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        甘露聚糖酶的研究與應用

        2017-08-02

            飼用β-甘露聚糖酶的研究及應用 
               β-甘露聚糖酶(β-1,4-D-mannanmannohydrolase,EC3.2.1.78)是一種能降解甘露聚糖、葡萄甘露聚糖和半乳甘露聚糖主鏈的水解酶,屬于半纖維素酶類。β-甘露聚糖酶是最重要的飼用酶制劑之一,是對玉米、豆粕型日糧非常有效的飼用酶制劑。畜禽和魚類的消化酶系不含甘露聚糖酶,添加β-甘露聚糖酶主要有促進動物生長,控制、預防動物疾病,提高動物的飼料轉化效率,降低腸道內容物的黏稠度,減少糞便排泄,減輕環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謝的天然產物,是“綠色”添加劑。
                           
              1.β-甘露聚糖酶的來源
              β-甘露聚糖酶的來源較廣泛,包括細菌、真菌、放線菌、植物以及軟體動物等。其中,微生物是產生β-甘露聚糖酶的主要來源。細菌中的芽孢桿菌、假單胞菌、弧菌,真菌的曲霉、木霉、酵母、青霉、多孔菌、核盤菌和放線菌中的鏈霉菌都是產生β-甘露聚糖酶的常見類群。
                           
              2.β-甘露聚糖酶的理化性質
              不同微生物產生的β-甘露聚糖酶的組分數、相對分子質量、等電點、酶學特性、底物專一性等都有一些差異。芽孢桿菌來源的β-甘露聚糖酶的一般等電點(pI)為4.0-5.5,最適反應pH值為5.5-7.0,最適反應溫度為55-75℃,耐熱性較強。真菌來源的β-甘露聚糖酶pI一般為4.0-5.0,最適pH值為4.5-5.5,最適反應溫度為50-70℃。相對細菌而言,真菌來源的β-甘露聚糖酶的pH值穩定性和最適反應pH值都偏低,耐熱性也比芽孢桿菌弱。植物細胞產生的β-甘露聚糖酶最適反應溫度和耐熱性比細菌和真菌低,最適反應pH值為4.5-5.5,略顯酸性。
                           
              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異甘露聚糖,其中的異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。不同來源的β-甘露聚糖酶對不同底物的作用方式和作用產物不同。甘露聚糖酶水解底物的方式和深度主要與半乳糖殘基和葡萄糖殘基在主鏈中的位置、含量及酯?;某潭扔嘘P,同時底物本身的物理狀態也會影響酶對底物的作用,比如結晶狀態的甘露聚糖不易被降解。另外,不同來源的β-甘露聚糖酶對底物的要求也不同。甘露聚糖經β-甘露聚糖酶作用后,主要產物是寡聚糖(一般2-10個殘基),產物聚合度的大小與酶和底物的來源有關,但相對而言,很少或幾乎不產生單糖(甘露糖)。
                           
               4.β-甘露聚糖酶的作用機理
               4.1提高飼料轉化率
               β-甘露聚糖是植物細胞壁的成分之一,它與其他非淀粉多糖圍繞或縛住細胞中氧分(蛋白質、淀粉和脂肪等),動物的內源性消化酶難于消化這些細胞壁成分,從而降低了日糧的養分利用率。β-甘露聚糖酶水解β-甘露聚糖高分子中的β-1,4糖苷鍵,使之降解為低分子,失去親水性和黏性,降低腸道內容物的黏度,從而有利于消化酶與營養物質的混合,減少膽酸的排出。
              4.2改善腸道微生態環境,提高動物免疫功能
              β-甘露聚糖酶降解β-甘露聚糖為甘露寡糖(MOS),甘露寡糖能選擇性促進動物腸道有益菌,如雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌等大量增殖,使其在胃腸道中形成微生態競爭優勢,直接抑制外源菌和腸內固有腐敗菌的生長繁殖,從而發揮正常腸道菌群在屏障、營養和免疫上的正常功能;其次,甘露寡糖能阻礙細菌表面外源凝集素與腸黏膜上皮細胞特異性的糖分子結合,而阻止病原菌在胃腸道的黏結和定植,使其最終隨糞便排出體外。
               4.3促進消化酶的分泌
               浙江大學王惠康(2005)的研究發現β-甘露聚糖酶顯著提高了肉仔雞十二指腸內容物消化酶(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促進生長激素分泌,提高生長速度和瘦肉率
               美國學者研究發現,在肉雞受到應激時β-甘露聚糖酶顯著提高類胰島素生長因子IGF-I和IGFII水平。IGF-I作用于生長組織,刺激細胞對氨基酸的利用從而促進蛋白質的合成,抑制蛋白質的分解,最終導致蛋白質的凈增長。王惠康(2005)報道β-甘露聚糖酶可提高肉仔雞胸肌率7.82%,降低腹脂率8.69%。
                           
               5.β-甘露聚糖酶在動物生產中的應用
               5.1提高玉米豆粕日糧能量利用率,降低飼料成本
               近年來研究表明,β-甘露聚糖酶能改善玉米豆粕日糧100-150kcal/kg ME水平,對肉雞而言相當于每噸飼料中10-18kg油脂的添加量。國外的一些試驗測定了玉米豆粕型肉雞、豬日糧能量利用率的影響,β-甘露聚糖酶可提高能量利用率,與飼料轉化率和生長速度得到改善所證實一樣。酶添加補償了肉雞的143kcal/kgME和豬的100kcal/kgME的能量減少(Mc-Naughton,1995,Petty等,2001)。
              5.2改善畜禽生長性能
              Pettey等(2002)報道,日糧中添加β-甘露聚糖酶可以提高仔豬和生長肥育豬的瘦肉率,提高生長性能。Jackson(2004)報道,每噸日糧中添加0.5kgβ-甘露聚糖酶可以提高肉雞增重和飼料轉化率。王春林等(2003)報道,以玉米-豆粕為主的低能日糧中添加0.5kg/tβ-甘露聚糖酶和美酵素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。黃小文等(2003)報道,大豬日糧中分別添加1000U/g和2000U/g甘露聚糖酶比對照組平均日增重分別提高6.22%和12.99%。
               5.3改善家禽產蛋性能
               Jackson等(1999)報道,日糧中添加β-甘露聚糖酶可以增加商品蛋雞產蛋早期的平均蛋重,提高產蛋量,明顯延遲產蛋高峰的急劇下降。伍曉雄等(2000)報道,日糧中添加β-甘露聚糖酶能顯著提高蛋雞的產蛋率,添加量在0.03%就可達到顯著水準。寧中華等(2004)報道,在節糧小型蛋雞生產中使用和美酵素代替油脂,可以在非適宜季節提高雞群的生產性能,飼料中的添加量控制在0.04%-0.05%,不僅比加油成本低,而且產蛋率有明顯的提高。
               5.4提高家禽的體質量均勻度
               王春林等(2003)報道,低能量飼料添加和美酵素組的體質量均勻度比高能量飼料添加和美酵素組提高了12.65%。李國勝等報道,試驗組(基礎日糧中添加0.05%β-甘露聚糖酶)體質量變異系數為10%,對照組(基礎日糧)體質量的變異系數為14%。
               5.5改善畜禽健康狀況,提高抗病力
                Mathis(2001)研究了β-甘露聚糖酶對肉雞人工感染球蟲和產氣莢膜梭菌的影響,發現β-甘露聚糖酶改善了感染雞的生產性能降低了感染雞的死亡率,具有抗球蟲的作用。在不含甘露聚糖的日糧中也有類似的作用,說明β-甘露聚糖酶不僅僅是通過去除甘露聚糖而作用,β-甘露聚糖酶本身也能保護腸道粘膜,促進動物健康。王春林等(2003)也發現,日糧中添加β-甘露聚糖酶可提高雞的抗病力,改善肉用雞的健康狀況,β-甘露聚糖酶對雞成活率的提高比金霉素效果要好。

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