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甘露聚糖酶在饲料中的应用
β-甘露聚糖是非淀粉多糖中的一种,具有较强的抗营养作用。甘露聚糖酶能有效地分解饼粕类饲料中的甘露聚糖生成甘露寡糖等物质,从而提高饲料的利用率,促进动物生长。本文就β-甘露聚糖酶的作用机理及其在饲料工业中的应用状况做简要的论述。
1 β-甘露聚糖酶的作用机理
    β-1,4-甘露聚糖酶简称β-甘露聚糖酶,是一类能够水解含β-1,4-甘露糖苷键的甘露寡糖和甘露多糖(包括甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡萄甘露聚糖等)的内切水解酶,属于半纤维素酶类。β-甘露聚糖酶能将广泛存在于豆类籽实中的甘露聚糖等多糖降解为甘露寡糖等低聚糖,不仅消除了甘露聚糖对单胃动物各种营养素的抗营养作用,同时生成的甘露低聚糖在动物肠道中起着重要的调节作用。近年来随着对自然界半纤维素资源的开发应用,微生物β-甘露聚糖酶的开发和利用研究进入了一个新阶段。研究表明在富含β-甘露聚糖的动物饲粮中添加外源β-甘露聚糖酶可以有效消除β-甘露聚糖的抗营养作用,从而提高动物的生长性能。
    针对β-甘露聚糖的抗营养作用,β-甘露聚糖酶的作用机理主要表现在以下几个方面:
    ①降低消化道内容物粘度。甘露聚糖在β-甘露聚糖酶的作用下降解为甘露寡糖等低聚糖,大大减少了β-甘露聚糖与水分子的相互作用,降低肠道内容物的粘度,有利于营养物质的进一步消化吸收。
    ②破坏植物性饲料细胞壁结构,使营养物质与消化酶充分接触。植物细胞中淀粉和蛋白质等营养物质被细胞壁包裹,细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶等组成的一种复杂化合物,单胃动物不能很好地消化这一类物质。饲料中适当地添加能够分解这类物质的酶,可以破坏饲料中存在的植物细胞壁,使营养物质释放,提高饲料营养价值。β-甘露聚糖是半纤维素主要组成成分之一,添加β-甘露聚糖酶可起到降解细胞壁的作用。
    ③改善肠道微生物菌群和提高肠黏膜的完整性。甘露聚糖的降解产物为甘露低聚糖(MOS),它能显著地促进动物肠道内以双歧杆菌为代表的有益菌的增殖,减少病原菌在肠道的定植,调节动物的免疫反应,提高肠黏膜的完整性,最终提高动物的生产性能。甘露寡糖作为一种绿色饲料添加剂已经在饲料工业中得到较广泛的应用。甘露寡糖可选择性地抑制有害微生物在肠道中的增殖。微生物病原菌的第一步是结合在消化道肠黏膜表面,这种结合是特异性的,其机理为细菌细胞壁表面蛋白如植物凝血素与动物肠道黏膜上皮细胞表面糖脂或糖蛋白的糖残基结合。当肠道内存在一定量的MOS等寡糖时,可结合细菌的植物凝血素,而减少了与肠黏膜上皮细胞结合的机会,这样外源病菌就会被排出体外,根据竞争性排阻作用,促进有益菌在肠道中增殖。MOS等寡糖能促进细胞分泌含甘露糖基的糖蛋白,这些糖蛋白可结合侵入机体的细菌,从而调节机体的多级免疫反应,提高动物对抗疾病的能力。长期使用甘露低聚糖还可防止沙门氏菌、肉梭状芽孢杆菌等致病菌的感染,在肠道的繁殖和定植,减少抗生素添加量。
2 β-甘露聚糖酶在饲料工业中的应用
2.1 提高日粮能量的利用
    最近在国外进行的一些试验测定了β-甘露聚糖酶对典型玉米-豆粕型肉鸡、火鸡和猪日粮中能量利用率的影响,结果表明:饲喂加酶的低能日粮和不加酶的高能日粮的肉鸡,其生长率和饲料利用率相同。在火鸡试验中,低能日粮代谢能比高能日粮降低41~94千卡/千克,而加酶低能日粮组的饲料利用率显著优于不加酶的高能日粮组,这表明能量利用率的改善大于41~94kcal/kg。在猪的试验中,日粮能量和酶对于饲料利用率的有利影响与肉鸡试验相同。这些试验结果表明,β-甘露聚糖酶可提高能量的利用率,具体表现为饲料利用率得到了改善而生长率得到了提高。加酶对低能日粮能量的补偿,在肉鸡日粮为143kcal/kg代谢能,在猪日粮为100kcal/kg代谢能。Jackson等在蛋鸡的玉米-豆粕日粮中添加β-甘露聚糖酶,结果显著增加了蛋的重量,产蛋时间和总产蛋量也有所提高。在降低了蛋鸡日粮的能量水平后,添加酶制剂可以维持蛋鸡在高能饲料情况下的生产性能。
2.2 提高畜禽整齐度
    动物体重的整齐度是衡量生产性能的重要指标,在家禽生产中更是如此。有研究者用肉鸡和火鸡做过多次试验表明,添加β-甘露聚糖酶显著降低了不同日龄时鸡体重的变异系数(p<0.05)。这些研究结果表明,酶对饲料利用率和生产率改善的程度,不是仅仅用日粮能量利用率的改善就能解释的。
2.3 促进动物健康
    有研究者用肉鸡进行了两项试验来测定在可诱变疾病条件下日粮加酶的效果,其结果表明,加酶可显著改善感染鸡的生产性能,加酶和加药都使死亡率降低到了未感染鸡的水平,尽管差异不显著。这些数据表明,β-甘露聚糖酶能通过非去除β-甘露聚糖的途径来改善鸡的健康状况,这可能是β-甘露聚糖酶的降解产物(甘露低聚糖)在发挥作用。因为甘露低聚糖能有效阻止肠道内病原菌繁殖,使有益菌大量增殖,从而提高肠粘膜的免疫力,增强动物抵御疾病的能力。因此,酶在实际使用中是一个综合效果的体现。
2.4 改善豆粕等谷物饲料的营养价值
    豆粕在许多国家都是畜禽的主要蛋白源。豆粕中因含有大量非淀粉多糖,其能量利用率很低(<60%)。β-甘露聚糖作为NSP的一种成分,在豆粕中含量较高,这一成分对猪和家禽具有若干不良作用,包括减少葡萄糖、脂肪、水和氨基酸等在肠道的吸收。许多研究结果都表明,β-甘露聚糖酶能减少β-甘露聚糖对畜禽的抗营养作用,如降解β-甘露聚糖为低聚糖,提高豆粕的能量利用率等。β-甘露聚糖酶已被证实能提高玉米-豆粕型日粮的饲料转化率,并促进肉鸡及火鸡的日增重和饲料利用率,从而提高蛋鸡的生产性能。