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)。