β-葡聚糖酶在麦类饲料中的应用研究

张志国 · 发表于 2010-7-2 14:51:59

　　玉米一直是主要的能量饲料，但玉米的供应日趋紧张。应用丰富的麦类饲料作能量饲料越来越受到重视。β-葡聚糖是限制麦类饲料有效利用的主要因素，国内外许多研究表明，在麦类口粮中添加β-葡聚糖酶可消除β-葡聚糖的抗营养作用，提高麦类饲粮的营养价值。
　　麦类饲料中β-葡聚糖的含量及其影响因素
　　β-葡聚糖与阿拉伯木聚糖、戊聚糖、纤维素、果胶等均属植物细胞壁中的可溶性非淀粉多糖。小麦、小黑麦中每千克干物质分别含5克和7克β-葡聚糖，而燕麦、大麦、黑麦中干物质含量较高，分别达到37克、5克、33克、12克。在大麦、燕麦的淀粉质胚乳细胞壁中约占75％，蛋白质丰富的糊粉层中β-葡聚糖的含量也较高。β-葡聚糖的含量受品种、自然环境、生长阶段、加工、储存条件等因素的影响。无壳大麦比有壳大麦含更多的水溶性β-葡聚糖。常规大麦与裸大麦中β-葡聚糖的含量不同。适于大麦生长成熟的气候条件，可使β-葡聚糖的含量升高。生长成熟阶段也影响β-葡聚糖的含量，大麦在子实生长时期β-葡聚糖含量增加，在成熟期含量降低。因壳中β-葡聚糖含量较低，脱壳处理的子实中β-葡聚糖相对含量要升高。由于内源β-葡聚糖酶的作用，高水分大麦在湿度大的仓库中储存时β-葡聚糖含量降低。
　　β-葡聚糖抗营养作用机理
　　β-葡聚糖的化学结构
　　是以混合的（1→3），（1→4）－β糖苷键连接形成的D型葡萄糖聚合物。β-葡聚糖分水溶性和非水溶性两种，水溶性占大多数，其溶解性受结构中（1→3）-β糖苷键的含量和聚合度的影响。水溶性β-葡聚糖中（1→3）糖苷键与（l→4）糖苷键含量之比为1∶2．5～2．6，而非水溶性β-葡聚糖中相应糖苷键含量之比为1∶4．2。水溶性β-葡聚糖中约90％由（1→3）－β糖苷键随机连接起来的纤维三糖和纤维四糖构成，剩余的10％由（1→3）－β糖苷键连接的10个或10个以上（1→4）-β糖苷键组成的部分构成。
　　麦类作物细胞壁是一种双向结构，其纤维素的微纤维形成坚硬的骨架，并嵌入到类似凝胶的基质中，而基质是由β-葡聚糖为主的多糖和糖蛋白组成，构成细胞壁的β-葡聚糖在其完整的细胞壁中是不溶于水的，但提取之后则变成可溶性的亲水性分子，这表明在聚合物间存在相当多的交联结构。
　　β-葡聚糖的抗营养作用的机理
　　物理屏障
　　由β-葡聚糖等非淀粉多糖构成的细胞壁包裹着淀粉、蛋白质等养分，阻止其和消化酶的相互作用。由于畜禽体内分泌的β-葡聚糖酶不足，这种阻碍作用可能会相当大。
　　黏度效应
　　β-葡聚糖进入消化道后会部分溶解，增加食糜的黏度，并且会吸水膨胀增大肠道的体积。肠道内容物的体积和黏度的任何增大都会降低酶和底物的扩散率，阻止它们在肠黏膜上的有效反应。小肠内容物黏稠度增加后，会显著增加食糜在肠道停留的时间，降低单位时间内养分的同化作用，阻碍被消化的养分接近小肠黏膜表面，使饲料脂肪、蛋白质和碳水化合物的消化利用率降低，导致畜禽的生产性能降低。
　　引起消化道生理变化
　　β-葡聚糖与小肠上皮黏膜细胞上的糖蛋白相结合，形成一层加厚的不动水层，限制其吸收速度，同时β-葡聚糖引起动物消化系统生理及形态上的改变，导致水、蛋白质、电解质及脂类内源分泌的大量增加，这种代谢过程的消耗将会相当大。这种变化的结果是消化器官增大，消化液分泌增多，但养分的吸收却下降。饲喂高β-葡聚糖大麦时会发生胰脏肥大，这是由于胰脏为代偿胰酶与β-葡聚糖相结合而增加分泌的结果。
　　对后肠微生物区系的影响
　　饲粮中β-葡聚糖在上部肠道不被消化，进入下部肠道成为厌氧微生物发酵增殖的碳源，故在肠道后段产生大量生孢梭菌等厌氧微生物，其中某些生孢梭菌产生毒素从而抑制畜禽生长。此外肠内细菌数量增多会刺激肠道，增厚肠道黏膜层，损害微绒毛，从而减少养分的吸收。采食大麦日粮的肉鸡，会因细菌的这一作用而使肠道重量显著增加，若向日粮中添加酶则会使肠道重量最终减轻。肠道内细菌的大量增殖，可损害肠道黏膜的正常形态与功能，降低对养分的消化吸收能力。
　　与生理活性物质的结合
　　β-葡聚糖和一些消化酶结合，降低其活性，同时和胆汁盐、脂类、胆固醇结合，影响小肠脂类代谢。胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶活性的降低，将显著增加蛋白质、脂类和电解质等内源物质的分泌，降低它们在体内的储备。
　　β-葡聚糖酶的作用机理
　　降解β-葡聚糖，降低消化道内容物黏度
　　β-葡聚糖酶可以裂解β-葡聚糖分子中的（1→3）和（1→4）－β糖苷键，使之降解为小分子，失去亲水性和黏性，从而降低肠道内容物的黏度，有效地改善单胃动物对营养物质的消化吸收，提高生长性能。
　　打破麦类细胞壁结构
　　麦类细胞壁束缚了细胞中养分的释放，使动物的消化酶无法消化这些养分，从而降低了麦类饲料的养分利用率。通过在日粮中添加以β-葡聚糖酶为主的复合酶制剂，能使坚固的细胞壁崩溃，释放出养分，从而使细胞壁内的养分更为有效地被消化利用。
　　通过改变消化部位来改善饲料利用率
　　通常日粮中纤维素在小肠中的消化降解非常有限，仅有30％的细胞壁物质可在大肠发酵形成挥发性脂肪酸。研究者的试验证实，在大麦日粮中加入含有β-葡聚糖酶的酶制剂，能量的利用率提高了13％，蛋白质的消化率增加了21％，这是通过变大肠消化为小肠消化实现的。
　　改善家禽神经内分泌来促进家禽生长和机体免疫力
　　研究者首次发现可溶性非淀粉多糖会抑制与家禽生长和代谢有关的神经内分泌机能，添加β-葡聚糖酶等非淀粉多糖酶于大麦、小麦等家禽日粮中，可明显改善家禽神经内分泌状况。他们的研究表明，麦类等含高水平可溶性非淀粉多糖的家禽基础日粮添加非淀粉多糖酶制剂后，除了加强营养成分的消化吸收外，还能降解产生生物活性寡糖或肽，影响家禽神经内分泌调节，从而影响代谢，促进生长。
　　β-葡聚糖酶在畜禽生产中的应用
　　在家禽日粮中的应用
　　β-葡聚糖酶最具有意义的方面是消除不同来源、不同品种的大麦在家禽日粮中应用的差异性。在大麦、黑麦、燕麦、小麦为基础的日粮中，添加β-葡聚糖酶等并观察它们的使用效果，结果表明，加入这些酶制剂提高了大麦、燕麦、小麦的代谢能、饲料转化率以及提高了饲料干物质、脂肪和蛋白质的利用率，降低了畜禽肠道内容物的黏度和排泄物中的水分，减少了肠道中的微生物，增加了豆科植物的营养价值，减少了胃肠道消化器官的相对重量。其作用大小与家禽的日龄有关，对鸡而言。以雏鸡（0周龄～4周龄）的效果最为明显，4周龄以后影响不大。
　　研究者用β-葡聚糖酶喂蛋用雏鸡，大麦型加酶日粮组鸡生产性能显著优于大麦型日粮对照组鸡，而与玉米型日粮对照组鸡相当。在大麦、燕麦和小麦为主的饲粮中添加β-葡聚糖酶，提高了青年鸡的日增重和饲料转化率。在以小麦或燕麦为基础的鸡饲粮中添加β-葡聚糖酶，饲料转化率分别提高了6.20％和23％。对肉鸭，研究者研究了大麦日粮中添加粗酶制剂（主要成分是β-葡聚糖酶和木聚糖酶）对肉鸭增重和消化代谢的影响，证明了加酶可以显著提高雏鸭血液中胰岛素样生长因子水平。对肉鸭的研究还发现，粗酶制剂加到大麦为基础的日粮中，能使胸肌率显著提高，腿肌率显著降低，肝脏体重比和心脏体重比均显著提高（P＜0.05）。
　　在猪日粮中的应用
　　β-葡聚糖酶在以大麦、燕麦、黑麦为基础的家禽日粮中,应用的效果比较一致，但在以麦类为基础的猪日粮中，应用效果却很不一致。研究者将β-葡聚糖酶加到以大麦为基础的小猪日粮中，发现小猪对日粮粗蛋白质和能量的利用率没有影响。添加β-葡聚糖酶于大麦、小麦、黑麦为基础的子猪日粮中，加酶0．2％的大麦日粮组，粗蛋白质（81．6％～88．5％）、能量物质（85．2％～89．5％）、干物质的消化率都有显著提高，但对小麦、黑麦日粮却没有影响。研究者以屠宰方式研究添加β-葡聚糖酶对子猪大麦日粮的影响，结果表明β-葡聚糖酶显著提高了结肠和小肠后3／4段蛋白质消化率和子猪增重率，对淀粉消化率没有影响。总之，添加β-葡聚糖酶对小猪以大麦为基础的日粮是有益的。但是添加酶于生长育肥猪日粮中的结果很不一致。研究表明，以燕麦为基础的日粮中，加酶不仅没有效果，而且猪小肠内容物黏性更大。但也有一些研究表明，加酶能提高粗蛋白质和能量的消化利用率，β-葡聚糖酶对生长育肥猪日粮消化率的影响尚难作出定论。
　　不同生长阶段猪对β-葡聚糖酶反应不一致，普遍认为是猪的生长前期肠道微生物区系未发育完全，而生长后期肠道中存在的乳酸杆菌可以降解混合连接的β-葡聚糖。许多学者研究了30千克～50千克重的猪十二指肠和回肠内容物，发现其中含有大量能分解β-葡聚糖的细菌，猪回肠β-葡聚糖消化率范围在95．7％～97．l％之间。研究者在80千克猪中也发现类似情况。研究显示β-葡聚糖能被猪大肠微生物完全降解。
　　研究应用前景
　　总的来说，添加β-葡聚糖酶可以提高麦类日粮中各种养分的消化率，且多项试验证明，β-葡聚糖酶能改进日增重和饲料效率。利用β-葡聚糖酶不失为改善麦类原料的饲用价值，提高现有饲料利用率的有效途径之一。但β-葡聚糖酶在生产应用中依然存在一些问题：猪对β-葡聚糖酶的反应程度低且没有规律。β-葡聚糖酶主要依靠微生物发酵而得，还不能得到稳定性高、活力好、适用于工业化生产的酶。β-葡聚糖酶的活性受多种因素的影响，稳定性不够。对β-葡聚精酶的研究应用，今后应侧重于采用基因工程等生物技术来生产酶。提高酶的稳定化技术和β-葡聚糖酶的工业化生产研究。同时，需进一步认识不同日粮配比与β-葡聚糖酶的交互作用性质、酶的作用模式以及建立简单的预测酶效应的模型。随着这些方面研究的深入，β-葡聚糖酶作为添加剂将在畜牧生产中产生更大的效益。