β-甘露聚糖酶之國內外研究進展

saturnbio · 發表于 2010-9-10 23:23:46

　　甘露聚糖類物質作為半纖維素的第二大組分，廣泛分布于自然界中。它是所有豆科植物細胞壁的主要組成成分，在其他植物性飼料原料中含量也很高，如玉米、小麥、菜籽粕和麩皮等。β-甘露聚糖酶(endo-1，4-β-mannanase)
　　是一種新型的酶制劑，屬于一種半纖維素酶類，它除具有一般非淀粉多糖(NSP)酶類的作用-降解NSP，降低腸道粘度，促進營養物質的消化和吸收外;近來很多研究表明，β-甘露聚糖酶還是一種多功能的促生長劑，因為它可以促進類胰島素生長因子IGF-1的分泌，促進蛋白質的合成，提高瘦肉率;同時，它還可消除豆類中富含的β-甘露聚糖對葡萄糖吸收的干擾，極大提高餅粕尤其是豆粕的能量消化率。本文就近年來國內外對β-甘露聚糖酶的最新研究情況作一概述。
　　1 β-甘露聚糖酶的研究概況
　　早在上世紀初就有關于分解植物甘露聚糖的報道，但直到七十年代，β-甘露聚糖酶的研究粕的利用率。才逐漸深入起來。尤其是近幾十年來對半纖維素資源的開放和甘露聚糖益生價值的發現，以及β-甘露聚糖酶諸多用途的發現，大大推動了β-甘露聚糖酶研究的發展。1958年，Courtios第一次報道了能產生β-甘露聚糖酶的真菌。1960年，William鋤和Doetsch報道了細菌產生的β-甘露聚糖酶。1965年，Reese和Shibata提出了β-甘露聚糖酶的概念和定義，為以后的研究打下基礎。七十年代后，大量β-甘露聚糖酶的產生菌株被篩選、誘變，研究培養基成分特別是碳源對酶產生的影響，進行多糖結構的分析。同時，許多不同來源的β-甘露聚糖酶被分離純化，對酶的基本性質的研究取得了較大發展。上世紀九十年代的研究已證明，經甘露聚糖酶水解甘露聚糖產生的低聚糖為功能性糖類，在胃腸中不能被消化，但可以被人體和動物體腸道中的有益細菌雙歧桿菌吸收，促進其增殖，而抑制有害菌生長，由此改善腸道內菌群組成，增進消化系統功能，維護機體健康。因此，自九十年代以后，甘露聚糖酶及其酶法制取低聚糖的應用性研究引起人們極大關注。
　　2 β-甘露聚糖酶在畜禽養殖業中的研究應用
　　2.1 β-甘露聚糖酶在養雞業中的研究應用
　　肉雞日糧中植物性原料占相當大的比例，在植物性原料中，蛋白質、淀粉等營養成分往往被細胞壁包被，除草食動物外，其他動物缺乏或不能分泌破解細胞壁的酶類，在飼料加工過程中，僅有少量的細胞壁被打碎。這就極大地限制了動物對其中營養物質的利用。植物細胞壁是由纖維化多糖-纖維素為骨架，與由各種不同的戊糖和己糖構成的半纖維素果膠類及少量蛋白質結合而成。使用適當的酶制劑可以摧毀植物性細胞壁，釋放胞內養分，部分降解纖維素、半纖維素和果膠類物質，改善飼料和營養價值，提高消化率。在美國，對產蛋母雞來說，玉米-豆粕型日糧是最普通的日糧類型，因為豆粕含有β-甘露聚糖和它的衍生物如β-半乳甘露聚糖和β-甘露聚糖葡甘露聚糖，添加β-甘露聚糖酶可以改善豆粕的利用率。
　　Daskiran等(2004)報道，β-甘露聚糖能顯著降低肉雞的生長速度和增加料肉比。隨后他們又做了進一步的研究，表明β-甘露聚糖酶通過降解β-甘露聚糖改善了肉雞的料肉比和減少了水料比及干糞排出量。Wu等(2005)研究了13-甘露聚糖酶對飼喂玉米-豆粕型日糧商業來亨雞生產性能的影響，在該試驗中，配制了3個日糧，日糧l(高能量日糧)的代謝能含量是2951kcal/kg，這比日糧2(低能量日糧，補充β-甘露聚糖酶)和日糧3(低能量日糧，不添加β-甘露聚糖酶)高120 kcal/kg。研究結果表明：飼喂低能量補充β-甘露聚糖酶日糧組的總平均飼料轉化率與飼喂高能量日糧組相似，兩組均顯著低于飼喂低能量不加β-甘露聚糖酶日糧組。在12周的試驗期內，3個日糧處理組的總平均產蛋量和蛋重差異不顯著。然而，5-8周期間，β-甘露聚糖酶的添加顯著增加了低能量日糧組母雞的平均產蛋量和蛋重。β-甘露聚糖酶的添加提高了玉米一豆粕型蛋雞日糧的能量利用率;在降低含有β-甘露聚糖的蛋雞日糧成本方面具有很大的潛力。同時指出還需要進行更多的研究去確定β-甘露聚糖酶在飼料中的最適宜添加水平，以使產蛋母雞獲得最佳的生產性能和最大的利潤。肉仔雞日糧中高濃度的瓜兒豆粕可降低體重和飼料利用率。這種性能的降低是由于腸道粘度的增加，這種粘度來自于殘留在瓜兒豆粕中的瓜兒豆膠質。Lee等(2003)研究了β-甘露聚糖酶對改善飼喂瓜兒豆胚芽和種皮部分肉仔雞因粘質所造成的生長抑制的影響。結果顯示向含有瓜兒豆粕任何部分中添加β-甘露聚糖酶均降低了腸道粘度和減輕了與瓜兒豆粕相關的有害效應。Lee等(2005)研究了向瓜兒豆餅中添加β-甘露聚糖酶對肉雞生產性能的影響，結果表明，β-甘露聚糖酶的添加可將瓜兒豆粕的添量由2.5%提高到5%，同時它的添加顯著改善了飼喂含有5%瓜兒豆粕的肉雞的料重比。
　　Jackson等(2004)評定了不同水平β-甘露聚糖酶對飼喂玉米-豆粕型日糧但不添加抗生素促生長因子或球蟲抑制藥的肉公雞性能和體重均勻度的影響。四個日糧處理組，含有0，50，80和l10muHemicell/t(這里1mu=106酶活單位。I00mu/t是廠商的推薦量)。每個處理15個圍欄，每個圍欄40只雞。單只雞的重量在1，21和42天時稱重。從2l到42日齡，80mu/t處理組的飼料采食量顯著大于50mu/t處理組。與對照組相比，β-甘露聚糖酶以80或110mu/t添加時，產生體重(3.9到4.8%)和飼料效率的改善(3.5到3.8%)。然而，50mu/t組沒有顯著影響，80和110組之間差異不顯著。這個試驗證實，日糧中添加50MUA的β-甘露聚糖酶對最大的效應是不夠的，80mu/t的添加水平改善了肉雞增重和飼料轉化，但當增加到110mu/t時卻沒有產生顯著的額外效應。
　　Zou等(2006)用1日齡肉仔雞為試驗動物，研究了β-甘露聚糖酶Hemicell對生長性能和免疫性能的影響。所有的雞飼喂同樣的玉米-豆粕型基礎日糧食Hemicell 分別以0，0.025，0.05和0.075%的量添加到基礎日糧中。0，3，6周齡時測定每個重復的體重。0-3周和0-6周的平均采食量沒有顯著性差異，血清IgA和IgG濃度差異不顯著。然而，4-6和0-6周齡階段時，Hemicell的添加顯著地(P<0.05)增加了體重，0.025，0.5%水平組的飼料轉化率顯著(P<0.05)高于對照組。Hemicell顯著地(P<0.05)增加了3_6周齡肉仔雞的血清IgM濃度。O.05%添加組的肉仔雞的T淋巴細胞的增殖能力在6周齡時也顯著地(P<0.05)改善了。研究結果表明，Hemicell可以改善肉仔雞地生長性能和免疫性能。
　　2.2 β-甘露聚糖酶在養豬業中的研究應用
　　Hahn等(1995)就指出，β-甘露聚糖酶已呈現出改善生長肥育豬的料肉比(G：F)和瘦肉量的趨勢。Pettey等(2002)開展了4個試驗研究向玉米-豆粕型日糧中添加一種β-甘露聚糖酶預備品(Hemicell)對斷奶和生長育肥豬生長性能和營養物質消化率的影響。在試驗1中，156頭斷奶仔豬(20d，6.27kgBW)按照隨機區組設計法分成4個日糧處理組。處理是日糧復雜性(復合對單一)的安排和β-甘露聚糖酶預備品(O對0.05%)的添加。將豬飼養在3個日糧階段(階段1，l-14d，階段2，14-28d，階段328-42d)o在第一階段，與飼喂單一日糧的豬相比，飼喂復合日糧的豬長的快一點，效率較高(pO.54)。而且，與對照組和加油組相比，酶的添加增加了ADG(平均日增重)(PO.1)。這些結果表明，酶可以改善斷奶仔豬和生長肥育豬的生長性能，但是對營養物質的消化率影響較小。
　　2.3 β-甘露聚糖酶菌種的國內開發
　　早期國內沒有β-甘露聚糖酶的研發和生產，而國外進口產品的價格又非常昂貴。后來有部分院所開發了這個菌種，但是菌種的產酶能力較低，故而成本也非常高，而且穩定性較差，難以推廣。但隨著生物技術的發展，近年來，西部某高校研究所，已在β-甘露聚糖酶菌種的開發上面取得了較大的突破，不僅發酵水平超過國外，而且在穩定性、耐熱性等方面均有很大的提升，為國內甘露聚糖酶的廣泛推廣奠定了基礎。