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技术文献
麦类饲料中的抗营养因子及非淀粉多糖酶的作用机理
非淀粉多糖是谷物饲料中主要的抗营养因子,按水溶性不同又分可溶性非淀粉多糖(Soluble Non-starch Polysaccharides,SNSPs)和不可溶性非淀粉多糖(Insoluble Non-starch Polysaccharides,INSPs)。SNSPs是降低脂肪、淀粉和蛋白质营养价值的主要因素,它包括阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、果胶质等。麦类中含有大量的SNSPs和INSPs,其中SNSPs主要是阿拉伯木聚糖。
    由于含较高的能量且价格较便宜,所以长期以来玉米一直是我国配合饲料中主要的能量饲料。但随着玉米市场的紧张形势,已显示出需要选择其它原料来代替玉米的趋势。麦类植物作为世界重要粮食作物,具有适应性广、产量高、易于储存等特点,较玉米也有季节性价格优势,因此成为代替玉米的首选。但由于麦类作物富含非淀粉多糖,如β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖等抗营养因子,从而限制了其在饲料中的广泛应用。
    SNSPs能结合大量水,使采食动物消化道食糜黏度增加,并影响消化酶的功能和吸收作用。食糜在小肠滞留,引起微生物异常繁殖,造成动物生长受阻,降低饲料消化率和代谢能,是一种抗营养因子。目前,消除NSPs抗营养作用最有效的办法是添加非淀粉多糖酶制剂。
1    麦类饲料中的抗营养因子
常见的代替玉米的麦类是小麦、大麦、燕麦、黑麦和黑小麦等,但因含较多的非淀粉多糖而没有在家禽饲料中广泛应用。非淀粉多糖是植物组织中除淀粉外所有碳水化合物的总称,包括纤维素、半纤维素和果胶类物质等。根据NSP在水中的溶解性分为可溶性非淀粉多糖(SNSP)和不可溶性非淀粉多糖(ISNSP)。NSP是细胞壁的主要成分,不能被消化酶水解。大分子消化酶也不能通过细胞壁进入细胞内,因而对细胞内容物形成了一种包被效果。
麦类饲料(大麦和小麦)中的NSP包括阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖,是降低其营养价值的主要因素,并且影响饲料的表观代谢能。其中的NSP含量越高,表观代谢能就越低,并且几乎呈线性变化。
阿拉伯木聚糖在小麦中的含量高达66 g/kg干物质,是小麦中最主要的抗营养因子。β-葡聚糖是一类由右旋葡萄糖以β-构型连接的多聚物,通过β-1, 3和β-1, 4糖苷键连接而成,占大麦细胞壁的75%,是大麦中最主要的抗营养因子。
2    NSP酶的种类
NSP酶是指能够降解植物中β-葡聚糖、木聚糖等非淀粉多糖的一系列酶,主要包括β-葡聚糖酶、木聚糖酶和纤维素酶。
     β-葡聚糖酶 β-葡聚糖酶主要由麦类植物和微生物产生,β-葡聚糖酶主要分解麦类作物中的β-葡聚糖和细菌地衣多糖所以又叫细菌地衣多糖酶。
     木聚糖酶 木聚糖酶指能够降解半纤维素、木聚糖的一组酶的总称。包括: (1)内切β-1, 4木聚糖酶,作用于木聚糖和木寡糖,将其水解为木二糖或木二糖以上的寡聚木糖; (2)外切β-1, 4木聚糖酶,作用于木聚糖和木寡糖的非还原端,产物主要为木糖; (3)β-1, 3木聚糖酶,主要存在于海藻和海洋微生物中。
     纤维素酶 纤维素酶是能够水解β-1,4葡萄糖苷键,使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的酶。它是一个复合酶系,至少包括3种不同性质的酶: (1)C1水解酶,作用于不溶性纤维素表面,使纤维素链易于水化,是CX酶发生水解作用的先决条件; (2)CX酶,作用于经C1酶活化的纤维素,分解β-1, 4键,主要形成的产物有纤维二糖和纤维三糖等多糖;(3)β-葡萄糖酶,将纤维二糖、纤维三糖等短链的低聚糖分解生成葡萄糖。
3    NSP酶的作用机理
      降低肠道内容物粘度
粘性多糖的高粘稠性是影响单胃动物肠道功能的主要因素,进而影响动物的生长。木聚糖酶和β-葡聚糖酶促生长的关键作用在于分解了相应的多糖,使其粘稠性降低。Wenk研究表明,添加NSP酶制剂后,可降解日粮中的NSP,变成可为机体利用的小分子能量物质,使之失去粘稠性,从而使食糜在消化道内更易于转运,加速了排空速度和营养物质的吸收利用,使动物采食量增加,表观代谢能增加。喻涛等用Cr2O3测定全粪法实验表明,在雏鸡大麦日粮中添加0.1%的NSP酶制剂后,食糜的排空速度明显提高,进食后第2-5 d期间最为明显。
由于大麦等饲料的代谢能浓度较低,因此,采食量的提高有重要意义,同时NSP酶制剂使日粮表观代谢能提高,养分从粪便中的浪费减少,日增重提高,料重比下降。肠内容物粘度的降低还有利于消化酶和营养物质的充分混合,降低不动水层的厚度,减少胆汁酸的排出,有利于肠道的消化吸收,从而提高营养物质的消化率。
     提高动物内源性消化酶的活性
在富含NSP的饲料中添加一定量的NSP酶,能激活动物内源酶的分泌,提高内源性消化酶的活性,也能克服幼年动物由于内源酶的不足而引起的消化不良。韩正康在雏鸡大麦日粮中添加相应的酶制剂,结果发现加酶组小肠食糜的淀粉酶活性比对照组提高30.7%。
     打破麦类细胞壁结构 
麦类细胞壁束缚了细胞中淀粉和蛋白质等养分的释放,使动物的消化酶无法有效消化这些养分,从而降低了麦类饲料的养分利用率。木聚糖酶和β-葡聚糖酶可以降解细胞壁中的木聚糖和β-葡聚糖,使坚固的细胞壁崩溃,释放出养分,从而使细胞内的养分更为有效地被消化利用。
     减少肠道有害微生物
NSP酶制剂的添加可以降低因粘度引起的营养物质在肠道的蓄积,主要是由于小肠食糜粘稠性的降低导致了食糜流速的增加,从而减少肠道有害细菌群落。这种变化还可以使肠壁变薄,改善养分吸收,同时肠道中沙门氏菌减少,胆汁酸的早期解离降低,从而有助于脂类的消化。有害细菌群落的削弱可以降低畜禽的腹泻率,减少疾病的发生,有利于畜禽的健康生长。
     提高免疫力
 Martin(1994)认为,NSP酶可使日粮中的NSP降解成一些寡糖,某些寡糖可防止致病菌在后肠道定殖,减轻病原菌对机体的损害。Kelley(1988)在鸡日粮中添加NSP酶制剂后,T3、GH等代谢激素水平提高,这些代谢激素具有免疫调节因子的作用,从而增强机体的免疫力。
4    结语
营养学家几十年来对非淀粉多糖酶的研究取得了很大的进展,但目前仍有许多问题有待解决,如:非淀粉多糖酶活力统一单位的制定和活力的测定、非淀粉多糖酶菌株的选择等。展望21世纪,随着微生物学、生物技术和动植物育种学等相关学科的发展和营养学家的努力工作,麦类饲料这一宝贵资源会被更有效地利用。