創(chuàng)新技術(shù)揭示了酶如何降解油料飼料的NSP結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：S816.79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2016）05-0090-03

全球畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)正越來(lái)越大地面臨著以合理的成本提高動(dòng)物生產(chǎn)性能同時(shí)改善動(dòng)物福利的壓力。

因此，可以提高飼料中營(yíng)養(yǎng)素生物利用率的飼料原料，在保障畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)微薄的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)上起著重要的作用。

DSM-諾維信全球飼料聯(lián)盟的Ninfa Rangel Pedersen博士最近帶領(lǐng)其研究小組，開發(fā)了一種新型的方法，以觀察酶是如何降解飼用油籽粕中非淀粉多糖（NSP）的結(jié)構(gòu)的。

最新的評(píng)估表明，目前飼用酶的使用為全球飼料市場(chǎng)每年節(jié)省了30億～50億美元，Pedersen博士的發(fā)現(xiàn)對(duì)全球飼料行業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。

1 植物性蛋白源

自2001年起，歐盟立法限制在動(dòng)物生產(chǎn)中用肉骨粉作為蛋白質(zhì)原料，促使市場(chǎng)轉(zhuǎn)向使用大豆粕（Soybean Meal，SBM）和其他植物蛋白型飼料原料。

SBM來(lái)自大豆油提煉行業(yè)，是一種高質(zhì)量的蛋白質(zhì)原料，這意味著其在植物蛋白粕的全球飼料市場(chǎng)中居主導(dǎo)地位。

然而，單胃動(dòng)物無(wú)法消化它們攝入的高達(dá) 50 %的SBM，因?yàn)檫@種飼料原料含有會(huì)干擾單胃動(dòng)物消化過(guò)程的且不能被它們消化的成分，和/或單胃動(dòng)物缺乏分解此飼料中重要成分的酶。

如果飼料沒(méi)有被動(dòng)物有效地消化，這對(duì)生產(chǎn)者和環(huán)境而言都是一種浪費(fèi)。

大豆粕等植物蛋白源還包含各種抗?fàn)I養(yǎng)因子，如絲氨酸蛋白酶抑制劑和凝集素，它們?cè)趩挝竸?dòng)物營(yíng)養(yǎng)上具有毒性作用。

如芥花籽油（也被稱之為油菜籽）、向日葵、棕櫚仁、大豆都含有NSPs。

這些物質(zhì)可能會(huì)影響飼料的消化和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，因?yàn)閱挝竸?dòng)物沒(méi)有可以分解植物細(xì)胞胞壁中復(fù)雜結(jié)構(gòu)物質(zhì)的內(nèi)源性酶。

或許影響油菜籽粕營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的最重要因素，是來(lái)自植物細(xì)胞壁的不可消化的酸和中性NSPs。

2 抗?fàn)I養(yǎng)影響

為了促進(jìn)消化，消除NSPs的抗?fàn)I養(yǎng)作用，酶可以加入SBM中。

例如，DSM公司的Ronozyme VP產(chǎn)品——一種可降解NSPs的飼料添加劑，含一種獨(dú)特的半纖維素酶和果膠酶的混合物，果膠酶由野生微生物（Aspergillus aculeatus，棘孢曲霉）發(fā)酵產(chǎn)生，以液體的或耐高溫包被（CT）的形式提供。

Ronozyme VP對(duì)大豆中NSPs的作用是DSM-諾維信全球飼料聯(lián)盟和丹麥哥本哈根大學(xué)合作進(jìn)行的研究項(xiàng)目的主題。

在Pedersen博士的領(lǐng)導(dǎo)下，該項(xiàng)目正通過(guò)黏度測(cè)定、NSP分析、熒光顯微鏡檢和示蹤技術(shù)（抗體和免疫組織化學(xué)染色），研究由全球飼料聯(lián)盟開發(fā)的Ronozyme VP對(duì)多種谷物和蛋白原料的作用。

3 更多的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

Pedersen博士和她的研究小組創(chuàng)建了一種新型體外技術(shù)，目的是顯示飼用酶如何能夠從體內(nèi)研究中已經(jīng)證明能夠增強(qiáng)動(dòng)物生產(chǎn)性能的飼料中釋放出更多的營(yíng)養(yǎng)。

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)由于其通過(guò)一系列引人注目的圖像使飼料行業(yè)能夠更好理解飼用酶如何發(fā)揮作用而引起了人們極大的興趣。

Pedersen博士解釋：“飼料中最常用的谷物——如小麥、玉米和大麥的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和成分相對(duì)比較好理解?！?/p>

“大豆、油菜籽和向日葵籽等蛋白原料的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，然而我們還沒(méi)有對(duì)其充分了解。對(duì)這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鑒別是學(xué)習(xí)怎樣從這些原料中獲取更多營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的先決條件?！?/p>

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這些植物的細(xì)胞壁由果膠、纖維素和半纖維素（木糖葡萄糖和甘露聚糖）組成。它們的結(jié)構(gòu)在具體組成上存在差異，它們的果膠含量也如此，SBM含6 %的果膠，油菜籽粉則含9 %，而向日葵籽僅含5 %。

“眾所周知，飼用油菜籽粕的NSP含量會(huì)影響結(jié)合水的比率，進(jìn)而會(huì)增加其在腸道內(nèi)的黏度，并會(huì)降低營(yíng)養(yǎng)物的吸收率。它也會(huì)引發(fā)墊料潮濕的問(wèn)題?！盤edersen博士繼續(xù)說(shuō)，\"谷物中的阿拉伯木聚糖和葡聚糖以及它們?cè)诩仪萆a(chǎn)中產(chǎn)生的黏度問(wèn)題已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，但是至今為止人們對(duì)蛋白源中的果膠和半纖維素含量及它們對(duì)家禽生產(chǎn)性能和墊料質(zhì)量的影響關(guān)注極少?！?/p>

如果依次利用NSP降解酶以產(chǎn)生最大的影響，那么充分了解NSPs的特性是十分必要的。這就需要更好地掌握各種植物細(xì)胞壁的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為原始的油提煉工藝極其苛刻，以致它能夠完全降解蛋白型細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)。

因此，據(jù)估計(jì)進(jìn)一步的酶促降解作用并不是使蛋白源釋放更多營(yíng)養(yǎng)物的先決條件。然而，Pedersen博士的研究獲得了一些不同的結(jié)果。

4 用染料染色

Pedersen博士的創(chuàng)新方法包括使用染料通過(guò)顏色在經(jīng)酶處理后讓果膠增溶溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)酶降解結(jié)果的可視化。

當(dāng)要更詳細(xì)比較大豆切片和SBM時(shí)，染色有助于顯示細(xì)胞壁仍存在于大豆粕中以及植物細(xì)胞的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中仍含有蛋白質(zhì)。

如上所述，單胃動(dòng)物的腸道不能產(chǎn)生NSP降解酶。因此，可以預(yù)知包裹在SBM完整植物細(xì)胞壁中的蛋白質(zhì)將不容易接觸到動(dòng)物腸道中的蛋白酶，因此會(huì)減少這種重要營(yíng)養(yǎng)素的吸收。

Pedersen博士的圖片利用熒光顯微鏡拍攝的。圖1中醒目的橙黃色是組織化學(xué)染料Coriphosphine O與酸性多糖親和的結(jié)果。假如出現(xiàn)這種情況，這說(shuō)明大豆細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中存在果膠。

阿爾新藍(lán)是一種對(duì)果膠質(zhì)有高親和性的染料，它的使用支持了Coriphosphine O的顯色結(jié)果。

如果相同的樣品用復(fù)合酶孵育，在本次研究中則使用Ronozyme VP，此橙黃色在39 ℃下3 h內(nèi)會(huì)消失，而后用Coriphosphine O復(fù)染，則無(wú)法使樣品再次顯示橙黃色，這說(shuō)明果膠已被降解。

我們已經(jīng)知道，細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)不僅僅由果膠組成，因此需要另一種方法來(lái)使半纖維素酶可視化，尤其是在木糖葡萄糖和甘露聚糖中。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，研究人員應(yīng)用一種抗體結(jié)合技術(shù)來(lái)詳細(xì)研究這種纖維結(jié)構(gòu)，以暴露樣品中能夠以紅色標(biāo)志物顯現(xiàn)的此抗體。

圖2顯示了用抗甘露聚糖和木糖葡萄糖的抗體染色的SBM和用Ronozyme VP在39 ℃下孵育3 h后的SBM。

圖E顯示了用抗甘露聚糖抗體標(biāo)記的SBM，圖F顯示了用抗甘露聚糖抗體標(biāo)記的SBM經(jīng)酶作用后的現(xiàn)象。圖G顯示了用抗木糖葡萄糖抗體標(biāo)記的SBM，圖H顯示了用抗木糖葡萄糖抗體標(biāo)記的SBM經(jīng)酶處理后的現(xiàn)象。

這清楚地表明，這些半纖維素纖維素是SBM細(xì)胞壁的一部分，同時(shí)表明用商用飼用酶可使其降解。同時(shí)還證明要降解蛋白源的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，所需要酶遠(yuǎn)不止一種。

5 提高生產(chǎn)性能

Pedersen博士及其研究小組，包括博士生Jonas Ravn，是首位將日糧纖維分析、黏度測(cè)定法和免疫電鏡法結(jié)合在一起，以利用商用復(fù)合酶制劑來(lái)闡明大豆細(xì)胞壁中果膠和半纖維素的增溶作用和降解作用的研究人員。

Pedersen博士總結(jié)說(shuō)：“單一的商用酶無(wú)法降解SBM復(fù)雜的細(xì)胞壁基質(zhì)。由于SBM細(xì)胞壁成分的多樣性和復(fù)雜性，要解聚SBM型日糧中的NSPs需要使用由多種碳水化合物酶組成的復(fù)合酶制劑?！?/p>

成功的降解可以提高動(dòng)物的日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和養(yǎng)分消化率。DSM-諾維信/哥本哈根大學(xué)的研究小組希望我們今后在這一領(lǐng)域的進(jìn)一步研究可以繼續(xù)獲得新的成果，為全球的飼料行業(yè)帶來(lái)有意義的前景。