饲用酶制剂可改善动物肠道健康

摘 要： 酶制剂作为一类高效、无毒副作用和环保型的“绿色”添加剂倍受关注，添加外源性酶制剂可提高营养物质的消化率，同时日粮中添加外源性酶制剂还伴随有肠道菌群发生变化。本文从外源性酶制剂（不包括植酸酶）与肠道微生物菌群的相互作用机制，说明外源性酶制剂对改善动物肠道的健康有重要作用。
　　关键词： 外源性酶制剂 改善 动物肠道 健康
　　由于饲料工业的迅猛发展，饲料资源短缺也已成为严重的阻碍因素之一，解决这些问题的有效途径要寻求既能排除抗生素、生长激素的弊端，又能提高饲料原料的消化利用率的替代品。酶制剂以其独特的生物学功能和天然绿色倍受关注。酶是活细胞所产生的一类具有特殊催化能力的蛋白质，促进生物化学反应的高效物质。酶广泛存在于所有生物体内，尤其是细菌、真菌等微生物是各种酶制剂的主要来源，将生物体内产生的酶经过加工后的产品，就是酶制剂。饲用酶制剂既能提高饲料的消化率和利用率，提高禽畜及鱼类的生产性能，又能减少禽畜排泄物中的氮、磷的排泄量，保护水体和土壤免受污染。
　　根据饲用酶制剂所含的酶种大致也可分为2类：（1）畜禽消化道可以合成和分泌，但因某种原因需要补充和强化的酶种，称为消化性酶，如淀粉酶、蛋白酶等；（2）动物通常不能合成与分泌，但饲料中又有其相应底物存在（多为抗营养因子），而需要添加的酶种，称为非消化性酶，如木聚糖酶、果胶酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶等。加外源性酶制剂可提高营养物质的消化率，同时日粮中添加外源性酶制剂还伴随有肠道菌群发生变化，显著改善动物肠道健康的作用。有的学者对酶制剂改善动物肠道健康的效果作出了初步的解释，认为酶制剂消除了黏性很强的可溶性非淀粉多糖的抗营养作用，降低了动物肠道食糜的黏度，改变了有害微生物滋生的环境，改善了动物肠道的健康。
　　本文从外源性酶制剂（不包括植酸酶）与肠道微生物菌群的相互作用机制，说明外源性酶制剂是如何改善动物肠道健康的。日粮中添加了木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、半乳糖苷酶、β-甘露聚糖酶、淀粉酶等酶制剂后，可以将高黏度的可溶性非淀粉多糖（snsp）降解成多糖片断或寡糖（木寡糖、β-葡聚寡糖、水苏糖、甘露寡糖、异麦芽寡糖），这些多糖片断和寡糖是长链碳水化合物水解的中间产物或终产物，促进动物后肠有益菌的增殖，某些寡糖具有抗原性，可直接刺激动物体免疫应答反应。
　　1 木聚糖酶
　　木聚糖是由1,4-β-D-木糖苷键连接起来并带有多种取代基的多聚糖。它的含量相当丰富，是一种巨大的生物资源，是麦类饲料中的主要抗营养因子，而木聚糖酶则是降解该物质的最主要酶之一。阿拉伯木聚糖是小麦、麸皮等饲料中的主要抗营养因子，阿拉伯木聚糖主要由戊糖（阿拉伯糖和木糖）组成，因此，俗称戊聚糖。木聚糖分子经过内切β-1,4-木聚糖酶（1,4-β-D-木聚糖水解酶，EC3.2.l.8）水解后的主要产物是木寡糖和木糖，木糖经过转化，进入葡萄糖代谢途径，为动物提供能量，成为可以利用的物质，而木寡糖是具有高效益生作用的化学益生素。低聚木糖是由2~7个以1,4-β-D-木糖苷键结合而构成的低聚糖，其中以木二糖和木三糖为主。低聚木糖是功能性低聚糖中功效最突出的一类非降解寡糖，能极显著地促进人或动物肠道内双歧杆菌的增殖，从而抑制肠道内腐败菌的生长并减少有毒发酵产物的形成，与其他低聚糖相比，低聚木糖的另一突出特点是稳定性好。5%的木寡糖水溶液在pH 2.5-8.0 的范围内，煮沸1h无变化；1%木寡糖的水溶液在pH 2.5~7.0范围内，分别于5℃、20℃、37℃温度下贮存3个月，没有发生明显的变化。因此，胃液、胰液、唾液等几乎都不能分解木寡糖，在广域的胃肠道消化酶系活跃的温度、pH 范围非常稳定。木寡糖不但稳定性好，而且还具有降低水分活度的作用，其对水分活度的影响与葡萄糖相近，低于麦芽糖和蔗糖。木寡糖具有改善大便的功能，生长肥育猪和母猪摄入木寡糖后增加了大便中的水分，防止便秘的出现。木寡糖的益生效率很高，很小的摄入量就能够改善动物的肠道健康，人的有效摄入量是0.7~1.4 g/d。余世袁（2003）经过蛋鸡试验表明，100~200 g/t 的添加量，产蛋率提高5%~7%，鸡蛋中的胆固醇含量下降30%~60%，死亡率下降6%，木寡糖在鸭、猪、 水产养殖中也取得了显著的效果。
　　2 β-葡聚糖酶
　　β-葡聚糖是自然合成的多聚糖，是由右旋葡萄糖以β-构型连接的多聚物，往往通过β-（1→3）、（1→4）糖苷键线性连接形成，即通常所说的混合链β-葡聚糖，可溶性β-葡聚糖是大麦日粮产生黏性的主要原因。β-葡聚糖酶属于水解酶类，主要包括内切β-1,3 葡聚糖酶、内切β-1,4 葡聚糖酶和外切β-1,3 葡聚糖酶、外切β-1,4 葡聚糖酶， 饲料中应用的β-葡聚糖酶主要是内切酶，β-l,3/β-1,6 糖苷键构成的葡聚糖酶才具有较大的生理活性，而α-葡聚糖形成的是带状结构，几乎没有免疫调节活性。对水解谷物中的β-葡聚糖具有重要的作用。suzuki等（1990）报道，从酵母细胞壁提取的β-葡聚糖酶可以刺激非特异性免疫反应。schoenherr等（1995）也有β-葡聚糖酶提高仔猪生长性能的报道。drytz等（1995）实验表明，哺乳猪日粮中添加β-葡聚糖酶后降低了炎症反应，提高了生长性能。细胞产生的细胞因子，依次刺激T细胞和B淋巴细胞，使它们的抗体生成能力得到改善，进而提高抗体对细菌和病毒的抵抗力，这就是β-l,3/β-1,6-葡聚糖酶不但能够增强机体的非特异性防御屏障，而且能提高机体对环境中的病原微生物的特异性抵抗力，还能使抑菌效力加强的原因。
　　3 纤维素酶
　　纤维素酶将纤维素降解为葡萄糖。现在，对于纤维素酶在纤维素水解过程中的作用，已有了相当详细的了解。由于人和哺乳动物消化道内没有断裂β-l,4-葡萄糖苷键的纤维素酶，不能消化植物纤维素等营养物质，所以在外源纤维素酶协同作用下，可破坏富含纤维的细胞壁，一方面使其包含的蛋白质、淀粉等营养物质释放出来并加以利用，又可将纤维降解为可被畜禽机体消化吸收的葡萄糖，从而提高 饲料中蛋白质、脂肪，淀粉、粗纤维和矿物质等的消化利用率。同时，降低了动物黏稠的胃肠道内容物的粘度引起有害微生物的滋生，维持了小肠绒毛形态完整，促进营养物质吸收。α-半乳糖苷键是饲料中果胶质的主要价键形式。果胶（pectin）不存在于谷物籽实中，主要存在于豆类植物的胞间层和初生细胞壁中，果胶在植物的细胞组织中起着“粘合”的作用。
　　4 果胶酶
　　果胶酶与纤维素酶相类似，是一类复合酶，包含多种组分，α-半乳糖苷酶，是果胶酶系中最主要的一种。该酶的作用对象是具有α-D-半乳糖苷结构的碳水化合物，在豆粕、棉籽粕日粮中添加α-半乳糖苷酶，水解日粮中高水平的α-半乳聚糖，使其抗营养作用降至最低。单胃动物的肠黏膜中缺乏此酶，因此在胃和小肠中不能消化这些寡糖，不能被小肠壁吸收进入血液。但是它们能作用于动物消化道中的微生物，从而间接地对动物产生双重性的作用，即过量半乳寡糖-抗营养作用，适量半乳寡糖-益生作用。半乳寡糖的益生作用主要与动物肠道内双歧杆菌有关，适量的半乳寡糖能使肠道内双歧杆菌充分生长，而抑制产气荚膜杆菌和其他梭状泡杆菌等有害菌生长。β-甘露聚糖是豆科植物细胞壁的重要组成成份，根据加工方法不同，饲料常用的豆科植物蛋白原料都含有一定量的β-甘露聚糖，任何以植物蛋白为主的饲料中都含有一定量的β-甘露聚糖。甘露寡糖通过lectin（巨噬细胞表面上的一种特殊蛋白质）受体的特异性结合作用，与动物体内病源菌结合，病源菌因不利用甘露寡糖而失去能量来源，最终死亡被排除体外，笔者称之为甘露寡糖对病源菌的抑制作用。但是这种抑制作用只是对大肠杆菌或沙门氏菌中的某些次级种类有效，而不是对全部的大肠杆菌或沙门氏菌有效。
　　5 淀粉酶
　　淀粉酶是能够分解淀粉和糖原的一类酶的总称，由于不同淀粉酶的的来源不同，作用方式比较复杂，和不同的淀粉酶协同作用，产物不同。单胃动物自身分泌淀粉酶等内源性消化酶，但是幼年动物的消化机能发育不完全，消化酶分泌不足，仔猪胰腺分泌的水解α-1,4 糖苷键的淀粉酶在出生后28日龄才能升至最高点，在幼龄畜禽日龄中添加外源淀粉酶，不但能够补充内源酶的不足，而且能够激活内源酶的分泌，因而有利于动物对淀粉的消化和利用。淀粉在动物内源酶和外源酶的水解作用下，终产物和中间产物包括葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖、异麦芽三糖、异麦芽四糖、异麦芽五糖、潘糖、带有α-1,6 糖苷键的小分子糊精、带有α-1,6 糖苷键的低聚糖，其中很多中间产物是具有益生作用的低聚寡糖，所以在淀粉被动物消化的同时，淀粉代谢的中间产物-低聚寡糖的益生作用就产生了。
　　从上述分析，可知外源酶制剂能将日粮中高黏度的可溶性非淀粉多糖降解成多糖片断或寡糖，寡糖促进动物后肠有益菌的增殖。实践表明，饲料中添加酶制剂后，可以提高各种饲料资源的能量和蛋白质的可利用值，使玉米、豆粕这对“黄金搭档”日粮的转化效率更高；可以用更多的杂粕替换豆粕；可以用小麦、麸皮、次粉、DDGS 等替换高能饲料玉米；可以减少肉鸡和肉鸭饲料中油脂的用量等。应用这些方案后，不但没有降低畜禽的生产性能，反而大大提高了畜禽饲养的综合效益，动物日增重提高了，饲料转化率提高了，更明显的改善是动物的肠道疾病减少了，抗生素的使用量降低了，绿色无公害的动物食品生产成为可能。讨论添加外源酶制剂对动物肠道菌群的有益作用机制，是比添加直接饲喂微生物或寡糖更崭新的课题，因为酶制剂不但最大限度地灭活了饲料中的抗营养因子，提高了饲料的利用价值，而且改善了动物的肠道健康，这是一个双重作用，正成为应用的热点。