飼用非淀粉多糖酶的作用機(jī)理及其對(duì)畜禽生產(chǎn)性能的影響

摘要：非淀粉多糖（NSP）廣泛存在于麥類(lèi)、玉米芯等常用飼料原料中，是飼料中主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，對(duì)畜禽生產(chǎn)造成重大影響。NSP酶作為NSP的有效消除手段，其具有分解抗?fàn)I養(yǎng)因子，保護(hù)腸道健康，提升消化吸收率，增加養(yǎng)殖收益等作用，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖業(yè)中。本文主要描述NSP酶的作用機(jī)理，詳細(xì)介紹其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：非淀粉多糖（NSP）；非淀粉多糖酶；抗?fàn)I養(yǎng)因子；作用機(jī)理；畜禽生產(chǎn)

非淀粉多糖（NSP）是由若干單糖通過(guò)糖苷鍵連接成的多聚體，非淀粉多糖主要分為三大類(lèi)，即纖維素、半纖維素性聚糖和果膠聚糖。飼料中的NSP主要包括木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等。NSP在甘蔗渣、麥麩、玉米芯、麥稈等作物中含量很多。NSP對(duì)于畜禽生長(zhǎng)，腸道發(fā)育、腸道微生物區(qū)系建立等方面均具有重要作用，但其中一部分NSP也是畜禽飼糧中主要的抗?fàn)I養(yǎng)因子，降低畜禽對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率，增加食糜黏度，導(dǎo)致有害微生物在腸道內(nèi)滋生。因此，NSP酶在現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖中被大量使用，能提高飼料轉(zhuǎn)化效率，改善腸道內(nèi)環(huán)境，提升養(yǎng)殖效益。

NSP酶是一類(lèi)可降解非淀粉多糖的酶，包括纖維素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、甘露聚糖酶和果膠酶等。NSP酶可有效消除NSP，主要表現(xiàn)在降低食糜黏度、破壞植物細(xì)胞壁、有助益生菌繁殖、抑制有害微生物生長(zhǎng)、改善腸道形態(tài)等。

1.1 降低食糜黏度

麥類(lèi)作為主要的飼料原料，其含有大量的NSP，經(jīng)動(dòng)物咀嚼，與消化液混合后，其很容易形成黏稠的食糜，降低食糜在腸道中的排空速度，且營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被包裹在其中，阻擋了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與腸道的有效接觸，從而影響畜禽對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)的消化吸收。

1.2 破壞植物細(xì)胞壁

植物細(xì)胞外包裹著細(xì)胞壁，細(xì)胞壁主要由纖維素和果膠等物質(zhì)組成，單胃動(dòng)物破壞細(xì)胞壁，因此其細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)無(wú)法釋放得到充分利用。纖維素酶、果膠酶等可以有效破壞植物細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到釋放，被單胃動(dòng)物吸收利用。

1.3 調(diào)控腸道微生態(tài)環(huán)境

NSP使食糜黏度增加，減慢腸道排空速度，致使有害厭氧菌在腸道內(nèi)滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，長(zhǎng)生大量毒素，對(duì)腸道健康造成巨大威脅。NSP酶可將非淀粉多糖降解成甘露寡糖等益生元物質(zhì)，該類(lèi)物質(zhì)是腸道益生菌生長(zhǎng)必需物質(zhì)，有助于益生菌的定植，通過(guò)益生菌的競(jìng)爭(zhēng)、奪氧及產(chǎn)酸等作用，有效抑制有害菌的增殖，實(shí)現(xiàn)維護(hù)腸道健康的作用。

1.4 改善腸道組織形態(tài)

高黏度食糜具有高親水性，使得腸道內(nèi)食糜表面不動(dòng)水層增厚，氧、氨基酸、糖類(lèi)等物質(zhì)與小腸絨毛的接觸減少，導(dǎo)致小腸絨毛變短、變細(xì)，隱窩變淺等組織形態(tài)變化，影響腸道健康，NSP酶可減低食糜黏度，從而維護(hù)腸道正常組織形態(tài)。

2.1 纖維素酶

2.1.1 纖維素酶特點(diǎn) 纖維素酶是降解β-1，4-糖苷鍵的一類(lèi)酶的總稱(chēng)，一般為復(fù)合酶系，主要包括C1酶、CX酶和β-葡萄糖苷酶，纖維素酶的最適pH一般在4.5～6.5。C1酶是最先作用于纖維素的酶，破壞纖維素鏈的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。CX酶繼續(xù)分解活化纖維素、分解β-1，4-糖苷鍵的纖維素酶。β-葡糖苷酶可將短鏈多糖分解為葡萄糖。當(dāng)前用于生產(chǎn)飼料工業(yè)用纖維素酶的大多為真菌，細(xì)菌和放線菌較少，主要包括木酶、黑曲霉、青霉、根霉、反芻動(dòng)物瘤胃菌、芽孢桿菌等。高等動(dòng)物體內(nèi)缺乏纖維素酶，而植物飼料中含有大量纖維素，影響細(xì)胞內(nèi)應(yīng)用物質(zhì)的吸收，纖維素酶可與半纖維素酶、果膠酶共同作用分解植物細(xì)胞壁，釋放出細(xì)胞內(nèi)容物。

2.1.2 纖維素酶應(yīng)用有研究表明，纖維素酶可改變玉米秸稈的化學(xué)成分，顯著提高粗蛋白質(zhì)含量，飼喂纖維素酶可顯著提高西門(mén)塔爾牛的干物質(zhì)采食量、平均日增重和經(jīng)濟(jì)效益。萬(wàn)里強(qiáng)等研究表明，在青貯中加入纖維素酶，可有效分解纖維素，并產(chǎn)生有機(jī)酸，降低pH，達(dá)到抑制雜菌生長(zhǎng)，延長(zhǎng)青貯飼料的貯藏期的目的。在麥麩比例較高的肉雞飼料中添加纖維素酶，結(jié)果表明，纖維素酶可提高日增重，料肉比呈下降趨勢(shì)。在蛋雞飼料中添加纖維素酶，可提高產(chǎn)蛋率，蛋殼質(zhì)量明顯提升。纖維素酶能改善豬的飼料轉(zhuǎn)化效率，改善腸道內(nèi)環(huán)境，降低消化道疾病發(fā)生率，有效分解大麥型飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，提升豬肉質(zhì)量。

2.2 木聚糖酶

2.2.1 木聚糖酶特點(diǎn) 木聚糖是半纖維素的主要成分，存在于所有植物性原料中。木聚糖酶可部分降解木聚糖，產(chǎn)生低聚木糖。木聚糖酶通常是一組酶，而非一個(gè)酶，主要由β-1，4-內(nèi)切木聚糖酶、α-L-阿拉伯糖苷酶等組成，可降解絕大部分的木聚糖類(lèi)半纖維素。木聚糖酶根據(jù)菌種來(lái)源不同包括木霉木聚糖酶、酵母木聚糖酶和細(xì)菌木聚糖酶。此外，還有阿魏酸酯酶、阿拉伯呋喃糖等新型酶，可與木聚糖酶協(xié)同作用，更加迅速分解木聚糖。

2.2.2 木聚糖酶應(yīng)用 研究表明，在豬玉米—大豆型飼料中添加木聚糖酶，木聚糖酶可使飼料轉(zhuǎn)化率提高6.0%。在小麥基礎(chǔ)飼糧中添加木聚糖酶，豬生長(zhǎng)性能顯著提高。木聚糖酶可有效提高肉仔雞對(duì)小麥—玉米—豆粕型飼料的采食量，改善飼料轉(zhuǎn)化效率。Aboagye等配制木聚糖酶和β-葡聚糖酶的酶溶液，并按照40毫升/公斤飼料的添加量處理干草，飼喂給綿羊。結(jié)果顯示，試驗(yàn)組綿羊日增重顯著高于對(duì)照組，但干物質(zhì)采食量無(wú)明顯差異。然而，Atrian等研究表明，纖維素酶和木聚糖酶可顯著提高荷斯坦奶牛對(duì)苜蓿干草干物質(zhì)采食量，但在增重指標(biāo)方面與Aboagye等試驗(yàn)結(jié)果一致。但當(dāng)酶制劑的添加量達(dá)到1.95%后，奶牛全程增重呈下降趨勢(shì)

2.3 甘露聚糖酶

2.3.1 甘露聚糖酶特點(diǎn)甘露聚糖酶是一類(lèi)能夠水解以β-1，4-D-吡喃甘露糖為主鏈的內(nèi)切水解酶的總稱(chēng)，按照反應(yīng)最適pH，分為酸性甘露聚糖酶和中性甘露聚糖酶，在自然界廣泛存在。甘露聚糖酶可將甘露聚糖分解成甘露糖和甘露寡糖等，其中，甘露寡糖是有效的益生元，有助于腸道中乳酸菌、雙歧桿菌等益生菌的增殖，從而抑制有害菌生長(zhǎng)，維持腸道微生態(tài)平衡。

2.3.2 甘露聚糖酶應(yīng)用王慧康等的研究表明，甘露聚糖酶能有效提升肉仔雞胰蛋白酶活性86%以上，提升糜蛋白酶活性69%以上。仔豬飼喂100克/噸的β-甘露聚糖酶，能提升飼料利用率，并減少仔豬死亡。飼料中甘露聚糖含量與回腸末段食糜黏度呈正相關(guān)，而添加甘露聚糖酶后，黏度顯著降低。有研究表明，β-甘露聚糖酶可促進(jìn)胰島素和IGF-1的分泌，在應(yīng)激狀況下，效果更明顯。β-甘露聚糖酶可增強(qiáng)肉雞的免疫器官指數(shù)，血清中IgM、IgA含量顯著提高，激活T淋巴細(xì)胞，提高免疫力。甘露聚糖酶解后生成甘露寡糖，甘露寡糖可減少有害菌繁殖，避免腸道損傷。

2.4 β-葡聚糖酶

2.4.1 β-葡聚糖酶特點(diǎn)

β-葡聚糖酶是一類(lèi)能降解谷物中β-葡聚糖的水解酶類(lèi)的總稱(chēng)，能夠作用于β-1，3和β-1，4糖苷鍵，將β-葡聚糖降解為寡糖類(lèi)物質(zhì)，對(duì)麥類(lèi)和谷類(lèi)細(xì)胞壁中的β-葡聚糖具有高效降解作用，對(duì)提升營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率具有重要意義。β-葡聚糖酶最適溫度為37～40℃，最適pH為5.0～6.0。

2.4.2 β-葡聚糖酶應(yīng)用反芻動(dòng)物可借助其瘤胃微生物分解β-葡聚糖，因此β-葡聚糖酶主要用于豬、雞等單胃動(dòng)物。余東游研究證明，β- 葡聚糖酶可有效分解大麥型飼料中的葡聚糖酶，仔豬ADG提升20.66%，飼料轉(zhuǎn)化率提高8.87%。Newman在仔豬的大麥型飼料中添加β- 葡聚糖酶， 日增重和飼料轉(zhuǎn)化率分別提高了11%和16%。

2.5 果膠酶

2.5.1 果膠酶特點(diǎn) 果膠酶是一類(lèi)降解半乳糖醛酸的水解酶類(lèi)的總稱(chēng)，主要包括果膠甲基酯酶、多聚半乳糖醛酸酶等，在這些酶配合作用下，才能降解果膠，果膠酶的最適pH為3.5～5.5，最適溫度為45～50℃。工業(yè)生產(chǎn)果膠酶可來(lái)源于霉菌、芽孢桿菌等微生物，其中黑曲霉在生產(chǎn)中使用最廣泛。

2.5.2 果膠酶應(yīng)用 果膠酶可降解果膠，降低食糜黏性，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。有研究發(fā)現(xiàn)，果膠酶可有效解除肉雞生長(zhǎng)抑制，提高雛雞日增重，同時(shí)降低肝臟脂肪含量和血清膽固醇含量，減少肝病的發(fā)生。研究表明，果膠酶可以提升肉雞的能量利用率以及氨基酸消化率，緩解因賴(lài)氨酸和蛋氨酸缺乏所造成的負(fù)面影響。果膠酶對(duì)小腸絨毛高度等腸道組織形態(tài)也有正面影響。果膠酶和纖維素酶共同作用，可分解植物細(xì)胞壁。有研究表明，添加500毫克/公斤果膠酶，可有效降低玉米秸稈、苜蓿青貯飼料的NDF含量，微生物產(chǎn)酸增加，pH降低，使青貯飼料更容易被奶牛消化吸收，提高養(yǎng)殖效益。

基金項(xiàng)目：遼寧省農(nóng)業(yè)重大專(zhuān)項(xiàng)“飼料質(zhì)量安全控制及低蛋白飼料（2019JH1/10200002）”。

作者簡(jiǎn)介：李洪根（1983-），男，碩士，高級(jí)畜牧師。研究方向：動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)。