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技术文献
新型饲料添加剂-葡萄糖氧化酶
葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase,简称GOD) , 其系统命名为β- D- 葡萄糖氧化还原酶( EC 1.1.3.4), 能高度专一催化β- D- 葡萄糖与氧反应,生成葡萄糖酸和过氧化氢。该酶广泛分布于动物、植物及微生物中,工业上主要利用黑曲霉和青霉属菌株进行发酵生产。作为一种新型酶制剂,由于GOD 具有去葡萄糖、脱氧、杀菌等特性,而且安全无毒副作用,因此在食品的加工保鲜、医学等上都有广泛的应用。1999 年,农业部将它定为12 种允许使用的饲料酶制剂添加剂之一。
1葡萄糖氧化酶的性质
    高纯度GOD为淡黄色粉末,易溶于水,分子量为150KD左右,最大光吸收波长为377nm和455nm。GOD的作用温度为30℃~60℃,稳定的pH范围为4.0-8.0,具有很好的稳定性。一般来说,酶反应受底物浓度的影响不大,葡萄糖浓度在5%-20%,反应速度几乎不变。
2葡萄糖氧化酶的作用机理及在动物体内的作用
葡萄糖氧化酶催化的反应可以如下所示:
    在该化学反应中,消耗了氧气,产生了葡萄糖酸和过氧化氢。在动物胃肠道中,氧气、葡萄糖酸和过氧化氢各有不同的生物学作用,GOD作为饲料添加剂在动物生产中发挥作用就是基于这些成分的消耗和产生而发生的。
2.1消除肠道病原菌的生存环境,保持肠道菌群生态平衡
    GOD可以将肠道内的葡萄糖催化生成葡萄糖酸和过氧化氢,该反应过程中消耗肠道内的氧气。大部分肠道病原菌都是耗氧菌,大部分有益微生物都是厌氧菌或兼性厌氧菌,因此GOD在肠道中消耗氧气为厌氧有益菌的增殖提供厌氧环境;同时有益菌大量增殖形成优势菌,抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌存活,而且反应产物葡萄糖酸可降低肠道内pH值为乳酸菌生长制造酸性环境,使乳酸菌大量增殖从而提高机体免疫力,降低发病几率;反应生成的过氧化氢具有灭菌作用,当其积累到一定浓度时,直接抑制大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌、弧菌的生长繁殖。GOD形成的这种厌氧环境,在治疗畜禽生理性顽固腹泻时体现得较好。每年春夏、秋冬交替季节,一些顽固的畜禽生理性腹泻,使用GOD的效果比较理想。
2.2 改善胃肠道酸性消化环境
    GOD催化葡萄糖生成葡萄糖酸,在胃肠道内发挥酸化剂的作用。GOD进入胃肠道后,葡萄糖酸不断产生,从而使胃肠道pH值降低,偏酸的环境有利于各种消化酶保持活性,消化酶的活性好,促进饲料的消化,提高饲料报酬。
2.3改善肠道形态结构
    家禽小肠结构是执行消化吸收功能的物质基础,小肠结构状况对营养物质吸收起决定性作用。有研究表明,添加GOD使肉鸡空肠的绒毛高度升高,隐窝深度下降,V/C 值变大,十二指肠V/C 值变大。添加GOD 的试验组绒毛粗壮、整齐,呈指状,绒毛间界限清楚,而对照组可见粘连和脱落,界限不清,黏膜增生严重。因此添加GOD 不仅从量化指标上影响了肠壁结构,而且从感官上优化了小肠形态结构,从而为消化道的成熟和消化吸收的正常进行提供了物质基础。
    另外,产生的葡萄糖酸经发酵后产生乙酸、丙酸、丁酸等挥发性短链脂肪酸(SCFA),短链挥发性脂肪酸是肠细胞偏爱的能量,极易从肠腔吸收,在研究短链脂肪酸对大鼠移植小肠作用的试验中发现,短链脂肪酸能显著提高移植肠绒毛高度、隐窝深度、黏膜厚度及绒毛面积,并能改善移植肠对氨基酸的吸收能力。
2.4保证原料、饲料的品质
GOD直接抑制多种霉菌,对黄曲霉毒素B中毒症有很好的预防效果。
    研究表明,加有GOD的青贮饲料对长膘的牛有利,其原因是GOD可以消耗青贮饲料的氧气,提高青贮内的缺氧程度,有利于厌氧性乳酸菌的增殖,加快了乳酸菌的发酵过程,迅速产生大量乳酸,使青贮的pH值很快下降,抑制了有害细菌的繁殖,避免了异常发酵,最终保证青贮质量。
油脂中加有GOD,可消耗其中的氧气,抵制微生物的生长,防止油脂酸败变质。
3葡萄糖氧化酶在畜禽养殖业中的应用研究
将GOD作为饲料添加剂应用到动物生产有一定的使用效果。
    李焰(2004),在AA肉鸡的基础日粮中添加0.15%饲用GOD制剂,以基础日粮为对照组进行为期40d 的饲养试验。结果表明:饲用GOD能显著提高AA 肉鸡的生产性能、饲料转化率、抗病能力和成活率。
    张晓云(2006)的试验研究发现在产蛋鸡日粮中添加GOD可以促进乳酸杆菌增殖、抑制大肠杆菌增殖、提高血清白蛋白水平。
    赵国先(2006)报道,海兰褐蛋鸡日粮中添加0.3% ~ 0.4% GOD能显著降低蛋黄中胆固醇含量,以0.4% 添加组效果最明显(P<0.01),0.3% 的添加量显著提高了蛋壳厚度,并且添加GOD显著提高了蛋壳厚度、哈氏单位和蛋重比,但各试验组间蛋形指数、蛋黄颜色、蛋黄相对重和蛋壳相对重差异不显著(P>0.05)。
    赵国先(2007)报道,为期6 周的海兰褐蛋鸡饲养试验中,0.3% 和0.4% GOD添加组显著提高了饲料转化率(P <0.05);GOD添加组显著降低了死淘率,且以0.3% 和0.4% 添加组效果最明显(P <0.01);0.2%GOD添加组获得最高经济效益(P <0.05)。进一步研究(2008)发现蛋鸡日粮中添加0.2%~0.4%GOD可显著提高盲肠内容物中乳酸杆菌数量,降低大肠杆菌数量。由此可见,GOD可调控肠道内微生态平衡,维护鸡的肠道健康,促进日粮营养物质的利用。
    宋海彬等(2009)研究GOD对肉鸡肠道形态结构和消化酶活性的影响,结果表明:日粮中添加GOD,可提高肉鸡十二指肠和空肠绒毛高度、降低隐窝深度、增加绒毛高度/隐窝深度(V/ C),显著提高肉鸡小肠淀粉酶、胰蛋白酶的活性(P < 0.05)。
    2009年赵国先等继续研究了GOD对蛋鸡产蛋性能及血液生化指标的调控作用。结果表明日粮中添加0.4%GOD可显著提高血清总蛋白含量,0.2%~0.4%GOD可显著或极显著提高白蛋白的含量。0.1%~0.4%GOD可提高球蛋白、钙磷和碱性磷酸酶的含量,降低总胆固醇和甘油三脂水平以及提高谷丙转氨酶和谷草转氨酶的活性的趋势,但不显著;添加了0.4%GOD产品显著的降低了肌酸激酶的活性(P<0.05)。
    杨久仙等(2011)研究了GOD对断奶仔猪生产性能的影响,结果表明:与不添加GOD亦不添加金霉素的负对照组相比,日粮中添加0. 3% GOD使日增重提高8. 2% (P < 0. 05),饲料转化效率有提高趋势。说明日粮中添加0. 3% GOD 能够促进断奶仔猪增重,提高饲料转化效率。
4小结
    葡萄糖氧化酶的研究已经历了几十年的历程,但其主要应用于食品及检测行业中,在养殖业中尽管有一些应用的报道,支持其作为一种新型的饲料添加剂应用于动物生产及饲料保存,但对其发挥作用的机理研究较少,限制了其广泛的应用。因此,今后除了从动物种类进一步加强对其应用的效果研究,更应当从其作用机理方面着重进行探讨。另一方面,应当结合饲料生产及动物自身情况来开发适用于动物生产的葡萄糖氧化酶制剂,随着基因工程技术和酶工程技术的不断发展,葡萄糖氧化酶产品的成本不断下降,相信随着对其机理研究的不断深入及应用的日益广泛,葡萄糖氧化酶将在畜牧行业中发挥越来越重要的作用。