非淀粉多糖酶在玉米_豆粕型日粮中的应用
2007年第4期中国饲料
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非淀粉多糖酶在玉米-豆粕型日粮中的应用
湖南农业大学动物科技学院动物营养学国家重点实验室(北京)
蒋小红张宏福
高凤仙
[摘要]本文综述了玉米-豆粕型日粮的非淀粉多糖(NSP)种类与含量,在玉米-豆粕型日粮中添加非淀粉多糖酶的理论依据以及非淀粉多糖酶对玉米-豆粕日粮养分消化率和畜禽生产性能的影响。大多数的研究结果表明,在玉米-豆粕型日粮中添加酶能不同程度地提高养分消化率和畜禽生产性能。
[关键词]非淀粉多糖酶;玉米-豆粕型日粮[中图分类号]S816.7
[文献标识码]A
[文章编号]1004-3314(2007)04-0005-03
[Abstract]Thispaperreviewedthespeciesandcontentofnon-starchpolysaccharide(NSP)incorn-soybeanmealdi-thetheoryoftheNSPenzymesaddedintothecorn-soybeanmealdiets,andtheeffectsonnutrientdigestibilityandan-et,
imalperformance.MostoftheresearchshowedthattheNSPenzymescouldimprovethenutrientdigestibilityandanimalgrowthperformanceinsomeextents.
corn-soybeanmealdiets[Keywords]non-starchpolysaccharideenzymes;
我国畜禽日粮是以玉米、豆粕及其他饼粕饲
料为主,玉米是家禽日粮中能量的主要来源,其用量接近70%,豆粕是家禽日粮中蛋白质的主要来源。因此,了解玉米-豆粕型日粮中的非淀粉多糖(NSP)含量、类型及非淀粉多糖酶的作用机制和非淀粉多糖酶在畜禽玉米-豆粕型日粮中的应用研究状况,有利于进一步提高玉米-豆粕型日粮的养分利用率。本文总结了在日粮中添加非淀粉多糖酶的理论基础以及不同非淀粉多糖酶对畜禽生产性能的影响,以期为非淀粉多糖酶在我国饲料业及养殖业中进一步推广应用提供科学依据。1玉米-豆粕型日粮的抗营养因子及非淀粉多糖的种类和含量
玉米在所有谷物中能值最高,是动物最主要的能量来源。通常都认为玉米消化率高,其淀粉消化率可达98%。且样品间差异性很小,玉米中戊聚糖(4.9%)和纤维素(2.6%)是影响玉米消化率的主要抗营养因子。
豆粕是饲料生产中应用最多的植物蛋白质源。由于大豆品种、栽培及加工条件的不同,其养分和抗营养因子含量会有较大差异。豆类植物的抗营养因子主要有蛋白酶抑制剂、植物凝集素、单
宁、低聚糖、皂甙、生物碱、非淀粉多糖(如阿拉伯
-葡聚糖等),此外还包括α-半乳木聚糖、果胶、β糖苷系列的寡糖(安永义,1996)。豆粕中约7%的
α-半乳糖苷具有良好的热稳定性。添加适宜的酶制剂将所有这些半乳糖苷水解,豆粕的代谢能值会增加约250kcal(0.07×3600kcal葡萄糖),即如果每千克日粮的代谢能值含量为3000kcal,则总能量含量的增加为8.0%以上。玉米、大豆中NSP的含量及组成见表1。
表1玉米及大豆中NSP的含量及组成g/kgDM
饲料原料玉米大豆
总NSP90156
阿拉伯糖1820
葡萄糖半乳糖甘露糖3042
543
1414
木糖2511
糖醛酸-26
可溶NSP13-
不溶NSP77-
注:资料来源Englyst(1989)
。
2玉米-豆粕型日粮添加非淀粉多糖酶的理论依据
2.1细胞壁中的非淀粉多糖是影响玉米-豆粕型日粮养分消化率的一个重要因素玉米、豆粕等植物性饲料中的纤维素、半纤维素和果胶等非淀粉多糖交织在一起形成结构复杂的细胞壁,阻碍内源消化酶与细胞壁内养分的结合,降低养分消
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化率。Parker等(1998)研究发现,利用膨化技术破坏玉米细胞壁结构后有利于细胞壁内蛋白质和淀粉与消化酶结合,提高其消化率。这说明植物细胞壁在玉米-豆粕型日粮中具有抗营养作用。Tervila等(1996)报道,在麦类日粮中添加非淀粉多糖酶能够破坏细胞壁结构,使细胞壁内养分释放出来。与麦类饲料相比,玉米、豆粕中非淀粉多糖含量相对较低,但细胞壁结构仍是影响畜禽对玉米-豆粕日粮养分利用的重要因素。2.2豆粕中α-半乳糖苷的抗营养作用α-半乳糖苷是由一个蔗糖单位(果糖-葡萄糖)与多个半乳糖单位,以α-1,6糖苷键连接而成的长短不同的一类物质,如棉籽糖、水苏糖、毛蕊花糖等,根据所含半乳糖单位的数目不同而名称各异。Gitzel-mann等(1965)报道,单胃动物消化道内不能分泌水解这类低聚糖的酶,只有经过消化道微生物发酵后,家禽才能利用这些寡聚糖作为能量来源。α-半乳糖苷一方面可增加小肠内容物的持水力和渗透性,从而降低豆粕的真代谢能值,增加食糜的流通速度,影响营养物质的消化吸收;另一方面可在消化道后段被厌氧菌所代谢,产生二氧化碳、氢气及少量的甲烷,引起动物消化不良、腹胀和腹泻等。3
玉米-豆粕型日粮中添加非淀粉多糖酶的种类及其应用效果
饲料中的非淀粉多糖本身不能为动物体内酶类水解提供营养物质,而且其中可溶性的非淀粉多糖可以使消化道中食糜的黏稠度增加,减少了消化酶与食糜的接触机会,同时,已消化养分向肠黏膜的扩散速度减慢,这样就使饲料中各种营养成分的消化率和吸收率都有所降低。饲料中加入非淀粉多糖酶后,一方面可以切割饲料中可溶性非淀粉多糖,降低非淀粉多糖的抗营养特性;另一方面亦可破坏植物细胞壁,使其中营养成分释放出来,从而提高饲料中营养成分的消化率。
3.1木聚糖酶和β-葡聚糖酶玉米-大豆细胞壁和麦类籽实细胞壁一样,主要由非淀粉多糖(包括阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、纤维糖、果胶等)、蛋白质和矿物质组成,这些物质通过氢键或共价键相互交联结合,共同构成细胞壁,支持和保护细胞内容物。木聚糖酶和β-葡聚糖酶通常作为破坏细
胞壁、释放细胞壁内养分的首选酶。Pack和
Bedford(1997)在玉米-豆粕型日粮中添加以木聚糖酶和β-葡聚糖酶为主的复合酶提高了肉仔鸡的采食量、增重和成活率,降低了料重比。冯定远等(1997)报道,在玉米-豆粕-麸皮日粮中加入含有木聚糖酶和β-葡聚糖酶为主的酶制剂,明显提高了日粮营养物质的消化率,其中粗纤维、粗蛋白16.5%质和干物质的消化率分别提高了48.9%、和11.3%。Zanella等(1999)指出,低能量玉米-豆粕日粮中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶后,粗蛋白质消化率提高了2.9%,15种氨基酸的消化率都有不同程度的提高,其中5种显著提高(P<0.05)。徐建雄等(2001)报道,含有木聚糖酶和β-葡聚糖酶的非淀粉多糖酶制剂能有效提高饲喂玉米-豆粕型日粮仔猪生长早期营养物质的消化率,如添加NSP酶后仔猪粗蛋白质和有机物消化率显著提高(P<0.01),蛋白质消化率提高15.40%,有机物消化率提高9.67%。Wyatt和Moran(1999)报道,在玉米-豆粕日粮中添加含有木聚糖酶和β-葡聚糖酶的复合酶,提高了肉仔鸡回肠内淀粉和脂肪的消化率,降低了不同玉米品种代谢能值的差异。这说明利用木聚糖酶和β-葡聚糖酶可水解细胞壁中的阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖,破坏细胞壁结构、释放营养物质。豆粕细胞壁中的蛋白质和阿拉伯木聚糖之间的化学键很牢固,很难被消化,加入木聚糖酶,促进豆粕细胞壁裂解,使其中的蛋白质释放出来,这一部分蛋白质就可得到消化和利用,进而提高玉米-豆粕日粮养分消化率,改善畜禽生产性能。3.2β-甘露聚糖酶Jackson等(1999)报道,β-甘露聚糖及其衍生物是豆科植物细胞壁固有的组分之一,β-甘露聚糖及其衍生物在豆科植物中的含量为1.3%~1.6%。饲料中含有β-甘露聚糖时,可以降低猪对葡萄糖和水的吸收,当饲料中以豆科植物为主要的蛋白质来源时,Ward和Fodge(1996)在饲料中添加β-甘露聚糖酶可以提高猪和肉鸡的饲料转化率和生产性能。McNaughton(1998)在肉鸡低能量饲料中添加β-甘露聚糖酶,可以将玉米-豆粕型日粮的代谢能提高0.59774MJ/kg日粮,生长速度和饲料转化率都提高3%,其生产性能要略高于高能而未添加β-甘露聚糖酶的日粮组。非淀粉多糖酶具有消除抗营养因子
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作用,如在玉米-豆粕日粮中添加β-甘露聚糖酶可水解β-甘露聚糖,消除其抗营养作用,提高肉仔鸡和产蛋鸡对饲料能量的利用率、增重和产蛋性能。Ward和Fodge(1996)报道,添加β-甘露聚糖酶肉仔鸡死亡率也有所下降。3.3
纤维素酶
黄健(1998)报道,在仔猪玉米-
豆粕日粮中添加纤维素酶可显著提高仔猪的增重。陈晓春和陈代文(2005)和饲料转化率(P<0.01)
报道,在肉鸡玉米-豆粕日粮中添加纤维素酶可提高饲料表观消化率、蛋白质利用率、能量利用率和代谢能值。
3.4果胶酶果胶主要是由D-半乳糖醛酸以α-1.4糖苷键相连形成的直链高分子化合物,是NSP的成分之一。豆粕中含有10%~14%的果胶,果胶具有极高的黏性。这些黏性多糖不但抑制营养物质的消化和吸收,而且还能和肠道分泌的消化酶结合,降低消化酶活性,甚至引起肠黏膜形态功能的变化。由于动物体内缺乏降解果胶的酶类,因而果胶被认为是动物饲料中的抗营养因子。Patel和Pubols(1981)研究表明,果胶酶能防止果胶类物质引起的仔鸡生产性能下降,并且增加了肝脏和血清胆固醇的浓度。Cowan(1999)试验表明,在等能量不同赖氨酸水平的肉鸡玉米-豆粕型日粮中添加果胶酶,均可改善肉鸡的生产性能。王春林等(2004)的试验表明,添加果胶酶能显著提高21日龄肉仔鸡的平均日增重和采食量,但对后期的生产性能的影响不显著。4展望
非淀粉多糖酶制剂是以多种糖苷酶为主体的新型生物制品,它可以通过消除饲料中非淀粉多糖的抗营养作用,提高动物对饲料中养分的利用率,提高畜禽的生产性能。目前研究主要集中于非淀粉多糖酶对动物生产性能的影响,涉及其作用机理的研究很少。今后可以从以下几方面开展:1)非淀粉多糖酶制剂的机制目前尚不十分清楚,需对现行饲料加工条件下的玉米-豆粕型日粮中抗营养物质的种类、含量、结构和性质进行深入研究,确定添加酶的种类和剂量,实现真正意义上的酶与底物之间的吻合。2)对各种酶在玉米-豆粕日粮中的协同作用进行系统研究,提高复合酶的应用效果。3)非淀粉多糖酶制剂的添加必须不影响动物自身消化酶系统的分泌和活性的发挥,这
可通过选择分子结构的底物特异性不同的酶来避
4)应注意非淀粉多糖酶制剂的稳定性,能够耐免。
受动物消化道环境和饲料加工的不利作用。解决好这些问题,将使非淀粉多糖酶在玉米-豆粕日粮中的应用效果得到更充分的发挥。
参考文献
[1]安永义.饲用酶制剂的选择[J].禽业科技,1996,12(6):3~5.
[2]陈晓春,陈代文.纤维素酶对肉鸡生产性能和营养物质消化利用率的影响[J].饲料研究,2005,11:7~9.
[3]冯定远,张莹,余石英,等.含有木聚糖酶和β-葡聚糖酶的酶制剂对猪日粮消化性能的影响[J].饲料博览,1997,(96):5~7.
[4]黄健.酶制剂及其互作对早期断奶仔猪生产性能的影响[J].中国饲料,1998,20:9~11.
[5]王春林,陆文清,李德发.果胶酶对肉仔鸡生长性能及屠体性状的影响[J].中国畜牧杂志,2004,40(2):19~21.
[6]徐建雄,崔立,陈鲁勇.非淀粉多糖酶对仔猪早期生产性能和消化性能的影响[J].动物营养学报,2001,13(3):56~59.
[7]CowanWD.Theinfluenceofmulti-componentpectinaseenzymesonenergyandaminoacidavailityinvegetableproteins[A].AustralianPoultryScienceSymposiumVolumeNo11[C].UniversityofSydnety,Sydney,NSW,1999.85~88.
[8]EnglystHN.Classificationandmeasurementofplantpolysaccharides[J].AnimFeedSciTech,1989,23:27~42.
[9]GitzelemannR.Thehandingofsoyalpha-galactosidasebyanormalandgalactosemicchild[J].Pediatrics,1965,36:231.
[10]JacksonME,FodgeD,HsiaoHY.Effectsofβ-mannanaseadditiontocorn-soybeanmealdietsonlayinghenperformance[J].PoultScience,1999,78:1737~1741.
[11]McNaughtonJL.Corn-soy-fatdietsforbroilers,β-mannaseandimprovedfeedconversion[J].PoultSci,1998,77(suppl.1):153.
[12]PackM,BedfordM.Feedenzymeforcorn-beanbroilerdiets[J].WorldPoutry,1997,13(9):87~93.
[13]ParkerML,GrantA,RigbyNM.Effectofpoppingontheendospermcellwallsofsorghumandmaize[J].JournalofCerealScience,1998,30:209~216.
[14]PatelMBJ,PubolsMH.Effectofdietarycerealgrain,citruspectin,andguargumonliverfatinlayinghensandyoungchicks[J].PoultSci,1981,60:631~636.
[15]TervilaWA,ParkkonenT,MorganA.InvitrodigestionofwheatmicrostructurewithxylanaseandxylanaseandcellulosefromTrichodermareesei[J].JournalofcerealScience,1996,24(3):215~225.
[16]WardNE,FodgeDW.Ingredientstocounterantinutritionalfactors:soybean-basedfeedsneedenzymestoo[J].FeedMannage,1996,47(10):13~18.
[17]WyattCL,MoranMR.Roleofenzymesinreducingvari-abilityinnutritivevalueofmaizeusingtheilealdigestibilitymethod[A].AustralianPoultryScienceSymposiumVolumeNo.11[C].UniversityofSydney,Sydeey,NSW,1999.108~111.
[18]ZanellaI,SakomuraNK,SilversidesFG,etal.Effectofenzymesupplementationofbroilerdietsbasedoncornandsoybeans[J].PoultryScience,1999,78:561~568.
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