術保護産品,采用真空包裝或充氮氣包裝延長産品保存期。

  ④在益生菌的研究方面,一方面要篩選高活力菌株;另一方面通過生物技術對生産菌進行改造提高其生産性能。

  ⑤十分重視這類産品的安全性研究。

  (5)植物提取物(中草藥)産品技術研發情況

  植物提取物是主要的飼料抗生素替代品之一。歐盟是國際上嚴禁使用飼料抗生素的最早、最大和最嚴的區域,歐盟成功禁用飼料抗生素,除了得益于良好的飼養管理配套措施以外,一個十分重要的物質措施是用植物提取物(中草藥)替代飼料用抗生素,在成功禁用飼料抗生素中,中草藥起了第一重要的作用。歐盟是成功應用飼料中草藥的唯一區域。

  當前,德國和法國大規模利用銀杏葉進行粗加工,世界銀杏葉粗提取物年銷售額已達近10億美元。另外,日本、韓國也已經成功開發了植物提取物國際市場。我國每年進口“洋中藥”約10億美元。歐美對中草藥的謹慎态度正在變得寬松,而在中草藥産銷量最大的亞洲,中藥合法化的國家不斷增多,包括日本、韓國、中國、泰國等國。

  中草藥更被西方國家認為是朝陽産業,國際貿易上中草藥其年銷售額約200億美元,并仍在以每年10%速度增長。14年前美國就立法弱化了政府對滋補品保健市場的控制,1994年頒布的《滋補品保健和教育法》“允許公司行銷滋補保健品而不必嚴格遵守非處方藥需證明其藥效的規定,并且,在有效成分、劑量等方面無統一标準”。從而加大了中草藥市場開放度,縮短了中草藥進入美國市場的時間,結果中草藥在美國滋補品市場産值過百億美元。在歐洲,存在許多成功銷售草藥藥品的機遇。歐洲是全球最大的草藥市場,占全球草藥市場近一半,産值過200億美元。德國和法國占整個歐洲草藥市場三分之二份額。

  與化學合成藥相比,中草藥新藥的研制周期短、成本低,随着中藥國際認知程度的不斷提高,世界各國、各大藥企對中草藥日益重視,積累了一些成功經驗,尤其值得國内同行借鑒。

  ①十分重視藥用植物次生代謝和次生産物的研究,這是中草藥科學的重要基礎;

  ②将組合化學應用于新型中草藥篩選;

  ③十分重視中草藥藥效成分的研究,将現代藥理學成功用于中草藥研究,如Hamuro等(1988)報道了茯苓多糖、羟乙基茯苓多糖-3、羟乙基茯苓多糖-4、羟甲基茯苓多糖等有效活性成分的免疫功能機理,Tsinas(1999)從牛至屬植物中提取的有效成分具有很強的抗菌、抗氧化和增進動物食欲的作用,并對仔豬腹瀉有很好療效;

  ④将現代物質分離技術和分析技術成功用于中草藥研究,國外為約75%中草藥提取物檢測建立了HPLC标準方法。

  以上特點恰好彌補了我國過分強調中草藥方劑的複合與綜合作用而又無法在物質科學層次上以理服人、對中草藥單一物質成分重視不夠的缺陷;

  ⑤建立了科學、現代的中草藥有效成分分離提取技術與工程、設備與工藝,實現了中草藥生産現代化。

  ⑥重視中草藥替代飼料抗生素的養殖應用研究,如澳大利亞科學家研制成功Steyregg、Delacon和Biotechnik等天然植物産品,可以提高動物的生産性能,促進消化,提高抗病力等作用。

  以上這些基礎工作是中草藥能夠成功應用于飼料工業的重要前提條件。

  2、國内生物飼料技術研發現狀

  國内生物飼料技術研發在不少方面取得了長足進步和重要成果,部分品種達國際水平;但是整體水平依然落後,缺乏戰略性和基礎性平台技術研究,最新分子生物學研究成果應用相對落後,對微生物與基因資源研究不重視,模仿跟進國際成熟技術為主,原因在于缺乏源頭創新的政策設計和社會導向,也與立項過于剛性、考察指标硬化、産業化目标短而強有關;知不足而後能進,現就五種添加劑産品的國内現狀逐一加以分析。

  (1)飼用氨基酸

  我國飼用氨基酸工業技術水平和生産規模與飼料工業的發展同步,近20年來從無到有發展很快,上世紀世界賴氨酸生産技術和産量由國外大企業壟斷,我國的賴氨酸主要依賴從美、日、韓進口,到2005年我國賴氨酸産量占世界的60%多,出口60多個國家。近年,随着我國賴氨酸産能的迅速擴大,進口量逐年減少,出口不斷增加。2006年我國賴氨酸及其鹽和酯的進口量為2.48萬t,出口量則增至14.30萬t,從2005年起我國已成為賴氨酸的淨出口國。

  2006年我國賴氨酸産能達到60萬t/a,産量為40萬t左右,産量的猛增是造成出口跳躍性增加的主要因素。我國賴氨酸産品的主要生産企業有長春大成實業集團公司、川化味之素有限公司、泉州大泉賴氨酸有限公司、山東金玉米生化有限公司、安徽豐原生物化學股份有限公司等,其中長春大成實業集團公司是我國最大的飼料用氨基酸生産企業,目前賴氨酸産品總産能30萬t/年,而這幾乎就是我國賴氨酸年消費總量。2007年全國賴氨酸産能過剩約50%。

  我國飼用蛋氨酸基本靠進口,2004年進口蛋氨酸85819t,同比增長17.8%。近年國産蛋氨酸發展也很快。色氨酸和蘇氨酸開始少量應用,幾乎全部進口。

  飼用氨基酸生産存在目标氨基酸産率低、成本高、非理性的量的擴張等問題,與國際比較在研發和生産方面的差距都很大。關于重要氨基酸代謝基因工程菌研究工作尚未起步,更沒有象先進國家那樣進入生産領域。我國在飼用氨基酸研發方面一直處于落後地位,是飼料和飼料添加劑産業的薄弱環節,飼用氨基酸在畜牧業中重要地位、技術現狀與我國消費大國的形象不對稱;由于氨基酸技術研發是長線項目,尤其需要長期的積累和沉澱才能夠逐漸形成自己的優勢,當非一朝一夕之功和權宜之計所能成就,因此要想占有氨基酸領域一席之地和話語權必須從長計議及早下手。另一方面少數大型企業具備在短期内建起相當規模的低技術含量的氨基酸生産車間的實力,其後發優勢不可小觑。随着研發投入增加和生物技術領域新技術快速發展,這些公司如大成在不長的時間内通過準确選題高起點起步、聚集國際人才和技術、占領國際市場等措施在若幹方面都取得了可圈可點的進步與成果。

  (2)飼用酶制劑

  目前我國登記注冊生産飼料用酶制劑的廠家過百家,為了從飼料應用領域分一杯羹,很多其他專業酶制劑企業紛紛通過二次技術開發迅速進入了門檻不高的飼料酶領域;開辟進入中國市場的國外公司有10多家,2007/08年全國飼料用酶制劑總産量約3萬t,國内外産品在中國市場表面上勢均力敵,宏觀上國産品具有價格優勢,外資企業産品具有質量優勢。國内具有自主知識産權的飼料酶研制源頭創新成果不斷增加,近10年來中國農業科學院飼料研究所在轉基因飼料酶研制方面、近年浙江大學和若幹新興公司在飼料酶應用研發方面取得了各具特色的成就。尤其是中國農業科學院飼料研究所作為國産轉基因植酸酶的第一技術源頭、北京挑戰生物公司作為國産植酸酶成功産業化和占領中國半壁市場并走向歐美的龍頭企業,堪稱行業高技術研發和産業化的典範,為中國飼料酶和整個酶制劑産業的跨越式發展積累了十分寶貴的經驗,對整個行業發展都具有借鑒意義;此外,南京農業大學韓正康與加國Manitoba大學Marquardt先生(1996)合作主持的《家禽及豬營養中的酶制劑》課題和中國農業科學院飼料研究所霍啟光先生(2002)主持的《動物磷營養與磷源》課題中對四大飼料酶類---澱粉酶、非消化多糖酶、蛋白酶、植酸酶的動物營養效果研究作為中國飼料酶應用技術的開創性奠基工作,迄今依然為我國動物營養學界的代表水平。與世界一流公司的研發和産業化比較,關于飼料酶走向國際前沿緻力于源頭創新和取得自主知識産權成果的潛力巨大、前景良好。

  國産飼料酶生産應用總體技術水平落後,生産遠未形成适度規模。在此領域如何整合優勢發揮規模效應也有很大空間和餘地。2007/08年我國飼料酶産量約3萬t産值近2億元,在飼料工業和添加劑預混料産值中比重分别為0.04%和0.48%,目前我國加酶配合飼料比例約為10%,如按70%配合飼料添加0.2%酶制劑匡算,近期飼料酶潛在需求為10.29萬t,尚有8.79萬t增長空間;遠期(未來10年,2008-2018)按翻倍後的1.50億t配合飼料的70%添加0.2%酶制劑和t價7,500元計,預期我國飼料酶潛在年總需求量20萬t,産值15.48億元,在預期翻倍的飼料工業和添加劑預混料産值中比重分别升到0.28%和2.75%,比重雖小,但絕對産值尤其其發揮的四兩撥千斤的催化作用是絕對值得重視的。

  目前我國所有工業酶制劑總産35萬t,産值7億多元,飼用酶制劑産量近3萬t占我國酶制劑産品總産量8.0%,約占中國飼料添加劑總産量10%。飼用酶制劑産值約占我國酶制劑總産值30%,占世界飼料酶總産值11%,占中國飼料添加劑總産值4%,這與世界酶産業和飼料酶産業發展趨勢基本一緻。不一緻的地方有以下方面:

  ①酶制劑作為飼料用途的二次開發技術最近跟進很快,但還有差距;

  ②飼料酶産品技術含量不高、品種不全、品質不優,基礎性研究需要加強;

  ③飼料酶産品t價不到1萬元,有些不到0.5萬元,比較起來飼料添加劑平均t價2萬元,有些氨基酸價位高達5萬元/t;

  ④3萬t飼料酶産品由100家生産,總産值1.5億元,平均1家生産300t、産值150萬元,多數企業産量甚至不到中試規模,遠低于盈虧平衡點;

  ⑤企業間惡性競争在技術和市場各方面全面展開,急需調整結構、優化品種、适度規模。

  目前研發技術是産酶微生物基因工程技術和傳統育種技術并存,部分酶種達到與國際水平。毫無疑問,現代生物技術是飼用酶研究主流技術,提高産量降低成本、改進酶應用中關于質與量兩方面的限制因子既是傳統難題也是飼用酶今後主攻方向。

  國内從90年代中期開始開展飼料用酶制劑方面的基因工程菌構建研究工作,在國家多種科學基金計劃的連續資助下,十年來積累了一定數量的優良微生物和基因資源、研究材料與方法、人才隊伍,尤其值得指出的是中國農業科學院飼料研究所取得了以轉基因植酸酶為代表的一批國際水平的硬成果。同時借助于食品、輕工業酶制劑産業發展的已有基礎積累和飛速發展的現代生物技術、和國際學術資源的轉移介入,我國部分飼料酶研發有望取得突破。但須清醒看到從酶制劑的基礎研發到現代化工業生産和全球化貿易網絡等高層次來看,國際上諾維信公司的實力和成就穩居老大。僅就諾維信天津生産基地和北京研究院、GenecorDanisco在舊金山和上海的研究中心的軟硬件而言勘稱世界一流,這些大戶的投資出手、戰略目光、研發導向與産品品位無不意在打造百年老店,值得我們思考的重要一點是這些國際機構醒目的研究重點是新基因和新生物資源的發現發掘而不是其它。相對講,單一飼料酶種的研發乃至産業化終屬于短線項目,在條件具備能夠厚積薄發有所作為的時候,我們應該有勇氣和智慧問鼎纖維素酶、蛋白酶等重大飼料酶種和複合酶系等難題,以謀取長線項目的國際話語權和一席之地。

  (3)飼用肽類産品

  目前國内關于飼用生物活性肽集中在實驗産品的應用功能研究與生産性能觀察等方面和階段,産品研制技術主要停留在采用蛋白酶水解粗蛋白質資源獲得目标産物的水平上,産物是化學成分、結構信息含糊的蛋白質水解混合物,能夠快速産業化的成果少或沒有,或者說這類工作真正的科學意義上講都不屬于肽科學範疇,因此國内飼料肽類産業還遠沒有真正起步。

  即使包括食品和醫藥用途在内迄今真正産業化的肽類産品隻有乳鍊菌肽和谷胱甘肽,目前銀象公司和紅梅集團為乳鍊菌肽主要生産企業,多用于乳制品和肉食品的保鮮。而谷胱甘肽是一種具有多種重要生理功能的三肽。臨床上用于治療肝病、藥物和重金屬中毒的治療,并可與抗癌藥合用。目前,谷胱甘肽在食品、醫藥等領域的應用受到人們日益重視。

  而以新藥研究為主要目标的基于化學合成水平和分子生物學水平的基礎研究剛開始,具有探索性,國内已有的成績相當單薄,有分量的論文也是屈指可數,但是這代表未來飼用肽類産品技術研發的發展方向,值得及早重點投入,這些工作奠定飼料肽産品技術的重要基礎。 國家十分重視支持肽類産品研制,從九五攻關、第一批863計劃開始就從戰略高度安排了人用蛋白質(肽)藥物基因工程研究項目,取得了較豐富前期成果,積累了人才、材料和方法;國家十一五863計劃等渠道都開始安排了飼料用肽類産品研發項目,從接近十年的實際執行情況看,預期目标設計過于前置于肽科學技術發展的基本階段、課題目标設想過于空泛宏大而不切實際,必然很難落到實處,還不如實事求是務實性夯實必要的基礎更為可靠,那些認為依靠某種抗菌肽産品研究能夠替代傳統的飼料抗生素的想法既不現實也缺乏科學依據。

  (4)飼用微生态制劑

  微生物添加劑亦稱益生菌(Probiotic)和微生态制劑等,主要包括酵母菌、芽孢杆菌、乳酸菌、光合細菌。到目前為止,開發應用的飼用微生物的品種很多,但出于對菌種安全性的考慮,參考歐盟标準和醫藥法規,我國《飼料添加劑品種目錄(2006)》準予使用的有16種。

  我國對飼用微生物研究始于80年代,目前國内産品以芽孢杆菌、乳酸杆菌、酵母菌為主。以芽孢村菌為主的複合微生态制劑效果好、應用多。據統計,目前年我國微生物添加劑的産量約1萬t左右,與需求相差約10倍,遠遠跟不上飼料工業發展的需要。2001年我國寡糖總産量1.84萬t,産值約6.42億元。飼料行業寡糖産品以異麥芽寡糖、果寡糖為主;研究技術主要是依靠特定酶分解植物性多糖原料或轉移合成中間底物獲得目标産品,普遍存在目标産物檢測難、寡糖生産關鍵酶産酶水平低、後續分離技術不過關、應用配套研究不深不全、産品質量和應用效果不穩定。得益于功能性食品産業最近10多年的發展,微生态産品研發方法、技術、成果,甚至産品可直接移植到飼料産業,該領域的很多方面,畜牧業生産實踐已走在了理論研究和專業法規的前面,監督管理工作相對滞後。

  我國飼用微生物添加劑的應用研究開始于20世紀80年代,1984年何明清等利用微生态制劑防治雛雞白痢除了觀察到治療效果達92.84%外,同時觀察到促菌生具有明顯促進雛雞的采食量和提高增重。1987年何明清等率先研制成功8701、8801、8901等畜禽魚用微生物添加劑。“八五”期間,國家科委對“飼用微生物添加劑”組織重點攻關,“調痢生”等動物微生物制劑納入“八五”火炬計劃。此後,大量新的微生物添加劑被推廣應用。近年來,四川農大的仔豬用8501和育肥豬用8701,南京農大的“複合菌劑”,武漢大學的芽抱菌劑——特痢強,吉林農大的931活菌劑,上海的DM432菌粉,北京的增生素等産品在應用中都收到良好的效果。總的來說都具有提高飼料轉化率、動物增重、機體免疫功能、防病力和降低幼畜(禽)死亡率的功能。馮定遠等(2004)“JBC‘樂圖’乳酸菌提高豬生産性能及改善豬肉品質的效果”成果的具體方法是:在飼料中添加0.3%JBC“樂圖”乳酸菌液,40℃發酵約8h後飼喂,同時在飲水中添加0.3%JBC“樂圖”乳酸菌液,通過噴霧方式淨化畜舍養殖環境。此外,水産動物養殖生産中也有把沼澤紅假單胞菌等光合細菌微生物添加劑使用于養殖水體中來改善水中生态環境。這一部分發展很快,尤其值得關注的是由于此類産品的功能橫跨水體環境與養殖兩個不同的行業與學科,在快速發展的同時,在管理上也有交叉形成的真空地帶,存留一些監管隐患,值得重視。

  微生物添加劑技術的發展趨勢主要集中在以下方面:

  ①加強飼用微生物資源的開發與利用,引進國外優良菌種資源,加強菌種資源特别是極端環境特殊微生物資源的搜集;

  ②關注益生菌存活機理研究,細菌附、定植機制的研究以及益生作用的微生态學和分子生物學原理研究等;

  ③建立飼料用微生物标準實驗室,這類産品安全性研究是難題也是弱項,我國獸醫學界對此類産品一直頗多質疑,值得引起重視;

  ④應研究建立實驗性動物模型、明确飼用微生态制劑作用的科學機理;

  ⑤建立高密度發酵方法,提高我國飼用微生物的發酵工藝和産品後加工工藝水平,以及飼用微生物添加劑加工、保存和使用水平;

  ⑥加強産品質量标準建設和強化監管:尤其應對生産中的菌種、活菌含量、保質期标準和商品标簽規範等,制定出可操作和便于檢查的細則,規範微生物産品的研制、生産、營銷和使用,應盡快制訂和完善針對這類特殊生物制劑的專門法規,改變行政監管落後于生産實踐的被動局面。

  (三)中國生物飼料添加劑産品技術發展的目标與對策

  1、飼用氨基酸

  (1)微生物重要飼用氨基酸的代謝組學研究,為氨基酸代謝工程研究建立必要的理論基礎,這是一項長期的基礎性工作,它直接決定我國在中長期目标内擁有多少發展氨基酸的話語權;

  (2)重要飼用氨基酸微生物代謝工程平台技術研究;

  (3)加快缺門品種研發,應用重組DNA技術和代謝工程技術解決氨基酸合成代謝瓶頸,提高生産技術水平;

  (4)研究生物化工技術解決産品發酵周期長、分離提純技術落後、産品收率低和質量不高問題。

  2、飼用酶制劑

  (1)重視新基因資源發掘、建庫和源頭創新研究:利用我國地域廣闊、生态多樣性與特異性條件加強新的微生物和基因資源開發研究;

  (2)建立平台技術解決飼料酶性質的共性問題:應用基因工程技術、蛋白質工程技術、生化工程技術研究解決飼料酶耐高溫、耐酸性、耐胃蛋白酶水解研究共性技術難題;

  (3)發揮已有優勢重點突破:選擇少數有基礎的重點酶種—(營養型、功能型、環保型)—應用基因工程技術提高産酶水平、降低生産和應用成本;

  (4)加快相關配套新技術如發酵技術、分離提取技術、保護技術等研究;

  (5)進行酶技術移植與交叉研究,建立飼料酶應用平台技術。

  3、飼用肽類産品

  (1)高起點高目标定位:國内外飼用肽類産品技術差異不大,根據已有基礎條件,選好切入點有望取得國際水平成果;

  (2)共性平台技術建設:建立以生物技術為主的飼用肽類産品的研發共性平台技術;

  (3)産肽微生物基因工程菌構建:利用DNA重組等技術,通過生物細胞的發酵或培養來直接表達出目的抗菌肽,利用生物工程技術生産活性肽是發展方法;

  (4)優化表達和分離純化技術:應采用化學、分子生物學、生物技術等手段研制針對性更強的寡肽産品及其大規模低成本生産技術。

  4、飼用微生态制劑

  (1)研究建立利用生物工程技術有針對性篩選、改造動物微生态目标菌群的遺傳基因的共性平台技術;

  (2)研究建立動物微生态目标菌群功能性指标測量與評價的無菌動物模型系統;

  (3)研究優良動物微生态菌種低成本産業化技術和活菌保護技術;

  (4)突破幾種重要寡糖生産的關鍵酶應用基因工程改造和生産的關鍵技術,實現這些重要寡糖生産酶和相應寡糖的低成本工業化生産技術;

  (5)研究明确不同微生态産品之間生物學關系和微生态産品與動物微生态之間關系;

  (6)建立國家飼料微生物菌種标準實驗室(中心)和建立飼料微生物菌種鑒定的标準程序。

  5、飼用植物提取物産品

  (1)建立植物次生代謝産物的現代分離科學與技術,實驗與工程,設備與工藝體系;

  (2)強化動物代謝組學和對應的植物提取物響應研究;

  (3)建立以藥效成分為核心節點的組合化學與組合方劑學網絡(層次、連接與系統);

  (4)建立來源于藥用植物以藥效成分為核心的組合化學庫和組合方劑庫;

  (5)創新植物提取物藥理學研究,嘗試建立植物提取物有效成分的動物應答代謝網絡。

  6、重視和規範飼料新産品的安全性評估、質量标準和知識産權建設

  最後需要指出的是在緻力于替代傳統飼料抗生素的努力中,不可以指望依靠以上單一産品能夠畢其功于一役,往往需要多種産品或措施的交替或配合使用,同時還需要飼養措施甚至産業政策和專業法規的積極配合、跟進與傾斜支持,這或許是生物飼料添加劑發揮作用、回避飼料抗生素弊端的實事求是的解決方案。


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