α-半乳糖苷酶在動物日糧中的應(yīng)用

和興

α-半乳糖苷酶（α-D-Galactosidase，EC 3.2.1.22）即蜜二糖酶，是催化水解含有α-D-半乳糖苷鍵的酶類。它能水解非還原性末端以α-1，6鍵結(jié)合的半乳糖苷化合物，因此它能水解蜜二糖、棉籽糖、水蘇糖等低聚糖，還能水解含有α-半乳糖苷鍵的雜多糖，如半乳甘露聚糖和半乳糖醛酸聚糖。近年來已篩選出不少產(chǎn)α-半乳糖苷酶活性高的菌種，并進行了廣泛深入的研究，尤其在食品、飼料、醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

1 α-半乳糖苷酶來源及特性
α-半乳糖苷酶廣泛存在于微生物、植物和動物界。植物主要為豆科類，大多數(shù)來源于微生物，包括細菌、真菌、酵母和放線菌，已經(jīng)報道的就有40多種（張樹政，1984）。近年來α-半乳糖苷酶特性研究的報道較多，不同來源酶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不一樣。
該酶可能是一種糖蛋白，如葡酒色被孢霉α-半乳糖苷酶晶體中含有10.8%的中性糖和2.7%的葡糖胺（Suzuki等，1970），鎂離子和NAD是該酶的輔基（Shabalin等，2002）。Dey等（1993）根據(jù)α-半乳糖苷酶對底物的專一性將α-半乳糖苷酶分為兩類，即pNPG、蜜二糖、棉籽糖族寡糖類有專一性的酶和對半乳甘露聚糖有專一性同時也能不同程度地降解第一類糖的酶。第一類α-半乳糖苷酶又可分為三種不同的酶蛋白，編碼基因為aglA、aglB和aglC（Ronald 等，1999），這三種酶的活性也有差異，其中aglA作用于寡糖的末端半乳糖，aglB作用于寡糖的支鏈半乳糖，而aglC對以上兩種寡糖均有作用效果（Shibuya等，1998）。

2 α-半乳糖苷酶的應(yīng)用
2.1 在食品、醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用
在制糖工業(yè)中，α-半乳糖苷酶用來水解甜菜中棉籽糖，減少糖蜜粘度而促進蔗糖結(jié)晶，提高蔗糖產(chǎn)量和質(zhì)量（張樹政，1984），從而大大降低化學提取法（如鍶制糖法、鋇制糖法）的工藝成本。大豆及其制品為人類提供了優(yōu)質(zhì)的植物性蛋白質(zhì)，在豆制品加工過程中用α-半乳糖苷酶進行處理可以消除或減少大豆寡糖的含量。口服該酶制劑，還可以緩解大豆寡糖造成的胃腸脹氣、腹瀉、下痢和惡心等不良反應(yīng)（Lindley，1982）。

α-半乳糖苷酶制劑可以作為有潛力的食品添加劑水解食物中的半乳糖苷類寡糖，從而緩解一些胃腸紊亂和不適癥（Slominski，1994；Kligerman，2002），這些食物包括牛奶及乳制品、豆科植物（花生、大豆）、甘藍和水果（如葡萄干、香蕉、杏仁）。Aspergillus awamori的α-半乳糖苷酶用于減少豆奶等大豆制品中的棉籽糖和水蘇糖含量，是一個經(jīng)濟有效的工藝（McGhee等，1978）。Sanni等（1997）用α-半乳糖苷酶處理豆奶制品24 h表明，棉籽糖、水蘇糖和蔗糖含量比原品分別下降99%、98%和96%，經(jīng)酶處理的豆奶制品有較好的味、形、色、香，較好的質(zhì)地外觀。α-D-半乳糖苷酶還可以用于人工合成棉籽糖（Mitsutomi等，1991）。

由于α-半乳糖苷酶A缺乏，可使神經(jīng)酰胺三己糖苷蓄積于腎或心血管系統(tǒng)，導致患者死于腎衰竭、心臟或腦血管疾病，俗稱Fabry氏病、彌漫性軀體血管角化癥或神經(jīng)酰胺三己糖苷酶缺乏癥（Ohshima等，1997）。最近有報道紅血球類型可以通過酶處理進行轉(zhuǎn)換，這對于輸血和開拓血源有十分重要的意義。人類B型紅血球膜上的抗原決定簇即為末端含有α-半乳糖基的復雜糖鏈，它具有較強的免疫原性，在異型受體內(nèi)會產(chǎn)生強烈的免疫反應(yīng)。用α-半乳糖苷酶水解掉這個半乳糖殘基，就會轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^弱免疫原性的O型血細胞，因而具有廣泛的可輸血性。利用α-D-半乳糖苷酶的轉(zhuǎn)移酶活性可改造環(huán)糊精（CD），α-D-半乳糖苷酶能把α-D-半乳糖殘基直接連接到CD環(huán)上，形成新的支鏈CD，拓寬其應(yīng)用范圍（吳勁松，2000）。

2.2在飼料工業(yè)中的應(yīng)用
豆粕及雜粕類飼料中α-半乳糖苷糖類含量相對較高，由于禽和豬等單胃動物缺乏作用于α-1，6-D-半乳糖苷鍵和α-1，4-半乳糖苷鍵的酶，因此這些糖不能被動物消化和利用。這些非消化性糖對能量和蛋白質(zhì)的消化率以及豬（Veldman等，1993；Gdala等，1997）和禽（Coon等，1990）的生長產(chǎn)生負面影響。有關(guān)α-半乳糖苷酶制劑在動物日糧中的應(yīng)用研究較多，主要集中在家禽和豬上，對于提高能量和營養(yǎng)物質(zhì)消化率有積極作用，但對生產(chǎn)性能的影響報道不一。

（1）在家禽日糧中應(yīng)用
Pubols等（1993）以玉米和豆粕（含34.4%）的基礎(chǔ)日糧，發(fā)現(xiàn)第一周添加α-半乳糖苷酶的雞平均日增重增加，特別是0.4%酶添加組采食量和飼料轉(zhuǎn)化效率得到較大改善。Chong（2000）證實一種由甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶和蛋白酶組成的復合酶制劑顯著增加棕櫚仁餅的ME，提高了肉雞和蛋雞的生產(chǎn)性能。Igbasan等（1997）發(fā)現(xiàn)添加果膠酶和α-半乳糖苷酶到玉米-豌豆日糧有改善增重的趨勢。Irish等（1995）表明玉米-豆粕日糧中添加四水平的α-半乳糖苷酶（0、0.05%、0.10%、0.20%）與加或不加蔗糖酶對肉仔雞增重、飼料轉(zhuǎn)化效率、蛋白質(zhì)消化率沒有影響，但兩種酶極顯著地增加了日糧AMEn。Fontana等（2001）報道以α-半乳糖苷酶為主的復合酶，用于肉雞商品玉米-豆粕型日糧，可以提高飼料效率1%~10%，胸肌率1%~10%，胴體產(chǎn)量1%~20%，使腹脂降低1%~20%。研究結(jié)果表明，α-半乳糖苷酶制劑提高了營養(yǎng)素的分配效率，有節(jié)省蛋白質(zhì)和合成氨基酸的作用，降低飼料成本。

Brenes等（1993b）用羽扇豆籽日糧添加含α-半乳糖苷酶的復合酶對7~21d肉仔雞和Leghorn仔雞生產(chǎn)性能進行了評價。結(jié)果表明酶制劑提高了增重和飼料轉(zhuǎn)化率，素囔重和腸道長度（相對值）也減小。Ghazi等（1997a）在豆粕日糧中添加蛋白酶和α-半乳糖苷酶，單獨或聯(lián)合使用均增加豆粕的氮存留率和TME（表2）。α-半乳糖苷酶對氮存留率表現(xiàn)在0.025和0.0625 g/kg的添加量，聯(lián)合添加僅表現(xiàn)在蛋白酶為0和0.025 g/kg時。對TME的影響，α-半乳糖苷酶大于蛋白酶，表現(xiàn)為二次曲線效應(yīng)，但在高比例添加時不顯著，α-半乳糖苷酶存在時蛋白酶的效果下降。Ghazi等（1997b）接著又用豆粕半純合日糧添加兩種酶進行試驗，結(jié)果與前類似，而且有增重的趨勢，但二者沒有互作。Knap等（1996）研究表明，α-半乳糖苷酶顯著提高了Leghorn公雞對去皮豆粕的TMEn，玉米-豆粕日糧中添加該酶對AA肉仔雞的1~21 d增重和飼料轉(zhuǎn)化效率也顯著改善（表3）。

也有報道認為α-半乳糖苷酶對去α-半乳糖苷豆粕TMEn沒影響（Angel等，1988）。Slominski等（1992）通過體內(nèi)、體外試驗證明，α-半乳糖苷酶與轉(zhuǎn)化酶（蔗糖酶）協(xié)同水解棉籽糖和水蘇糖的效果比單一酶好。然而用外源酶消除α-半乳糖苷對蛋雞Canola或豆粕日糧中的NSP消化率沒有作用。同時還發(fā)現(xiàn)，游離單糖和礦物質(zhì)，特別是鈣復合物會在胃腸道上部強烈抑制α-半乳糖苷酶活性。

表2 添加蛋白酶和α-半乳糖苷酶對肉雞的豆粕氮存留和TME的影響

Table 2 Effects of protease andα-galactosidase on N retention and TME of soybean meal in broilers

	α-半乳糖苷酶Alpha-galactosidase，g/kg
	0	0.0250	0.0625	0.250
氮存留N retention，g/kg
蛋白酶Protease，g/kg
0	734	763	808	814
0.1	749	758	802	812
0.25	920	913	923	924
1.0	932	923	934	939
TME，MJ/kg
蛋白酶Protease，g/kg
0	11.5	12.5	13.1	13.3
0.1	12.2	12.7	13.0	13.5
0.25	12.6	13.0	13.3	13.4
1.0	12.8	12.9	13.2	13.5

資料來源：Ghazi等（1997a）。
Source: Ghazi et al. (1997a)。

表3 豆粕日糧中添加α-半乳糖苷酶對肉仔雞增重和飼料轉(zhuǎn)化效率的影響

Table 3 Effects of α-galactosidase on weight gain and feed conversion in broilers

α-半乳糖苷酶，GALU/kg豆粕 GAL， GALU/kg soybean meal	增重，g Weight gain		飼料轉(zhuǎn)化效率 Feed conversion
	1~21 d	1~42 d	1~21 d	1~42 d
0	592a	1809	1.480a	1.903
500	599ab	1814	1.467a	1.885
1000	609bc	1820	1.439b	1.879
1500	612c	1832	1.438b	1.870

a-c同列肩注不同字母表示差異顯著（P < 0.05）。
資料來源：Knap等（1996）。
a-cValues without a common superscript differ significantly (P < 0.05)。
Source: Knap et al. (1996)。

（2）在豬日糧中的應(yīng)用
仔豬回直腸吻合瘺管試驗沒有觀察到外源的α-半乳糖苷酶對消化過程的任何積極作用（Veldman等，1993）。Gdala等（1997）的兩個仔豬瘺管試驗發(fā)現(xiàn)α-半乳糖苷酶對棉籽糖寡糖和干物質(zhì)的消化率有顯著的正效應(yīng)，加酶日糧的總能回腸消化率顯著提高，但NSP消化率并沒有伴隨著增加，水解棉籽糖寡糖后的各種化合物可能在小腸得到不同程度的吸收。雖然蛋白質(zhì)消化率沒受到影響，但大多數(shù)氨基酸的回腸消化率得到提高。潘寶海（2002）研究發(fā)現(xiàn)，玉米-豆粕型日糧中添加0.01%和0.05% α-半乳糖苷酶對斷奶仔豬生產(chǎn)性能無明顯影響，但同時添加1%水蘇糖和0.01% α-半乳糖苷酶對仔豬生產(chǎn)性能和飼料轉(zhuǎn)化率有改善作用。Baucells等（2000）研究發(fā)現(xiàn)生長豬（42.6 kg）玉米-大豆-豌豆日糧添加α-半乳糖苷酶有改善平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率的趨勢，顯著增加42 d干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)的消化率。但O’Doherty和Forde（1999）單獨添加α-D-半乳糖苷酶或與蛋白酶復合添加對豌豆（含40%）日糧營養(yǎng)物質(zhì)消化率和可消化能無影響，反而降低在39~60 kg豬的采食量和生長速度。

Kim（2001，2002a，b）系統(tǒng)研究了碳水化合物酶（主要含α-半乳糖苷酶和α-甘露聚糖酶）對仔豬、生長肥育豬和母豬生產(chǎn)性能的影響。結(jié)果表明，0.1%酶組仔豬的增重在第三周顯著提高，增重/飼料比在整個階段顯著提高，小腸遠端出現(xiàn)更長的絨毛高度，同時還證明α-半乳糖苷在小腸近端得到降解。添加0.05%和0.10%的酶量顯著提高了生長豬主要限制性氨基酸如賴氨酸、蘇氨酸和色氨酸的表觀及其消化率，能量利用率在0.05%組也顯著提高，飼喂低能加酶日糧可以獲得類似對照組的生長性能；28%豆粕加0.1%的α-半乳糖苷酶能顯著提高哺乳母豬生產(chǎn)性能，降低體損失。

另外，組合添加α-半乳糖苷酶和植酸酶對狗的植物性日糧成分的消化率研究也顯示（Smet等，1999），α-半乳糖苷酶顯著增加DM、OM、CP、NFE和P的消化率。