甘露聚糖酶的作用机理及在动物生产中的应用

和兴

说明：β-甘露聚糖及其衍生物广泛存在于豆科植物的细胞壁中，β-甘露聚糖酶能够降解粕类日粮中的抗营养因子β-甘露聚糖，改善日粮利用效率，提高畜禽生产性能。本文系统论述了甘露聚糖的抗营养作用、β-甘露聚糖酶的作用机理及在动物生产中的研究进展，为甘露聚糖酶在畜牧业中合理应用提供参考。    近年来许多研究表明，酶制剂能够提高饲喂小麦、大麦等高粘性日粮动物的生产性能、降低肠道内容物粘性、促进内源酶活性、调节后肠微生物区系、提高体内代谢激素水平等。但我国畜禽日粮以玉米-豆粕型为主，因而，探讨应用于玉米-豆粕型日粮的酶制剂具有更为重要的理论价值与实际意义。甘露聚糖类物质是豆科植物半纤维素中的第二大组分，影响了玉米-豆粕型日粮的养分利用率。近年许多研究已发现，β-甘露聚糖酶可较有效的降解玉米-豆粕型日粮中的β-甘露聚糖，消除其抗营养作用，促进动物的免疫机能，改善动物的生产性能，从而进一步提高玉米-豆粕型日粮的饲用价值。因而本文对β-甘露聚糖酶的作用机理及在动物生产中的应用进行综述，以期为在饲料工业和养殖业中合理应用提供指导。
1  β-甘露聚糖酶的来源

    β-甘露聚糖酶广泛存在于动物、植物（魔芋、莴苣等）和微生物中，其中微生物是β-甘露聚糖酶的主要来源，已报道的多种微生物，如细菌中的芽孢杆菌(Bacillus lentus；Bacillus subtilis等)；真菌中的黑曲霉(Aspergilus niger)、里氏木霉(Trichoderma reesei)等；放线菌中的链霉菌（Streptomyces sp）均可产生β-甘露聚糖酶。微生物来源的β-甘露聚糖酶具有活性高、成本低、提取方便、最适pH范围宽等优点，目前已在工业化生产中广泛应用。
2  β-甘露聚糖酶的作用机理

    β-甘露聚糖及其衍生物是由β-1，4-甘露糖苷键连接的线状多糖，主链上通常还连接有α-1，6-半乳糖或葡萄糖，主要包括葡糖甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡糖醛酸甘露聚糖等。

    甘露聚糖是豆科植物细胞壁的主要组成成分，也存在于许多种子的胚乳细胞壁中（主要是半乳甘露聚糖）。在常规饲料原料中，豆粕中β-甘露聚糖含量最高，为1.3%～1.6%，豆粕的能量利用率仅为50%～60%，这与豆粕中存在的β-甘露聚糖有很大关系。瓜儿豆胶是β-甘露聚糖含量较高的物质，研究中通常利用瓜儿豆胶来调节日粮中β-甘露聚糖的浓度，以观测β-甘露聚糖对动物的影响。研究表明，日粮中瓜儿豆胶含量为2%～4%时，肉鸡生长严重受阻，饲料转化率大幅降低[1]，Vohra和Kratzer（1964）的研究表明，当日粮中瓜儿豆胶含量达到2%时，肉鸡生长抑制程度达到35%[2]。目前较多研究已表明，β-甘露聚糖酶可较有效的提高玉米-豆粕型日粮的饲用价值，促进动物的生长性能。β-甘露聚糖酶的作用机理主要表现为以下几个方面：

2.1  降低消化道内容物粘度

    β-甘露聚糖及其衍生物在消化道内能结合大量水分，增加消化内容物的粘度[3]。食糜粘度的提高，一方面减慢了胃肠的排空，降低畜禽采食量；另外减少了养分与消化酶的接触，且阻碍已消化养分向小肠壁的扩散和吸收，此外高粘度食糜还导致畜禽饮水量增加，但水分吸收却减少[4]，因而导致粪便中含水量较高，产生粘性粪便、粘蛋，并导致动物腹泻等。

    β-甘露聚糖酶可将甘露聚糖降解为甘露低聚糖，从而降低肠道内容物粘度，有利于营养物质的消化吸收。Lee等(2003)研究发现，随日粮中β-甘露聚糖含量的提高，回肠食糜粘度大幅增加，添加β-甘露聚糖酶可显著降低回肠食糜的粘度[3]。

2.2  破坏植物细胞壁，释放出胞内养分

    β-甘露聚糖是豆科植物半纤维素中的第二大组分，细胞壁中的纤维素、半纤维素等共同构成了营养物质的保护层，把淀粉、蛋白质、脂类等养分包裹在内。而单胃动物不能分泌相应的酶，因此内源酶不能对细胞壁中的抗营养物质进行消化，细胞中的养分也无法释放出来，导致饲料养分不能被充分利用。添加β-甘露聚糖酶可以降解细胞壁中的β-甘露聚糖，使包裹的淀粉、蛋白质等养分释放出来，提高饲料的营养价值。

2.3  促进生长相关激素的分泌

    许多研究表明，β-甘露聚糖能够抑制食后胰岛素、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的分泌[5]，降低葡萄糖、氨基酸和脂肪的吸收。Rainbird等(1984)发现，在空肠灌注6.7 g/L的β-甘露聚糖时，猪葡萄糖的吸收降低了50%[4]。另外，β-甘露聚糖可与肠粘膜表面的脂类微团和多糖蛋白质复合物相互作用，导致粘膜表面水层厚度增加，从而降低养分的吸收[6]。

    日粮中添加β-甘露聚糖酶消除了β-甘露聚糖的抗营养作用，促进胰岛素和IGF-1的分泌，在应激状况下，效果更明显。IGF-1是畜禽生长的真正调控因子，生长激素的作用也是通过IGF-1介导的。IGF-1作用于生长组织，可刺激细胞对氨基酸的利用，促进蛋白质合成、抑制蛋白质分解。

2.4  降解产物甘露寡糖(MOS)的益生作用

    β-甘露聚糖是消化道内潜在的先天性免疫系统的刺激因子，在畜禽肠道细胞发育不全或应激环境下，会过度刺激动物免疫系统，导致巨噬细胞和单核粒细胞的过度增殖，引起不良免疫反应，造成动物生长的抑制。

    β-甘露聚糖可被降解为甘露寡糖，其对畜禽的免疫系统有较好的调节作用，Savvage等（1996）报道，甘露寡糖能提高火鸡粘膜IgA水平，并显著提高血液中IgG含量，意味着甘露寡糖能同时提高与肠粘膜及体液免疫有关的免疫应答反应[8]。肠道中免疫应答的提高意味着与免疫识别有关的及与系统感染相对抗的免疫球蛋白水平的提高，而这对更好的抑制潜在性病理微生物有极其重要作用。Zou等（2006）的研究表明，在肉鸡饲料中添加β-甘露聚糖酶能增强机体的免疫机能，增加免疫器官指数，显著增加血清中IgM含量、促进T淋巴细胞增殖[9]。

2.5  对后肠微生物的影响

    单胃动物体内缺乏非淀粉多糖酶，因而未消化的β-甘露聚糖与其它非淀粉多糖在消化道后段成为微生物生长的良好培养基，促进大量微生物增殖，其中的有害微生物，如生孢梭菌等产生毒素，造成胃肠功能紊乱，从而抑制动物生长。β-甘露聚糖酶可将甘露聚糖降解为甘露低聚糖，其能够调控动物胃肠道的微生态环境，促进有益菌繁殖、抑制有害菌在肠道上皮定植，从而维持正常的消化道微生态系统[7]。

3  β-甘露聚糖酶在动物生产中的应用

3.1  改善畜禽生产性能

    许多报道表明，在日粮中添加β-甘露聚糖酶能提高动物的生产性能，具体表现为提高日增重、降低料重比等；β-甘露聚糖酶应用于蛋鸡日粮，能提高家禽的产蛋性能，提高产蛋量、增加平均蛋重；动物体重的整齐度也是衡量动物生产性能的重要指标，研究表明，β-甘露聚糖酶还可以提高畜禽的均一度。本文将其促生产效果总结如下。

表1 β-甘露聚糖酶对畜禽生产性能的影响

畜禽种类	试验结果	作者
肉仔鸡	提高体重（P<0.01），降低料重比（P<0.05）[3]	Lee等，2003
仔猪和生长育肥猪	提高饲料转化率（P<0.01）和日增重（P<0.05）[10]	Pettey等，2002
肉仔鸡	显著降低添加5%瓜儿豆胶组的料重比[1]	Lee等，2005
肉仔鸡	降低14日龄料重比[11]	Daskiran等，2004
肉仔鸡	提高体重（P<0.05）和饲料转化率（P<0.05）[9]	Zou等，2006
肉仔鸡	加酶组提高日增重13.45%（P<0.05），采食量提高7.24%，料重比降低6.51%，干物质及粗蛋白消化率均提高[7]	宋智娟等，2006
肉仔鸡	提高肉鸡生长性能、提高群体整齐度[12]	王春林等，2005
肉鸡和火鸡	降低体重变异系数[13]	Jackson等，2001
蛋鸡	蛋料比下降6.27%，产蛋率上升5.27%，破蛋率下降13.5%[14]	张朝增等，1997
蛋鸡	增加平均蛋重、提高产蛋量、延迟产蛋高峰下降[15]	Jackson等，1999
蛋鸡	提高产蛋率，添加量0.03%时差异显著（P<0.05）[16]	伍晓雄等，2000

3.2  改善豆粕的营养价值，提高日粮的能量利用

    豆粕是我国畜禽的主要蛋白质来源，但因其中含有大量抗营养因子（22.7%），能量利用率仅在50%～60%。β-甘露聚糖在豆粕中含量较高，研究表明，β-甘露聚糖对畜禽生长具有许多抑制作用；因而许多研究者尝试在玉米-豆粕型日粮中添加β-甘露聚糖酶消除其不利影响，提高豆粕的能量利用率。王春林等（2005）报道，在玉米-豆粕为主的肉仔鸡低能日粮中添加0.5 kg/T的甘露聚糖酶可达到与高能日粮中添加金霉素相当的增重效果和饲料报酬[12]。Mc Naughton(1998)在降能143kcal/kg的日粮中添加β-甘露聚糖酶，发现肉鸡体增重高于对照组，料重比低于对照组，在降能（41kcal/kg）火鸡日粮中添加β-甘露聚糖酶，发现体增重与对照组相当，料重比低于对照组（P<0.05）[17]。Petty等（2002）在降能100 kcal/kg的仔猪日粮中添加β-甘露聚糖酶，日增重高于对照组，料重比低于对照组[10]。Daskiran等（2004）的研究表明，高剂量β-甘露聚糖酶可提高日粮代谢能（P<0.05），干物质排泄量减少，提示β-甘露聚糖酶可以提高日粮养分的利用率[11]。Wu等（2005）在降能120 kcal/kg的蛋鸡日粮中添加β-甘露聚糖酶，发现其饲料转化效率与对照组相当，平均蛋重与对照组相比无显著差异[18]。Jackson(1999)也发现，在降低蛋鸡日粮能量后，通过添加β-甘露聚糖酶可达到与对照组相当的生产性能[15]。

3.3  促进动物健康

    Mathis(2000，2001)进行了两个试验，研究β-甘露聚糖酶对动物健康状况的影响。试验一在玉米-豆粕日粮中加药和添加β-甘露聚糖酶，研究对肉鸡生产性能和球虫病变的影响，在8-21日龄对肉鸡进行疾病攻击，结果表明：感染球虫使增重降低21%左右，饲料利用率降低18%左右，同时增高了死亡率，应用药物使生产性能完全恢复到正常水平，加酶处理显著改善感染鸡生产性能，但未达到对照组水平。试验二中基础日粮不含大豆和β-甘露聚糖，接受疾病攻击，研究加酶与加药对动物生产性能的影响，结果表明：加药和加酶均显著改善肉鸡体增重，降低料重比。以上结果表明：β-甘露聚糖酶可能通过非去除甘露聚糖的途径改善肉鸡健康状况；β-甘露聚糖酶可有效阻断细菌和寄生虫对肠腔的侵袭[13]。

4  结语

    通过非淀粉多糖酶制剂来提高玉米-豆粕型日粮的饲用价值是近几年饲用酶制剂行业的研究热点。β-甘露聚糖酶在玉米-豆粕型日粮中的应用研究表明，其可通过降低消化道内容物粘度、破坏植物细胞壁结构、促进代谢激素分泌、提高动物免疫、调节肠道微生态平衡而达到增进动物健康和生产性能的效果。

    β-甘露聚糖酶在玉米-豆粕型日粮中的应用已初见成效，但目前在我国的应用并不普遍，极少有日粮中添加β-甘露聚糖酶。目前β-甘露聚糖酶生产较少，2006年我国才有关于β-甘露聚糖酶投产的报道；另外，目前的研究基本为单体β-甘露聚糖酶，未考虑到与其它酶制剂之间的互作效应，由于单体酶之间存在着协作效应，将其与其它单体酶复配可能起到更佳的生长效果。以上两点限制了β-甘露聚糖酶在我国畜禽日粮中的普及。因此，还需综合运用分子生物学、生物化学、酶工程学、加工工艺学等方法，开发出活性高、耐温性能好、成本低、更符合养殖业要求的β-甘露聚糖酶，另外还需加强β-甘露聚糖酶应用的基础研究，这样才能更好的应用于我国畜牧业生产中。

mche2005

对于甘露聚糖酶，似乎饲料酶行业里有些争论。推广起来，难度比较大。饲料厂能否能够接受一种饲料酶，不是靠概念、不是靠关系，而是靠实实在在的养殖效果和使用效益的。
有的饲料酶制剂行业的人自己都认为饲料酶制剂是一种安慰性添加剂的话，那真是滑天下之大稽。那还有继续存在的价值和必要么？

子余

内容很全面，不知道能不能用到实际应用中。

tq8322

在饲料配方中一般加多少呢

sunlake

回复 1# 和兴

sunlake 于 2009-12-29 17:10 补充以下内容

回复 1# 和兴

sunlake

说明：对于甘露聚糖酶，似乎饲料酶行业里有些争论。推广起来，难度比较大。饲料厂能否能够接受一种饲料酶，不是靠概念、不是靠关系，而是靠实实在在的养殖效果和使用效益的。& V- H" @/ f* Y5 \
有的饲料酶制剂行业的人自己都认为饲料酶制剂是一种安慰性添加剂的话，那真是滑天下之大稽。那还有继续存在的价值和必要么？
和兴 发表于 2008-11-20 08:06

1、单一一种酶类不能解决饲料原料复杂的底物结构！酶与底物是钥匙与锁的关系，没有底物，无从谈酶！不同底物，应用不同的酶！

2、所谓饲料酶制剂行业的人都认为饲料酶是安慰剂，不赞同这个观点！持这个观点的人只能是对酶没有深刻的理解，或者是饲料酶制剂行业的业务人员而已！

3、酶制剂企业生产酶，再卖给饲料厂，饲料厂应用在饲料中，再卖给养殖户！应用效果如何？存在什么问题？饲料厂问养殖户，养殖户有时候回答糊里糊涂！酶制剂公司问饲料厂，饲料厂也只能肤浅回答。这就是信息不对称，所以最终导致酶的推广的该进度缓慢！

4、成本的考虑、添加量的考虑，导致不少酶制剂企业迎合饲料厂消费者的心理，而不是根据饲料原料含有的底物的量添加酶制剂！

5、酶制剂行业里存在比心理！比谁是中国第一、亚洲第一、比谁的广告多、比谁在展览会的摊位大、比谁的发酵罐多、比谁的发酵罐大、比谁的营销能力强！也就无从真正从技术层面上获得提升。正如一位朋友说：“那些酶制剂公司的相关人员到我们公司来，一上来就标榜自己，说自己是亚洲第一、中国第一，我就回他一句，谁鉴定你是第一呢？是联合国还是党中央！我们要的是实实在在的效果！”

虚竹

请问版主，甘露聚糖酶的应用条件是什么呢，豆粕的添加量在达到什么量的情况下，才有使用意义

sxx50xumuren

1、单一一种酶类不能解决饲料原料复杂的底物结构！酶与底物是钥匙与锁的关系，没有底物，无从谈酶！不同 ...
sunlake 发表于 2009-12-29 17:24

    经典中的经典！

sxx50xumuren

回复 7# 虚竹


    豆粕15%以上时，替代10公斤油脂没问题，豆粕15%以下时，适当替代油脂。可给我电话：13335197360

majj2006

虽然用了很长一段时间，但没做对比试验，心中没底。。