非淀粉多糖酶

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)

馮定遠(yuǎn)中國農(nóng)科院畜牧所

汪儆非淀粉多糖酶作用機(jī)理及

影響因素研究進(jìn)展1飼用酶制劑是近年來研究和開發(fā)十分活躍的領(lǐng)域，基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)應(yīng)用都取得可喜的進(jìn)展。特別是飼用非淀粉多糖酶制劑的應(yīng)用研究。隨著非常規(guī)飼料原料的開發(fā)和非常規(guī)日糧的使用,非淀粉多糖酶制劑的應(yīng)用越來越普遍。2非淀粉多糖(NSP)非淀粉多糖（Non-starchPolysaccharides，NSP）是植物組織淀粉以外的所有碳水化合物的總稱。由纖維素、半纖維素、果膠和抗性淀粉四部分組成。前三者主要存在于細(xì)胞壁中，是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分；抗性淀粉則是加工過程中發(fā)生的美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物。3非淀粉多糖(NSP)包括不溶性非淀粉多糖（包括纖維素等）可溶性非淀粉多糖（包括可溶性阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖等）。阿拉伯木聚糖是五碳聚糖（戊聚糖）,β-葡聚糖和纖維素是六碳聚糖。具有抗?fàn)I養(yǎng)作用的主要是可溶性部分，稱為可溶性非淀粉多糖（SNSP）。4主要谷物及豆類中非淀粉多糖的類型及含量

（%，DM）（Choct,1997)總NSP不溶性NSP可溶性NSP主要的NSP小麥11.49.02.4戊聚糖大麥16.712.24.5葡聚糖黑小麥16.314.61.7戊聚糖玉米8.18.00.1纖維素等高粱4.84.60.2果膠，戊聚糖豆粕19.216.52.7半乳糖，果膠菜籽粕46.134.811.3果膠，戊聚糖豌豆34.732.22.5果膠，戊聚糖5阿拉伯木聚糖的結(jié)構(gòu)圖6非淀粉多糖(NSP)可溶性阿拉伯木聚糖由吡喃木糖殘基以β-1,4糖苷鍵連接，木糖某些殘基上的C-2或C-3上發(fā)生阿拉伯糖殘基的取代。阿拉伯糖的取代降低了主鏈化學(xué)鍵的作用力，從而具有水溶性和粘稠性。β-葡聚糖是一種部分可溶性的多糖。由β-1,4糖苷鍵和β-1,3糖苷鍵組成，β-1,4糖苷鍵構(gòu)成主鏈。β-1,3糖苷鍵的存在，使β-葡聚糖不同于纖維素，從而使其成為在水溶液中的粘性成分。7華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位作了

較系統(tǒng)的討論于旭華2001于旭華2004馮定遠(yuǎn)等1997馮定遠(yuǎn)等1998馮定遠(yuǎn)等2000馮定遠(yuǎn)和張瑩2000馮定遠(yuǎn)和吳新連2001沈水寶2002黃燕華20048華南農(nóng)業(yè)大學(xué)有關(guān)酶制劑

的研究課題1.外源酶制劑對仔豬消化酶分泌的影響（國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目）2.細(xì)菌和真菌來源木聚糖酶作用機(jī)理的研究（國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目）3.畜禽健康養(yǎng)殖生物調(diào)控新技術(shù)研究（廣東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目）4.生物活性物質(zhì)調(diào)控豬生長和內(nèi)分泌機(jī)能關(guān)鍵技術(shù)研究（科技部國家科技攻關(guān)計(jì)劃子項(xiàng)目）5.稻谷型飼料酶制劑的開發(fā)應(yīng)用（廣東省“千百十工程”人才基金項(xiàng)目）6.飼用酶制劑的應(yīng)用研究（廣東省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目）9華南農(nóng)業(yè)大學(xué)有關(guān)酶制劑研究的博士研究生1.沈水寶:外源酶制劑對仔豬消化酶分泌的影響2.于旭華:細(xì)菌和真菌來源木聚糖酶作用機(jī)理的研究3.黃燕華:不同來源纖維素酶作用機(jī)理和效果的研究10非淀粉多糖酶作用機(jī)理1降解可溶性非淀粉多糖，降低食糜粘性。2摧毀植物細(xì)胞壁，釋放細(xì)胞內(nèi)養(yǎng)分。3減少動(dòng)物腸道有害微生物增殖。4對消化系統(tǒng)發(fā)育的影響。5提高機(jī)體代謝水平，增強(qiáng)免疫力。11作用機(jī)理一:降低食糜的粘性水溶性NSP如β-葡聚糖等則通過網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成而吸收水分子，形成凝膠，從而改變了腸道的物理活性。不溶性NSP如纖維素等具有海綿一樣的吸收功能。NSP在消化道內(nèi)大量吸收水份而變得膨脹和粘稠。12NSP系水力與采食量1克可溶性NSP可以結(jié)合13.5克水分（Bourguin,etal1993）1克不可溶性NSP可以結(jié)合6.15克水分（Kirwan,etal1993）飼料系水力是影響采食量的主要因素，尤其是仔豬。13作用機(jī)理一:降低食糜的粘性木聚糖酶和β-葡聚糖酶則可以減低動(dòng)物腸道內(nèi)容物的粘度。增加飼料同消化酶的接觸機(jī)會(huì)，已消化養(yǎng)分向腸粘膜的擴(kuò)散速度也加快，提高了動(dòng)物對已消化養(yǎng)分的吸收。纖維素系水性很強(qiáng)，添加纖維素酶也可降低粘稠度，促進(jìn)內(nèi)源酶的擴(kuò)散，增加養(yǎng)分的消化吸收。14作用機(jī)理一:降低食糜的粘性纖維素酶制劑能改善飼養(yǎng)效果并不是非淀粉多糖被水解成單糖增加吸收，而是改變了腸道粘性增加養(yǎng)分?jǐn)U散速度的結(jié)果。三種纖維素酶的協(xié)同作用，能顯著降低非淀粉多糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用，提高植物性飼料養(yǎng)分利用率。15水溶性NSP使肉仔雞小腸

食糜粘度顯著增加16粘度升高的抗?fàn)I養(yǎng)作用①使溶質(zhì)的擴(kuò)散速度下降，明顯減慢營養(yǎng)物質(zhì)從日糧中的溶出速度。②使腸道機(jī)械混合內(nèi)容物的能力受阻。高粘度會(huì)使食糜中各組分混合不均，從而防礙食糜中的糖、氨基酸和脂肪酸向腸粘膜的移動(dòng)。降低了脂肪乳化所需要的混合作用。③粘稠的非淀粉多糖與腸道內(nèi)酶的結(jié)合從而阻止這些酶與其底物的反應(yīng)。腸道食糜中胰酶活性降低以及胰臟肥大就是因?yàn)槟c道食糜粘度升高的緣故。17非淀粉多糖的危害NSP表面活性NSP表面一般帶負(fù)電荷，并有弱的親水性與疏水性。它可以與腸道中飼料顆粒表面、脂類微團(tuán)表面及多糖—蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)合。

NSP與離子和小分子結(jié)合主要是螯合作用，影響營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。18可溶性非淀粉多糖降低消化率可溶性非淀粉多糖內(nèi)源性酶(淀粉酶，脂肪酶等)脂肪蛋白質(zhì)淀粉黏度微生物發(fā)酵19脂肪蛋白質(zhì)淀粉黏度木聚糖酶微生物發(fā)酵可溶性非淀粉多糖酶的作用5淀粉酶內(nèi)源酶脂肪酶脂肪酶脂肪酶蛋白酶蛋白酶20高小麥的日糧中（80%）使用木聚糖酶表觀氮校正代謝能提高4-7%。食糜的粘度由48.8CPS降至9.3-20CPS。21加酶對原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的降解不加酶時(shí)的狀況加酶時(shí)的狀況可利用成分可利用成分不可利用成分不可利用成分非淀粉多糖22作用機(jī)理二:摧毀植物細(xì)胞壁粘性不是唯一原因，非淀粉多糖作為一種物理屏障，在消化酶與日糧混合中的作用也是很明顯的，在非粘性日糧如玉米豆粕基礎(chǔ)日糧中的作用則更為重要。細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工處理，仍不能破壞其細(xì)胞壁的完整性，包埋在細(xì)胞壁內(nèi)的許多可消化營養(yǎng)物質(zhì)由于不能與消化酶接觸而不能被利用。23細(xì)胞壁lNSP淀粉顆粒樣品:小麥24植物性飼料細(xì)胞結(jié)構(gòu)在加酶前后的對比25摧毀細(xì)胞壁26作用機(jī)理三:減少腸道有害微生物增殖

當(dāng)日糧類型改變或者營養(yǎng)物質(zhì)的消化速度改變時(shí)，可以改變腸道內(nèi)微生物的種類和數(shù)量。非淀粉多糖的含量增加，宿主腸道的有害微生物則會(huì)增殖?？扇苄苑堑矸鄱嗵窃黾恿诵∧c內(nèi)微生物的增殖和發(fā)酵，非淀粉多糖酶后則克服了這個(gè)問題。27作用機(jī)理三:減少腸道有害微生物增殖高纖維日糧中添加纖維素酶可顯著減少盲腸內(nèi)容物大腸桿菌數(shù)，同時(shí)顯著增加了有益的乳酸桿菌數(shù)。非淀粉多糖分解后可能產(chǎn)生寡糖抑制后腸道有害細(xì)菌生長，減少腸道傳染病和降低腹瀉率。28非淀粉多糖的危害腸道滲透壓細(xì)菌繁殖率營養(yǎng)物質(zhì)通過腸道的速度包裹其他營養(yǎng)物質(zhì)影響吸收糞便稀軟腸道細(xì)菌非淀粉多糖水29作用機(jī)理四:對消化系統(tǒng)的影響

日糧中非淀粉多糖可以造成動(dòng)物消化器官代償性增生和肥大。纖維素酶使雛鵝小腸相對重量下降，并可顯著降低雛鵝直腸相對重量和生長肉鵝盲腸相對重量。改善小腸及盲腸腸道粘膜絨毛的發(fā)育，減輕或避免高纖維日糧對腸絨毛的損傷。木聚糖酶使肉雞空腸中段小腸絨毛由對照組的手指狀變?yōu)殚L舌狀，而且小腸絨毛較短。30作用機(jī)理五:提高代謝水平，增強(qiáng)免疫力

纖維素酶使肉鵝血液中胰島素、T3、T4、TSH水平提高，使胰高血糖素水平顯著降低。鵝血液中IGF-I水平有提高的趨勢，肌肉IGF－Ⅰ水平有提高的趨勢。阿拉伯木聚糖酶有提高黃羽肉雞血清中T4濃度的趨勢。非淀粉多糖分解后可能產(chǎn)生寡糖，活性寡糖作用于腸粘膜細(xì)胞受體，使機(jī)體的細(xì)胞免疫力明顯提高。如將豆粕中的甘露聚糖降解成甘露寡糖。31影響非淀粉多糖酶制劑應(yīng)用效果的因素

1日糧因素2動(dòng)物種類因素3動(dòng)物消化道內(nèi)環(huán)境因素4飼用酶制劑性質(zhì)因素5其它飼料添加劑的作用6加工和貯存的影響32影響因素1:日糧因素小麥和黑麥中主要的非淀粉多糖是阿拉伯木聚糖，小麥和黑麥日糧的非淀粉多糖酶制劑應(yīng)主要含木聚糖酶；大麥和燕麥中除了阿拉伯木聚糖外主要是β－葡聚糖，大麥和燕麥日糧的非淀粉多糖酶制劑則主要含β－葡聚糖酶及較少量的木聚糖酶。纖維素酶對不同纖維源的日糧作用有差異，不同纖維源日糧的改善程度也不同，添加纖維素酶對稻谷日糧總能代謝率的提高幅度大于草粉日糧。

33影響因素2:動(dòng)物種類因素非淀粉多糖酶對于豬的效果沒有家禽的明顯。豬腸道內(nèi)容物中水分含量高于家禽，而干物質(zhì)的含量（10%）低于家禽腸道內(nèi)容物干物質(zhì)的含量（20%），內(nèi)容物粘度比家禽的低。飼料在豬的胃中要停留4個(gè)小時(shí)以上，而在雞的胃中停留時(shí)間要短的多。由于雞在酸性環(huán)境的肌胃前還有嗉囔，酶制劑在嗉囔相對高的pH值環(huán)境中發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。

34影響因素3:消化道內(nèi)環(huán)境因素酶制劑發(fā)揮作用受到動(dòng)物體消化道環(huán)境的影響，而胃中較低的pH值可能對酶的活性有很大影響。木聚糖酶和β-葡聚糖酶在pH值2.5的條件下活性很低，在pH值3.5略有升高，各種酶的最高酶活在pH值為4.5或5.5。酶在經(jīng)歷了胃中較低的pH值又重新進(jìn)入小腸后，小腸中的pH值較適合酶發(fā)揮作用。低pH、胃蛋白酶和胰蛋白酶均可使外源酶活性降低。

35影響因素4:酶制劑性質(zhì)因素不同來源酶的特性是不同的，同一來源的酶，性質(zhì)也有所不同。由不同菌種產(chǎn)生的酶制劑，其發(fā)揮最大活性所需的底物和環(huán)境條件（pH值和溫度等）是不一樣的。

同一種發(fā)酵方法不同菌種來源的纖維素酶穩(wěn)定性不同，木霉來源比青霉來源好；同一真菌來源的纖維素酶，液體發(fā)酵的穩(wěn)定性更好。

36影響因素5:加工和貯存的影響

飼料加工中過高的溫度可能破壞飼料中添加酶的活性。除了極個(gè)別酶可以在90℃左右高溫保持結(jié)構(gòu)和功效的穩(wěn)定，大多數(shù)不具有耐受70℃以上高溫的性質(zhì)。沒有經(jīng)過特殊穩(wěn)定性處理的酶制劑很難經(jīng)受住制粒工藝而仍維持較高的活力。37提高酶制劑高溫的耐受性的途徑一是可通過基因技術(shù)篩選耐高溫的菌株，嗜熱菌產(chǎn)耐熱木聚糖酶基因在常溫菌中的克隆和表達(dá)為耐熱木聚糖酶的開發(fā)和利用提供了廣闊的前景。二是采用產(chǎn)品的物理處理如包埋等技術(shù)，酶制劑可以通過一些物理處理提高對高溫的耐受性，主要包括添加載體對原酶進(jìn)行吸附，另外利用疏水的物質(zhì)對原酶進(jìn)行包被。三是采用液體酶制劑在飼料制粒后的顆粒表面噴涂技術(shù)，也可以減少酶制劑在飼料加工調(diào)質(zhì)過程中活性的損失。38酶制劑的耐高溫性能1.降低制粒溫度，使之降低到一般酶所能耐受的溫度:75℃～85℃。2.

用常規(guī)菌株篩選或基因工程的方法，使生產(chǎn)菌株產(chǎn)生耐受85℃以上溫度的酶。