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木聚糖酶在猪饲料中的研究与应用

作者:来源:时间:2008-06-10 15:02点击:

摘 要:小麦中的主要抗营养因子是阿拉伯木聚糖,其作用主要表现为增加动物消化道食糜粘度。日粮中添加以木聚糖酶为主的复合酶,可有效消除其抗营养作用,提高猪的生产性能。本文就近几年来,国内外学者对木聚糖酶在猪饲料中的研究与应用作一综述。 关键词:木聚糖酶 猪饲料 研究与应用?   在传统饲料的玉米-豆粕型日粮中,玉米作为主要的能量饲料,常占到日粮配方组成的60%左右。目前养猪生 产中出现了玉米等能量饲料的短缺,因而必须充分地开发和利用我国资源丰富的麦类谷物和糠麸。另外,中国已加入世贸组织,国外低价格小麦、大麦产品即将涌入中国市场,将进一步刺激木聚糖酶的市场需求。同时,随着我国饲料安全工程的启动和实施,抗生素等产生残留,抗药性和污染环境的饲用添加剂的使用将受到限制,被逐步禁用或淘汰,而饲用酶制剂作为无残留,无抗药性又不污染环境的促生长添加剂,将会得到大力推广使用。 1 木聚糖酶的作用机理 谷物籽实中都会含有一定量的抗营养因子非淀粉多糖(NSP),NSP分为可溶性NSP(SNSP)和不可溶性NSP(INSP),影响动物对养分消化率的NSP主要是SNSP。小麦、麦麸、米糠中的SNSP主要是木聚糖。众多研究表明,酶制剂能消除NSP的抗营养作用,主要是NSP酶将NSP降解为小分子,从而改变NSP的抗营养特性。 木聚糖酶是专一降解木聚糖的复合酶,主要是由β-1,4-D-内切木聚糖酶和β-1,4-D-外切木糖甘酶组成,此外,还有一些脱支链酶。木聚糖酶破坏木聚糖分子中的共价交联(阿拉伯糖残基取代区)及通过氢键形成的连接区(主链上的非取代区),使木聚糖的水溶性及粘性大大下降,从而降低对肠道的负作用。 1.1 降低胃肠道食糜的粘性 De Silva?1983?报道,木聚糖被酶分解为小分子后,随着自身粘性的降低,肠道内容物的粘性也随之降低。从而提高内源消化酶的扩散速率,并降低了其与小肠粘膜的有效作用,最终提高养分的消化吸收效率。冯定远等(2000)报道,在猪日粮中加入木聚糖酶能使干物质消化率提高11.3%。 1.2 能够提高内源性消化酶的活性,促进养分的消化吸收 木聚糖的粘稠性主要是由连接在主链O2和O3上的阿拉伯残基分子引起的。猪消化道内容物粘度增加后,减缓了食糜通过肠道的速度,降低了养分的同化速度,从而使猪生产能力下降。食糜粘度增加,减缓养分从细胞中的溶出速率,降低了养分与内源酶的相互作用,同时高粘性的木聚糖与养分竞争内源酶,阻碍了底物与酶的结合,使养分消化速度减缓。此外,高亲水性的非淀粉多糖与肠粘膜表面的多糖蛋白复合物相互作用,使粘膜表面不动水层加厚,从而影响了养分的主动扩散。木聚糖酶把结构复杂的木聚糖分解成木寡糖和单糖,促进底物与内源酶结合,从而提高内源酶活性,木聚糖酶同时使粘膜表面不动水层变薄,促进养分的消化吸收。 1.3 破坏细胞壁结构 木聚糖是细胞壁的构成成分之一,木聚糖酶通过降解木聚糖来打破细胞壁的坚固结构,包裹在里面的养分由此释放出来,从而提高这部分养分的消化率。 1.4 减少肠道微生物数量,有利于猪的健康 木聚糖酶使木聚糖粘性降低后,食糜的排空速度也提高了,降低了小肠内的发酵,抑制了厌氧微生物菌落的生长,降低肠道疾病的发生率。同时消化道糖浓度的降低也利于水、蛋白质、脂类、电解质的内源分泌,从而使消化道功能得到改善。此外,木聚糖的物理特性也抑制了胆酸的分泌,从而使脂肪代谢得以顺畅,Collnish等(1999)试验发现,木聚糖酶能降低回肠和结肠中的致病性大肠杆菌和C.perfringens的数量。 2 木聚糖酶在猪饲料中的应用 研究表明,木聚糖酶添加到日粮中能提高猪对高纤维饲料的利用率,改善健康状况,缓解饲料资源短缺的情况,并可提高生长猪淀粉、粗蛋白质的回肠消化率,但不影响各营养指标的粪表现消化率。白亮亮(1999),程伟(1998),冯定远(1997)研究报导,在20kg~60kg生长育肥猪的次粉或小麦日粮中添加5%木聚糖酶制剂可提高日增重和饲料转化率,降低腹泻频率,使健康状况得到明显改善。Prokop(1999)报道,木聚糖酶和蛋白酶制剂应用于仔猪,能提高仔猪日增重,降低仔猪死亡率,且能使蛋白质消化率提高3%,氨基酸浓度提高3%~5%(P<0.01),纤维消化率提高17%?P<0.01),氮利用率提高10%?P<0.01),蛋白质沉积率提高9%?P<0.01)。许梓荣等?1999?在研究木聚糖酶的复合酶制剂?GXC?对56日龄仔猪消化性能的影响时发现?在含35%麦麸的饲粮中添加GXC30mg/kg?可使干物质、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分的表现消化率显著提高,肠内容物粘度,粪中大肠杆菌数和腹泻率下降,胃、胰、小肠的相对重量下降,十二指肠内容物总蛋白水解酶和α-淀粉酶活性上升,小肠微绒毛高度增加,均匀一致且数量多。Scholten等(1997)报道,给断奶仔猪饲以小麦与麦麸混合日粮的同时添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶,断奶以后前3周酶的添加对死亡率无影响,3周后腹泻率有所降低。但添加木聚糖酶对猪生产性能的影响报道不一,Thacker等(1991、1992)研究表明,在小麦、大麦、燕麦日粮中加木聚糖酶无效果。 3 木聚糖酶研究方向及应用前景展望 3.1 木聚糖酶的基因工程 在自然界,木聚糖酶广泛存在于真菌和细菌中,随着基因工程技术的发展,利用生物反应器生产木聚糖酶,运用基因工程技术在分子水平上对木聚糖酶基因进行分子改造,可望解决一些木聚糖酶活性(如抗逆性、PH值、热稳定性等)低的应用缺陷。自1983年以来,木聚糖酶基因的分子克隆和表达已取得很大进展,通过构建基因载体及特殊受体菌株等手段成功地使一些木聚糖酶基因得到高效表达。目前,研究外源木聚糖酶基因的表达和调控机制的受体菌株主要为E.coli.。Tremblay等?1993?将枯草杆菌的木聚糖酶基因,通过PMK3质粒克隆到大肠杆菌和蜡样芽孢杆菌中表达,结果大肠杆菌不能分泌木聚糖酶,必须依赖细胞的分裂而释放。而蜡样芽孢杆菌能正常分泌该酶。两种细菌产生的木聚糖酶表现相同的功能。Denalda?1994?将厌氧菌的耐热木聚糖酶基因,通过酵母载体DFLAGU2导入到啤酒酵母中,从而使该酵母在生长过程中分泌木聚糖酶。目前木聚糖酶基因分子克隆工作已把宿主菌从大肠杆菌等原核生物扩展至酵母、木霉、曲霉等真核生物。 3.2 应用前景展望 现在猪饲料多为颗粒料,在制粒过程中有一个短暂的高温过程,温度在75℃~93℃,一般木聚糖酶在此高温下会大幅度地降低活性,因此能在饲料中真正推广利用的木聚糖酶必须具有良好的热稳定性;另一方面饲料中的木聚糖酶最终的作用场所是猪正常体温(37℃)的胃肠中,木聚糖酶必须在常温下具有较高活性。因此如何解决在制粒高温和动物正常体温下,使酶同时具有较高活性是目前饲用木聚糖酶制剂应用的关键性技术。这些方面已进行了许多富有成效的研究,目前采用的办法就是对酶进行再加工处理,对酶进行包衣而免受高温破坏,包衣在猪胃中可被消化而释放出酶。此技术缺点是加工成本较高。目前木聚糖酶尚待进一步研究探明的问题主要有: 3.2.1西欧主要以大麦作为能量饲料,而我国的能量饲料以玉米为主,因而有些进口酶制剂不适合应用于我日粮添加剂,且饲料中木聚糖含量测定不能仅仅根据国外数据,而要加强自身测定工作,建立可靠的数据库。 3.2.2尽管近年来,已从嗜温微生物中发现多种耐高温木聚糖酶,但酶的活性及耐热性、抗酸性等性能需在筛选合适菌种的基础上应用现代生物技术进一步提高。 3.2.3木聚糖酶是一种诱导酶,不同菌种,不同的诱导物所产生的酶系差别较大,目前,酶活性测定方法很不统一,需进一步改进,统一规范。

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