酶制劑提高動(dòng)物腸道健康的有益作用

luyafei414

　　摘要：酶制劑不但提高了各種飼料資源的能量和蛋白質(zhì)的利用價(jià)值，而且酶解產(chǎn)物通過(guò)與腸道微生物菌群的相互作用，有顯著改善動(dòng)物腸道健康的作用。酶制劑將日糧中高黏度的可溶性非淀粉多糖(SNSP)降解成多糖片斷或寡糖，寡糖促進(jìn)動(dòng)物后腸有益菌的增殖。本文分別闡述了日糧中的長(zhǎng)鏈碳水化合物被木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶、半乳糖苷酶、β-甘露聚糖酶、淀粉酶等酶制劑降解后的產(chǎn)物的益生作用，這些作用是益生素和化學(xué)合成寡糖無(wú)法比擬的。
　　酶制劑作為飼料添加劑的一個(gè)新品種，已經(jīng)得到了飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的認(rèn)可。使用酶的基本出發(fā)點(diǎn)是為了提高飼料原料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，酶制劑主要有以下作用：提高淀粉、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)的利用率;降解動(dòng)物飼料中存在的抗?fàn)I養(yǎng)因子;補(bǔ)充幼齡動(dòng)物內(nèi)源酶的不足。飼料中添加酶制劑后，提高了各種飼料資源的能量和蛋白質(zhì)的可利用值，使玉米、豆粕這對(duì)“黃金搭檔”日糧的轉(zhuǎn)化效率更高;可以用更多的雜粕替換豆粕;可以用小麥、麩皮、次粉、DDGS等替換高能飼料玉米;可以減少肉雞和肉鴨飼料中油脂的用量等。應(yīng)用這些方案后，不但沒(méi)有降低畜禽的生產(chǎn)性能，反而大大提高了畜禽飼養(yǎng)的綜合效益，動(dòng)物日增重提高了，飼料轉(zhuǎn)化率提高了，更明顯的改善是動(dòng)物的腸道疾病減少了，抗生素的使用量降低了，綠色無(wú)公害的動(dòng)物食品生產(chǎn)成為可能。有的學(xué)者對(duì)酶制劑改善動(dòng)物腸道健康的效果作出了初步的解釋，認(rèn)為酶制劑消除了黏性很強(qiáng)的可溶性非淀粉多糖(SNSP)的抗?fàn)I養(yǎng)作用，降低了動(dòng)物腸道食糜的黏度，改變了有害微生物滋生的環(huán)境，改善了動(dòng)物腸道的健康。而Schutte和Langhout(1999)用高粘度的日糧飼喂無(wú)菌雞和普通雞，證實(shí)高粘度日糧對(duì)無(wú)菌雞確實(shí)沒(méi)有副作用。這表明如果不考慮家禽的微生物情況，日糧粘度是無(wú)關(guān)緊要的。本文的目的是討論當(dāng)今使用外源性酶制劑(不包括植酸酶)，通過(guò)與腸道微生物菌群的相互作用，顯著改善動(dòng)物生產(chǎn)性能的作用。日糧中添加了木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶、半乳糖苷酶、β-甘露聚糖酶、淀粉酶等酶制劑后，可以將高黏度的可溶性非淀粉多糖(SNSP)降解成多糖片斷或寡糖(木寡糖、β-葡聚寡糖、水蘇糖、甘露寡糖、異麥芽寡糖)，這些多糖片斷和寡糖是長(zhǎng)鏈碳水化合物水解的中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物，它們促進(jìn)動(dòng)物后腸有益菌的增殖，某些寡糖具有抗原性，可直接刺激動(dòng)物體免疫應(yīng)答反應(yīng)。酶制劑的益生作用就在動(dòng)物體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝過(guò)程中產(chǎn)生了，下面就飼料中的聚糖被酶制劑降解后的產(chǎn)物——寡糖的益生作用過(guò)程敘述如下：
　　1　木聚糖酶降解產(chǎn)物的有益作用
　　1.1　木聚糖的結(jié)構(gòu)和抗?fàn)I養(yǎng)特性
　　木聚糖是由1,4-β-D-木糖苷鍵連接起來(lái)并帶有多種取代基的多聚糖。它的含量相當(dāng)豐富，是一種巨大的生物資源，是麥類飼料中的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，而木聚糖酶則是降解該物質(zhì)的最主要酶之一。
　　阿拉伯木聚糖是小麥、麩皮等飼料中的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，阿拉伯木聚糖主要由戊糖(阿拉伯糖和木糖)組成，因此，俗稱戊聚糖。阿拉伯木聚糖分子結(jié)構(gòu)的主鏈?zhǔn)铅?l,4-D-木聚糖，側(cè)鏈?zhǔn)铅?1→2,3-L-阿拉伯糖(見(jiàn)圖1)
　　1.2　木聚糖酶的性質(zhì)和降解產(chǎn)物
　　廣義的木聚糖酶是指能夠降解半纖維素木聚糖的一組酶的總稱，主要包括三類：(1)內(nèi)切-β-l,4-木聚糖酶(1,4-β-D-木聚糖水解酶，EC3.2.l.8 ) ，優(yōu)先在不同位點(diǎn)上作用于木聚糖和長(zhǎng)鏈木寡糖，從β-l,4-木聚糖主鏈的內(nèi)部切割木糖苷鏈，從而使木聚糖降解為木寡糖，其水解產(chǎn)物主要為木二糖與木二糖以上的寡聚木糖，也有少量的木糖和阿拉伯糖。(2)外切-β-1,4-木聚糖酶(1,4-β-D-木聚糖水解酶，EC3.2.1.92)，作用于木聚糖和木寡糖的非還原端，產(chǎn)物為木糖。(3)β-木糖苷酶(1,4-β-D-木聚糖水解酶，EC3.2.1.37 )，該酶通過(guò)切割木寡糖末端而釋放木糖殘基，飼料中應(yīng)用的木聚糖酶主要是內(nèi)切-β-1,4 -木聚糖酶(1,4-β-D-木聚糖水解酶，EC3.2.l.8 )。
　　1.3　木寡糖的結(jié)構(gòu)和有益作用
　　木聚糖分子經(jīng)過(guò)內(nèi)切-β-1,4 -木聚糖酶(1,4-β-D-木聚糖水解酶，EC3.2.l.8 )水解后的主要產(chǎn)物是木寡糖和木糖，木糖經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化，進(jìn)入葡萄糖代謝途徑，為動(dòng)物提供能量，成為可以利用的物質(zhì)，而木寡糖是具有高效益生作用的化學(xué)益生素。低聚木糖是由2-7個(gè)以1,4-β-D-木糖苷鍵結(jié)合而構(gòu)成的低聚糖，其中以木二糖和木三糖為主。低聚木糖的結(jié)構(gòu)式如下：
　　低聚木糖是功能性低聚糖中功效最突出的一類非降解寡糖，能極顯著地促進(jìn)人或動(dòng)物腸道內(nèi)雙歧桿菌的增殖，從而抑制腸道內(nèi)腐敗菌的生長(zhǎng)并減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物的形成，與其他低聚糖相比，低聚木糖的另一突出特點(diǎn)是穩(wěn)定性好。5%的木寡糖水溶液在pH2.5-8.0 的范圍內(nèi)，煮沸1 h 無(wú)變化;1%木寡糖的水溶液在pH2.5-7.0 范圍內(nèi)，分別于5℃ 、20℃ 、37℃溫度下貯存3個(gè)月，沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。因此,胃液、胰液、唾液等幾乎都不能分解木寡糖，在廣域的胃腸道消化酶系活躍的溫度、pH范圍非常穩(wěn)定。木寡糖不但穩(wěn)定性好，而且還具有降低水分活度的作用，其對(duì)水分活度的影響與葡萄糖相近，低于麥芽糖和蔗糖。木寡糖具有改善大便的功能，生長(zhǎng)肥育豬和母豬攝入木寡糖后增加了大便中的水分，防止便秘的出現(xiàn)。木寡糖的益生效率很高，很小的攝入量就能夠改善動(dòng)物的腸道健康，人的有效攝入量是0.7-1.4g/d。(余世袁，2003)經(jīng)過(guò)蛋雞試驗(yàn)表明，100-200g/ton的添加量，產(chǎn)蛋率提高5-7%，雞蛋中的膽固醇含量下降30-60%，死亡率下降6%，木寡糖在鴨、豬、水產(chǎn)養(yǎng)殖中也取得了顯著的效果。
　　2　β-葡聚糖酶降解產(chǎn)物的有益作用
　　2.1　β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)和抗?fàn)I養(yǎng)特性
　　β-葡聚糖是自然合成的多聚糖，是由右旋葡萄糖以β-構(gòu)型連接的多聚物,往往通過(guò)β-(1→3)、(1→4)糖苷鍵線性連接形成,即通常所說(shuō)的混合鏈β-葡聚糖(Mixed-Linked-β-Glucans)，β-葡聚糖分子中β-(1→3)鍵與β-(1→4)鍵之比約在1:2與1:3之間,β-(1→3)鍵的數(shù)量與分布隨谷物種類而異。大麥β-葡聚糖約含70%的β-1,4鍵和30%的β-1,3鍵(Bentsson，1990)，隔2～3個(gè)連續(xù)的β-1,4鍵就插有一個(gè)β-1,3鍵(Parrish等,1960)，在一些不常見(jiàn)的β-葡聚糖結(jié)構(gòu)中存在著高達(dá)5個(gè)連續(xù)的β-1,3鍵(Fleming等,1974)。它們的分子量和構(gòu)型因大麥品種的不同而不同。水溶性β-葡聚糖通過(guò)超離心法測(cè)定的分子量范圍是200000～300000(Igarashi等,1965),聚合度為1200～1850單體。盡管混合鏈β-葡聚糖和纖維素都是由β-葡萄糖單位組成,β-葡聚糖分子類似于纖維素分子, 但β-葡聚糖分子中存在一些β-(1→3)鍵，因此其物理特性大不相同。由于β-(1→3)鍵的存在,β-葡聚糖的主鏈呈不規(guī)則形,因而阻止β-葡聚糖分子主鏈間的相互接近,致使水分子易于滲入β-葡聚糖分子束,故β-葡聚糖較纖維素易溶于水?？扇苄驭?葡聚糖是大麥日糧產(chǎn)生黏性的主要原因。β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)式如下：
　　2.2　β-葡聚糖酶的性質(zhì)和降解產(chǎn)物
　　β-葡聚糖酶屬于水解酶類，主要包括內(nèi)切β-1,3 葡聚糖酶、內(nèi)切β-1,4 葡聚糖酶和外切β-1,3 葡聚糖酶、外切β-1,4 葡聚糖酶，飼料中應(yīng)用的β-葡聚糖酶主要是內(nèi)切酶，對(duì)水解谷物中的β-葡聚糖具有重要的作用。β- l,3(4)-葡聚糖內(nèi)切酶不是將β-葡聚糖完全水解為單糖，而是形成分子量較小聚合物(汪儆，1994)。來(lái)源于細(xì)菌類枯草桿菌屬芽孢桿菌及真菌、曲霉、木霉菌產(chǎn)生的β-葡聚糖酶對(duì)β-1,4鍵和β-l,3鍵的切斷專一性不同。Bedford等(1992)研究表明，大分子粘多糖(HMP)只有在分子量大于500kD時(shí)才具有較強(qiáng)的粘性，添加酶制劑使大分子的β-葡聚糖降解，促進(jìn)了更多的溶出，而且小分子片段在腸道不被吸收，通過(guò)降低β-葡聚糖的粘稠性，改善禾本科谷物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，主要應(yīng)用于以大麥、小麥、燕麥、黑麥替代玉米的日糧中。
　　2.3　短鏈β-D-1,3-葡聚糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生物活性作用
　　具有生理活性作用的葡聚糖為右旋-吡喃型葡萄糖聚合體，其相鄰葡萄糖殘基的碳1、2、3、4、6的半縮醛氧之間以葡糖苷鍵連接構(gòu)成骨架，有α和β位兩種結(jié)構(gòu)形式。β-l,3-葡聚糖是一類大分子多糖，主鏈結(jié)構(gòu)為β-l,3-糖苷鍵連接，通常還含有不同比例和大小的β-l,2/β-1,4/β-1,6連接的支鏈，主要以細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分(如細(xì)胞壁)的形式存在，對(duì)異體宿主防御系統(tǒng)具有較強(qiáng)的誘導(dǎo)和活化作用，是一類活性強(qiáng)、毒副作用低的良好的生物應(yīng)答效應(yīng)物。β-1,3-葡聚糖廣泛存在于微生物和植物中，酵母細(xì)胞壁中β-D-1,3-葡聚糖占絕大多數(shù)。
　　β-D-1,3-葡聚糖生物活性與結(jié)構(gòu)特異性有明顯的關(guān)系，β-D-1,3-葡聚糖的結(jié)構(gòu)特異性在單糖組成、構(gòu)型、糖苷鍵等初級(jí)結(jié)構(gòu)水平均有所表現(xiàn)，β-D-1,3-葡聚糖有3個(gè)構(gòu)象：無(wú)規(guī)則卷曲、單螺旋和性質(zhì)穩(wěn)定的二螺旋結(jié)構(gòu)，其中三螺旋結(jié)構(gòu)在自然界中最常見(jiàn)，不溶于水。單糖的構(gòu)型(α/β)是決定糖苷鍵定向及空問(wèn)構(gòu)象的關(guān)鍵因素之一，由β-型葡聚糖組成的β-1,3-葡聚糖有利分子卷曲成螺旋結(jié)構(gòu)，因此由β-l,3/β-1,6糖苷鍵構(gòu)成的葡聚糖才具有較大的生理活性，而α-葡聚糖形成的是帶狀結(jié)構(gòu)，幾乎沒(méi)有免疫調(diào)節(jié)活性。
　　β-1，3-葡聚糖的生物活性與分子大小有明顯的關(guān)系，大分子葡聚糖具有較強(qiáng)的生物活性，但水溶性較差，能夠基本保留其大分子活性的可溶性葡聚糖分子量多介于10-50kD，低于此限生物活性顯著下降?；钚宰顝?qiáng)的多糖是具有分枝的β-1，3-葡聚糖。所有的活性多糖具有一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)：主鏈由β-(1→3)連接的葡萄糖基組成，沿主鏈隨機(jī)分布著由β-(1→6)連接的葡萄糖基，呈梳狀結(jié)構(gòu)，生物活性的大小隨多糖的精細(xì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象不同而變化。β-l,3/β-1,6-葡聚糖選擇性的與巨噬細(xì)胞、顆粒細(xì)胞、自生殺傷細(xì)胞的特異性受體進(jìn)行作用，這些細(xì)胞可被β-l,3/β-1,6-葡聚糖直接激活。葡聚糖物質(zhì)是當(dāng)今研究者最感興趣的免疫刺激劑。Suzuki等(1990)報(bào)道，從酵母細(xì)胞壁提取的β-葡聚糖可以刺激非特異性免疫反應(yīng)。Schoenherr等(1995)也有β-葡聚糖提高仔豬生長(zhǎng)性能的報(bào)道。Drytz等(1995)實(shí)驗(yàn)表明，哺乳豬日糧中添加β-葡聚糖后降低了炎癥反應(yīng)，提高了生長(zhǎng)性能。上述細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子，依次刺激T細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞，使它們的抗體生成能力得到改善，進(jìn)而提高抗體對(duì)細(xì)菌和病毒的抵抗力，這就是β-l,3/β-1,6-葡聚糖不但能夠增強(qiáng)機(jī)體的非特異性防御屏障，而且能提高機(jī)體對(duì)環(huán)境中的病原微生物的特異性抵抗力，還能使抑菌效力加強(qiáng)的原因。
　　3.纖維素酶降解產(chǎn)物的有益作用
　　3.1纖維素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　纖維素是自然界豐富的有機(jī)物質(zhì),占植物所有多糖的50%以上,是β-1,4-葡萄糖的直鏈聚合物。植物中的纖維素由7000～10000個(gè)葡萄糖分子組成,有很高的分子量(Goring等,1962)。單個(gè)的纖維素分子是以束狀平行排列,分子間由大量相鄰羥基形成的氫健相結(jié)合,形成"帶狀"雙折疊螺旋結(jié)構(gòu)(Gardner等,1974) ，纖維素不溶于水和堿,(Mares等,1973)。如果忽略纖維素的來(lái)源,一般認(rèn)為其化學(xué)組成是相同的。纖維素分子是β-1,4糖苷鍵連接的，動(dòng)物淀粉酶不能分解β-1,4鍵，這是單胃動(dòng)物本身不能消化利用纖維素的根本原因。纖維素的結(jié)構(gòu)式如下：
　　3.2纖維素酶的性質(zhì)和降解產(chǎn)物
　　纖維素酶是降解纖維素β-l,4-葡萄糖苷鍵生成葡萄糖的一類酶的總稱，它不是單一酶,而是起協(xié)同作用的多酶復(fù)合物。只具有內(nèi)切酶性能的纖維素酶對(duì)天然纖維素影響很小，同時(shí)具有內(nèi)切酶和外切酶性能的纖維素酶能明顯降解天然纖維素。纖維素酶主要由葡聚糖內(nèi)切酶(endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4，也稱Cx，來(lái)自真菌簡(jiǎn)稱EG，來(lái)自細(xì)菌簡(jiǎn)稱Len)、葡聚糖外切酶(exo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.91，也稱C1酶，來(lái)自真菌簡(jiǎn)稱Cbh，來(lái)自細(xì)菌簡(jiǎn)稱Cex)、β-葡萄糖苷酶(EC3.2.1.21，也稱BG酶)三個(gè)主要組分組成的誘導(dǎo)型復(fù)合酶系。纖維素酶將纖維素降解為葡萄糖。
　　3.3纖維素酶解的過(guò)程及對(duì)動(dòng)物腸道健康的影響
　　在纖維素的生物降解過(guò)程中，頭一步是由內(nèi)切纖維素酶在纖維素長(zhǎng)鏈分子上容易接觸的無(wú)定形區(qū)，切割兩個(gè)相鄰葡萄糖分子之間的β-1,4糖苷鍵，從而從中間部位斷裂纖維素分子。接著在外切纖維素酶的作用下，從局部斷裂的纖維素鏈的非還原端移走寡糖分子，促使纖維素鏈降解并釋放出葡萄糖、纖維二糖及纖維三糖。最后，在β-葡萄糖苷酶的作用下，纖維二糖及纖維三糖便被轉(zhuǎn)變成葡萄糖，從而完成纖維素的完全降解。現(xiàn)在，對(duì)于纖維素酶在纖維素水解過(guò)程中的作用，已有了相當(dāng)詳細(xì)的了解。由于人和哺乳動(dòng)物消化道內(nèi)沒(méi)有斷裂β-l,4-葡萄糖苷鍵的纖維素酶，不能消化植物纖維素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以在外源纖維素酶協(xié)同作用下，可破壞富含纖維的細(xì)胞壁，一方面使其包含的蛋白質(zhì)、淀粉等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放出來(lái)并加以利用，又可將纖維降解為可被畜禽機(jī)體消化吸收的葡萄糖，從而提高飼料中蛋白質(zhì)、脂肪，淀粉、粗纖維和礦物質(zhì)等的消化利用率。同時(shí)，降低了動(dòng)物黏稠的胃腸道內(nèi)容物的粘度引起有害微生物的滋生，維持了小腸絨毛形態(tài)完整，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收。
　　4.半乳寡糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用和有益作用
　　4.1半乳寡糖的結(jié)構(gòu)
　　α-半乳糖苷鍵是飼料中果膠質(zhì)的主要價(jià)鍵形式。果膠(pectin)不存在于谷物籽實(shí)中(Selvendran，1984 )，主要存在于豆類植物的胞間層和初生細(xì)胞壁中，果膠在植物的細(xì)胞組織中起著"粘合"的作用。部分D-半乳糖醛酸上的羧基可為甲醇所酯化形成甲酯，或?yàn)橐环N或多種堿部分或全部中和，果膠質(zhì)中還含有其它糖類。果膠包括鼠李半乳糖醛酸聚糖I 和Ⅱ 、同型半乳糖醛酸聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖I等。
　　α-半乳糖苷是由一個(gè)蔗糖分子和一個(gè)或者多個(gè)半乳糖分子通過(guò)α-l,6糖苷鍵連接而形成的一種寡糖。α-半乳糖苷主要是指棉籽糖家族，其中包括棉籽糖、水蘇糖和毛蕊花糖。不同植物干種子中α-半乳糖苷的含量不同，與谷實(shí)類種子比較而言，豆類種子中含有較高水平的α-半乳糖苷。棉籽糖和水蘇糖是大豆中的主要低分子糖類，占大豆風(fēng)干重量的10～15%，棉籽中棉籽糖和水蘇糖分別是6.91%、2.36%，葵花籽中的棉籽糖是3.09%(Kuo,1988)。
　　4.2半乳糖苷酶的性質(zhì)和降解產(chǎn)物
　　α-半乳糖苷鍵是飼料中果膠質(zhì)的主要價(jià)鍵形式。果膠酶與纖維素酶相類似，是一類復(fù)合酶，包含多種組分，α-半乳糖苷酶(EC3.2.1.22,α-Dgalactosidase),是果膠酶系中最主要的一種。該酶的作用對(duì)象是具有α-D-半乳糖苷結(jié)構(gòu)的碳水化合物,在豆粕、棉籽粕日糧中添加α-半乳糖苷酶，水解日糧中高水平的α-半乳聚糖，使其抗?fàn)I養(yǎng)作用降至最低。α-半乳糖苷酶的水解作用方式如下所示:
　　4.3半乳寡糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用和有益作用
　　半乳寡糖的水解需要α-半乳糖苷酶(EC3.2.1.22)，單胃動(dòng)物的腸粘膜中缺乏此酶，因此在胃和小腸中不能消化這些寡糖，不能被小腸壁吸收進(jìn)入血液。但是它們能作用于動(dòng)物消化道中的微生物，從而間接地對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生雙重性的作用，即過(guò)量半乳寡糖-抗?fàn)I養(yǎng)作用，適量半乳寡糖-益生作用。
　　半乳寡糖-抗?fàn)I養(yǎng)作用：當(dāng)動(dòng)物過(guò)多地采食半乳寡糖含量豐富的飼料時(shí)，首先為腸道中的優(yōu)勢(shì)菌--雙歧桿菌所利用，多余部分也能被一些厭氧的產(chǎn)氣菌所發(fā)酵。當(dāng)小腸中這些糖的濃度較高時(shí)，增加了腸腔內(nèi)容物的滲透壓，從而導(dǎo)致滲透性腹瀉(Knudsen等1991，Coon等1990)。它們進(jìn)人大腸后，在大腸中被厭氧性細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生VFA、CO2、H2及少量CH4，從而導(dǎo)致胃腸脹氣和腹瀉(Liener1980，F(xiàn)AO1981)。動(dòng)物過(guò)量地采食半乳寡糖還導(dǎo)致日糧在消化道中停留的時(shí)間縮短、日糧粗纖維消化率降低、日糧的TMEn降低等問(wèn)題。
　　半乳寡糖-益生作用：半乳寡糖的益生作用主要與動(dòng)物腸道內(nèi)雙歧桿菌有關(guān)，適量的半乳寡糖能使腸道內(nèi)雙歧桿菌充分生長(zhǎng)，而抑制產(chǎn)氣莢膜桿菌和其他梭狀泡桿菌等有害菌生長(zhǎng)。
　　有關(guān)半乳寡糖對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)性能和養(yǎng)分利用率的影響方面報(bào)道有限。張麗英(2000)報(bào)道，仔豬斷奶后2 周，當(dāng)日糧中水蘇糖為2%時(shí)，仔豬日增重呈下降趨勢(shì)，仔豬腹瀉率顯著提高，仔豬的氮存留率顯著降低，其原因可能是寡糖水平越高，食糜通過(guò)速度越快，養(yǎng)分和能量的利用率則降低。1%的水蘇糖有促進(jìn)了雙歧桿菌和乳酸菌的增殖，抑制有害菌的生長(zhǎng)，但水蘇糖添加量達(dá)到2%時(shí)則對(duì)這兩種菌的增殖產(chǎn)生不利的影響。
　　5.β-甘露聚糖酶降解產(chǎn)物的有益作用
　　5.1 β-甘露聚糖的結(jié)構(gòu)及抗?fàn)I養(yǎng)特性
　　β-甘露聚糖是甘露單糖復(fù)合物，在自然界中半乳糖或葡萄糖常常附在甘露聚糖上。β-甘露聚糖的水溶性取決與該多糖體上半乳糖及葡萄糖與甘露糖的比值，半乳糖及葡萄糖數(shù)量的增加，甘露聚糖水溶性會(huì)提高。
　　β-甘露聚糖是豆科植物細(xì)胞壁的重要組成成份，根據(jù)加工方法不同，飼料常用的豆科植物蛋白原料都含有一定量的β-甘露聚糖，根據(jù)N.A.Dierick(1989)分析結(jié)果,其中以椰粕(3.0-3.5%)、棕櫚粕(2.5-3.0%)、豆粕(1.2-1.6%)和芝麻粕(2.8-3.5%)等含量較高.任何以植物蛋白為主的飼料中都含有一定量的β-甘露聚糖。β-甘露聚糖的結(jié)構(gòu)示意圖如下：β-甘露聚糖和其衍生物是飼料中對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)有害的多糖體，尤其是水溶性β-甘露聚糖對(duì)動(dòng)物有非常不良的影響：(1)降低小腸吸收水分的能力，導(dǎo)致糞便含過(guò)高水份;(2)降低小腸吸收葡萄糖的能力;(3)擾亂胰島素的分泌;(4)阻繞IGF-1的分泌;(5)降低氮在體內(nèi)的存留。β-甘露聚糖在動(dòng)物腸道細(xì)胞發(fā)育不完全或在應(yīng)激環(huán)境下，會(huì)過(guò)度刺激免疫反應(yīng)，造成對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能損害。
　　5.2 β-甘露聚糖酶的性質(zhì)及水解產(chǎn)物
　　β-甘露聚糖酶(β-1,4-D-mannanohydrolase，EC3.2.1.78)是水解1,4-β-D-吡喃甘露糖為主鏈的內(nèi)切水解酶，β-甘露聚糖酶作用底物主要是半乳甘露聚糖、葡萄甘露聚糖、半乳葡萄甘露聚糖以及均一甘露聚糖。
　　不同來(lái)源的β-甘露聚糖酶對(duì)不同來(lái)源的底物作用深度及其水解產(chǎn)物是不相同的。β-甘露聚糖酶水解底物的方式和深度主要與α-半乳糖殘基和葡萄糖殘基在主鏈中的位置、含量、酯?；某潭扔嘘P(guān)。由于構(gòu)成多糖的單糖類型、聚合度、糖鍵連接及排列方式、糖基上羥基的取代情況等各異,導(dǎo)致不同的多糖在溶解度、粘度等性質(zhì)上存在著明顯的差別,這極大影響了β-甘露聚糖酶的水解。底物本身的物理狀態(tài)也會(huì)影響酶對(duì)底物的作用,如結(jié)晶狀態(tài)的甘露聚糖不易被降解。難溶性的甘露多糖一般較可溶性的甘露多糖難水解;糖成分復(fù)雜的一般較成分簡(jiǎn)單的難水解;糖基上羥基被取代的一般較未取代的難水解;多分支側(cè)鏈的甘露多糖一般較線狀的水解慢;聚合度低的一般較聚合度高的水解慢。甘露聚糖經(jīng)β-甘露聚糖酶作用后，主要產(chǎn)物是低聚糖(一般2～10個(gè)殘基),產(chǎn)物聚合度的大小與酶和底物的來(lái)源有關(guān),但相對(duì)來(lái)說(shuō)產(chǎn)生單糖(甘露糖)很少或根本不產(chǎn)生。
　　不同來(lái)源的β-甘露聚糖酶對(duì)β-甘露多糖具有不同的水解能力。對(duì)于瓜膠半乳甘露聚糖，枯草桿菌K-50的β-甘露聚糖酶的水解率為5%，而源于黑曲霉的水解率為12%;對(duì)于咖啡豆半乳甘露聚糖，它們的水解率分別為36%和58%。其他一些糖苷水解酶類與β-甘露聚糖酶一起作用時(shí)，能有效地加快底物多糖的水解，提高多糖的水解率。如β-甘露聚糖酶與α-半乳糖苷酶、β-甘露聚糖苷酶共同作用于半乳甘露聚糖時(shí),水解會(huì)更加迅速、徹底。
　　5.3 β-甘露寡糖(MOS)的有益作用
　　添加β-甘露聚糖酶可以去除飼料中β-甘露聚糖，β-甘露聚糖酶的水解產(chǎn)物是甘露寡糖，甘露寡糖由2-10個(gè)單糖組成，單糖之間以α-1,2/α-1,3/α-1,6鍵組成。甘露寡糖在腸腔有抑制大腸桿菌與沙門(mén)氏菌粘著腸壁的功效。甘露寡糖通過(guò)lectin(巨噬細(xì)胞表面上的一種特殊蛋白質(zhì))受體的特異性結(jié)合作用，與動(dòng)物體內(nèi)病源菌結(jié)合，病源菌因不利用甘露寡糖而失去能量來(lái)源，最終死亡被排除體外，我們稱之為甘露寡糖對(duì)病源菌的抑制作用。但是這種抑制作用只是對(duì)大腸桿菌或沙門(mén)氏菌中的某些次級(jí)種類有效，而不是對(duì)全部的大腸桿菌或沙門(mén)氏菌有效。
　　6.淀粉酶降解產(chǎn)物的有益作用
　　6.1淀粉的結(jié)構(gòu)
　　淀粉是植物種貯存的養(yǎng)分，由直鏈淀粉(淀粉顆粒質(zhì))和支鏈淀粉(淀粉皮質(zhì))兩部分組成。它們?cè)诘矸鄯N占的比例隨植物的品種而異，直鏈淀粉在淀粉中的含量約為10-30%，相對(duì)分子質(zhì)量比支鏈淀粉小，是由葡萄糖以α-1,4糖苷鍵連接而成;支鏈淀粉在淀粉中的含量約為70-90%，葡萄糖除了以α-1,4糖苷鍵連接外，還有α-1,6鍵。淀粉的結(jié)構(gòu)式見(jiàn)下圖：
　　6.2淀粉酶的性質(zhì)
　　淀粉酶是能夠分解淀粉和糖原的一類酶的總稱，按照水解淀粉方式的不同，主要的淀粉酶可分為四大類：
　　(l)α-淀粉酶(α-1,4-glucan-4-glucanohydrolase，EC3.2.1.1)，α-淀粉酶以糖原或淀粉為底物，從分子內(nèi)部切開(kāi)α-1,4鍵而生成糊精和還原糖，產(chǎn)物的末端的葡萄糖殘基C1碳原子為α-構(gòu)型。α-淀粉酶對(duì)于直鏈淀粉的作用，第一步是將直鏈淀粉任意地迅速降解成小分子糊精、麥芽糖和麥芽三糖，第二步緩慢地將第一步生成的低聚糖水解為葡萄糖和麥芽糖。由于α-淀粉酶不能切開(kāi)支鏈淀粉分支點(diǎn)的α-1,6鍵，也不能切開(kāi)α-l,6鍵附近的α-1,4鍵，但能越過(guò)分支點(diǎn)而切開(kāi)內(nèi)部的α-1,4鍵，因此水解產(chǎn)物中除了含葡萄糖、麥芽糖以外，還殘留系列具有α-1,6 鍵的極限糊精和含四個(gè)或更多葡萄糖殘基的α-1,6鍵的低聚糖。
　　(2)β-淀粉酶(又稱1,4-麥芽糖苷酶，EC3.2.1.2),從底物非還原性末端順次水解每相隔一個(gè)的α-1,4糖苷鍵，切下的是麥芽糖單位，遇到α-1,6鍵的分支點(diǎn)則停止不前，因此當(dāng)以β-淀粉酶分解支鏈淀粉時(shí)，直鏈部分則生成麥芽糖，而分解點(diǎn)附近及內(nèi)側(cè)因不能被分解而殘留下來(lái)，其分解產(chǎn)物為麥芽糖及大分子β-界限糊精。在該酶作用于底物時(shí)，同時(shí)發(fā)生沃爾登轉(zhuǎn)位反應(yīng)(Walden Inversion)，使產(chǎn)物由α-型變?yōu)棣?型麥芽糖。因β-淀粉酶不能作用于淀粉分子內(nèi)部，儀能從非還原性末端順序切下麥芽糖，故又稱為"外切"型淀粉酶。β-淀粉酶作用于淀粉時(shí)，雖使其還原力直線上升，但不能使淀粉分子迅速地變小。
　　(3)葡萄糖淀粉酶(簡(jiǎn)稱糖化酶，α-1,4-glucan-glucohydrolase，EC3.2.1.3)，從底物非還原性末端順次水解α-1,4 糖苷鍵和分支的α-1,6鍵，生成葡萄糖，糖化酶的底物專一性很低，除了從淀粉鏈的非還原性末端順次水解α-1,4 糖苷鍵外，也能切開(kāi)α-1,3鍵和α-1,6鍵，只是這三種鍵的水解速度不同。它作用于支鏈淀粉時(shí)，從淀粉鏈的非還原性末端順次切下葡萄糖單位，在遇到α-1,6鍵分支處，邊形成一個(gè)類似于潘糖的結(jié)構(gòu)，將α-1,6鍵切開(kāi)后，再將α-1,4鍵切開(kāi)，使支鏈淀粉分解。
　　(4)異淀粉酶(又稱α-1,4葡萄糖苷酶，EC3.2.1.9)：水解糖原或支鏈淀粉分枝點(diǎn)處的α-1,6糖苷鍵，將支鏈淀粉的整個(gè)側(cè)枝切下變成長(zhǎng)短不一的直鏈淀粉。由于異淀粉酶的的來(lái)源不同,作用方式比較復(fù)雜，和不同的淀粉酶協(xié)同作用，產(chǎn)物不同。
　　單胃動(dòng)物自身分泌淀粉酶等內(nèi)源性消化酶，但是幼年動(dòng)物的消化機(jī)能發(fā)育不完全，消化酶分泌不足，仔豬胰腺分泌的水解α-1,4糖苷鍵的淀粉酶在出生后28日齡才能升至最高點(diǎn)，在幼齡畜禽日齡中添加外源淀粉酶，不但能夠補(bǔ)充內(nèi)源酶的不足，而且能夠激活內(nèi)源酶的分泌，因而有利于動(dòng)物對(duì)淀粉的消化和利用。
　　6.3淀粉酶水解產(chǎn)物的有益作用
　　淀粉在動(dòng)物內(nèi)源酶和外源酶的水解作用下，終產(chǎn)物和中間產(chǎn)物包括葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、麥芽四糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖、異麥芽五糖、潘糖、帶有α-1,6糖苷鍵的小分子糊精、帶有α-1,6糖苷鍵的低聚糖，其中很多中間產(chǎn)物是具有益生作用的低聚寡糖，所以在淀粉被動(dòng)物消化的同時(shí)，淀粉代謝的中間產(chǎn)物-低聚寡糖的益生作用就產(chǎn)生了。淀粉水解時(shí)發(fā)生的各種反應(yīng)見(jiàn)下圖：
　　7.總結(jié)
　　在過(guò)去的動(dòng)物生產(chǎn)中，能夠提高日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率的飼料添加劑已經(jīng)得到了大量的推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的飼料添加劑旨在為飼料配合提供特定的養(yǎng)分(如維生素、氨基酸、微革元素等), 而酶制劑的功效在于使動(dòng)物有效的利用養(yǎng)分。由于飼料工業(yè)的迅猛發(fā)展，飼料資源短缺也已成為嚴(yán)重的阻礙因素之，解決這些問(wèn)題的有效途徑就要尋求種既能排除抗生素、生長(zhǎng)激素的弊端，又能提高飼料原料的消化利用率的替代品。酶制劑以其獨(dú)特的生物學(xué)功能和天然綠色倍受關(guān)注。添加外源性酶制劑可提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率，同時(shí)日糧中添加外源性酶制劑還伴隨有腸道菌群發(fā)生變化(Hock等，1997;Vahjen等，1998)。腸道中最終微生物群數(shù)量依賴于底物量(來(lái)自日糧及其代謝物)和原始菌群量，微生物數(shù)量變化的潛力是無(wú)限的。日糧的組成和營(yíng)養(yǎng)濃度的變化能顯著地影響腸道各種微生物菌群的數(shù)量(Gibson等，1996;Hillman，1999;Reid和Hillman，1999)，這又相應(yīng)地影響動(dòng)物消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力。菌群的直接底物來(lái)源是宿主的日糧，與高消化率的日糧相比，低消化率的日糧為微生物提供了更多的底物。酶具有能把碳水化合物降解更小的、更易發(fā)酵的產(chǎn)物的能力，木聚糖酶和纖維素酶的降解木聚糖的最終產(chǎn)物分別是木糖和葡萄糖、以及不同鏈長(zhǎng)的寡聚體和不同程度的取代物(木聚糖)。這些都是腸道微生物的直接的底物。
　　討論添加外源酶制劑對(duì)動(dòng)物腸道菌群的有益作用機(jī)制，是比添加直接飼喂微生物或寡糖更嶄新的課題，因?yàn)槊钢苿┎坏岣吡孙暳系睦脙r(jià)值，而且改善了動(dòng)物的腸道健康，這是一個(gè)雙重作用。益生素的使用中存在著不穩(wěn)定性、與抗生素拮抗、菌種安全等多方面問(wèn)題，寡糖使用中也存在著生產(chǎn)得率低、酸不穩(wěn)定性、能夠被有益菌和有害菌雙重利用等問(wèn)題。酶制劑的使用，不僅充分利用了飼料資源，同時(shí)也顯著提高了動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和免疫力，正成為應(yīng)用的熱點(diǎn)。

donghaijun2009

酶制劑是一種環(huán)保型綠色飼料添加劑！?。?/td>