β-葡聚糖酶在麥類飼料中的應用研究

張志國 · 發表于 2010-7-2 14:51:59

　　玉米一直是主要的能量飼料，但玉米的供應日趨緊張。應用豐富的麥類飼料作能量飼料越來越受到重視。β-葡聚糖是限制麥類飼料有效利用的主要因素，國內外許多研究表明，在麥類口糧中添加β-葡聚糖酶可消除β-葡聚糖的抗營養作用，提高麥類飼糧的營養價值。
　　麥類飼料中β-葡聚糖的含量及其影響因素
　　β-葡聚糖與阿拉伯木聚糖、戊聚糖、纖維素、果膠等均屬植物細胞壁中的可溶性非淀粉多糖。小麥、小黑麥中每千克干物質分別含5克和7克β-葡聚糖，而燕麥、大麥、黑麥中干物質含量較高，分別達到37克、5克、33克、12克。在大麥、燕麥的淀粉質胚乳細胞壁中約占75％，蛋白質豐富的糊粉層中β-葡聚糖的含量也較高。β-葡聚糖的含量受品種、自然環境、生長階段、加工、儲存條件等因素的影響。無殼大麥比有殼大麥含更多的水溶性β-葡聚糖。常規大麥與裸大麥中β-葡聚糖的含量不同。適于大麥生長成熟的氣候條件，可使β-葡聚糖的含量升高。生長成熟階段也影響β-葡聚糖的含量，大麥在子實生長時期β-葡聚糖含量增加，在成熟期含量降低。因殼中β-葡聚糖含量較低，脫殼處理的子實中β-葡聚糖相對含量要升高。由于內源β-葡聚糖酶的作用，高水分大麥在濕度大的倉庫中儲存時β-葡聚糖含量降低。
　　β-葡聚糖抗營養作用機理
　　β-葡聚糖的化學結構
　　是以混合的（1→3），（1→4）－β糖苷鍵連接形成的D型葡萄糖聚合物。β-葡聚糖分水溶性和非水溶性兩種，水溶性占大多數，其溶解性受結構中（1→3）-β糖苷鍵的含量和聚合度的影響。水溶性β-葡聚糖中（1→3）糖苷鍵與（l→4）糖苷鍵含量之比為1∶2．5～2．6，而非水溶性β-葡聚糖中相應糖苷鍵含量之比為1∶4．2。水溶性β-葡聚糖中約90％由（1→3）－β糖苷鍵隨機連接起來的纖維三糖和纖維四糖構成，剩余的10％由（1→3）－β糖苷鍵連接的10個或10個以上（1→4）-β糖苷鍵組成的部分構成。
　　麥類作物細胞壁是一種雙向結構，其纖維素的微纖維形成堅硬的骨架，并嵌入到類似凝膠的基質中，而基質是由β-葡聚糖為主的多糖和糖蛋白組成，構成細胞壁的β-葡聚糖在其完整的細胞壁中是不溶于水的，但提取之后則變成可溶性的親水性分子，這表明在聚合物間存在相當多的交聯結構。
　　β-葡聚糖的抗營養作用的機理
　　物理屏障
　　由β-葡聚糖等非淀粉多糖構成的細胞壁包裹著淀粉、蛋白質等養分，阻止其和消化酶的相互作用。由于畜禽體內分泌的β-葡聚糖酶不足，這種阻礙作用可能會相當大。
　　黏度效應
　　β-葡聚糖進入消化道后會部分溶解，增加食糜的黏度，并且會吸水膨脹增大腸道的體積。腸道內容物的體積和黏度的任何增大都會降低酶和底物的擴散率，阻止它們在腸黏膜上的有效反應。小腸內容物黏稠度增加后，會顯著增加食糜在腸道停留的時間，降低單位時間內養分的同化作用，阻礙被消化的養分接近小腸黏膜表面，使飼料脂肪、蛋白質和碳水化合物的消化利用率降低，導致畜禽的生產性能降低。
　　引起消化道生理變化
　　β-葡聚糖與小腸上皮黏膜細胞上的糖蛋白相結合，形成一層加厚的不動水層，限制其吸收速度，同時β-葡聚糖引起動物消化系統生理及形態上的改變，導致水、蛋白質、電解質及脂類內源分泌的大量增加，這種代謝過程的消耗將會相當大。這種變化的結果是消化器官增大，消化液分泌增多，但養分的吸收卻下降。飼喂高β-葡聚糖大麥時會發生胰臟肥大，這是由于胰臟為代償胰酶與β-葡聚糖相結合而增加分泌的結果。
　　對后腸微生物區系的影響
　　飼糧中β-葡聚糖在上部腸道不被消化，進入下部腸道成為厭氧微生物發酵增殖的碳源，故在腸道后段產生大量生孢梭菌等厭氧微生物，其中某些生孢梭菌產生毒素從而抑制畜禽生長。此外腸內細菌數量增多會刺激腸道，增厚腸道黏膜層，損害微絨毛，從而減少養分的吸收。采食大麥日糧的肉雞，會因細菌的這一作用而使腸道重量顯著增加，若向日糧中添加酶則會使腸道重量最終減輕。腸道內細菌的大量增殖，可損害腸道黏膜的正常形態與功能，降低對養分的消化吸收能力。
　　與生理活性物質的結合
　　β-葡聚糖和一些消化酶結合，降低其活性，同時和膽汁鹽、脂類、膽固醇結合，影響小腸脂類代謝。胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶活性的降低，將顯著增加蛋白質、脂類和電解質等內源物質的分泌，降低它們在體內的儲備。
　　β-葡聚糖酶的作用機理
　　降解β-葡聚糖，降低消化道內容物黏度
　　β-葡聚糖酶可以裂解β-葡聚糖分子中的（1→3）和（1→4）－β糖苷鍵，使之降解為小分子，失去親水性和黏性，從而降低腸道內容物的黏度，有效地改善單胃動物對營養物質的消化吸收，提高生長性能。
　　打破麥類細胞壁結構
　　麥類細胞壁束縛了細胞中養分的釋放，使動物的消化酶無法消化這些養分，從而降低了麥類飼料的養分利用率。通過在日糧中添加以β-葡聚糖酶為主的復合酶制劑，能使堅固的細胞壁崩潰，釋放出養分，從而使細胞壁內的養分更為有效地被消化利用。
　　通過改變消化部位來改善飼料利用率
　　通常日糧中纖維素在小腸中的消化降解非常有限，僅有30％的細胞壁物質可在大腸發酵形成揮發性脂肪酸。研究者的試驗證實，在大麥日糧中加入含有β-葡聚糖酶的酶制劑，能量的利用率提高了13％，蛋白質的消化率增加了21％，這是通過變大腸消化為小腸消化實現的。
　　改善家禽神經內分泌來促進家禽生長和機體免疫力
　　研究者首次發現可溶性非淀粉多糖會抑制與家禽生長和代謝有關的神經內分泌機能，添加β-葡聚糖酶等非淀粉多糖酶于大麥、小麥等家禽日糧中，可明顯改善家禽神經內分泌狀況。他們的研究表明，麥類等含高水平可溶性非淀粉多糖的家禽基礎日糧添加非淀粉多糖酶制劑后，除了加強營養成分的消化吸收外，還能降解產生生物活性寡糖或肽，影響家禽神經內分泌調節，從而影響代謝，促進生長。
　　β-葡聚糖酶在畜禽生產中的應用
　　在家禽日糧中的應用
　　β-葡聚糖酶最具有意義的方面是消除不同來源、不同品種的大麥在家禽日糧中應用的差異性。在大麥、黑麥、燕麥、小麥為基礎的日糧中，添加β-葡聚糖酶等并觀察它們的使用效果，結果表明，加入這些酶制劑提高了大麥、燕麥、小麥的代謝能、飼料轉化率以及提高了飼料干物質、脂肪和蛋白質的利用率，降低了畜禽腸道內容物的黏度和排泄物中的水分，減少了腸道中的微生物，增加了豆科植物的營養價值，減少了胃腸道消化器官的相對重量。其作用大小與家禽的日齡有關，對雞而言。以雛雞（0周齡～4周齡）的效果最為明顯，4周齡以后影響不大。
　　研究者用β-葡聚糖酶喂蛋用雛雞，大麥型加酶日糧組雞生產性能顯著優于大麥型日糧對照組雞，而與玉米型日糧對照組雞相當。在大麥、燕麥和小麥為主的飼糧中添加β-葡聚糖酶，提高了青年雞的日增重和飼料轉化率。在以小麥或燕麥為基礎的雞飼糧中添加β-葡聚糖酶，飼料轉化率分別提高了6.20％和23％。對肉鴨，研究者研究了大麥日糧中添加粗酶制劑（主要成分是β-葡聚糖酶和木聚糖酶）對肉鴨增重和消化代謝的影響，證明了加酶可以顯著提高雛鴨血液中胰島素樣生長因子水平。對肉鴨的研究還發現，粗酶制劑加到大麥為基礎的日糧中，能使胸肌率顯著提高，腿肌率顯著降低，肝臟體重比和心臟體重比均顯著提高（P＜0.05）。
　　在豬日糧中的應用
　　β-葡聚糖酶在以大麥、燕麥、黑麥為基礎的家禽日糧中,應用的效果比較一致，但在以麥類為基礎的豬日糧中，應用效果卻很不一致。研究者將β-葡聚糖酶加到以大麥為基礎的小豬日糧中，發現小豬對日糧粗蛋白質和能量的利用率沒有影響。添加β-葡聚糖酶于大麥、小麥、黑麥為基礎的子豬日糧中，加酶0．2％的大麥日糧組，粗蛋白質（81．6％～88．5％）、能量物質（85．2％～89．5％）、干物質的消化率都有顯著提高，但對小麥、黑麥日糧卻沒有影響。研究者以屠宰方式研究添加β-葡聚糖酶對子豬大麥日糧的影響，結果表明β-葡聚糖酶顯著提高了結腸和小腸后3／4段蛋白質消化率和子豬增重率，對淀粉消化率沒有影響。總之，添加β-葡聚糖酶對小豬以大麥為基礎的日糧是有益的。但是添加酶于生長育肥豬日糧中的結果很不一致。研究表明，以燕麥為基礎的日糧中，加酶不僅沒有效果，而且豬小腸內容物黏性更大。但也有一些研究表明，加酶能提高粗蛋白質和能量的消化利用率，β-葡聚糖酶對生長育肥豬日糧消化率的影響尚難作出定論。
　　不同生長階段豬對β-葡聚糖酶反應不一致，普遍認為是豬的生長前期腸道微生物區系未發育完全，而生長后期腸道中存在的乳酸桿菌可以降解混合連接的β-葡聚糖。許多學者研究了30千克～50千克重的豬十二指腸和回腸內容物，發現其中含有大量能分解β-葡聚糖的細菌，豬回腸β-葡聚糖消化率范圍在95．7％～97．l％之間。研究者在80千克豬中也發現類似情況。研究顯示β-葡聚糖能被豬大腸微生物完全降解。
　　研究應用前景
　　總的來說，添加β-葡聚糖酶可以提高麥類日糧中各種養分的消化率，且多項試驗證明，β-葡聚糖酶能改進日增重和飼料效率。利用β-葡聚糖酶不失為改善麥類原料的飼用價值，提高現有飼料利用率的有效途徑之一。但β-葡聚糖酶在生產應用中依然存在一些問題：豬對β-葡聚糖酶的反應程度低且沒有規律。β-葡聚糖酶主要依靠微生物發酵而得，還不能得到穩定性高、活力好、適用于工業化生產的酶。β-葡聚糖酶的活性受多種因素的影響，穩定性不夠。對β-葡聚精酶的研究應用，今后應側重于采用基因工程等生物技術來生產酶。提高酶的穩定化技術和β-葡聚糖酶的工業化生產研究。同時，需進一步認識不同日糧配比與β-葡聚糖酶的交互作用性質、酶的作用模式以及建立簡單的預測酶效應的模型。隨著這些方面研究的深入，β-葡聚糖酶作為添加劑將在畜牧生產中產生更大的效益。