非淀粉多糖酶在豬上的應(yīng)用研究進(jìn)展

向 興，劉 華，馬艷玲，唐行模，劉 藝，張應(yīng)德

(1.四川省德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)孝感鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，四川 德陽(yáng) 618021 ；2.湖南美可達(dá)生物資源股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；3.四川省德陽(yáng)市中江縣畜牧局，四川 德陽(yáng) 618100 )

近年來研究表明，小麥、大麥、燕麥、稻谷及其加工副產(chǎn)物中含有大量非淀粉多糖，導(dǎo)致飼料養(yǎng)分消化利用率低，動(dòng)物生產(chǎn)性能下降，影響動(dòng)物健康等問題，限制了這些原料及其加工副產(chǎn)物在配合飼料生產(chǎn)上的應(yīng)用。非淀粉多糖酶能夠有效降解飼料中的NSP，消除其抗?fàn)I養(yǎng)作用，提高養(yǎng)分利用率，改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能和腸道健康。

1 非淀粉多糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用

非淀粉多糖是植物組織中除淀粉以外的所有碳水化合物的總稱。根據(jù)NSP結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將NSP分成纖維素、半纖維素和果膠三大類，是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分。根據(jù)NSP溶解性，NSP可分為不溶性非淀粉多糖和可溶性非淀粉多糖。NSP是飼料中的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，其抗?fàn)I養(yǎng)作用主要體現(xiàn)在影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、增加食糜黏性、影響消化酶活性和改變腸道微生物區(qū)系。

2 非淀粉多糖酶的作用機(jī)制

非淀粉多糖酶是一類能夠降解飼料中非淀粉多糖的酶制劑，主要包括纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶等。NSP酶能夠有效降解飼料中的非淀粉多糖，降低食糜黏性，增加底物與消化酶的接觸面積，提高養(yǎng)分利用率，改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能和腸道健康。

2.1 降低食糜黏性

可溶性NSP能夠吸收高于自身10倍的水分，與食糜混合，極大的增加了食糜的黏度，高黏度的食糜阻礙了消化酶與底物的接觸，也降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向腸黏膜遷移的速率，進(jìn)而降低養(yǎng)分消化吸收，促進(jìn)后腸微生物的厭氧發(fā)酵，增加了致病菌定植。NSP酶可以特異性降解NSP為短鏈多聚體(寡糖)或單糖，進(jìn)而降低食糜黏性，消除NSP的抗?fàn)I養(yǎng)作用?；粑姆f等(2013)報(bào)道，在玉米-豆粕型日糧中添加NSP酶降低了斷奶仔豬空腸和回腸食糜黏性(P<0.1)，在小麥豆粕型日糧中添加NSP酶顯著降低了空腸食糜黏性(P<0.05)[1]；Vahjen W等(2007)報(bào)道，在小麥型日糧中添加NSP酶顯著降低空腸和結(jié)腸食糜黏性[2]。

2.2 破壞植物細(xì)胞壁，釋放細(xì)胞內(nèi)養(yǎng)分

NSP是植物細(xì)胞壁的主要組成成分，配合飼料中的原料大部分為植物來源，單胃動(dòng)物自身不能合成降解NSP的酶，大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被細(xì)胞壁包裹而不能被有效的利用，降低了飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。NSP酶能降解細(xì)胞壁中的NSP，使胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到釋放，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與腸道內(nèi)消化酶的充分接觸，提高各種養(yǎng)分的消化率。Meng X等(2006)通過體外消化試驗(yàn)，證明纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶的混合酶制劑能夠分別提高小麥(37%)、菜籽粕(36%)、豆粕(26%)和豌豆(28%)NSP的降解率[3]。

2.3 改善腸道健康

飼料中高含量的NSP使食糜黏度升高、養(yǎng)分利用率降低，高黏度食糜會(huì)延長(zhǎng)食糜在消化道內(nèi)滯留的時(shí)間，導(dǎo)致有害微生物大量定植，微生物生長(zhǎng)繁殖會(huì)分泌大量的毒素，對(duì)動(dòng)物健康帶來威脅。添加NSP酶制劑能夠降解日糧中的NSP，降低食糜黏度，加快食糜在胃腸道的排空速率，降低微生物尤其是有害微生物的生長(zhǎng)繁殖，促進(jìn)動(dòng)物健康，同時(shí)日糧養(yǎng)分消化率提高，后腸微生物發(fā)酵底物減少，降低了有害微生物的生長(zhǎng)繁殖。許多研究報(bào)道，日糧中添加NSP酶對(duì)腸道形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)、微生物菌群、揮發(fā)性脂肪酸含量和氨濃度有顯著影響?；粑姆f等(2013)報(bào)道，玉米-豆粕型日糧和小麥-豆粕型日糧中添加NSP酶提高了斷奶仔豬回腸和盲腸揮發(fā)性脂肪酸濃度，提高了十二指腸、空腸前段及空腸后段絨毛高度(P<0.01)[1]；Gong M等(2007)報(bào)道，小麥日糧中添加阿拉伯木聚糖酶顯著降低空腸末端腸上皮淋巴細(xì)胞數(shù)量，說明添加阿拉伯木聚糖酶緩解了NSP對(duì)仔豬腸道的刺激[4]；Kiarie E等(2007)報(bào)道，日糧中添加NSP酶復(fù)合酶制劑顯著增加了仔豬腸道乳酸桿菌數(shù)量和乳酸濃度，降低了回腸氨濃度(P<0.05)[5]。

2.4 提高能量利用率

日糧中添加NSP酶不僅可以提高能量的消化率，還能通過將NSP降解成短鏈多聚物、寡糖、單糖，單糖被腸道直接吸收，短鏈多聚物和寡糖作為腸道微生物發(fā)酵的底物，發(fā)酵后生成揮發(fā)性脂肪酸被機(jī)體吸收，進(jìn)而提高了能量的利用率。Nortey T N等(2007)報(bào)道在含20%小麥加工副產(chǎn)物的日糧中添加木聚糖酶和植酸酶，可以將日糧的消化能從3.52 Mcal/kg提高至3.69 Mcal/kg，與小麥基礎(chǔ)日糧消化能水平(3.72 Mcal/kg)相當(dāng)[6]。

3 影響非淀粉多糖酶作用效果的因素

3.1 日糧類型

不同日糧類型中添加NSP酶獲得不同應(yīng)用效果的研究報(bào)道，證明了日糧類型是影響NSP酶作用效果的因素之一。Prandini A等(2014)研究了兩個(gè)品種(Astartis 和Alamo)大麥日糧中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶復(fù)合酶對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能的影響，結(jié)果表明，Astartis大麥日糧中添加NSP酶提高了仔豬在試驗(yàn)2階段和全期的飼料轉(zhuǎn)速率，但是對(duì)Alamo大麥日糧沒有影響[7]；Willamil J 等(2012)報(bào)道，日糧中添加NSP復(fù)合酶制劑，對(duì)玉米日糧組豬的生長(zhǎng)性能沒有影響，但是提高了小麥-大麥-黑麥日糧組豬的生長(zhǎng)性能[8]。

3.2 動(dòng)物生理階段

成年動(dòng)物的消化道發(fā)育相對(duì)幼齡動(dòng)物更加成熟，內(nèi)源酶更豐富，微生物區(qū)系更穩(wěn)定，對(duì)NSP抗?fàn)I養(yǎng)的耐受力更強(qiáng)，因此添加NSP酶制劑的效果一般差于幼齡動(dòng)物。動(dòng)物在病理或應(yīng)激狀態(tài)下，添加NSP酶的效果更好。王金偉(2013)研究了飼料中添加NSP酶對(duì)斷奶仔豬和生長(zhǎng)豬生長(zhǎng)性能、養(yǎng)分消化率、腸道功能的影響，結(jié)果表明，NSP酶在斷奶仔豬小麥型飼糧中具有很好的應(yīng)用效果；NSP酶在生長(zhǎng)豬上的應(yīng)用效果沒有在斷奶仔豬上效果顯著，NSP酶對(duì)30～50 kg階段的生長(zhǎng)豬的生長(zhǎng)性能沒有顯著影響[9]。

3.3 酶制劑的性質(zhì)與配伍

NSP酶的來源、酶的發(fā)酵生產(chǎn)工藝、酶活、pH值穩(wěn)定范圍、耐受溫度、對(duì)底物抑制劑的敏感性、內(nèi)源物質(zhì)的抵抗性、酶的添加劑量以及酶制劑的配伍等，都會(huì)影響NSP酶在動(dòng)物日糧中的應(yīng)用效果。Omogbenigun F O等(2004)對(duì)比研究3種NSP酶復(fù)合酶制劑(纖維素酶+半乳糖苷酶+甘露聚糖酶；纖維素酶+果膠酶；纖維素酶+半乳糖苷酶+甘露聚糖酶+果膠酶)對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能和養(yǎng)分消化率的影響，結(jié)果表明，第3組NSP酶復(fù)合酶制劑的干物質(zhì)和粗蛋白的消化率顯著高于其他2組復(fù)合酶制劑[10]；Gong M等(2012)研究小麥型日糧中添加不同劑量的阿拉伯木聚糖對(duì)斷奶仔豬腸道形態(tài)的影響，結(jié)果表明，對(duì)照組仔豬空腸中部腸絨毛高度顯著高于0.5 g/kg木聚糖酶組和1 g/kg木聚糖酶組，與1.5 g/kg木聚糖酶組差異不顯著，對(duì)照組仔豬回腸末端腸上皮淋巴細(xì)胞數(shù)量顯著高于1 g/kg木聚糖酶組和1.5 g/kg木聚糖酶組，與0.5 g/kg木聚糖酶組差異不顯著[4]。

3.4 飼料加工

飼料加工過程對(duì)NSP酶影響最大的是制粒前調(diào)質(zhì)工藝，沒有經(jīng)過特殊穩(wěn)定性處理的酶制劑很難經(jīng)制粒工藝后仍維持較高的活力。目前生產(chǎn)上主要通過對(duì)NSP酶進(jìn)行物理包埋或采用液態(tài)酶制劑在制粒后表面噴涂，降低加工過程的高溫對(duì)NSP酶造成的損失。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)篩選耐高溫的菌株，生產(chǎn)耐熱性更強(qiáng)的NSP酶，也是提高酶制劑產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用效果的關(guān)鍵途徑。

4 非淀粉多糖酶在豬上的應(yīng)用效果

4.1 NSP酶在仔豬上的應(yīng)用

研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加NSP酶能夠提高仔豬對(duì)日糧中養(yǎng)分的消化吸收。Owusu-Asiedu A等(2012)研究報(bào)道，在以小麥和大麥為主要能量飼料的斷奶仔豬日糧中添加阿拉伯木聚糖酶和β-葡聚糖酶混合酶制劑顯著提高了日糧中干物質(zhì)、能量、粗蛋白、氨基酸的回腸表觀消化率(P<0.05)[11]。許多研究報(bào)道，日糧中添加NSP酶能夠提高斷奶仔豬的采食量、平均日增重和飼料轉(zhuǎn)換率。Li W F等(2004)報(bào)道，大麥日糧中添加1.5 g/kg的NSP酶制劑，可分別提高仔豬的平均日增重6.22%(P<0.01)、平均日采食量2.14%(P<0.05)和飼料轉(zhuǎn)換率3.69%(P<0.05)[12]。NSP酶能夠有效降解日糧中的NSP，消除其抗?fàn)I養(yǎng)作用，降低食糜黏性，提高養(yǎng)分消化率，同時(shí)NSP被降解成短鏈的寡糖在后腸被有益微生物利用而促進(jìn)腸道健康。Yi J Q等(2013)報(bào)道日糧中添加木聚糖酶顯著增加了盲腸乳酸桿菌數(shù)量，顯著降低了大腸中致病性大腸桿菌數(shù)量[13]。由于日糧差異和酶的特性等原因，也有相關(guān)研究報(bào)道日糧中添加NSP對(duì)仔豬的生長(zhǎng)性能沒有影響。Jones C K等(2010)報(bào)道含30%DDGS的玉米-豆粕型日糧中添加NSP酶對(duì)仔豬的生長(zhǎng)性能沒有改善效果[14]。

4.2 NSP酶在生長(zhǎng)育肥豬上的應(yīng)用

生長(zhǎng)育肥豬日糧中添加NSP酶，能夠提高日糧養(yǎng)分和能量的消化率。Fang Z F等(2007)報(bào)道在玉米-豆粕-菜粕型日糧中添加NSP酶復(fù)合酶制劑或木聚糖酶能夠顯著提高生長(zhǎng)豬對(duì)日糧能量(P<0.05)和中性洗滌纖維(P<0.05)的總腸道表觀消化率[15]；O'Connell J M等(2005)報(bào)道在大麥日糧中添加NSP酶，顯著提高了生長(zhǎng)豬對(duì)日糧干物質(zhì)、有機(jī)物和氮的消化率(P<0.05)[16]。日糧中添加NSP酶，可以提高生長(zhǎng)育肥豬的生長(zhǎng)性能。Fang Z F等(2007)研究了玉米-豆粕-菜粕日糧中添加NSP復(fù)合酶制劑或木聚糖酶對(duì)生長(zhǎng)豬養(yǎng)分消化率和生長(zhǎng)性能的影響，結(jié)果表明日糧中分別添加NSP復(fù)合酶制劑和木聚糖酶都能顯著提高生長(zhǎng)豬的平均日增重(P<0.05)和飼料轉(zhuǎn)換率(P<0.05)[15]。Barrera M等(2004)報(bào)道，隨著日糧中木聚糖酶添加劑量的增加，試驗(yàn)豬的平均日增重和飼料轉(zhuǎn)換率呈線性和二次增加，添加4萬IU/kg日糧的木聚糖酶具有最大的促生長(zhǎng)效應(yīng)[17]；Willamil J等(2012)報(bào)道在小麥-大麥-黑麥日糧中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶復(fù)合酶制劑能夠提高生長(zhǎng)豬的生長(zhǎng)性能，但是在玉米型日糧中添加對(duì)生長(zhǎng)性能沒有影響[8]；Garry B P等(2007)報(bào)道在育肥豬大麥和小麥日糧中添加木聚糖和β-葡聚糖復(fù)合酶制劑，對(duì)育肥豬的生長(zhǎng)性能沒有影響[18]。日糧中添加NSP酶，影響生長(zhǎng)育肥豬后腸微生物發(fā)酵。O'Connell J M等(2005)研究日糧谷物類型和添加β-葡聚糖或木聚糖酶復(fù)合酶制劑對(duì)育肥豬養(yǎng)分消化率、大腸微生物、大腸揮發(fā)性脂肪酸和氨濃度的影響，結(jié)果表明，日糧中添加NSP酶對(duì)采食小麥日糧的試驗(yàn)豬腸道雙歧桿菌的數(shù)量沒有影響，但是顯著增加了采食大麥日糧試驗(yàn)豬的腸道致病性大腸桿菌數(shù)量，降低了雙歧桿菌數(shù)量，添加NSP酶對(duì)盲腸和直腸異戊酸和異丁酸以及糞便氨濃度沒有影響[16]；Leek A B G和Garry B P(2007)也有相似的報(bào)道，小麥日糧中添加NSP酶降低了試驗(yàn)豬糞便氨濃度，而大麥日糧中添加NSP酶卻提高了糞便氨濃度[18-19]；Reilly P等(2010)報(bào)道分別在大麥、燕麥和小麥日糧中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶混合酶制劑對(duì)生長(zhǎng)豬后腸雙歧桿菌和乳酸菌數(shù)量以及揮發(fā)性脂肪酸濃度沒有影響[20]。

4.3 NSP酶在母豬上的應(yīng)用

NSP酶在母豬上的應(yīng)用研究很少，有待于進(jìn)一步的研究?，F(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道在泌乳期日糧中添加NSP酶，可以提高母豬對(duì)日糧養(yǎng)分的消化率，改善母豬體況，提高仔豬的生長(zhǎng)性能。De Souza A L P等(2007)研究了妊娠期、泌乳期日糧中分別添加蛋白酶-纖維素酶復(fù)合酶制劑和木聚糖酶對(duì)母豬回腸和總腸道養(yǎng)分消化率的影響，結(jié)果表明，妊娠期日糧中添加蛋白酶-纖維素酶復(fù)合酶制劑或木聚糖酶，對(duì)日糧養(yǎng)分消化率沒有影響，但是泌乳期日糧中添加木聚糖酶顯著提高了干物質(zhì)和氮的回腸、總腸道表觀消化率(P<0.05)[21]；Ji F等(2004)報(bào)道，在泌乳期日糧中添加半乳糖甘酶、甘露聚糖酶、甘露糖苷酶混合酶制劑顯著降低了初產(chǎn)母豬泌乳期失重(P<0.05)，縮短發(fā)情間隔(P<0.05)[22]；Lopes D C N等(2009)報(bào)道，泌乳期日糧中添加NSP酶，提高了仔豬的斷奶窩重(P=0.06)和平均斷奶重(P=0.07)[23]；Walsh M C等(2012)報(bào)道，日糧中添加NSP提高了母豬泌乳第三周的采食量和能量攝入(P<0.05)，提高了母豬斷奶時(shí)和配種時(shí)的背膘厚度(P<0.05)[24]。

5 總結(jié)與展望

日糧中添加NSP酶能特異性的降解NSP，降低食糜黏性，破壞植物細(xì)胞壁，釋放胞內(nèi)物質(zhì)，提高養(yǎng)分的消化率和動(dòng)物生長(zhǎng)性能，促進(jìn)后腸有益微生物發(fā)酵和腸道健康。不同品種、產(chǎn)地飼料原料中NSP的含量和種類差異大，導(dǎo)致NSP酶在不同日糧中應(yīng)用效果有差異，因此建立和完善常用飼料原料及其加工副產(chǎn)物中NSP含量數(shù)據(jù)庫(kù)，將有利于根據(jù)日糧組合特異性的添加NSP酶，提高NSP酶的應(yīng)用效果。酶的活性、最適反應(yīng)pH以及對(duì)加工過程高溫的耐受程度顯著影響NSP酶的應(yīng)用效果，因此利用生物工程技術(shù)對(duì)表達(dá)菌種進(jìn)行篩選和改良，以獲取高酶活、適應(yīng)消化道酸性環(huán)境、耐高溫、高產(chǎn)量的表達(dá)體系，是未來提高NSP酶產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用效果的主要途徑。