粘性多糖及多糖酶的研究
2009-04-21 18:25:21   来源：本站原创   评论：0 点击：

  饲料中粘性多糖主要以阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖为主，它们是麦类谷物及糠麸中的主要多糖，会阻碍畜禽的消化吸收，降低饲料利用率，同时给卫生和疾病控制带来困难。因此，如何充分开发和利用我国资源丰富的麦类谷物及糠，是科研工作者目前需要解决的实际问题。
    阿拉伯木聚糖和－β葡聚糖的结构
    阿拉伯木聚糖主要由戊糖（阿拉伯糖和木糖）组成，因此又常称为戊聚糖，由β－（１→4）－右旋－呋喃木糖基主链与一个或多个α－左旋阿拉伯喃前糖基取代而成。β－葡聚糖是一类由右旋一葡萄糖以卜构型连接的同聚物，由糖基分子线性连结或葡聚糖直链。支链连结而成，谷物细胞壁的β－葡聚糖结构简单，是由葡萄糖通过β－（l→3），（1→4）糖音链线性连接而成的聚合物。
    谷物中多糖含量
    谷物中戊聚糖和β-葡聚糖含量主要受基因型及环境的影响。一般雨量充沛的高湿环境下生长的谷物，多糖含量低于干燥条件下生长的谷物。常规大麦与裸大麦多糖含量也有差异，裸大麦中蜡质淀粉型与非蜡质淀粉型含量不同。另外，收获时期，加工处也影响谷物多糖含量。研究者分析了17种生长在3个不同区域的大麦，β－葡聚糖含量变化范围为3.4％～5.7％，戊聚糖含量为4.4％～7.8％；小麦中以戊聚糖为主，含量大致为6.6％，而β－葡聚糖为0.6％。大麦、小麦等原料中，粘性多糖主要集中在糊粉层和胚乳中，加工后则主要在其副产品中，因此次粉及鼓皮中粘性多糖含量明显高于整粒谷物。据研究报道，全大麦、面粉、次粉、麸皮中β－葡聚糖分别含量为5.8％、3.1％、10.0％和8.4％。
    β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖的抗营养特性
    粘性多糖的抗营养特性主要是由其高粘稠性和持水性引起的，这种特性能显著改变消化物的物理特性和肠道的生理活性，从而影响畜禽的生产性能。研究表现，粘性多糖在低浓度时，与水分子直接互作而增加溶液的粘度，浓度增大时，多糖分子本身相互作用，缠绕成网状结构，这种网状结构能吸收水分子，从而形成凝胶，使粘度大大增加。粘度与多糖分子大小、结构、浓度等因素密切相关，研究发现，雏鸡消化物粘度的80％是由仅占多糖总量10％的大分子多糖引起的。肠内容物的粘稠性会阻碍消化酶与养分的充分混合，延长混合时间，干扰食糜微粒在肠腔的流动，减慢食糜通过消化道的速度。粘性多糖与营养物质的结合会降低矿物质、氨基酸、脂肪酸的吸收。另一方面，内容物的粘性会使小肠粘膜表面的不动水层增厚，这种效应会降低养分向绒毛的扩散，研究者在小鼠上证实，麸皮促进了小肠粘液的分泌，而这种粘液使不动水层增厚。
    粘性多糖使养分吸收减少，而在肠道的蓄积增加，这为肠道微生物的繁殖提供了良好的环境。大量有害微生物的增殖，会产生许多酸性物质，改变肠道pH值环境，从而影响消化酶发挥最佳效应，同时微生物会竞争性地消耗大量营养物质，降低营养物质的利用率。另一方面，肠内微生物过多会刺激肠壁，并使之增厚，同时损伤微绒毛，导致营养吸收下降。经研究认为，戊聚糖对肉鸡生长的影响，部分地是因肠道微生物增殖引起的。研究表明，在富含粘性多糖的饲粮中添加抗生素，能够在一定程度上改善畜禽的生产性能。

 
 饲粮中粘性多糖能直接结合消化道中的多种消化酶，使酶不能与底物发生反应。
    经体外试验发现，米糠中粘性多糖降低了脂酶活性。又经研究得出，粘性多糖在体外降低了脂肪酶、淀粉酶和胰蛋白酶活性。在肉鸡上的试验证实，大麦饲粮降低了肠内容物中淀粉酶和脂肪酶活性。在小鼠上的试验却得出相反的结论，20％的麸皮日粮使胰酶及肠内容物中脂肪酶活性增加。
    粘性多糖能与胆汁酸结合，限制其发挥作用，显著增加粪中胆汁酸的排出量；同时粘性多糖还能与胆固醇、脂肪相结合，显著降低脂肪的消化吸收，特别是饱和脂肪酸的消化吸收明显下降，而对不饱和脂肪酸（C18∶1,C18∶2，C18∶3，C20∶2）无显著影响。粘性环境还能阻碍脂肪吸收微粒的形成，进而影响脂肪吸收。
    由于粘性多糖具有上述抗营养活性，在实际生产中，饲粮中粘性多糖含量过高时，会显著降低营养物质的消化率，降低采食量，影响畜禽的生产性能。粘性粪便的排泄，给卫生控制带来困难，畜禽发病率增加，同时，还能影响禽蛋色素的沉积，使肉禽胴体色质偏白，降低胴体等级。
    多糖酶在饲料中的应用
    据最早研究发现，以大麦为基础的家禽饲粮中添加含淀粉酶和蛋白酶的粗酶混合物，可以显著提高家禽的生产性能，改善粪便质量，后来发现这种粗酶混合物中含有β－葡聚糖酶活性。在大麦饲粮中添加木聚糖酶和β－葡聚糖酶，使肉鸡日增重提高了12.3％，饲料转化率提高了5.5％；在大麦饲粮中加酶，使肉鸡采食量提高了16.0％。在以小麦或燕麦为基础的肉鸡饲粮中添加这两种酶，饲料转化率分别提高了6.20％和23.0％。试验发现，含50％米糠的饲粮中添加酶制剂，使莱航鸡料重比降低14.0％，同时他们认为米糠饲粮添加酶制剂不是在所有情况下都能改善鸡的生产性能。研究者对蛋鸡研究表明，大麦饲粮添加酶制剂并没有提高产蛋率、饲料转化率及孵化率，但改善了鸡舍环境。试验得出不同结论，酶制剂对产蛋鸡的产蛋量无影响，但可改善饲料利用率及产蛋率。另外，酶制剂能明显降低鸡粪粘稠性和含水量，减少鸡舍的氨气量和胸病的发生，有利于卫生和疾病控制。饲粮中的粘性多糖会降低饲粮色素的利用率，酶的添加可改善饲料原料中及外源色素的吸收，提高色素在蛋黄及皮肤的沉积，提高其商品性。
    木聚糖酶和β－葡聚糖酶在猪饲粮中的研究相对较迟，结果也不一致。研究者以4千克～15千克的子猪为研究对象，在大麦基础饲粮中添加含β－葡聚糖酶的酶制剂，提高了子猪日增重及饲料转化率。研究者在含40％次粉饲粮中添加酶制剂（富含木聚糖酶），试验得出，加酶使23千克～38千克的生长育肥猪日增重和饲料转化率分别提高8.4％和4.3％；对38千克～57千克阶段的生长肥有猪进行试验，也发现日增重和饲料转化率提高7.8％和4.3％。另有研究报道，各含35％的大小麦饲粮中添加木聚糖酶和β－葡聚糖酶，子猪日增重和饲料转化率并未得到改善。研究认为，猪回肠对β－葡聚糖的消化率随年龄增长而增强，成年猪对β－葡聚糖有较高的消化率，粘性多糖在肠道中被分解后失去了其抗营养活性。
    研究表明，在大麦饲粮中添加粗酶制剂使樱桃谷肉鸭前四周增重、采食量和料重比得到改善，后期相对生长与对照组无显著差异。研究者在含60％的米糠饲粮中添加复合酶，试验表明，19日龄～35日龄的生长期鸭日增重和饲料转化率都未得到改善。
    木聚糖酶和β－葡聚糖酶对畜禽消化器官的影响
    研究者在含50％米糠的饲粮中添加木聚糖酶和β－葡聚糖酶，使肉鸡腺胃、肌胃、结肠和总的消化道重量分别降低11％、13％、8％和7％，但对消化道相对长度无影响。研究显示，大麦饲粮中添加这两种酶使肉鸡腺胃、十二指肠、空肠、回肠和结肠相对重量分别降低39%、16％、20％、18%和29%，但小麦饲粮中加酶，并没有对肉鸡消化道大小产生影响。研究者同时发现，大麦饲粮加酶使肉鸡胰腺和肝脏相对重量分别减轻24％和8％。试验得出相反结果，大麦饲粮加酶使肉鸡肝脏占活体比率升高。研究者在小鼠饲粮中加入粘性物质，研究发现，这类粘性物质使小鼠胰腺肥大。

 
  木聚糖酶和β一葡聚糖酶的作用机理
    研究证实，酶制剂促生长的原因并非提高了阿拉伯木聚糖和β－葡聚糖的利用率，而是与粘性多糖降解引起的肠道内容物特性、消化酶活性、肠道微生物等变化密切相关。
    降低肠道内容物粘度
    粘性多糖的高粘稠性是影响畜禽肠道功能的主要因素。加拿大Sasktoon大学的研究证实，雏鸡活体增重和料重比与前肠食磨粘度的对数之间存在一种线性关系，木聚糖酶和β－葡聚糖酶促生长的关键作用在于分解相应的多糖，使其失去粘稠性。美国商业联合体的试验证明，大麦饲粮中添加酶制剂使肉鸡肠道内容物粘度由37.OCPS下降到6.4CPS。研究者在子猪上的试验也表明，这两种酶使回肠内容物粘度下降34.72％，从而促进畜禽生长和改善饲料转化率。研究证实，70％～80％的雏鸡体增重与饲料转化率的提高是由食糜粘度下降引起的。肠内容物粘度的降低有利于消化酶和营养物质的充分混合，降低不动水层的厚度，减少胆汁酸的排出，利于肠道的消化吸收，从而提高营养物质的消化率。
    提高内源性消化酶活性
    大麦饲粮中添加β－葡聚糖酶能显著提高肉鸡食糜中胰蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性，但成熟公鸡食糜中无此变化。研究发现，大麦饲粮添加以β－葡聚糖酶为主的粗酶制剂，使肉鸭21日龄食糜上清液的淀粉酶活力提高75％，但蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶分别下降43.5％、24.4％、19.6％；42日龄时，酶制剂使食糜上清液中淀粉酶活力提高16.4％，对其余的消化酶活性无影响。研究者在子猪上的试验也证实，酶制剂提高了肠内容物中的总蛋白水解酶、淀粉酶和脂肪酶活力。
    减少肠道微生物
    酶制剂的添加可以降低因粘度引起的营养物质在肠道的蓄积，从而减少肠道细菌群落，这种变化可以使肠变薄，改善营养吸收，同时肠道中沙门氏杆菌的减少，可以降低胆汁。盐的早期解离，有助脂肪的消化。细菌群落的削弱可以降低子猪的腹泻率，减少疾病的发生，有利于畜禽的健康生长。
    破坏植物细胞壁结构
    饲料中的粘性多糖主要是植物细胞壁的成分，在禾谷类中主要是阿拉伯木聚糖和β－葡聚糖。畜禽内源性消化酶不能分解这两种多糖中的化学键，细胞壁内的营养物质难以释放出来，而木聚糖酶和β－葡聚糖可以分解这种化学键，破坏细胞壁结构，使消化酶能与营养物质充分接触。另一方面，多糖的降解，可以使与之相结的蛋白质、淀粉和脂肪游离出来；有利于营养的消化。多糖降解后，大部分随粪便排出，有一小部分可作为能量被动物利用。
    需进一步研究的问题
    目前，酶制剂中的酶活有了可靠准确的测定方法，但饲料中酶活的检测并无满意的手段，由于饲粮中的酶活偏低，部分酶还与饲料紧密结合，给检测工作带来不便，研究者总结分析了还原糖法、有色底物法、酶标免疫分析法，认为有色底物法是最容易和最有效的方法，但敏感度还是偏低，方便准确的饲料中酶活的分析方法有待深入研究。聚糖酶一般由真菌直接生产，成本较高，限制了饲料工业上的广泛使用，开发新的酶生产方法就显得非常重要。借助基因重组技术，使酶在大规模发酵而且成本较低的微生物或植物中表达，这会大大降低酶的生产费用；另外一种发展方向就是利用细菌DNA在畜禽胰腺细胞内制造和分泌聚糖酶，此领域的研究难度较大。大麦、小麦等谷物中多糖的测定方法有许多种，但分析过程较复杂，可靠性低，原料中多糖含量值一般都参照国外资料，这使酶制剂的添加缺乏可靠的根据，建立有效的分析方法，并对我国不同品种及不同地区的大麦、小麦和糠麸进行多糖含量的分析，这将为酶制剂的合理使用提供科学依据。