甘露聚糖酶的作用機理及在動物生產中的應用

和興

說明：β-甘露聚糖及其衍生物廣泛存在于豆科植物的細胞壁中，β-甘露聚糖酶能夠降解粕類日糧中的抗營養因子β-甘露聚糖，改善日糧利用效率，提高畜禽生產性能。本文系統論述了甘露聚糖的抗營養作用、β-甘露聚糖酶的作用機理及在動物生產中的研究進展，為甘露聚糖酶在畜牧業中合理應用提供參考。    近年來許多研究表明，酶制劑能夠提高飼喂小麥、大麥等高粘性日糧動物的生產性能、降低腸道內容物粘性、促進內源酶活性、調節后腸微生物區系、提高體內代謝激素水平等。但我國畜禽日糧以玉米-豆粕型為主，因而，探討應用于玉米-豆粕型日糧的酶制劑具有更為重要的理論價值與實際意義。甘露聚糖類物質是豆科植物半纖維素中的第二大組分，影響了玉米-豆粕型日糧的養分利用率。近年許多研究已發現，β-甘露聚糖酶可較有效的降解玉米-豆粕型日糧中的β-甘露聚糖，消除其抗營養作用，促進動物的免疫機能，改善動物的生產性能，從而進一步提高玉米-豆粕型日糧的飼用價值。因而本文對β-甘露聚糖酶的作用機理及在動物生產中的應用進行綜述，以期為在飼料工業和養殖業中合理應用提供指導。
1  β-甘露聚糖酶的來源

    β-甘露聚糖酶廣泛存在于動物、植物（魔芋、萵苣等）和微生物中，其中微生物是β-甘露聚糖酶的主要來源，已報道的多種微生物，如細菌中的芽孢桿菌(Bacillus lentus；Bacillus subtilis等)；真菌中的黑曲霉(Aspergilus niger)、里氏木霉(Trichoderma reesei)等；放線菌中的鏈霉菌（Streptomyces sp）均可產生β-甘露聚糖酶。微生物來源的β-甘露聚糖酶具有活性高、成本低、提取方便、最適pH范圍寬等優點，目前已在工業化生產中廣泛應用。
2  β-甘露聚糖酶的作用機理

    β-甘露聚糖及其衍生物是由β-1，4-甘露糖苷鍵連接的線狀多糖，主鏈上通常還連接有α-1，6-半乳糖或葡萄糖，主要包括葡糖甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡糖醛酸甘露聚糖等。

    甘露聚糖是豆科植物細胞壁的主要組成成分，也存在于許多種子的胚乳細胞壁中（主要是半乳甘露聚糖）。在常規飼料原料中，豆粕中β-甘露聚糖含量最高，為1.3%～1.6%，豆粕的能量利用率僅為50%～60%，這與豆粕中存在的β-甘露聚糖有很大關系。瓜兒豆膠是β-甘露聚糖含量較高的物質，研究中通常利用瓜兒豆膠來調節日糧中β-甘露聚糖的濃度，以觀測β-甘露聚糖對動物的影響。研究表明，日糧中瓜兒豆膠含量為2%～4%時，肉雞生長嚴重受阻，飼料轉化率大幅降低[1]，Vohra和Kratzer（1964）的研究表明，當日糧中瓜兒豆膠含量達到2%時，肉雞生長抑制程度達到35%[2]。目前較多研究已表明，β-甘露聚糖酶可較有效的提高玉米-豆粕型日糧的飼用價值，促進動物的生長性能。β-甘露聚糖酶的作用機理主要表現為以下幾個方面：

2.1  降低消化道內容物粘度

    β-甘露聚糖及其衍生物在消化道內能結合大量水分，增加消化內容物的粘度[3]。食糜粘度的提高，一方面減慢了胃腸的排空，降低畜禽采食量；另外減少了養分與消化酶的接觸，且阻礙已消化養分向小腸壁的擴散和吸收，此外高粘度食糜還導致畜禽飲水量增加，但水分吸收卻減少[4]，因而導致糞便中含水量較高，產生粘性糞便、粘蛋，并導致動物腹瀉等。

    β-甘露聚糖酶可將甘露聚糖降解為甘露低聚糖，從而降低腸道內容物粘度，有利于營養物質的消化吸收。Lee等(2003)研究發現，隨日糧中β-甘露聚糖含量的提高，回腸食糜粘度大幅增加，添加β-甘露聚糖酶可顯著降低回腸食糜的粘度[3]。

2.2  破壞植物細胞壁，釋放出胞內養分

    β-甘露聚糖是豆科植物半纖維素中的第二大組分，細胞壁中的纖維素、半纖維素等共同構成了營養物質的保護層，把淀粉、蛋白質、脂類等養分包裹在內。而單胃動物不能分泌相應的酶，因此內源酶不能對細胞壁中的抗營養物質進行消化，細胞中的養分也無法釋放出來，導致飼料養分不能被充分利用。添加β-甘露聚糖酶可以降解細胞壁中的β-甘露聚糖，使包裹的淀粉、蛋白質等養分釋放出來，提高飼料的營養價值。

2.3  促進生長相關激素的分泌

    許多研究表明，β-甘露聚糖能夠抑制食后胰島素、胰島素樣生長因子-1（IGF-1）的分泌[5]，降低葡萄糖、氨基酸和脂肪的吸收。Rainbird等(1984)發現，在空腸灌注6.7 g/L的β-甘露聚糖時，豬葡萄糖的吸收降低了50%[4]。另外，β-甘露聚糖可與腸粘膜表面的脂類微團和多糖蛋白質復合物相互作用，導致粘膜表面水層厚度增加，從而降低養分的吸收[6]。

    日糧中添加β-甘露聚糖酶消除了β-甘露聚糖的抗營養作用，促進胰島素和IGF-1的分泌，在應激狀況下，效果更明顯。IGF-1是畜禽生長的真正調控因子，生長激素的作用也是通過IGF-1介導的。IGF-1作用于生長組織，可刺激細胞對氨基酸的利用，促進蛋白質合成、抑制蛋白質分解。

2.4  降解產物甘露寡糖(MOS)的益生作用

    β-甘露聚糖是消化道內潛在的先天性免疫系統的刺激因子，在畜禽腸道細胞發育不全或應激環境下，會過度刺激動物免疫系統，導致巨噬細胞和單核粒細胞的過度增殖，引起不良免疫反應，造成動物生長的抑制。

    β-甘露聚糖可被降解為甘露寡糖，其對畜禽的免疫系統有較好的調節作用，Savvage等（1996）報道，甘露寡糖能提高火雞粘膜IgA水平，并顯著提高血液中IgG含量，意味著甘露寡糖能同時提高與腸粘膜及體液免疫有關的免疫應答反應[8]。腸道中免疫應答的提高意味著與免疫識別有關的及與系統感染相對抗的免疫球蛋白水平的提高，而這對更好的抑制潛在性病理微生物有極其重要作用。Zou等（2006）的研究表明，在肉雞飼料中添加β-甘露聚糖酶能增強機體的免疫機能，增加免疫器官指數，顯著增加血清中IgM含量、促進T淋巴細胞增殖[9]。

2.5  對后腸微生物的影響

    單胃動物體內缺乏非淀粉多糖酶，因而未消化的β-甘露聚糖與其它非淀粉多糖在消化道后段成為微生物生長的良好培養基，促進大量微生物增殖，其中的有害微生物，如生孢梭菌等產生毒素，造成胃腸功能紊亂，從而抑制動物生長。β-甘露聚糖酶可將甘露聚糖降解為甘露低聚糖，其能夠調控動物胃腸道的微生態環境，促進有益菌繁殖、抑制有害菌在腸道上皮定植，從而維持正常的消化道微生態系統[7]。

3  β-甘露聚糖酶在動物生產中的應用

3.1  改善畜禽生產性能

    許多報道表明，在日糧中添加β-甘露聚糖酶能提高動物的生產性能，具體表現為提高日增重、降低料重比等；β-甘露聚糖酶應用于蛋雞日糧，能提高家禽的產蛋性能，提高產蛋量、增加平均蛋重；動物體重的整齊度也是衡量動物生產性能的重要指標，研究表明，β-甘露聚糖酶還可以提高畜禽的均一度。本文將其促生產效果總結如下。

表1 β-甘露聚糖酶對畜禽生產性能的影響

畜禽種類	試驗結果	作者
肉仔雞	提高體重（P<0.01），降低料重比（P<0.05）[3]	Lee等，2003
仔豬和生長育肥豬	提高飼料轉化率（P<0.01）和日增重（P<0.05）[10]	Pettey等，2002
肉仔雞	顯著降低添加5%瓜兒豆膠組的料重比[1]	Lee等，2005
肉仔雞	降低14日齡料重比[11]	Daskiran等，2004
肉仔雞	提高體重（P<0.05）和飼料轉化率（P<0.05）[9]	Zou等，2006
肉仔雞	加酶組提高日增重13.45%（P<0.05），采食量提高7.24%，料重比降低6.51%，干物質及粗蛋白消化率均提高[7]	宋智娟等，2006
肉仔雞	提高肉雞生長性能、提高群體整齊度[12]	王春林等，2005
肉雞和火雞	降低體重變異系數[13]	Jackson等，2001
蛋雞	蛋料比下降6.27%，產蛋率上升5.27%，破蛋率下降13.5%[14]	張朝增等，1997
蛋雞	增加平均蛋重、提高產蛋量、延遲產蛋高峰下降[15]	Jackson等，1999
蛋雞	提高產蛋率，添加量0.03%時差異顯著（P<0.05）[16]	伍曉雄等，2000

3.2  改善豆粕的營養價值，提高日糧的能量利用

    豆粕是我國畜禽的主要蛋白質來源，但因其中含有大量抗營養因子（22.7%），能量利用率僅在50%～60%。β-甘露聚糖在豆粕中含量較高，研究表明，β-甘露聚糖對畜禽生長具有許多抑制作用；因而許多研究者嘗試在玉米-豆粕型日糧中添加β-甘露聚糖酶消除其不利影響，提高豆粕的能量利用率。王春林等（2005）報道，在玉米-豆粕為主的肉仔雞低能日糧中添加0.5 kg/T的甘露聚糖酶可達到與高能日糧中添加金霉素相當的增重效果和飼料報酬[12]。Mc Naughton(1998)在降能143kcal/kg的日糧中添加β-甘露聚糖酶，發現肉雞體增重高于對照組，料重比低于對照組，在降能（41kcal/kg）火雞日糧中添加β-甘露聚糖酶，發現體增重與對照組相當，料重比低于對照組（P<0.05）[17]。Petty等（2002）在降能100 kcal/kg的仔豬日糧中添加β-甘露聚糖酶，日增重高于對照組，料重比低于對照組[10]。Daskiran等（2004）的研究表明，高劑量β-甘露聚糖酶可提高日糧代謝能（P<0.05），干物質排泄量減少，提示β-甘露聚糖酶可以提高日糧養分的利用率[11]。Wu等（2005）在降能120 kcal/kg的蛋雞日糧中添加β-甘露聚糖酶，發現其飼料轉化效率與對照組相當，平均蛋重與對照組相比無顯著差異[18]。Jackson(1999)也發現，在降低蛋雞日糧能量后，通過添加β-甘露聚糖酶可達到與對照組相當的生產性能[15]。

3.3  促進動物健康

    Mathis(2000，2001)進行了兩個試驗，研究β-甘露聚糖酶對動物健康狀況的影響。試驗一在玉米-豆粕日糧中加藥和添加β-甘露聚糖酶，研究對肉雞生產性能和球蟲病變的影響，在8-21日齡對肉雞進行疾病攻擊，結果表明：感染球蟲使增重降低21%左右，飼料利用率降低18%左右，同時增高了死亡率，應用藥物使生產性能完全恢復到正常水平，加酶處理顯著改善感染雞生產性能，但未達到對照組水平。試驗二中基礎日糧不含大豆和β-甘露聚糖，接受疾病攻擊，研究加酶與加藥對動物生產性能的影響，結果表明：加藥和加酶均顯著改善肉雞體增重，降低料重比。以上結果表明：β-甘露聚糖酶可能通過非去除甘露聚糖的途徑改善肉雞健康狀況；β-甘露聚糖酶可有效阻斷細菌和寄生蟲對腸腔的侵襲[13]。

4  結語

    通過非淀粉多糖酶制劑來提高玉米-豆粕型日糧的飼用價值是近幾年飼用酶制劑行業的研究熱點。β-甘露聚糖酶在玉米-豆粕型日糧中的應用研究表明，其可通過降低消化道內容物粘度、破壞植物細胞壁結構、促進代謝激素分泌、提高動物免疫、調節腸道微生態平衡而達到增進動物健康和生產性能的效果。

    β-甘露聚糖酶在玉米-豆粕型日糧中的應用已初見成效，但目前在我國的應用并不普遍，極少有日糧中添加β-甘露聚糖酶。目前β-甘露聚糖酶生產較少，2006年我國才有關于β-甘露聚糖酶投產的報道；另外，目前的研究基本為單體β-甘露聚糖酶，未考慮到與其它酶制劑之間的互作效應，由于單體酶之間存在著協作效應，將其與其它單體酶復配可能起到更佳的生長效果。以上兩點限制了β-甘露聚糖酶在我國畜禽日糧中的普及。因此，還需綜合運用分子生物學、生物化學、酶工程學、加工工藝學等方法，開發出活性高、耐溫性能好、成本低、更符合養殖業要求的β-甘露聚糖酶，另外還需加強β-甘露聚糖酶應用的基礎研究，這樣才能更好的應用于我國畜牧業生產中。

mche2005

對于甘露聚糖酶，似乎飼料酶行業里有些爭論。推廣起來，難度比較大。飼料廠能否能夠接受一種飼料酶，不是靠概念、不是靠關系，而是靠實實在在的養殖效果和使用效益的。
有的飼料酶制劑行業的人自己都認為飼料酶制劑是一種安慰性添加劑的話，那真是滑天下之大稽。那還有繼續存在的價值和必要么？

子余

內容很全面，不知道能不能用到實際應用中。

tq8322

在飼料配方中一般加多少呢

sunlake

回復 1# 和興

sunlake 于 2009-12-29 17:10 補充以下內容

回復 1# 和興

sunlake

說明：對于甘露聚糖酶，似乎飼料酶行業里有些爭論。推廣起來，難度比較大。飼料廠能否能夠接受一種飼料酶，不是靠概念、不是靠關系，而是靠實實在在的養殖效果和使用效益的。& V- H" @/ f* Y5 \
有的飼料酶制劑行業的人自己都認為飼料酶制劑是一種安慰性添加劑的話，那真是滑天下之大稽。那還有繼續存在的價值和必要么？
和興 發表于 2008-11-20 08:06

1、單一一種酶類不能解決飼料原料復雜的底物結構！酶與底物是鑰匙與鎖的關系，沒有底物，無從談酶！不同底物，應用不同的酶！

2、所謂飼料酶制劑行業的人都認為飼料酶是安慰劑，不贊同這個觀點！持這個觀點的人只能是對酶沒有深刻的理解，或者是飼料酶制劑行業的業務人員而已！

3、酶制劑企業生產酶，再賣給飼料廠，飼料廠應用在飼料中，再賣給養殖戶！應用效果如何？存在什么問題？飼料廠問養殖戶，養殖戶有時候回答糊里糊涂！酶制劑公司問飼料廠，飼料廠也只能膚淺回答。這就是信息不對稱，所以最終導致酶的推廣的該進度緩慢！

4、成本的考慮、添加量的考慮，導致不少酶制劑企業迎合飼料廠消費者的心理，而不是根據飼料原料含有的底物的量添加酶制劑！

5、酶制劑行業里存在比心理！比誰是中國第一、亞洲第一、比誰的廣告多、比誰在展覽會的攤位大、比誰的發酵罐多、比誰的發酵罐大、比誰的營銷能力強！也就無從真正從技術層面上獲得提升。正如一位朋友說：“那些酶制劑公司的相關人員到我們公司來，一上來就標榜自己，說自己是亞洲第一、中國第一，我就回他一句，誰鑒定你是第一呢？是聯合國還是黨中央！我們要的是實實在在的效果！”

虛竹

請問版主，甘露聚糖酶的應用條件是什么呢，豆粕的添加量在達到什么量的情況下，才有使用意義

sxx50xumuren

1、單一一種酶類不能解決飼料原料復雜的底物結構！酶與底物是鑰匙與鎖的關系，沒有底物，無從談酶！不同 ...
sunlake 發表于 2009-12-29 17:24

    經典中的經典！

sxx50xumuren

回復 7# 虛竹


    豆粕15%以上時，替代10公斤油脂沒問題，豆粕15%以下時，適當替代油脂。可給我電話：13335197360

majj2006

雖然用了很長一段時間，但沒做對比試驗，心中沒底。。