纖維素酶的應(yīng)用進(jìn)展
來(lái)源:
2007年02月02日 11:20
1 纖維素酶的作用機(jī)制
根據(jù)酶的作用方式纖維素酶分為C1酶、CX酶和纖維二糖酶等類型。C1酶主要作用于天然纖維素,使之轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙Y(jié)晶的纖維素。CX酶又分為CX1酶和CX2酶兩種。CX1酶是一種內(nèi)斷型纖維素酶,它從水合非結(jié)晶纖維素分子內(nèi)部作用于β-(1,4)糖苷鍵,生成纖維糊精與纖維二糖。CX2酶是一種外斷型纖維素酶,它從水合性纖維素分子的非還原端作用于β-(1,4)糖背鍵,逐步切斷β-(1,4)糖節(jié)鍵生成葡萄糖。纖維二糖酶則作用于纖維二糖,生成葡萄糖(何明清,1994)。
在動(dòng)物飼料中添加纖維素酶的作用機(jī)制在于:1)它可打破植物細(xì)胞壁使胞內(nèi)原生質(zhì)暴露出來(lái),由內(nèi)源酶進(jìn)一步降解,所以除了細(xì)胞壁被降解供能外,還提高了胞內(nèi)物質(zhì)的消化率,從而有效地提高了飼料的有效能值??裳a(bǔ)充草食動(dòng)物內(nèi)源酶的不足。在草食動(dòng)物胃中雖有一定量的能分解纖維素的微生物存在,可以分解一定量的纖維素,但產(chǎn)生的纖維素酶量有限,而添加纖維素酶制劑可明顯提高草食動(dòng)物對(duì)粗纖維的消化利用率。另外,對(duì)單胃動(dòng)物而言,纖維素酶可改善消化道環(huán)境,便酸度增加,以激活胃蛋白酶。3)消除抗?fàn)I養(yǎng)因子。果膠、半纖維素、葡聚糖和戊聚精部分溶解在水中產(chǎn)生粘性,增加了動(dòng)物胃腸道內(nèi)容物的粘度,對(duì)內(nèi)源酶而言是一個(gè)物理障礙,導(dǎo)致飼料消化吸收利用率降低,同時(shí)粘稠的消化道內(nèi)容物容易引起有害微生物的滋生,增加胃腸疾病的發(fā)生率。而添加纖維素酶可減低粘稠度,促進(jìn)內(nèi)源酶的擴(kuò)散,增強(qiáng)養(yǎng)分的消化吸收,增大腸道內(nèi)容物的流動(dòng)性,有效降低有害微生物附著滋生的可能性。4)飼用纖維素酶之所以具有提高畜禽體增重、降低料肉比的功效,還因?yàn)槔w維素酶制劑本身是一種由蛋白酶、淀粉酶、果膠酶和纖維素酶等組成的多酶復(fù)合物。在這種多酶復(fù)合體系中一種酶的產(chǎn)物可以成為另一種酶的底物,從而使消化道內(nèi)的消化作用得以順利進(jìn)行。也就是說(shuō)纖維素酶除直接降解纖維素,促進(jìn)其分解為易被動(dòng)物所消化吸收的低分子化合物外,還和其他酶共同作用提高畜禽對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解和消化。引纖維素酶還具有維持小腸絨毛形態(tài)完整、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收的功能。 2 纖維素酶在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用
2.1 纖維素酶在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用 在瘤胃微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)正常的情況下,添加纖維素酶能以幾倍的效率提高粗纖維和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的酵解強(qiáng)度,提高消化吸收水平。在瘤胃發(fā)生病理變化即微生物區(qū)系失去平衡進(jìn)入腐解過(guò)程時(shí),高活性纖維素酶能迅速調(diào)整微生物區(qū)系結(jié)構(gòu),恢復(fù)平衡關(guān)系和正常酵解、吸收、合成過(guò)程。
有試驗(yàn)表明在瘤胃正常狀態(tài)下,添加纖維素酶飼喂奶牛5晝夜以后,其糞便干物質(zhì)和飼喂前相比,減少了30%左右;1周以后,封閉牛舍氨氣含量下降70%左右,粗飼料采食量提高10%~20%,糞便中蛋白質(zhì)提高8%~10%,尿中尿素下降58.9%(趙長(zhǎng)發(fā),1993)。有試驗(yàn)表明,在奶牛飼料中添加纖維素酶可在降低采食量的同時(shí),提高增重和產(chǎn)奶量,提高飼料報(bào)酬,而在產(chǎn)奶量增加的同時(shí)對(duì)乳脂率沒(méi)有明顯影響。纖維素酶在降低采食量的同時(shí)提高產(chǎn)奶量的主要原因是:反芻動(dòng)物的攝食量主要受血液內(nèi)的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度的調(diào)節(jié)。揮發(fā)性脂肪酸是纖維素的分解產(chǎn)物,外派性纖維素酶增加了瘤胃中揮發(fā)性脂肪酸的生成量,而瘤胃對(duì)揮發(fā)性脂肪酸的吸收較快,大量的揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)入血液,并隨其濃度的升高反饋性作用于食物調(diào)節(jié)中樞,導(dǎo)致采食量下降。一般認(rèn)為奶牛的產(chǎn)奶量和乳脂率呈負(fù)相關(guān),而試驗(yàn)表明在奶牛日糧中添加纖維素酶后,隨著產(chǎn)奶量的上升乳脂率呈上升趨勢(shì)。這說(shuō)明纖維素酶通過(guò)提高奶牛血液中的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量,增強(qiáng)乳腺細(xì)胞對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝取能力,從而維持乳中的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量始終處于平衡狀態(tài)。 2.2 纖維素酶在單胃動(dòng)物中的應(yīng)用 除腸道中的微生物可以降解部分纖維素外,單胃動(dòng)物不能分泌斷裂β-1,4糖苷鍵的內(nèi)源酶,所以飼料中含有的纖維素對(duì)單胃動(dòng)物而言幾乎不具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。此外,由于纖維素的交鉛、纏繞和粘附,阻礙營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收并影響腸道微生物菌群的平衡。因此在單胃動(dòng)物日糧中添加纖維素酶具有營(yíng)養(yǎng)和保健的雙重功效。
2.2.1 肉雞 在日糧中添加纖維素酶飼喂肉雞可使肉雞飼料消耗量下降16.25%,體重增加2.88%,料肉比降低10.18%(尹清強(qiáng)等,1993)。Francesh等(1994)同時(shí)使用纖維素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶喂以大麥飼料為基礎(chǔ)的雛雞,結(jié)果使飼料消耗降低2.9%,體重提高1.3%。秦江明等(1996)對(duì)飼喂添加纖維素酶的肉雞進(jìn)行各階段的體重分析,結(jié)果試驗(yàn)雞于2周末、4周末體重在各日糧間差異極顯著,說(shuō)明酶制劑對(duì)肉雞前期的生長(zhǎng)作用顯著;6周末、8周末試驗(yàn)雞體重在各日糧間也呈增高趨勢(shì)。說(shuō)明添加外源酶制劑補(bǔ)充了內(nèi)源酶的不足,因而在肉雞發(fā)育前期具有更顯著的效果。
2.2.2 蛋雞 王懷凡等(1995)在蛋雞常規(guī)飼料中添加0.1%復(fù)合纖維素酶,試驗(yàn)組的產(chǎn)蛋率比對(duì)照組提高10.8%,蛋重提高1.7%,料蛋比下降14.6%。徐奇支等(1998)用纖維素酶添加日糧飼喂蛋雞,對(duì)蛋形指數(shù)、蛋殼厚度未產(chǎn)生明顯影響,但添加0.1%和0j%的纖維素酶降低了破蛋率。
2.2.3 豬 王堯等(1995)用前期含草粉10%、后期含草粉15%的日糧添加纖維素酶喂肥育豬,試驗(yàn)組比對(duì)照組日增重提高0.255kg,料肉比下降0.24,每頭每日增加效益0.95元。
3 應(yīng)用中存在的問(wèn)題
纖維素酶作為畜禽飼料添加劑,從作用機(jī)理和實(shí)際生產(chǎn)中看,均能說(shuō)明是個(gè)良好的添加劑。但目前在應(yīng)用方面還存在一些問(wèn)題。如:1)同種類動(dòng)物不同發(fā)育階段的酶系變化,以及飼喂纖維素復(fù)合酶后對(duì)動(dòng)物消化酶系分泌的影響,需深入研究。2)各種動(dòng)物的*添加量。3)加工、貯存對(duì)酶活的影響,以及飼料中的其他物質(zhì)對(duì)纖維素酶的影響,都需深入研究。此外,添加纖維素酶后由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率提高,如何對(duì)原有配方進(jìn)行修訂也是值得研究的問(wèn)題。