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饲料中的抗营养因子及其酶制剂消除法
饲料中对营养物质的消化、吸收和利用产生不利影响的物质以及影响畜禽健康和生产能力的物质,统称为抗营养因子。研究饲料中的抗营养因子对提高动物饲料的利用率和饲料报酬、开发新的饲料资源、减少环境污染,有重大意义。消除饲料中抗营养因子的方法有物理法、化学法、生物学方法等。本文就抗营养因子的分类、分布、作用及酶制剂消除法作一简单论述。
1 抗营养因子的分类、分布及作用
1.1 抑制蛋白质消化和利用的物质
1.1.1  蛋白酶抑制因子
蛋白酶抑制因子主要存在于豆类及其饼粕、高粱和某些块根块茎类中,可分为胰蛋白酶抑制因子和胰凝乳酶抑制因子。蛋白酶抑制因子可:(1)导致饲料中蛋白质的消化率下降,因其能和胰蛋白酶、胃蛋白酶和糜蛋白酶结合而生成无活性的复合物,降低这些酶的活性;(2)可引起动物体内蛋白质内源性消耗。
1.1.2  植物凝集素
植物凝集素亦称植物凝血素,多为糖蛋白,主要存在于豆类籽粒及其饼粕和一些块根块茎类饲料中。大多数植物凝集素在肠道中不能被蛋白酶水解,而以高度特异的构象与糖和配糖体(糖脂、糖肽、低聚糖和氨基葡聚糖)结合,因此它可以和小肠壁上皮细胞表面的特异受体(多糖)结合,破坏小肠壁刷状缘黏膜结构,干扰刷状缘黏膜分泌多种酶的功能,使蛋白质利用率下降,动物生长受阻,甚至停滞。
1.1.3  酚类化合物
酚类化合物如单宁、酚酸、棉酚等,主要存在于豆科、油料和禾本科作物的籽实中。单宁主要存在于高粱、油菜籽中,可(1)以其羟基与蛋白质和碳水化合物反应,生成稳定化合物;又可以与胰蛋白酶和淀粉酶的底物反应或直接与这些酶反应,从而降低了蛋白质和碳水化合物的利用率;(2)与金属离子等形成沉淀,降低其利用率;(3)与维生素B2形成复合体,从而降低维生素B12的吸收。酚酸可与蛋白质结合生成沉淀,降低蛋白质的利用率;也能和钙、铁、锌等离子形成不溶沉淀从而降低这些矿物质的利用率。棉酚主要存在于棉类植物中,是一种多酚化合物,是棉籽色素腺中的主要色素。游离棉酚是主要的抗营养物质(结合棉酚没有毒性)。棉酚的有害作用是:(1)游离棉酚是细胞、血管、神经毒素。其活性醛基和羟基可以和蛋白质结合,降低蛋白质的利用率;(2)游离棉酚对胃肠黏膜有刺激作用,引起胃肠表面黏膜发炎,出血,并能增加血管壁的通透性,使血浆、血细胞渗到外周组织,使受害组织发生血浆性浸润。
1.2 对能量利用起抑制作用的物质
这类物质包括α-淀粉酶抑制因子等。α-淀粉酶抑制因子主要存在于谷物饲料中(大麦、小麦和燕麦等)。饲料中的淀粉是为动物提供能量的主要物质。α-淀粉酶能将大分子的淀粉水解成中等和低分子物质,产生大量的非还原性末端,有利于糖化酶进一步水解,糖化酶则将α-淀粉酶水解出的一些中、低分子产物,从非还原性末端开始,逐次切下一个个能被动物直接吸收利用的葡萄糖,为动物提供能量。而α-淀粉酶抑制因子能阻止α-淀粉酶从淀粉分子内部水解α-1、4糖苷键,使淀粉不能全部水解成中、低分子产物,影响动物对淀粉的利用。特别是在幼畜自身酶体系不全,酶活力不足,且又处于快速生长,对能量需求较大的阶段,需要及时补充α-淀粉酶或其他淀粉酶。
1.3 对矿物质和微量元素起抑制作用的物质
这类物质主要包括植酸、草酸、硫葡萄糖苷等,它们主要存在于成熟的谷物、豆类和油料籽实中。植酸主要存在于谷物加工副产品和油产饼粕中。植酸可在消化道中与蛋白质形成难溶的复合物,从而减弱蛋白质水解酶对其的作用,导致蛋白质消化率下降。植酸还能使内源淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶的活性下降,进而影响动物对糖、蛋白质、脂肪的消化和吸收。草酸在甜菜、芝麻饼等饲料中含量较高。草酸与钙结合形成草酸钙,为不溶性物质。草酸在消化道内与钙相结合而形成不溶性草酸钙,不能被动物体利用,而以原形排出体外。游离草酸在血液中与钙结合,使酸碱平衡失调,并且在血液中形成不溶性草酸钙沉淀,从而引起胆结石等症。
1.4 对维生素起抑制作用的物质
抗维生素因子的化学结构多种多样,按其抗营养作用可分为两种类型:(1)破坏维生素的生物活性,降低其效价,如抗维生素A、抗维生素B12、抗维生素B6等的因子;(2)与维生素化学结构相似,竞争性抑制维生素的作用导致该种维生素缺乏,如双香豆素(抗维生素K,主要存在于草木樨中)。
1.5 对多种营养成分利用产生影响的综合性抗营养因子
如水溶性非淀粉多糖等即属这类物质。非淀粉多糖(缩写为NSP)根据其水溶解性可分为水溶性NSP和不可溶性的NSP。而具有抗营养意义的是水溶性非淀粉多糖(包括半纤维素和果胶)。其主要存在于谷物和糠类饲料中,麦类含量高达1.5%~8%。水溶性非淀粉多糖中最主要的抗营养因子是β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖。其抗营养作用是:(1)降低饲料营养物质的消化吸收,影响日粮的转化效率和动物的生产性能;(2)引起动物消化道形态和生理的变化,一些水溶性非淀粉多糖可使动物消化器官增大、变重;(3)能与消化道中的某些生理活性物质结合,例如消化酶、胆汁盐、脂类、胆固醇等;(4)与消化道后段微生物区系相互作用,造成厌氧发酵,产生大量的生孢梭菌等分泌的某些毒素,抑制动物生长;(5)产生黏性粪便,影响畜舍和周围环境,产蛋鸡还会污染蛋品等。
1.6 其它抗营养作用的物质
这类物质包括生物碱、抗原蛋白、皂苷、脲酶、致甲状腺肿素、气胀因子、类雌性激素、生物胺等。生物碱在马铃薯及其块茎中称为配糖体生物碱,是一种天然毒物,被人或畜禽摄食后能导致严重的消化系统障碍及神经系统失调。某种生物碱还是胆碱酯酶的抑制因子,中毒时引起精神萎靡、错乱等。抗原蛋白存在于大多数豆科作物的籽实中,被吃下后可引起肠壁反应和免疫反应。皂苷存在于豆科植物、牧草、新鲜的豆子和牛角花的种子中,被吃下后可抑制消化、降低代谢酶的活性。皂苷能和锌离子形成不溶的复合体,降低锌的吸收率。脲酶主要存在于豆类植物中,可将尿素分解为氨和二氧化碳,过量的脲酶会导致尿素循环中氨的浓度升高,引起中毒。
2 抗营养因子酶制剂消除法
在饲料中添加酶制剂,一方面可以使饲料中的抗营养因子失活;另一方面可将饲料中营养物质降解为小分子物质,有利于其吸收,同时还可减少其因与抗营养因子结合而不能吸收的量。植酸酶是应用最广泛的一种酶制剂。植酸酶能水解植酸和植酸盐,释放磷等有用元素并使植酸的抗营养作用消失。Annison等报道,在以小麦为基础的肉鸡日粮中添加木聚糖酶制剂,可使干物质消化率提高17%,与此同时,肠道中的食糜黏度降低50%。用半乳糖苷酶处理豆类可使其利用率提高7%~10%。总之,在谷类饲料中添加β-葡聚糖酶和阿拉伯戊聚糖酶能有效降低非淀粉多糖的抗营养作用,使动物的营养消化率提高,生长速度加快,饲料转化率提高。
3 小结
目前,对抗营养因子的研究已经取得了可喜的成绩,但在某些方面的研究还是不够的。比如,对各种家畜、家禽的耐受值研究;各种抗营养因子含量测定方法的研究;经济有效地消除抗营养因子方法的研究等。此外,对不同饲料中不同抗营养因子定性定量研究以及抗营养机制的深人研究,是动物学家今后研究努力的方向。