木聚糖酶在豬飼料中的研究與應(yīng)用

南風(fēng)

木聚糖酶在豬飼料中的研究與應(yīng)用      
       在傳統(tǒng)飼料的玉米-豆粕型日糧中，玉米作為主要的能量飼料，常占到日糧配方組成的60%左右。目前養(yǎng)豬生產(chǎn)中出現(xiàn)了玉米等能量飼料的短缺，因而必須充分地開發(fā)和利用我國資源豐富的麥類谷物和糠麩。另外，中國已加入世貿(mào)組織，國外低價格小麥、大麥產(chǎn)品即將涌入中國市場，將進(jìn)一步刺激木聚糖酶的市場需求。同時，隨著我國飼料安全工程的啟動和實施，抗生素等產(chǎn)生殘留，抗藥性和污染環(huán)境的飼用添加劑的使用將受到限制，被逐步禁用或淘汰，而飼用酶制劑作為無殘留，無抗藥性又不污染環(huán)境的促生長添加劑，將會得到大力推廣使用。
1  木聚糖酶的作用機(jī)理
    谷物籽實中都會含有一定量的抗?fàn)I養(yǎng)因子NSP（非淀粉多糖），NSP分為可溶性NSP（SNSP）和不可溶性NSP（INSP），影響動物對養(yǎng)分消化率的NSP主要是SNSP。小麥、麥麩、米糠中的SNSP主要是木聚糖。眾多研究表明，酶制劑能消除NSP的抗?fàn)I養(yǎng)作用，主要是NSP酶將NSP降解為小分子，從而改變NSP的抗?fàn)I養(yǎng)特性。
    木聚糖酶是專一降解木聚糖的復(fù)合酶，主要是由β-1，4-D-內(nèi)切木聚糖酶和β-1，4-D-外切木糖甘酶組成，此外，還有一些脫支鏈酶。木聚糖酶破壞木聚糖分子中的共價交聯(lián)（阿拉伯糖殘基取代區(qū)）及通過氫鍵形成的連接區(qū)（主鏈上的非取代區(qū)），使木聚糖的水溶性及粘性大大下降，從而降低對腸道的負(fù)作用。
1.1  降低胃腸道食糜的粘性
    De Silva(1983)報道，木聚糖被酶分解為小分子后，隨著自身粘性的降低，腸道內(nèi)容物的粘性也隨之降低。從而提高內(nèi)源消化酶的擴(kuò)散速率，并降低了其與小腸粘膜的有效作用，最終提高養(yǎng)分的消化吸收效率。馮定遠(yuǎn)等（2000）報道，在豬日糧中加入木聚糖酶能使干物質(zhì)消化率提高11.3%。
1.2  能夠提高內(nèi)源性消化酶的活性，促進(jìn)養(yǎng)分的消化吸收
    木聚糖的粘稠性主要是由連接在主鏈O2和O3上的阿拉伯殘基分子引起的。豬消化道內(nèi)容物粘度增加后，減緩了食糜通過腸道的速度，降低了養(yǎng)分的同化速度，從而使豬生產(chǎn)能力下降。食糜粘度增加，減緩養(yǎng)分從細(xì)胞中的溶出速率，降低了養(yǎng)分與內(nèi)源酶的相互作用，同時高粘性的木聚糖與養(yǎng)分競爭內(nèi)源酶，阻礙了底物與酶的結(jié)合，使養(yǎng)分消化速度減緩。此外，高親水性的非淀粉多糖與腸粘膜表面的多糖蛋白復(fù)合物相互作用，使粘膜表面不動水層加厚，從而影響了養(yǎng)分的主動擴(kuò)散。木聚糖酶把結(jié)構(gòu)復(fù)雜的木聚糖分解成木寡糖和單糖，促進(jìn)底物與內(nèi)源酶結(jié)合，從而提高內(nèi)源酶活性，木聚糖酶同時使粘膜表面不動水層變薄，促進(jìn)養(yǎng)分的消化吸收。
1.3  破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)
    木聚糖是細(xì)胞壁的構(gòu)成成分之一，木聚糖酶通過降解木聚糖來打破細(xì)胞壁的堅固結(jié)構(gòu)，包裹在里面的養(yǎng)分由此釋放出來，從而提高這部分養(yǎng)分的消化率。
1.4  減少腸道微生物數(shù)量，有利于豬的健康
    木聚糖酶使木聚糖粘性降低后，食糜的排空速度也提高了，降低了小腸內(nèi)的發(fā)酵，抑制了厭氧微生物菌落的生長，降低腸道疾病的發(fā)生率。同時消化道糖濃度的降低也利于水、蛋白質(zhì)、脂類、電解質(zhì)的內(nèi)源分泌，從而使消化道功能得到改善。此外，木聚糖的物理特性也抑制了膽酸的分泌，從而使脂肪代謝得以順暢，Collnish等（1999）試驗發(fā)現(xiàn)，木聚糖酶能降低回腸和結(jié)腸中的致病性大腸桿菌和C.perfringens的數(shù)量。
2  木聚糖酶在豬飼料中的應(yīng)用
    研究表明，木聚糖酶添加到日糧中能提高豬對高纖維飼料的利用率，改善健康狀況，緩解飼料資源短缺的情況，并可提高生長豬淀粉、粗蛋白質(zhì)的回腸消化率，但不影響各營養(yǎng)指標(biāo)的糞表現(xiàn)消化率。白亮亮（1999），程偉（1998），馮定遠(yuǎn)（1997）研究報導(dǎo)，在20kg～60kg生長育肥豬的次粉或小麥日糧中添加5%木聚糖酶制劑可提高日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，降低腹瀉頻率，使健康狀況得到明顯改善。Prokop（1999）報道，木聚糖酶和蛋白酶制劑應(yīng)用于仔豬，能提高仔豬日增重，降低仔豬死亡率，且能使蛋白質(zhì)消化率提高3%，氨基酸濃度提高3%～5%（P<0.01），纖維消化率提高17%(P<0.01），氮利用率提高10%(P<0.01），蛋白質(zhì)沉積率提高9%(P<0.01）。許梓榮等(1999)在研究木聚糖酶的復(fù)合酶制劑(GXC)對56日齡仔豬消化性能的影響時發(fā)現(xiàn),在含35%麥麩的飼糧中添加GXC30mg/kg,可使干物質(zhì)、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分的表現(xiàn)消化率顯著提高，腸內(nèi)容物粘度，糞中大腸桿菌數(shù)和腹瀉率下降，胃、胰、小腸的相對重量下降，十二指腸內(nèi)容物總蛋白水解酶和α－淀粉酶活性上升，小腸微絨毛高度增加，均勻一致且數(shù)量多。Ｓｃｈｏｌｔｅｎ等（１９９７）報道，給斷奶仔豬飼以小麥與麥麩混合日糧的同時添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶，斷奶以后前3周酶的添加對死亡率無影響，3周后腹瀉率有所降低。
    但添加木聚糖酶對豬生產(chǎn)性能的影響報道不一，Thacker等（1991、1992）研究表明，在小麥、大麥、燕麥日糧中加木聚糖酶無效果。
3  木聚糖酶研究方向及應(yīng)用前景展望
3.1  木聚糖酶的基因工程
    在自然界，木聚糖酶廣泛存在于真菌和細(xì)菌中，隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，利用生物反應(yīng)器生產(chǎn)木聚糖酶，運(yùn)用基因工程技術(shù)在分子水平上對木聚糖酶基因進(jìn)行分子改造，可望解決一些木聚糖酶活性（如抗逆性、PH值、熱穩(wěn)定性等）低的應(yīng)用缺陷。自1983年以來，木聚糖酶基因的分子克隆和表達(dá)已取得很大進(jìn)展，通過構(gòu)建基因載體及特殊受體菌株等手段成功地使一些木聚糖酶基因得到高效表達(dá)。目前，研究外源木聚糖酶基因的表達(dá)和調(diào)控機(jī)制的受體菌株主要為E.coli.。Tremblay等(1993)將枯草桿菌的木聚糖酶基因，通過PMK3質(zhì)粒克隆到大腸桿菌和蠟樣芽孢桿菌中表達(dá)，結(jié)果大腸桿菌不能分泌木聚糖酶，必須依賴細(xì)胞的分裂而釋放。而蠟樣芽孢桿菌能正常分泌該酶。兩種細(xì)菌產(chǎn)生的木聚糖酶表現(xiàn)相同的功能。Denalda(1994)將厭氧菌的耐熱木聚糖酶基因，通過酵母載體DFLAGU2導(dǎo)入到啤酒酵母中，從而使該酵母在生長過程中分泌木聚糖酶。目前木聚糖酶基因分子克隆工作已把宿主菌從大腸桿菌等原核生物擴(kuò)展至酵母、木霉、曲霉等真核生物。
3.2  應(yīng)用前景展望
    現(xiàn)在豬飼料多為顆粒料，在制粒過程中有一個短暫的高溫過程，溫度在75℃～93℃，一般木聚糖酶在此高溫下會大幅度地降低活性，因此能在飼料中真正推廣利用的木聚糖酶必須具有良好的熱穩(wěn)定性；另一方面飼料中的木聚糖酶最終的作用場所是豬正常體溫（37℃）的胃腸中，木聚糖酶必須在常溫下具有較高活性。因此如何解決在制粒高溫和動物正常體溫下，使酶同時具有較高活性是目前飼用木聚糖酶制劑應(yīng)用的關(guān)鍵性技術(shù)。這些方面已進(jìn)行了許多富有成效的研究，目前采用的辦法就是對酶進(jìn)行再加工處理，對酶進(jìn)行包衣而免受高溫破壞，包衣在豬胃中可被消化而釋放出酶。此技術(shù)缺點是加工成本較高。目前木聚糖酶尚待進(jìn)一步研究探明的問題主要有：
3.2.1  西歐主要以大麥作為能量飼料，而我國的能量飼料以玉米為主，因而有些進(jìn)口酶制劑不適合應(yīng)用于我國日糧添加劑，且飼料中木聚糖含量測定不能僅僅根據(jù)國外數(shù)據(jù)，而要加強(qiáng)自身測定工作，建立可靠的數(shù)據(jù)庫。
3.2.2  盡管近年來，已從嗜溫微生物中發(fā)現(xiàn)多種耐高溫木聚糖酶，但酶的活性及耐熱性、抗酸性等性能需在篩選合適菌種的基礎(chǔ)上應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)一步提高。
3.2.3  木聚糖酶是一種誘導(dǎo)酶，不同菌種，不同的誘導(dǎo)物所產(chǎn)生的酶系差別較大，目前，酶活性測定方法很不統(tǒng)一，需進(jìn)一步改進(jìn)，統(tǒng)一規(guī)范。

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有用是肯定的了?。。。。。。。?！