作者：佚名 文章来源：饲料科技 点击数： 更新时间：2007-7-19 7:43:22  |
（接上期）β-l,3/β-1,6-葡聚糖选择性的与巨噬细胞、颗粒细胞、自生杀伤细胞的特异性受体进行作用，这些细胞可被β-l,3/β-1,6-葡聚糖直接激活。葡聚糖物质是当今研究者最感兴趣的免疫刺激剂。Suzuki等（1990）报道，从酵母细胞壁提取的β-葡聚糖可以刺激非特异性免疫反应。Schoenherr等（1995）也有β-葡聚糖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-葡聚糖后降低了炎症反应，提高了生长性能。上述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 纤维素酶降解产物的有益作用
3.1 纤维素的结构特点
纤维素是自然界丰富的有机物质，占植物所有多糖的50%以上，是β-1,4-葡萄糖的直链聚合物。植物中的纤维素由7000～10000个葡萄糖分子组成，有很高的分子量(Goring等，1962)。单个的纤维素分子是以束状平行排列，分子间由大量相邻羟基形成的氢健相结合，形成“带状”双折叠螺旋结构(Gardner等，1974) ，纤维素不溶于水和碱,(Mares等，1973)。如果忽略纤维素的来源，一般认为其化学组成是相同的。纤维素分子是β-1,4糖苷键连接的，动物淀粉酶不能分解β-1,4键，这是单胃动物本身不能消化利用纤维素的根本原因。纤维素的结构式如下：
3.2 纤维素酶的性质和降解产物
纤维素酶是降解纤维素β-l,4-葡萄糖苷键生成葡萄糖的一类酶的总称，它不是单一酶,而是起协同作用的多酶复合物。只具有内切酶性能的纤维素酶对天然纤维素影响很小，同时具有内切酶和外切酶性能的纤维素酶能明显降解天然纤维素。纤维素酶主要由葡聚糖内切酶(endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4，也称Cx，来自真菌简称EG，来自细菌简称Len)、葡聚糖外切酶(exo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.91，也称C1酶，来自真菌简称Cbh，来自细菌简称Cex)、β-葡萄糖苷酶（EC3.2.1.21，也称BG酶）三个主要组分组成的诱导型复合酶系。纤维素酶将纤维素降解为葡萄糖。
3.3 纤维素酶解的过程及对动物肠道健康的影响
在纤维素的生物降解过程中，头一步是由内切纤维素酶在纤维素长链分子上容易接触的无定形区，切割两个相邻葡萄糖分子之间的β-1,4糖苷键，从而从中间部位断裂纤维素分子。接着在外切纤维素酶的作用下，从局部断裂的纤维素链的非还原端移走寡糖分子，促使纤维素链降解并释放出葡萄糖、纤维二糖及纤维三糖。最后，在β-葡萄糖苷酶的作用下，纤维二糖及纤维三糖便被转变成葡萄糖，从而完成纤维素的完全降解。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。
4 半乳寡糖的抗营养作用和有益作用
4.1 半乳寡糖的结构
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（Selvendran，1984 )，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。部分D-半乳糖醛酸上的羧基可为甲醇所酯化形成甲酯，或为一种或多种碱部分或全部中和，果胶质中还含有其它糖类。果胶包括鼠李半乳糖醛酸聚糖I 和Ⅱ、同型半乳糖醛酸聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖I等。
α-半乳糖苷是由一个蔗糖分子和一个或者多个半乳糖分子通过α-l,6糖苷键连接而形成的一种寡糖。α-半乳糖苷主要是指棉籽糖家族，其中包括棉籽糖、水苏糖和毛蕊花糖。不同植物干种子中α-半乳糖苷的含量不同，与谷实类种子比较而言，豆类种子中含有较高水平的α-半乳糖苷。棉籽糖和水苏糖是大豆中的主要低分子糖类，占大豆风干重量的10～15%，棉籽中棉籽糖和水苏糖分别是6.91%、2.36%，葵花籽中的棉籽糖是3.09%(Kuo,1988)。
4.2 半乳糖苷酶的性质和降解产物
α-半乳糖苷键是饲料中果胶质的主要价键形式。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(EC3.2.1.22,α-Dgalactosidase),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。α-半乳糖苷酶的水解作用方式如下所示:
水苏糖 棉子糖＋半乳糖
棉子糖 蔗糖＋半乳糖
4.3 半乳寡糖的抗营养作用和有益作用
半乳寡糖的水解需要α-半乳糖苷酶(EC3.2.1.22)，单胃动物的肠粘膜中缺乏此酶，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-抗营养作用：当动物过多地采食半乳寡糖含量丰富的饲料时，首先为肠道中的优势菌——双歧杆菌所利用，多余部分也能被一些厌氧的产气菌所发酵。当小肠中这些糖的浓度较高时，增加了肠腔内容物的渗透压，从而导致渗透性腹泻(Knudsen等1991，Coon等1990)。它们进人大肠后，在大肠中被厌氧性细菌发酵产生VFA、CO2、H2及少量CH4，从而导致胃肠胀气和腹泻(Liener1980，FAO1981)。动物过量地采食半乳寡糖还导致日粮在消化道中停留的时间缩短、日粮粗纤维消化率降低、日粮的TMEn降低等问题。
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。
有关半乳寡糖对动物的生产性能和养分利用率的影响方面报道有限。张丽英（2000）报道，仔猪断奶后2 周，当日粮中水苏糖为2％时，仔猪日增重呈下降趋势，仔猪腹泻率显著提高，仔猪的氮存留率显著降低，其原因可能是寡糖水平越高，食糜通过速度越快，养分和能量的利用率则降低。1％的水苏糖有促进了双歧杆菌和乳酸菌的增殖，抑制有害菌的生长，但水苏糖添加量达到2%时则对这两种菌的增殖产生不利的影响。
5 β-甘露聚糖酶降解产物的有益作用
5.1 β-甘露聚糖的结构及抗营养特性
β-甘露聚糖是甘露单糖复合物，在自然界中半乳糖或葡萄糖常常附在甘露聚糖上。β-甘露聚糖的水溶性取决与该多糖体上半乳糖及葡萄糖与甘露糖的比值，半乳糖及葡萄糖数量的增加，甘露聚糖水溶性会提高。
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，根据N.A.Dierick(1989)分析结果,其中以椰粕(3.0-3.5%)、棕榈粕(2.5-3.0%)、豆粕(1.2-1.6%)和芝麻粕(2.8-3.5%)等含量较高．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。β-甘露聚糖的结构示意图如下：
β-甘露聚糖和其衍生物是饲料中对动物营养有害的多糖体，尤其是水溶性β-甘露聚糖对动物有非常不良的影响：（1）降低小肠吸收水分的能力，导致粪便含过高水份；（2）降低小肠吸收葡萄糖的能力；（3）扰乱胰岛素的分泌；（4）阻绕IGF-1的分泌；（5）降低氮在体内的存留。β-甘露聚糖在动物肠道细胞发育不完全或在应激环境下，会过度刺激免疫反应，造成对动物生产性能损害。
5.2 β-甘露聚糖酶的性质及水解产物
β-甘露聚糖酶（β-1,4-D-mannanohydrolase，EC3.2.1.78）是水解1,4-β-Ｄ-吡喃甘露糖为主链的内切水解酶，β-甘露聚糖酶作用底物主要是半乳甘露聚糖、葡萄甘露聚糖、半乳葡萄甘露聚糖以及均一甘露聚糖。
不同来源的β-甘露聚糖酶对不同来源的底物作用深度及其水解产物是不相同的。β-甘露聚糖酶水解底物的方式和深度主要与α-半乳糖残基和葡萄糖残基在主链中的位置、含量、酯酰化的程度有关。由于构成多糖的单糖类型、聚合度、糖键连接及排列方式、糖基上羟基的取代情况等各异,导致不同的多糖在溶解度、粘度等性质上存在着明显的差别,这极大影响了β-甘露聚糖酶的水解。底物本身的物理状态也会影响酶对底物的作用,如结晶状态的甘露聚糖不易被降解。难溶性的甘露多糖一般较可溶性的甘露多糖难水解;糖成分复杂的一般较成分简单的难水解；糖基上羟基被取代的一般较未取代的难水解；多分支侧链的甘露多糖一般较线状的水解慢；聚合度低的一般较聚合度高的水解慢。甘露聚糖经β-甘露聚糖酶作用后，主要产物是低聚糖(一般2～10个残基),产物聚合度的大小与酶和底物的来源有关,但相对来说产生单糖(甘露糖)很少或根本不产生。
不同来源的β-甘露聚糖酶对β-甘露多糖具有不同的水解能力。对于瓜胶半乳甘露聚糖，枯草杆菌Ｋ-50的β-甘露聚糖酶的水解率为5%，而源于黑曲霉的水解率为12%；对于咖啡豆半乳甘露聚糖，它们的水解率分别为36%和58%。其他一些糖苷水解酶类与β-甘露聚糖酶一起作用时，能有效地加快底物多糖的水解，提高多糖的水解率。如β-甘露聚糖酶与α-半乳糖苷酶、β-甘露聚糖苷酶共同作用于半乳甘露聚糖时,水解会更加迅速、彻底。
5.3 β-甘露寡糖（MOS）的有益作用
添加β-甘露聚糖酶可以去除饲料中β-甘露聚糖，β-甘露聚糖酶的水解产物是甘露寡糖，甘露寡糖由2-10个单糖组成，单糖之间以α-1,2/α-1,3/α-1,6键组成。甘露寡糖在肠腔有抑制大肠杆菌与沙门氏菌粘着肠壁的功效。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，我们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。
6 淀粉酶降解产物的有益作用
6.1 淀粉的结构
淀粉是植物中贮存的养分，由直链淀粉（淀粉颗粒质）和支链淀粉（淀粉皮质）两部分组成。它们在淀粉中占的比例随植物的品种而异，直链淀粉在淀粉中的含量约为10-30%，相对分子质量比支链淀粉小，是由葡萄糖以α-1,4糖苷键连接而成；支链淀粉在淀粉中的含量约为70-90%，葡萄糖除了以α-1,4糖苷键连接外，还有α-1,6键。淀粉的结构式见下图：
6.2 淀粉酶的性质
淀粉酶是能够分解淀粉和糖原的一类酶的总称，按照水解淀粉方式的不同，主要的淀粉酶可分为四大类：
(1)α-淀粉酶（α-1,4-glucan-4-glucanohydrolase，EC3.2.1.1），α-淀粉酶以糖原或淀粉为底物，从分子内部切开α-1,4键而生成糊精和还原糖，产物的末端的葡萄糖残基C1碳原子为α-构型。α-淀粉酶对于直链淀粉的作用，第一步是将直链淀粉任意地迅速降解成小分子糊精、麦芽糖和麦芽三糖，第二步缓慢地将第一步生成的低聚糖水解为葡萄糖和麦芽糖。由于α-淀粉酶不能切开支链淀粉分支点的α-1,6键，也不能切开α-l,6键附近的α-1,4键，但能越过分支点而切开内部的α-1,4键，因此水解产物中除了含葡萄糖、麦芽糖以外，还残留系列具有α-1,6 键的极限糊精和含四个或更多葡萄糖残基的α-1,6键的低聚糖。
(2)β-淀粉酶（又称1,4-麦芽糖苷酶，EC3.2.1.2）,从底物非还原性末端顺次水解每相隔一个的α-1,4糖苷键，切下的是麦芽糖单位，遇到α-1,6键的分支点则停止不前，因此当以β-淀粉酶分解支链淀粉时，直链部分则生成麦芽糖，而分解点附近及内侧因不能被分解而残留下来，其分解产物为麦芽糖及大分子β-界限糊精。在该酶作用于底物时，同时发生沃尔登转位反应（Walden Inversion)，使产物由α-型变为β-型麦芽糖。因β-淀粉酶不能作用于淀粉分子内部，仪能从非还原性末端顺序切下麦芽糖，故又称为“外切”型淀粉酶。β-淀粉酶作用于淀粉时，虽使其还原力直线上升，但不能使淀粉分子迅速地变小。
(3)葡萄糖淀粉酶（简称糖化酶，α-1,4-glucan-glucohydrolase，EC3.2.1.3），从底物非还原性末端顺次水解α-1,4 糖苷键和分支的α-1,6键，生成葡萄糖，糖化酶的底物专一性很低，除了从淀粉链的非还原性末端顺次水解α-1,4 糖苷键外，也能切开α-1,3键和α-1,6键，只是这三种键的水解速度不同。它作用于支链淀粉时，从淀粉链的非还原性末端顺次切下葡萄糖单位，在遇到α-1,6键分支处，边形成一个类似于潘糖的结构，将α-1,6键切开后，再将α-1,4键切开，使支链淀粉分解。
(4)异淀粉酶（又称α-1,4葡萄糖苷酶，EC3.2.1.9）：水解糖原或支链淀粉分枝点处的α-1,6糖苷键，将支链淀粉的整个侧枝切下变成长短不一的直链淀粉。由于异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。
6.3 淀粉酶水解产物的有益作用
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。淀粉水解时发生的各种反应见下图：
7 总结
在过去的动物生产中，能够提高日粮营养物质利用率的饲料添加剂已经得到了大量的推广应用，传统的饲料添加剂旨在为饲料配合提供特定的养分（如维生素、氨基酸、微量元素等）, 而酶制剂的功效在于使动物有效的利用养分。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就要寻求一种既能排除抗生素、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。
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（Hock等，1997；Vahjen等，1998）。肠道中最终微生物群数量依赖于底物量（来自日粮及其代谢物）和原始菌群量，微生物数量变化的潜力是无限的。日粮的组成和营养浓度的变化能显著地影响肠道各种微生物菌群的数量（Gibson等，1996；Hillman，1999；Reid和Hillman，1999），这又相应地影响动物消化吸收营养物质的能力。菌群的直接底物来源是宿主的日粮，与高消化率的日粮相比，低消化率的日粮为微生物提供了更多的底物。酶具有能把碳水化合物降解更小的、更易发酵的产物的能力，木聚糖酶和纤维素酶的降解木聚糖的最终产物分别是木糖和葡萄糖、以及不同链长的寡聚体和不同程度的取代物（木聚糖）。这些都是肠道微生物的直接的底物。
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。益生素的使用中存在着不稳定性、与抗生素拮抗、菌种安全等多方面问题，寡糖使用中也存在着生产得率低、酸不稳定性、能够被有益菌和有害菌双重利用等问题。酶制剂的使用，不仅充分利用了饲料资源，同时也显著提高了动物的生长性能和免疫力，正成为应用的热点。
参考文献（略）
（安迪苏生命科学制品（上海）有限公司 ）
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