創新技術揭示了酶如何降解油料飼料的NSP結構

中圖分類號：S816.79 文獻標識碼：C 文章編號：1001-0769（2016）05-0090-03

全球畜牧養殖場正越來越大地面臨著以合理的成本提高動物生產性能同時改善動物福利的壓力。

因此，可以提高飼料中營養素生物利用率的飼料原料，在保障畜牧養殖場微薄的營業利潤上起著重要的作用。

DSM-諾維信全球飼料聯盟的Ninfa Rangel Pedersen博士最近帶領其研究小組，開發了一種新型的方法，以觀察酶是如何降解飼用油籽粕中非淀粉多糖（NSP）的結構的。

最新的評估表明，目前飼用酶的使用為全球飼料市場每年節省了30億～50億美元，Pedersen博士的發現對全球飼料行業產生了巨大的影響。

1 植物性蛋白源

自2001年起，歐盟立法限制在動物生產中用肉骨粉作為蛋白質原料，促使市場轉向使用大豆粕（Soybean Meal，SBM）和其他植物蛋白型飼料原料。

SBM來自大豆油提煉行業，是一種高質量的蛋白質原料，這意味著其在植物蛋白粕的全球飼料市場中居主導地位。

然而，單胃動物無法消化它們攝入的高達 50 %的SBM，因為這種飼料原料含有會干擾單胃動物消化過程的且不能被它們消化的成分，和/或單胃動物缺乏分解此飼料中重要成分的酶。

如果飼料沒有被動物有效地消化，這對生產者和環境而言都是一種浪費。

大豆粕等植物蛋白源還包含各種抗營養因子，如絲氨酸蛋白酶抑制劑和凝集素，它們在單胃動物營養上具有毒性作用。

如芥花籽油（也被稱之為油菜籽）、向日葵、棕櫚仁、大豆都含有NSPs。

這些物質可能會影響飼料的消化和營養物質的吸收，因為單胃動物沒有可以分解植物細胞胞壁中復雜結構物質的內源性酶。

或許影響油菜籽粕營養價值的最重要因素，是來自植物細胞壁的不可消化的酸和中性NSPs。

2 抗營養影響

為了促進消化，消除NSPs的抗營養作用，酶可以加入SBM中。

例如，DSM公司的Ronozyme VP產品——一種可降解NSPs的飼料添加劑，含一種獨特的半纖維素酶和果膠酶的混合物，果膠酶由野生微生物（Aspergillus aculeatus，棘孢曲霉）發酵產生，以液體的或耐高溫包被（CT）的形式提供。

Ronozyme VP對大豆中NSPs的作用是DSM-諾維信全球飼料聯盟和丹麥哥本哈根大學合作進行的研究項目的主題。

在Pedersen博士的領導下，該項目正通過黏度測定、NSP分析、熒光顯微鏡檢和示蹤技術（抗體和免疫組織化學染色），研究由全球飼料聯盟開發的Ronozyme VP對多種谷物和蛋白原料的作用。

3 更多的營養價值

Pedersen博士和她的研究小組創建了一種新型體外技術，目的是顯示飼用酶如何能夠從體內研究中已經證明能夠增強動物生產性能的飼料中釋放出更多的營養。

這項創新技術由于其通過一系列引人注目的圖像使飼料行業能夠更好理解飼用酶如何發揮作用而引起了人們極大的興趣。

Pedersen博士解釋：“飼料中最常用的谷物——如小麥、玉米和大麥的細胞壁結構和成分相對比較好理解?！?/p>

“大豆、油菜籽和向日葵籽等蛋白原料的細胞壁結構更復雜，然而我們還沒有對其充分了解。對這些復雜結構的鑒別是學習怎樣從這些原料中獲取更多營養價值的先決條件?！?/p>

從本質上來說，這些植物的細胞壁由果膠、纖維素和半纖維素（木糖葡萄糖和甘露聚糖）組成。它們的結構在具體組成上存在差異，它們的果膠含量也如此，SBM含6 %的果膠，油菜籽粉則含9 %，而向日葵籽僅含5 %。

“眾所周知，飼用油菜籽粕的NSP含量會影響結合水的比率，進而會增加其在腸道內的黏度，并會降低營養物的吸收率。它也會引發墊料潮濕的問題。”Pedersen博士繼續說，\"谷物中的阿拉伯木聚糖和葡聚糖以及它們在家禽生產中產生的黏度問題已經引起了人們的廣泛關注，但是至今為止人們對蛋白源中的果膠和半纖維素含量及它們對家禽生產性能和墊料質量的影響關注極少?！?/p>

如果依次利用NSP降解酶以產生最大的影響，那么充分了解NSPs的特性是十分必要的。這就需要更好地掌握各種植物細胞壁的化學結構。

傳統觀點認為原始的油提煉工藝極其苛刻，以致它能夠完全降解蛋白型細胞壁的結構。

因此，據估計進一步的酶促降解作用并不是使蛋白源釋放更多營養物的先決條件。然而，Pedersen博士的研究獲得了一些不同的結果。

4 用染料染色

Pedersen博士的創新方法包括使用染料通過顏色在經酶處理后讓果膠增溶溶解來實現酶降解結果的可視化。

當要更詳細比較大豆切片和SBM時，染色有助于顯示細胞壁仍存在于大豆粕中以及植物細胞的細胞壁結構中仍含有蛋白質。

如上所述，單胃動物的腸道不能產生NSP降解酶。因此，可以預知包裹在SBM完整植物細胞壁中的蛋白質將不容易接觸到動物腸道中的蛋白酶，因此會減少這種重要營養素的吸收。

Pedersen博士的圖片利用熒光顯微鏡拍攝的。圖1中醒目的橙黃色是組織化學染料Coriphosphine O與酸性多糖親和的結果。假如出現這種情況，這說明大豆細胞壁結構中存在果膠。

阿爾新藍是一種對果膠質有高親和性的染料，它的使用支持了Coriphosphine O的顯色結果。

如果相同的樣品用復合酶孵育，在本次研究中則使用Ronozyme VP，此橙黃色在39 ℃下3 h內會消失，而后用Coriphosphine O復染，則無法使樣品再次顯示橙黃色，這說明果膠已被降解。

我們已經知道，細胞壁的結構不僅僅由果膠組成，因此需要另一種方法來使半纖維素酶可視化，尤其是在木糖葡萄糖和甘露聚糖中。

為了實現這個目的，研究人員應用一種抗體結合技術來詳細研究這種纖維結構，以暴露樣品中能夠以紅色標志物顯現的此抗體。

圖2顯示了用抗甘露聚糖和木糖葡萄糖的抗體染色的SBM和用Ronozyme VP在39 ℃下孵育3 h后的SBM。

圖E顯示了用抗甘露聚糖抗體標記的SBM，圖F顯示了用抗甘露聚糖抗體標記的SBM經酶作用后的現象。圖G顯示了用抗木糖葡萄糖抗體標記的SBM，圖H顯示了用抗木糖葡萄糖抗體標記的SBM經酶處理后的現象。

這清楚地表明，這些半纖維素纖維素是SBM細胞壁的一部分，同時表明用商用飼用酶可使其降解。同時還證明要降解蛋白源的細胞壁結構，所需要酶遠不止一種。

5 提高生產性能

Pedersen博士及其研究小組，包括博士生Jonas Ravn，是首位將日糧纖維分析、黏度測定法和免疫電鏡法結合在一起，以利用商用復合酶制劑來闡明大豆細胞壁中果膠和半纖維素的增溶作用和降解作用的研究人員。

Pedersen博士總結說：“單一的商用酶無法降解SBM復雜的細胞壁基質。由于SBM細胞壁成分的多樣性和復雜性，要解聚SBM型日糧中的NSPs需要使用由多種碳水化合物酶組成的復合酶制劑。”

成功的降解可以提高動物的日增重、飼料轉化率和養分消化率。DSM-諾維信/哥本哈根大學的研究小組希望我們今后在這一領域的進一步研究可以繼續獲得新的成果，為全球的飼料行業帶來有意義的前景。