木聚糖酶在動物腸道健康中的作用

吳建軍 周 櫻 詹志春

(新華揚生物股份有限責(zé)任公司，湖北武漢430074)

腸道不僅是動物機體消化和吸收飼料營養(yǎng)物質(zhì)的重要場所，而且是機體最大的免疫器官，是防止外源性病原體入侵的第一道屏障。腸道健康與否直接影響到整個機體的健康狀況，甚至決定飼料中各種營養(yǎng)物質(zhì)的利用程度。因此，提高腸道的健康水平，不僅有利于有效提升飼料價值，而且有利于充分發(fā)揮動物的生產(chǎn)性能。近年來，眾多研究表明，木聚糖酶除了能夠消除木聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用，同時還能有效改善腸道健康，提高動物的非特異性免疫能力，從而提高動物的健康水平。

1 木聚糖及其對腸道健康的影響

1.1 木聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用

木聚糖又稱戊聚糖、阿拉伯木聚糖，是以β-1,4-木糖苷鍵連接起來并帶有多種取代基的多聚糖，它是廣泛存在于小麥、次粉、麥麩等麥類飼料原料中的一種非淀粉多糖（NSP）。根據(jù)其溶解性的不同，通常可分為可溶性木聚糖（約占總木聚糖的25%～30%）和不溶性木聚糖（約占總木聚糖的70%～75%）。水溶性木聚糖可顯著增加腸道內(nèi)容物的黏度，阻礙營養(yǎng)物質(zhì)與消化液的接觸，降低了營養(yǎng)物質(zhì)在小腸黏膜上的消化吸收；另一方面，黏度的增加導(dǎo)致內(nèi)源消化酶的活性抑制，食糜的通過速度延緩，采食量降低，增加了胃腸代謝和內(nèi)源損失。大量的淀粉、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)被不溶性木聚糖包裹，阻礙消化酶與這些營養(yǎng)物質(zhì)的充分接觸，其消化率降低。

1.2 木聚糖對腸道健康的影響

1.2.1 木聚糖對腸道菌群的影響

健康的動物腸道內(nèi)存在著大量的微生物，在長期的進(jìn)化過程中與動物形成了良好的共生關(guān)系，對動物腸道健康的維護(hù)發(fā)揮著很重要的作用，為動物的健康生長創(chuàng)造了良好的微環(huán)境。然而，可溶性木聚糖等可溶性非淀粉多糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用不僅延緩了腸道菌群的遷移，而且還為腸桿菌、擬桿菌等有害菌群的生長和繁殖提供了一個穩(wěn)定的環(huán)境，導(dǎo)致有害菌數(shù)量大大增加,打破腸道微生態(tài)平衡，最終引起一系列的腸道健康問題。

1.2.2 木聚糖對腸道組織形態(tài)的影響

每種動物的腸道都有其特定的組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)，這是它們對食物進(jìn)行消化和吸收的基礎(chǔ)。在通常情況下，各種動物的腸道的組織形態(tài)是相對固定的，但是當(dāng)日糧類型或機體健康狀況發(fā)生改變，腸道的組織形態(tài)也會發(fā)生一定的變化。研究證實，用小麥型日糧替代豆粕型日糧會改變豬、肉雞、肉鴨等動物消化道生理和形態(tài)（Ide等，1989；Low，1989）。馮定遠(yuǎn)等（2011）認(rèn)為，消化道生理和形態(tài)變化的可能原因是由于可溶性木聚糖增加了動物腸道食糜黏度，而食糜黏度的增加會降低食糜和消化酶的流動速度，阻礙消化酶與底物的結(jié)合，導(dǎo)致消化器官的功能發(fā)生重大變化，機體可能會通過消化器官代償性的增大或分泌更多的內(nèi)源消化酶來補充營養(yǎng)及能量需要來適應(yīng)這些變化。

1.3 木聚糖對消化酶活性的影響

消化酶是對食物進(jìn)行化學(xué)消化的主要成分，也是衡量動物消化能力的一個重要指標(biāo)，其活性的高低直接影響到飼料的消化程度。木聚糖不僅能夠阻礙食糜與消化酶的接觸，而且還能在一定程度上抑制內(nèi)源性消化酶的分泌。Choct（1995）報道，小麥NSP能顯著降低肉仔雞小腸食糜中α-淀粉酶活性,并顯著降低淀粉的消化率。劉強（1998）報道，小麥SNSP對豬胰臟α-淀粉酶活性有顯著的競爭性抑制作用，抑制程度隨時間和劑量的增加而加強。于旭華等(2001)報道，小麥SNSP抑制肉仔雞小腸內(nèi)容物脂肪酶的活性。

2 木聚糖酶及其作用機理

2.1 木聚糖酶

木聚糖酶是一組可將阿拉伯木聚糖降解為低聚阿拉伯糖和木糖的復(fù)合酶系，主要由內(nèi)切β-1，4-木聚糖酶、外切-β-1，4-木聚糖酶和β-木糖苷酶3種酶組成，它們既具有專一性，作用于不同的糖苷鍵，又共同作用，把結(jié)構(gòu)復(fù)雜的木聚糖水解為低聚木糖（木寡糖）和木糖。木聚糖酶是具有四級結(jié)構(gòu)的大分子活性蛋白。在pH值2.5～12范圍內(nèi)能保持85%的酶活，其最適溫度50～55℃，60℃時酶活性保持在80%，以后酶活隨溫度升高而降低（鄢永亮，2003）。

2.2 木聚糖酶的作用機理

在飼料中添加木聚糖酶不僅可以有效降解飼糧中的木聚糖，消除木聚糖的不利影響，緩解其所產(chǎn)生的一系列抗?fàn)I養(yǎng)作用，降低食糜黏度，而且還可以減少有害微生物在腸道內(nèi)的定植和增殖、維持腸道正常結(jié)構(gòu)，從而提高機體對營養(yǎng)物質(zhì)的利用率和表觀代謝能（AME）。

木聚糖酶可以破壞植物細(xì)胞壁，釋放出營養(yǎng)物質(zhì)，從而提高養(yǎng)分利用率。它對阿拉伯木聚糖的完全水解需要多種酶的協(xié)調(diào)作用。首先，由內(nèi)切β-1,4-D木聚糖酶隨機裂解木聚糖骨架，產(chǎn)生木寡糖，降低了木聚糖的聚合度，然后由外切β-木糖苷酶將木寡糖和木二糖分解為木糖。

3 木聚糖酶對腸道健康的影響

3.1 木聚糖酶對消化道發(fā)育的影響

如前所述，飼料中的木聚糖可通過多種方式的抗?fàn)I養(yǎng)作用影響到動物消化道的組織形態(tài)，包括使消化器官增生、肥大，而這一效應(yīng)可以通過在日糧中添加木聚糖酶來解決。彭玉麟（2003）在肉雞小麥日糧中添加木聚糖酶后發(fā)現(xiàn)，試驗組肉雞的腺胃和肌胃的重量分別下降了18.97%～29.31%和5.63%～9.38%。廖細(xì)古等（2006）的研究也表明，在45日齡的肉鴨非常規(guī)日糧中添加木聚糖酶后，肌胃的相對重量和回腸的相對長度都顯著降低。馮定遠(yuǎn)等（2009）認(rèn)為，添加木聚糖酶可以改善木聚糖引起的消化器官增生、肥大的原因有兩點：一是日糧中添加木聚糖酶可以減少動物因非淀粉多糖而引起的消化器官代償性生長；二是日糧中添加木聚糖酶后提高了動物營養(yǎng)物質(zhì)消化率，從而提高了日糧的營養(yǎng)濃度，較小的消化道即可保證動物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的平衡。

3.2 木聚糖酶對小腸絨毛的影響

小腸是動物消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場所，而絨毛和微絨毛則是小腸最具有特征的結(jié)構(gòu)，特別是絨毛高度、隱窩深度是衡量小腸消化吸收功能的重要指標(biāo)。木聚糖酶一方面能夠破壞植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)消化道對抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的消化和利用；另一方面降低了大量木聚糖對腸道的直接刺激和對腸絨毛的損害，從而改善了小腸絨毛的形態(tài)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。于旭華（2004）的試驗也證實了這一點，他們在小麥型飼糧中添加木聚糖酶，發(fā)現(xiàn)肉雞小腸絨毛變短，且絨毛頂端變細(xì)，這表明木聚糖酶可降低小腸絨毛的代償性增生。

3.3 木聚糖酶對消化酶分泌與活性的影響

在富含木聚糖的飼料中添加一定量的木聚糖酶，不僅可以激活動物內(nèi)源酶的分泌，提高內(nèi)源性消化酶的活性，而且還能克服養(yǎng)殖動物由于內(nèi)源酶的不足而引起的消化不良。其原因在于飼料中的木聚糖可直接與腸道胰蛋白酶、脂肪酶絡(luò)合，降低其活性，刺激動物代償性最大程度地分泌消化液，導(dǎo)致內(nèi)源性氮的損失增加；而木聚糖酶則可通過降解木聚糖來提高內(nèi)源酶的活性，同時也可以激活動物體內(nèi)多種消化酶更多的分泌，提高消化酶的有效含量，加速營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收。聶國興等(2007)在尼羅羅非魚的研究中也發(fā)現(xiàn)，小麥基礎(chǔ)飼料中添加黑曲霉發(fā)酵的木聚糖酶能刺激內(nèi)源消化酶的分泌，提高了內(nèi)源酶的活力。

3.4 木聚糖酶對消化道微生物區(qū)系的影響

木聚糖酶對消化道微生物區(qū)系的影響是從兩個方面實現(xiàn)的：一方面木聚糖酶的添加可以有效改善食糜的黏度，加快食糜通過速度，從而改變腸道內(nèi)微生物的生存環(huán)境及營養(yǎng)成分，因此腸道菌群也會發(fā)生相應(yīng)的變化；另一方面木聚糖的降解產(chǎn)物可以參與腸道菌群調(diào)控，木聚糖酶能促進(jìn)飼料中木聚糖的降解，降解產(chǎn)物為低聚木糖和木糖，以低聚木糖為主。低聚木糖可顯著降低動物腸道有害菌，如腸桿菌、梭菌的數(shù)量，增加雙歧桿菌和乳酸菌的數(shù)量（張偉等，2011；聶國興等，2009；王金全，2004）。

4 結(jié)語

近年來，隨著飼料工業(yè)的迅猛發(fā)展，飼料資源短缺的問題日益凸顯，越來越多的非常規(guī)原料都被應(yīng)用到飼料中來。各種非常規(guī)原料的大量應(yīng)用，帶來的不僅僅是抗?fàn)I養(yǎng)的問題，更重要的是它們對腸道健康甚至機體健康的影響。木聚糖酶作為新一代酶制劑，不僅可以高效降解飼料中的木聚糖，解決飼料的抗?fàn)I養(yǎng)問題，同時還能通過對消化道發(fā)育、消化酶的分泌以及消化道微生物區(qū)系的調(diào)控而改善腸道的健康，因此，在保健型飼料開發(fā)和健康養(yǎng)殖中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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