α-半乳糖苷酶在动物日粮中的应用

和兴

α-半乳糖苷酶（α-D-Galactosidase，EC 3.2.1.22）即蜜二糖酶，是催化水解含有α-D-半乳糖苷键的酶类。它能水解非还原性末端以α-1，6键结合的半乳糖苷化合物，因此它能水解蜜二糖、棉籽糖、水苏糖等低聚糖，还能水解含有α-半乳糖苷键的杂多糖，如半乳甘露聚糖和半乳糖醛酸聚糖。近年来已筛选出不少产α-半乳糖苷酶活性高的菌种，并进行了广泛深入的研究，尤其在食品、饲料、医药工业等领域的应用前景广阔。

1 α-半乳糖苷酶来源及特性
α-半乳糖苷酶广泛存在于微生物、植物和动物界。植物主要为豆科类，大多数来源于微生物，包括细菌、真菌、酵母和放线菌，已经报道的就有40多种（张树政，1984）。近年来α-半乳糖苷酶特性研究的报道较多，不同来源酶的结构和性质不一样。
该酶可能是一种糖蛋白，如葡酒色被孢霉α-半乳糖苷酶晶体中含有10.8%的中性糖和2.7%的葡糖胺（Suzuki等，1970），镁离子和NAD是该酶的辅基（Shabalin等，2002）。Dey等（1993）根据α-半乳糖苷酶对底物的专一性将α-半乳糖苷酶分为两类，即pNPG、蜜二糖、棉籽糖族寡糖类有专一性的酶和对半乳甘露聚糖有专一性同时也能不同程度地降解第一类糖的酶。第一类α-半乳糖苷酶又可分为三种不同的酶蛋白，编码基因为aglA、aglB和aglC（Ronald 等，1999），这三种酶的活性也有差异，其中aglA作用于寡糖的末端半乳糖，aglB作用于寡糖的支链半乳糖，而aglC对以上两种寡糖均有作用效果（Shibuya等，1998）。

2 α-半乳糖苷酶的应用
2.1 在食品、医药工业中的应用
在制糖工业中，α-半乳糖苷酶用来水解甜菜中棉籽糖，减少糖蜜粘度而促进蔗糖结晶，提高蔗糖产量和质量（张树政，1984），从而大大降低化学提取法（如锶制糖法、钡制糖法）的工艺成本。大豆及其制品为人类提供了优质的植物性蛋白质，在豆制品加工过程中用α-半乳糖苷酶进行处理可以消除或减少大豆寡糖的含量。口服该酶制剂，还可以缓解大豆寡糖造成的胃肠胀气、腹泻、下痢和恶心等不良反应（Lindley，1982）。

α-半乳糖苷酶制剂可以作为有潜力的食品添加剂水解食物中的半乳糖苷类寡糖，从而缓解一些胃肠紊乱和不适症（Slominski，1994；Kligerman，2002），这些食物包括牛奶及乳制品、豆科植物（花生、大豆）、甘蓝和水果（如葡萄干、香蕉、杏仁）。Aspergillus awamori的α-半乳糖苷酶用于减少豆奶等大豆制品中的棉籽糖和水苏糖含量，是一个经济有效的工艺（McGhee等，1978）。Sanni等（1997）用α-半乳糖苷酶处理豆奶制品24 h表明，棉籽糖、水苏糖和蔗糖含量比原品分别下降99%、98%和96%，经酶处理的豆奶制品有较好的味、形、色、香，较好的质地外观。α-D-半乳糖苷酶还可以用于人工合成棉籽糖（Mitsutomi等，1991）。

由于α-半乳糖苷酶A缺乏，可使神经酰胺三己糖苷蓄积于肾或心血管系统，导致患者死于肾衰竭、心脏或脑血管疾病，俗称Fabry氏病、弥漫性躯体血管角化症或神经酰胺三己糖苷酶缺乏症（Ohshima等，1997）。最近有报道红血球类型可以通过酶处理进行转换，这对于输血和开拓血源有十分重要的意义。人类B型红血球膜上的抗原决定簇即为末端含有α-半乳糖基的复杂糖链，它具有较强的免疫原性，在异型受体内会产生强烈的免疫反应。用α-半乳糖苷酶水解掉这个半乳糖残基，就会转变为具有较弱免疫原性的O型血细胞，因而具有广泛的可输血性。利用α-D-半乳糖苷酶的转移酶活性可改造环糊精（CD），α-D-半乳糖苷酶能把α-D-半乳糖残基直接连接到CD环上，形成新的支链CD，拓宽其应用范围（吴劲松，2000）。

2.2在饲料工业中的应用
豆粕及杂粕类饲料中α-半乳糖苷糖类含量相对较高，由于禽和猪等单胃动物缺乏作用于α-1，6-D-半乳糖苷键和α-1，4-半乳糖苷键的酶，因此这些糖不能被动物消化和利用。这些非消化性糖对能量和蛋白质的消化率以及猪（Veldman等，1993；Gdala等，1997）和禽（Coon等，1990）的生长产生负面影响。有关α-半乳糖苷酶制剂在动物日粮中的应用研究较多，主要集中在家禽和猪上，对于提高能量和营养物质消化率有积极作用，但对生产性能的影响报道不一。

（1）在家禽日粮中应用
Pubols等（1993）以玉米和豆粕（含34.4%）的基础日粮，发现第一周添加α-半乳糖苷酶的鸡平均日增重增加，特别是0.4%酶添加组采食量和饲料转化效率得到较大改善。Chong（2000）证实一种由甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶和蛋白酶组成的复合酶制剂显著增加棕榈仁饼的ME，提高了肉鸡和蛋鸡的生产性能。Igbasan等（1997）发现添加果胶酶和α-半乳糖苷酶到玉米-豌豆日粮有改善增重的趋势。Irish等（1995）表明玉米-豆粕日粮中添加四水平的α-半乳糖苷酶（0、0.05%、0.10%、0.20%）与加或不加蔗糖酶对肉仔鸡增重、饲料转化效率、蛋白质消化率没有影响，但两种酶极显著地增加了日粮AMEn。Fontana等（2001）报道以α-半乳糖苷酶为主的复合酶，用于肉鸡商品玉米-豆粕型日粮，可以提高饲料效率1%~10%，胸肌率1%~10%，胴体产量1%~20%，使腹脂降低1%~20%。研究结果表明，α-半乳糖苷酶制剂提高了营养素的分配效率，有节省蛋白质和合成氨基酸的作用，降低饲料成本。

Brenes等（1993b）用羽扇豆籽日粮添加含α-半乳糖苷酶的复合酶对7~21d肉仔鸡和Leghorn仔鸡生产性能进行了评价。结果表明酶制剂提高了增重和饲料转化率，素囔重和肠道长度（相对值）也减小。Ghazi等（1997a）在豆粕日粮中添加蛋白酶和α-半乳糖苷酶，单独或联合使用均增加豆粕的氮存留率和TME（表2）。α-半乳糖苷酶对氮存留率表现在0.025和0.0625 g/kg的添加量，联合添加仅表现在蛋白酶为0和0.025 g/kg时。对TME的影响，α-半乳糖苷酶大于蛋白酶，表现为二次曲线效应，但在高比例添加时不显著，α-半乳糖苷酶存在时蛋白酶的效果下降。Ghazi等（1997b）接着又用豆粕半纯合日粮添加两种酶进行试验，结果与前类似，而且有增重的趋势，但二者没有互作。Knap等（1996）研究表明，α-半乳糖苷酶显著提高了Leghorn公鸡对去皮豆粕的TMEn，玉米-豆粕日粮中添加该酶对AA肉仔鸡的1~21 d增重和饲料转化效率也显著改善（表3）。

也有报道认为α-半乳糖苷酶对去α-半乳糖苷豆粕TMEn没影响（Angel等，1988）。Slominski等（1992）通过体内、体外试验证明，α-半乳糖苷酶与转化酶（蔗糖酶）协同水解棉籽糖和水苏糖的效果比单一酶好。然而用外源酶消除α-半乳糖苷对蛋鸡Canola或豆粕日粮中的NSP消化率没有作用。同时还发现，游离单糖和矿物质，特别是钙复合物会在胃肠道上部强烈抑制α-半乳糖苷酶活性。

表2 添加蛋白酶和α-半乳糖苷酶对肉鸡的豆粕氮存留和TME的影响

Table 2 Effects of protease andα-galactosidase on N retention and TME of soybean meal in broilers

	α-半乳糖苷酶Alpha-galactosidase，g/kg
	0	0.0250	0.0625	0.250
氮存留N retention，g/kg
蛋白酶Protease，g/kg
0	734	763	808	814
0.1	749	758	802	812
0.25	920	913	923	924
1.0	932	923	934	939
TME，MJ/kg
蛋白酶Protease，g/kg
0	11.5	12.5	13.1	13.3
0.1	12.2	12.7	13.0	13.5
0.25	12.6	13.0	13.3	13.4
1.0	12.8	12.9	13.2	13.5

资料来源：Ghazi等（1997a）。
Source: Ghazi et al. (1997a)。

表3 豆粕日粮中添加α-半乳糖苷酶对肉仔鸡增重和饲料转化效率的影响

Table 3 Effects of α-galactosidase on weight gain and feed conversion in broilers

α-半乳糖苷酶，GALU/kg豆粕 GAL， GALU/kg soybean meal	增重，g Weight gain		饲料转化效率 Feed conversion
	1~21 d	1~42 d	1~21 d	1~42 d
0	592a	1809	1.480a	1.903
500	599ab	1814	1.467a	1.885
1000	609bc	1820	1.439b	1.879
1500	612c	1832	1.438b	1.870

a-c同列肩注不同字母表示差异显著（P < 0.05）。
资料来源：Knap等（1996）。
a-cValues without a common superscript differ significantly (P < 0.05)。
Source: Knap et al. (1996)。

（2）在猪日粮中的应用
仔猪回直肠吻合瘘管试验没有观察到外源的α-半乳糖苷酶对消化过程的任何积极作用（Veldman等，1993）。Gdala等（1997）的两个仔猪瘘管试验发现α-半乳糖苷酶对棉籽糖寡糖和干物质的消化率有显著的正效应，加酶日粮的总能回肠消化率显著提高，但NSP消化率并没有伴随着增加，水解棉籽糖寡糖后的各种化合物可能在小肠得到不同程度的吸收。虽然蛋白质消化率没受到影响，但大多数氨基酸的回肠消化率得到提高。潘宝海（2002）研究发现，玉米-豆粕型日粮中添加0.01%和0.05% α-半乳糖苷酶对断奶仔猪生产性能无明显影响，但同时添加1%水苏糖和0.01% α-半乳糖苷酶对仔猪生产性能和饲料转化率有改善作用。Baucells等（2000）研究发现生长猪（42.6 kg）玉米-大豆-豌豆日粮添加α-半乳糖苷酶有改善平均日增重和饲料转化效率的趋势，显著增加42 d干物质和粗蛋白质的消化率。但O’Doherty和Forde（1999）单独添加α-D-半乳糖苷酶或与蛋白酶复合添加对豌豆（含40%）日粮营养物质消化率和可消化能无影响，反而降低在39~60 kg猪的采食量和生长速度。

Kim（2001，2002a，b）系统研究了碳水化合物酶（主要含α-半乳糖苷酶和α-甘露聚糖酶）对仔猪、生长肥育猪和母猪生产性能的影响。结果表明，0.1%酶组仔猪的增重在第三周显著提高，增重/饲料比在整个阶段显著提高，小肠远端出现更长的绒毛高度，同时还证明α-半乳糖苷在小肠近端得到降解。添加0.05%和0.10%的酶量显著提高了生长猪主要限制性氨基酸如赖氨酸、苏氨酸和色氨酸的表观及其消化率，能量利用率在0.05%组也显著提高，饲喂低能加酶日粮可以获得类似对照组的生长性能；28%豆粕加0.1%的α-半乳糖苷酶能显著提高哺乳母猪生产性能，降低体损失。

另外，组合添加α-半乳糖苷酶和植酸酶对狗的植物性日粮成分的消化率研究也显示（Smet等，1999），α-半乳糖苷酶显著增加DM、OM、CP、NFE和P的消化率。