非淀粉多糖酶在豬上的應用研究進展

向 興，劉 華，馬艷玲，唐行模，劉 藝，張應德

(1.四川省德陽市旌陽區孝感鎮畜牧獸醫站，四川 德陽 618021 ；2.湖南美可達生物資源股份有限公司，湖南 長沙 410000；3.四川省德陽市中江縣畜牧局，四川 德陽 618100 )

近年來研究表明，小麥、大麥、燕麥、稻谷及其加工副產物中含有大量非淀粉多糖，導致飼料養分消化利用率低，動物生產性能下降，影響動物健康等問題，限制了這些原料及其加工副產物在配合飼料生產上的應用。非淀粉多糖酶能夠有效降解飼料中的NSP，消除其抗營養作用，提高養分利用率，改善動物生長性能和腸道健康。

1 非淀粉多糖的抗營養作用

非淀粉多糖是植物組織中除淀粉以外的所有碳水化合物的總稱。根據NSP結構特點，將NSP分成纖維素、半纖維素和果膠三大類，是構成細胞壁的主要成分。根據NSP溶解性，NSP可分為不溶性非淀粉多糖和可溶性非淀粉多糖。NSP是飼料中的主要抗營養因子，其抗營養作用主要體現在影響營養物質的消化吸收、增加食糜黏性、影響消化酶活性和改變腸道微生物區系。

2 非淀粉多糖酶的作用機制

非淀粉多糖酶是一類能夠降解飼料中非淀粉多糖的酶制劑，主要包括纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶等。NSP酶能夠有效降解飼料中的非淀粉多糖，降低食糜黏性，增加底物與消化酶的接觸面積，提高養分利用率，改善動物生長性能和腸道健康。

2.1 降低食糜黏性

可溶性NSP能夠吸收高于自身10倍的水分，與食糜混合，極大的增加了食糜的黏度，高黏度的食糜阻礙了消化酶與底物的接觸，也降低了營養物質向腸黏膜遷移的速率，進而降低養分消化吸收，促進后腸微生物的厭氧發酵，增加了致病菌定植。NSP酶可以特異性降解NSP為短鏈多聚體(寡糖)或單糖，進而降低食糜黏性，消除NSP的抗營養作用。霍文穎等(2013)報道，在玉米-豆粕型日糧中添加NSP酶降低了斷奶仔豬空腸和回腸食糜黏性(P<0.1)，在小麥豆粕型日糧中添加NSP酶顯著降低了空腸食糜黏性(P<0.05)[1]；Vahjen W等(2007)報道，在小麥型日糧中添加NSP酶顯著降低空腸和結腸食糜黏性[2]。

2.2 破壞植物細胞壁，釋放細胞內養分

NSP是植物細胞壁的主要組成成分，配合飼料中的原料大部分為植物來源，單胃動物自身不能合成降解NSP的酶，大量的營養物質被細胞壁包裹而不能被有效的利用，降低了飼料的營養價值。NSP酶能降解細胞壁中的NSP，使胞內營養物質得到釋放，促進營養物質與腸道內消化酶的充分接觸，提高各種養分的消化率。Meng X等(2006)通過體外消化試驗，證明纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶的混合酶制劑能夠分別提高小麥(37%)、菜籽粕(36%)、豆粕(26%)和豌豆(28%)NSP的降解率[3]。

2.3 改善腸道健康

飼料中高含量的NSP使食糜黏度升高、養分利用率降低，高黏度食糜會延長食糜在消化道內滯留的時間，導致有害微生物大量定植，微生物生長繁殖會分泌大量的毒素，對動物健康帶來威脅。添加NSP酶制劑能夠降解日糧中的NSP，降低食糜黏度，加快食糜在胃腸道的排空速率，降低微生物尤其是有害微生物的生長繁殖，促進動物健康，同時日糧養分消化率提高，后腸微生物發酵底物減少，降低了有害微生物的生長繁殖。許多研究報道，日糧中添加NSP酶對腸道形態學結構、微生物菌群、揮發性脂肪酸含量和氨濃度有顯著影響。霍文穎等(2013)報道，玉米-豆粕型日糧和小麥-豆粕型日糧中添加NSP酶提高了斷奶仔豬回腸和盲腸揮發性脂肪酸濃度，提高了十二指腸、空腸前段及空腸后段絨毛高度(P<0.01)[1]；Gong M等(2007)報道，小麥日糧中添加阿拉伯木聚糖酶顯著降低空腸末端腸上皮淋巴細胞數量，說明添加阿拉伯木聚糖酶緩解了NSP對仔豬腸道的刺激[4]；Kiarie E等(2007)報道，日糧中添加NSP酶復合酶制劑顯著增加了仔豬腸道乳酸桿菌數量和乳酸濃度，降低了回腸氨濃度(P<0.05)[5]。

2.4 提高能量利用率

日糧中添加NSP酶不僅可以提高能量的消化率，還能通過將NSP降解成短鏈多聚物、寡糖、單糖，單糖被腸道直接吸收，短鏈多聚物和寡糖作為腸道微生物發酵的底物，發酵后生成揮發性脂肪酸被機體吸收，進而提高了能量的利用率。Nortey T N等(2007)報道在含20%小麥加工副產物的日糧中添加木聚糖酶和植酸酶，可以將日糧的消化能從3.52 Mcal/kg提高至3.69 Mcal/kg，與小麥基礎日糧消化能水平(3.72 Mcal/kg)相當[6]。

3 影響非淀粉多糖酶作用效果的因素

3.1 日糧類型

不同日糧類型中添加NSP酶獲得不同應用效果的研究報道，證明了日糧類型是影響NSP酶作用效果的因素之一。Prandini A等(2014)研究了兩個品種(Astartis 和Alamo)大麥日糧中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶復合酶對斷奶仔豬生長性能的影響，結果表明，Astartis大麥日糧中添加NSP酶提高了仔豬在試驗2階段和全期的飼料轉速率，但是對Alamo大麥日糧沒有影響[7]；Willamil J 等(2012)報道，日糧中添加NSP復合酶制劑，對玉米日糧組豬的生長性能沒有影響，但是提高了小麥-大麥-黑麥日糧組豬的生長性能[8]。

3.2 動物生理階段

成年動物的消化道發育相對幼齡動物更加成熟，內源酶更豐富，微生物區系更穩定，對NSP抗營養的耐受力更強，因此添加NSP酶制劑的效果一般差于幼齡動物。動物在病理或應激狀態下，添加NSP酶的效果更好。王金偉(2013)研究了飼料中添加NSP酶對斷奶仔豬和生長豬生長性能、養分消化率、腸道功能的影響，結果表明，NSP酶在斷奶仔豬小麥型飼糧中具有很好的應用效果；NSP酶在生長豬上的應用效果沒有在斷奶仔豬上效果顯著，NSP酶對30～50 kg階段的生長豬的生長性能沒有顯著影響[9]。

3.3 酶制劑的性質與配伍

NSP酶的來源、酶的發酵生產工藝、酶活、pH值穩定范圍、耐受溫度、對底物抑制劑的敏感性、內源物質的抵抗性、酶的添加劑量以及酶制劑的配伍等，都會影響NSP酶在動物日糧中的應用效果。Omogbenigun F O等(2004)對比研究3種NSP酶復合酶制劑(纖維素酶+半乳糖苷酶+甘露聚糖酶；纖維素酶+果膠酶；纖維素酶+半乳糖苷酶+甘露聚糖酶+果膠酶)對斷奶仔豬生長性能和養分消化率的影響，結果表明，第3組NSP酶復合酶制劑的干物質和粗蛋白的消化率顯著高于其他2組復合酶制劑[10]；Gong M等(2012)研究小麥型日糧中添加不同劑量的阿拉伯木聚糖對斷奶仔豬腸道形態的影響，結果表明，對照組仔豬空腸中部腸絨毛高度顯著高于0.5 g/kg木聚糖酶組和1 g/kg木聚糖酶組，與1.5 g/kg木聚糖酶組差異不顯著，對照組仔豬回腸末端腸上皮淋巴細胞數量顯著高于1 g/kg木聚糖酶組和1.5 g/kg木聚糖酶組，與0.5 g/kg木聚糖酶組差異不顯著[4]。

3.4 飼料加工

飼料加工過程對NSP酶影響最大的是制粒前調質工藝，沒有經過特殊穩定性處理的酶制劑很難經制粒工藝后仍維持較高的活力。目前生產上主要通過對NSP酶進行物理包埋或采用液態酶制劑在制粒后表面噴涂，降低加工過程的高溫對NSP酶造成的損失。通過轉基因技術篩選耐高溫的菌株，生產耐熱性更強的NSP酶，也是提高酶制劑產品質量和應用效果的關鍵途徑。

4 非淀粉多糖酶在豬上的應用效果

4.1 NSP酶在仔豬上的應用

研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加NSP酶能夠提高仔豬對日糧中養分的消化吸收。Owusu-Asiedu A等(2012)研究報道，在以小麥和大麥為主要能量飼料的斷奶仔豬日糧中添加阿拉伯木聚糖酶和β-葡聚糖酶混合酶制劑顯著提高了日糧中干物質、能量、粗蛋白、氨基酸的回腸表觀消化率(P<0.05)[11]。許多研究報道，日糧中添加NSP酶能夠提高斷奶仔豬的采食量、平均日增重和飼料轉換率。Li W F等(2004)報道，大麥日糧中添加1.5 g/kg的NSP酶制劑，可分別提高仔豬的平均日增重6.22%(P<0.01)、平均日采食量2.14%(P<0.05)和飼料轉換率3.69%(P<0.05)[12]。NSP酶能夠有效降解日糧中的NSP，消除其抗營養作用，降低食糜黏性，提高養分消化率，同時NSP被降解成短鏈的寡糖在后腸被有益微生物利用而促進腸道健康。Yi J Q等(2013)報道日糧中添加木聚糖酶顯著增加了盲腸乳酸桿菌數量，顯著降低了大腸中致病性大腸桿菌數量[13]。由于日糧差異和酶的特性等原因，也有相關研究報道日糧中添加NSP對仔豬的生長性能沒有影響。Jones C K等(2010)報道含30%DDGS的玉米-豆粕型日糧中添加NSP酶對仔豬的生長性能沒有改善效果[14]。

4.2 NSP酶在生長育肥豬上的應用

生長育肥豬日糧中添加NSP酶，能夠提高日糧養分和能量的消化率。Fang Z F等(2007)報道在玉米-豆粕-菜粕型日糧中添加NSP酶復合酶制劑或木聚糖酶能夠顯著提高生長豬對日糧能量(P<0.05)和中性洗滌纖維(P<0.05)的總腸道表觀消化率[15]；O'Connell J M等(2005)報道在大麥日糧中添加NSP酶，顯著提高了生長豬對日糧干物質、有機物和氮的消化率(P<0.05)[16]。日糧中添加NSP酶，可以提高生長育肥豬的生長性能。Fang Z F等(2007)研究了玉米-豆粕-菜粕日糧中添加NSP復合酶制劑或木聚糖酶對生長豬養分消化率和生長性能的影響，結果表明日糧中分別添加NSP復合酶制劑和木聚糖酶都能顯著提高生長豬的平均日增重(P<0.05)和飼料轉換率(P<0.05)[15]。Barrera M等(2004)報道，隨著日糧中木聚糖酶添加劑量的增加，試驗豬的平均日增重和飼料轉換率呈線性和二次增加，添加4萬IU/kg日糧的木聚糖酶具有最大的促生長效應[17]；Willamil J等(2012)報道在小麥-大麥-黑麥日糧中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶復合酶制劑能夠提高生長豬的生長性能，但是在玉米型日糧中添加對生長性能沒有影響[8]；Garry B P等(2007)報道在育肥豬大麥和小麥日糧中添加木聚糖和β-葡聚糖復合酶制劑，對育肥豬的生長性能沒有影響[18]。日糧中添加NSP酶，影響生長育肥豬后腸微生物發酵。O'Connell J M等(2005)研究日糧谷物類型和添加β-葡聚糖或木聚糖酶復合酶制劑對育肥豬養分消化率、大腸微生物、大腸揮發性脂肪酸和氨濃度的影響，結果表明，日糧中添加NSP酶對采食小麥日糧的試驗豬腸道雙歧桿菌的數量沒有影響，但是顯著增加了采食大麥日糧試驗豬的腸道致病性大腸桿菌數量，降低了雙歧桿菌數量，添加NSP酶對盲腸和直腸異戊酸和異丁酸以及糞便氨濃度沒有影響[16]；Leek A B G和Garry B P(2007)也有相似的報道，小麥日糧中添加NSP酶降低了試驗豬糞便氨濃度，而大麥日糧中添加NSP酶卻提高了糞便氨濃度[18-19]；Reilly P等(2010)報道分別在大麥、燕麥和小麥日糧中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶混合酶制劑對生長豬后腸雙歧桿菌和乳酸菌數量以及揮發性脂肪酸濃度沒有影響[20]。

4.3 NSP酶在母豬上的應用

NSP酶在母豬上的應用研究很少，有待于進一步的研究。現有文獻報道在泌乳期日糧中添加NSP酶，可以提高母豬對日糧養分的消化率，改善母豬體況，提高仔豬的生長性能。De Souza A L P等(2007)研究了妊娠期、泌乳期日糧中分別添加蛋白酶-纖維素酶復合酶制劑和木聚糖酶對母豬回腸和總腸道養分消化率的影響，結果表明，妊娠期日糧中添加蛋白酶-纖維素酶復合酶制劑或木聚糖酶，對日糧養分消化率沒有影響，但是泌乳期日糧中添加木聚糖酶顯著提高了干物質和氮的回腸、總腸道表觀消化率(P<0.05)[21]；Ji F等(2004)報道，在泌乳期日糧中添加半乳糖甘酶、甘露聚糖酶、甘露糖苷酶混合酶制劑顯著降低了初產母豬泌乳期失重(P<0.05)，縮短發情間隔(P<0.05)[22]；Lopes D C N等(2009)報道，泌乳期日糧中添加NSP酶，提高了仔豬的斷奶窩重(P=0.06)和平均斷奶重(P=0.07)[23]；Walsh M C等(2012)報道，日糧中添加NSP提高了母豬泌乳第三周的采食量和能量攝入(P<0.05)，提高了母豬斷奶時和配種時的背膘厚度(P<0.05)[24]。

5 總結與展望

日糧中添加NSP酶能特異性的降解NSP，降低食糜黏性，破壞植物細胞壁，釋放胞內物質，提高養分的消化率和動物生長性能，促進后腸有益微生物發酵和腸道健康。不同品種、產地飼料原料中NSP的含量和種類差異大，導致NSP酶在不同日糧中應用效果有差異，因此建立和完善常用飼料原料及其加工副產物中NSP含量數據庫，將有利于根據日糧組合特異性的添加NSP酶，提高NSP酶的應用效果。酶的活性、最適反應pH以及對加工過程高溫的耐受程度顯著影響NSP酶的應用效果，因此利用生物工程技術對表達菌種進行篩選和改良，以獲取高酶活、適應消化道酸性環境、耐高溫、高產量的表達體系，是未來提高NSP酶產品質量和應用效果的主要途徑。