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甘露聚糖酶的研究与应用

2017-08-02

    饲用β-甘露聚糖酶的研究及应用 
       β-甘露聚糖酶(β-1,4-D-mannanmannohydrolase,EC3.2.1.78)是一种能降解甘露聚糖、葡萄甘露聚糖和半乳甘露聚糖主链的水解酶,属于半纤维素酶类。β-甘露聚糖酶是最重要的饲用酶制剂之一,是对玉米、豆粕型日粮非常有效的饲用酶制剂。畜禽和鱼类的消化酶系不含甘露聚糖酶,添加β-甘露聚糖酶主要有促进动物生长,控制、预防动物疾病,提高动物的饲料转化效率,降低肠道内容物的黏稠度,减少粪便排泄,减轻环境污染和提高微量元素的生物利用率等作用。β-甘露聚糖酶是由微生物代谢的天然产物,是“绿色”添加剂。
                   
      1.β-甘露聚糖酶的来源
      β-甘露聚糖酶的来源较广泛,包括细菌、真菌、放线菌、植物以及软体动物等。其中,微生物是产生β-甘露聚糖酶的主要来源。细菌中的芽孢杆菌、假单胞菌、弧菌,真菌的曲霉、木霉、酵母、青霉、多孔菌、核盘菌和放线菌中的链霉菌都是产生β-甘露聚糖酶的常见类群。
                   
      2.β-甘露聚糖酶的理化性质
      不同微生物产生的β-甘露聚糖酶的组分数、相对分子质量、等电点、酶学特性、底物专一性等都有一些差异。芽孢杆菌来源的β-甘露聚糖酶的一般等电点(pI)为4.0-5.5,最适反应pH值为5.5-7.0,最适反应温度为55-75℃,耐热性较强。真菌来源的β-甘露聚糖酶pI一般为4.0-5.0,最适pH值为4.5-5.5,最适反应温度为50-70℃。相对细菌而言,真菌来源的β-甘露聚糖酶的pH值稳定性和最适反应pH值都偏低,耐热性也比芽孢杆菌弱。植物细胞产生的β-甘露聚糖酶最适反应温度和耐热性比细菌和真菌低,最适反应pH值为4.5-5.5,略显酸性。
                   
      3.β-甘露聚糖酶的作用方式
      β-甘露聚糖酶的作用底物是甘露聚糖及异甘露聚糖,其中的异甘露聚糖有葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖和半乳葡萄甘露聚糖。不同来源的β-甘露聚糖酶对不同底物的作用方式和作用产物不同。甘露聚糖酶水解底物的方式和深度主要与半乳糖残基和葡萄糖残基在主链中的位置、含量及酯酰化的程度有关,同时底物本身的物理状态也会影响酶对底物的作用,比如结晶状态的甘露聚糖不易被降解。另外,不同来源的β-甘露聚糖酶对底物的要求也不同。甘露聚糖经β-甘露聚糖酶作用后,主要产物是寡聚糖(一般2-10个残基),产物聚合度的大小与酶和底物的来源有关,但相对而言,很少或几乎不产生单糖(甘露糖)。
                   
       4.β-甘露聚糖酶的作用机理
       4.1提高饲料转化率
       β-甘露聚糖是植物细胞壁的成分之一,它与其他非淀粉多糖围绕或缚住细胞中氧分(蛋白质、淀粉和脂肪等),动物的内源性消化酶难于消化这些细胞壁成分,从而降低了日粮的养分利用率。β-甘露聚糖酶水解β-甘露聚糖高分子中的β-1,4糖苷键,使之降解为低分子,失去亲水性和黏性,降低肠道内容物的黏度,从而有利于消化酶与营养物质的混合,减少胆酸的排出。
      4.2改善肠道微生态环境,提高动物免疫功能
      β-甘露聚糖酶降解β-甘露聚糖为甘露寡糖(MOS),甘露寡糖能选择性促进动物肠道有益菌,如双歧杆菌、嗜酸乳杆菌等大量增殖,使其在胃肠道中形成微生态竞争优势,直接抑制外源菌和肠内固有腐败菌的生长繁殖,从而发挥正常肠道菌群在屏障、营养和免疫上的正常功能;其次,甘露寡糖能阻碍细菌表面外源凝集素与肠黏膜上皮细胞特异性的糖分子结合,而阻止病原菌在胃肠道的黏结和定植,使其最终随粪便排出体外。
       4.3促进消化酶的分泌
       浙江大学王惠康(2005)的研究发现β-甘露聚糖酶显著提高了肉仔鸡十二指肠内容物消化酶(淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶)活性,尤其是胰蛋白酶、糜蛋白酶提高了86%和69%。
       4.4促进生长激素分泌,提高生长速度和瘦肉率
       美国学者研究发现,在肉鸡受到应激时β-甘露聚糖酶显著提高类胰岛素生长因子IGF-I和IGFII水平。IGF-I作用于生长组织,刺激细胞对氨基酸的利用从而促进蛋白质的合成,抑制蛋白质的分解,最终导致蛋白质的净增长。王惠康(2005)报道β-甘露聚糖酶可提高肉仔鸡胸肌率7.82%,降低腹脂率8.69%。
                   
       5.β-甘露聚糖酶在动物生产中的应用
       5.1提高玉米豆粕日粮能量利用率,降低饲料成本
       近年来研究表明,β-甘露聚糖酶能改善玉米豆粕日粮100-150kcal/kg ME水平,对肉鸡而言相当于每吨饲料中10-18kg油脂的添加量。国外的一些试验测定了玉米豆粕型肉鸡、猪日粮能量利用率的影响,β-甘露聚糖酶可提高能量利用率,与饲料转化率和生长速度得到改善所证实一样。酶添加补偿了肉鸡的143kcal/kgME和猪的100kcal/kgME的能量减少(Mc-Naughton,1995,Petty等,2001)。
      5.2改善畜禽生长性能
      Pettey等(2002)报道,日粮中添加β-甘露聚糖酶可以提高仔猪和生长肥育猪的瘦肉率,提高生长性能。Jackson(2004)报道,每吨日粮中添加0.5kgβ-甘露聚糖酶可以提高肉鸡增重和饲料转化率。王春林等(2003)报道,以玉米-豆粕为主的低能日粮中添加0.5kg/tβ-甘露聚糖酶和美酵素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。黄小文等(2003)报道,大猪日粮中分别添加1000U/g和2000U/g甘露聚糖酶比对照组平均日增重分别提高6.22%和12.99%。
       5.3改善家禽产蛋性能
       Jackson等(1999)报道,日粮中添加β-甘露聚糖酶可以增加商品蛋鸡产蛋早期的平均蛋重,提高产蛋量,明显延迟产蛋高峰的急剧下降。伍晓雄等(2000)报道,日粮中添加β-甘露聚糖酶能显著提高蛋鸡的产蛋率,添加量在0.03%就可达到显著水准。宁中华等(2004)报道,在节粮小型蛋鸡生产中使用和美酵素代替油脂,可以在非适宜季节提高鸡群的生产性能,饲料中的添加量控制在0.04%-0.05%,不仅比加油成本低,而且产蛋率有明显的提高。
       5.4提高家禽的体质量均匀度
       王春林等(2003)报道,低能量饲料添加和美酵素组的体质量均匀度比高能量饲料添加和美酵素组提高了12.65%。李国胜等报道,试验组(基础日粮中添加0.05%β-甘露聚糖酶)体质量变异系数为10%,对照组(基础日粮)体质量的变异系数为14%。
       5.5改善畜禽健康状况,提高抗病力
        Mathis(2001)研究了β-甘露聚糖酶对肉鸡人工感染球虫和产气荚膜梭菌的影响,发现β-甘露聚糖酶改善了感染鸡的生产性能降低了感染鸡的死亡率,具有抗球虫的作用。在不含甘露聚糖的日粮中也有类似的作用,说明β-甘露聚糖酶不仅仅是通过去除甘露聚糖而作用,β-甘露聚糖酶本身也能保护肠道粘膜,促进动物健康。王春林等(2003)也发现,日粮中添加β-甘露聚糖酶可提高鸡的抗病力,改善肉用鸡的健康状况,β-甘露聚糖酶对鸡成活率的提高比金霉素效果要好。

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