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外源纤维复合酶在反刍动物应用中的研究进展

日期:2006-4-15 9:46:00  来源:饲料工业 主题:外源纤维复合酶在反刍动物应用中的研究进展

New Page 1杨永明 张世财 卢德勋  杨廷忠  刘得元  任晓萍

纤维复合酶具有破坏植物细胞壁,补充动物内源酶不足,提高反刍动物对粗饲料利用率等作用,近年来将其应用于反刍动物饲料中。通常用来提高非反刍动物饲料的营养价值(特别是对肉鸡日粮),或作为青贮添加剂;而在反刍动物饲养上的应用研究起步较晚。一般不添加于成年反刍动物日粮中,因为瘤胃内的纤维分解活动很活跃,所以简单地添加外源酶制剂不会提高纤维分解活动;还认为,外源纤维复合酶在瘤胃中被蛋白酶所水解或受小肠蛋白酶的作用而失活。研究结果多不一致,有的有效,有的无效;甚至有的不但无效,反而有副作用。

但是,最近研究发现纤维素酶、半纤维素酶用蛋白酶温育的过程中相当稳定;纤维素酶可以抵抗数种蛋白酶的水解。Diego等(2000)研究发现,在反刍动物瘤胃内酶制剂中的纤维素酶和半纤维素酶是较为稳定的。Fontes等(1995)报道,半纤维素酶可以抵抗数种蛋白酶的水解。Treacher等(1995)、L.Kung等(2000)研究发现,把酶喷洒于饲料时,其子物质和纤维物质的消化率提高。Hristov(2000)报道,添加纤维复合酶,可降低牛瘤胃内pH值,提高干物质有效降解率;同时,提高了十二指肠消化液中纤维素酶和半纤维素酶的活性。这再次引起了在反刍动物日粮中添加纤维复合酶的研究兴趣。另外,随着生物工程技术的发展,给酶制剂生产领域带来了新的发展机遇,一些酶制剂的活力和产量有所提高等等。这些有利因素使得酶制剂在反刍动物日粮中的应用成为可能。

1分析酶的活性

纤维复合酶制剂是细菌和真菌的发酵提取物,其中包括纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等。

酶活性的测定一般应用体外法,在特定条件下,使用特定的底物,单位时间内测定反应终产物的产量。影响酶活性的影响因素很多,如测定温度、反应时间、作用底物及其浓度,酶的浓度,协同因子、pH等其它多种因素。此外,真菌来源、细菌来源的纤维素酶及半纤维素酶活力差异很大。

因此,用体外法测定的酶活值来衡量具体日粮中的酶活,就有其不准确性,即两者之间有偏差。如不进行动物饲养试验,很难衡量酶制剂的具体功效。

2稳定性

Kepecny等(1987)报道外源纤维复合酶很快被瘤胃微生物蛋白酶所降解,而没有起到促进瘤胃内纤维物质的降解作用。但Baran和Kmet(1987)报道,对断奶羔羊添加纤维复合酶,改善了瘤胃发酵功能,而对成年绵羊却无效。

而最近发现、纤维素酶、半纤维素酶在蛋白酶中温育相当稳定,这再次引起了在反刍动物日粮中使用酶制剂的研究兴趣。

Hristov等(1996)证明,大量的外源纤维复合酶可以过瘤胃,进而在小肠中发挥作用,改善小肠养分的消化和吸收。Hristov(1998)对纤维复合酶的研究中发现,按甲基纤维素酶、木聚糖酶等可以通过反刍动物瘤胃并在小肠中影响营养物质的消化利用;在十二指肠液中木聚糖酶活力比对照组提高近60倍。Diego等(2000)研究发现,绝大多数酶制剂中纤维素酶和木聚糖酶在反刍动物瘤胃内是较为稳定的。

3影响酶作用效果的因素

3.1作用底物

只有当复合酶与饲料成分互补时,使用外源纤维复合酶才有效。Bezuchemin等(1995)用一种含有木聚糖酶和内切葡聚糖酶活性的复合酶制剂处理苜蓿干草和青贮大麦,对酶作用的特异性作了研究。结果发现,此复合酶处理首情干草有一定效果,而对青贮大麦的处理效果微乎其微。这就说明同样的酶对不同底物作用的效果不同,对一种饲料有正效应的酶,而对另一种饲料未必有效。

3.2适宜添加量

通过研究肉牛日粮中添加外源酶,对肉牛生产性能的影响。结果发现,同一酶处理不同饲料,其适宜添加量因饲料种类的不同而不同。  K.A.Beauchemin和L.M.Rode(1997)用同一酶处理苜蓿干草和梯牧草,对于苜蓿干草,低水平的酶使日增重明显提高;而对于梯牧草高水平的添加酶才使日增重明显提高,低水平或中等水平的添加对日增重没有影响。

3.3酶的种类

K.A.Beauchemin和L.M.Rode(1997)用酶1(含有木聚糖酶和内切葡聚糖酶)、酶2(含有纤维素酶和木聚糖酶)分别以低、中、高水平处理的苜蓿干草饲喂犊牛,酶1低水平添加组比未处理组(对照组)日增重提高13%,干物质采食量明显提高;酶2中等水平添加组提高了饲料转化率,高水平添加组同时提高了日增重和饲料转化率。这就说明酶产品间存在有不同的适宜添加量,这是因为每种酶产品都有自己独特的酶系及酶活。

反刍动物日粮中,外源纤维复合酶的添加量通常占日粮的0.01%-1%。根据瘤胃酶正常存在的液相部分中估计的平均纤维分解活力,外源纤维复合酶的贡献率占总纤维分解活力的15%左右。

3.4添加方式

3.4.l饲喂前喷洒于饲料

当酶溶液饲喂前添加于饲料中,外源酶的使用效果增至最大。K.A.Beauchemin(1995)研究发现延长用酶处理的时间,可创造出一个稳定的酶——饲料复合物,提高酶的处理效果;也可为酶制剂在饲料加工过程中应用提供了一个最佳时机,但必须保证加工过程中的温度应在使用特定酶的适宜范围之内。

把酶喷洒于饲草的作用效果要好于将酶通过瘤胃瘘管直接投入瘤胃的效果。  Treacher等(1996)、L.Kung等(2000)比较了把酶喷洒于饲草和将酶通过瘤胃瘘管直接投入瘤胃的作用效果,发现把酶喷洒于饲料时,日粮干物质和纤维物质的消化率更高。G.E.Lewis等(1996)研究报道,外源纤维复合酶能提高反刍动物日粮中纤维物质的消化率,但酶的添加方式会影响其添加效果,通过瘤胃瘘管直接注入其效果很小,原因之一是与饲料颗粒的接触不充分有关。

3.4.2 用酶处理精料  Beauchemin等(1996)研究纤维分解酶添加于谷物日粮时,是否提高圈养牛的生产性能,以及用酶处理大麦和玉米时的效果差异。结果发现酶处理精料补充料时,只对大麦精料有效,这是由于大麦比玉米含有更多的纤维和更少的淀粉。同时发现酶处理间也有差异,酶1(含相对高的木聚糖酶活性和低的纤维素酶活性)和酶2(含低的木聚糖酶活性和高的纤维素酶活性)处理大麦日粮,其效果酶1处理组比对照组饲料转化率提高11%(其中日增重提高6%,于物质采食量降低5%);相反,酶2对肉牛的生产性能没有影响。因为大麦籽实含壳,细胞壁含量高,用含高木聚糖活性的酶制剂处理大麦田粮提高了大麦在整个消化道中的消化率;而玉米籽实的消化并不受该因素的限制。

4体内效果

4.1对瘤胃代谢的影响

Fontes等(1995)在研究羧甲基纤维素酶和木聚糖酶稳定性时发现,如果它们的活性能够限制着瘤胃发酵的速率,那么它们就能够在瘤胃中保持足够长时间的稳定来加速消化。Hrjstov等(2000)在添加纤维复合酶的试验研究中,对饲喂大麦田粮的8头母牛进行观测发现,酶处理降低了瘤胃pH,饲料子物质的有效降解率提高。同时,又增加了十二指肠消化液中按甲基纤维素酶、木聚糖酶的活性及还原糖的浓度。Feng等(1992)报道,用纤维复合酶预处理禾本科干草提高了人工瘤胃内纤维物质的消化率。Lews等(1996)报道,将酶喷洒在晒制的禾本科干草与大麦组成的日粮中,提高了VFA产量和NDF消化率。Feng等(1992)报道,用纤维复合酶处理干草提高了瘤胃内纤维物质的消化率。

尹清强等(1998)在绵羊精粗比为3∶7的日粮中添加纤维复合酶(30/d),测定了瘤胃液相的相关指标,其蛋白酶的活性由21.8l个活力上升到25.89个活力单位,CMC酶活力由0.788 8mg.G/ml上升到1.142 5mg G/ml; VFA含量由 1.83 μmol/ml上升到3.33 μmol/ml。

4.2对消化代谢的影响

Beauchemin等(1995)研究报道,酶制剂处理大麦青贮,饲喂肉牛对其日增重和饲料转化率没有影响,而饲料采食量与纤维消化率有微小差异。对大麦缺乏反应是与底物的特异性、作用时间、饲料水分含量以及处理过程中的稳定和pH值有关。

Feng等(1996)直接把酶喷洒于青草,当草新鲜或萎焉时酶无效;当用于干草时,酶提高了干草的干物质及纤维消化率。他在绵羊试验中还发现水分对酶处理饲料的影响,当低浓度的纤维分解酶喷洒于饲喂前的苜蓿青贮时,未发现对干物质消化率有影响;而当酶添加于脱水青贮时,同样浓度的酶液使干物质消化率提高2.9%。

Lewis等 (1996)用 7∶3的干草一大麦田粮(干物质基础)的育肥阉公牛的研究中发现,外源酶直接使用于饲料可以提高饲料转化率。Beauchemin等(1997)发现对饲喂大麦基础日粮的育肥期阉公牛使用以木聚糖酶活力为主的酶制剂可使饲料效率提高11%。

4.3对生产性能的影响

肉牛日粮中添加纤维复合酶,可显著提高肉牛的日增重、饲料转化率。然而,外源酶的添加并不总是提高动物生产性能,也在一些试验中发现促进生长的机制并不被饲料子物质和纤维消化率的数据所证实。Allister等(1999)和Pritchard等(1996)研究发现,对以大麦青贮饲料和前清青贮饲料为基础日粮中添加纤维复合酶,牛的日增重显著增加。Lewis等(1999)报道,纤维水解酶按一定的比率添加于饲料中能够提高泌乳早期和泌乳中期奶牛的泌乳性能。Yang等(1999)在泌乳期荷斯坦牛饲喂纤维水解酶的试验中,加酶组1(含α一淀粉酶、β一葡聚糖酶、纤维素酶和β一糖音酶)和加酶组2(含α一淀粉酶、β一葡聚糖酶、n一蛋白酶和水聚糖酶)分别比其对照组的平均日增重提高8.83%;而后(1999)他又在测定多酶制剂对羔羊育肥的使用试验中发现,以小麦、燕麦、玉米的混合精料中添加木聚糖酶、α一淀粉酶、β一葡聚糖酶、纤维素酶和n一蛋白酶的多酶制剂与干草饲喂羔羊,试验组比对照组的精料转化率提高1.8%,干草转化率提高5.6%,日增重提高8.83%。刘建昌等(2001)在奶牛口粮的精料中添加0.l%的纤维复合酶,使奶牛产奶量提高14.89%。表1列举了1999-2000年在饲喂前饲料中喷洒纤维复合酶对乳牛产奶量的影响结果。

表1 1999-2000年在饲喂前饲料中喷洒纤维复合酶对乳牛产奶量的影响

产奶量的增加 (kg/d)