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β-葡聚糖是饲料中重要的抗营养因子

返回列表 来源: 发布日期: 2020.06.18

β-葡聚糖是饲料中重要的抗营养因子。不能被单胃动物自身分泌的消化酶水解。水溶性β-葡聚糖遇水溶胀形成高粘度溶液,使胃肠道食糜粘度增加,阻碍营养物质的释放与扩散,降低消化酶活性,降低营养物质的消化与吸收。在饲料中添加β-葡聚糖酶,可以破解植物细胞壁,降低食糜粘度。提高消化酶活性,促进营养物质的消化与吸收,减少后肠有害微生物发酵,稳定饲料品质,提高饲料利用率,改善动物生产性能。

一,β-葡聚糖的抗营养作用

1 增加食糜的粘度

β-葡聚糖不能被单胃动物自身分泌的消化酶分解。β-葡聚糖溶于水后,能够保持数倍于自身重量的水分,使食糜呈胶体状态,增加了食糜的粘稠度,减缓了食糜在消化道内的流通速度,降低了畜禽的采食量。β-葡聚糖可与肠道内的的蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等消化酶结合,阻碍这些酶与底物发生反应,降低了消化酶活性。粘度的增加使肠道内食糜机械混合的能力受阻,影响已经消化的养分向肠粘膜的移动,降低营养物质的消化吸收率。

2 阻碍营养物质的释放

β-葡聚糖属于植物细胞壁中的结构性非淀粉多糖。β-葡聚糖与纤维素、半纤维素、木质素和少量的伸展蛋白通过共价键或次级键相互交联在一起,将大分子的营养物质牢牢包裹在植物细胞壁内,在营养物质与消化酶之间形成一道物理屏障,阻碍营养物质与消化酶的接触,降低饲料的利用率

3 改变肠道微生物菌群

饲料养分消化率的降低将导致营养物质在肠道内蓄积,富含养分的食糜是细菌理想的培养基。食糜通过消化道速度的降低,为细菌特别是致病菌的繁殖提供了有利条件。大量有害微生物的增殖,会使肠道微生物菌群失调,刺激肠道粘膜层增厚,损害微绒毛,使动物腹泻率增加,影响动物健康。甚至抑制动物生长。

二,β-葡聚糖酶的来源及作用机理

β-葡聚糖酶是指能够水解β-葡聚糖中的β-13糖苷键和β-14糖苷键,生成低聚糖、寡糖和少量葡萄糖,使之失去亲水性和粘性的一类酶的总称。β-葡聚糖酶主要包括β-13-14-葡聚糖酶,内切和外切β-13-葡聚糖酶,内切和外切β-14-葡聚糖酶。有关这些酶对β-葡聚糖确切的作用位点尚未见系统详细的报道。内切酶主要从分子链内部随机地将β-葡聚糖的长链切割成短链,可以明显降低β-葡聚糖的粘度;外切酶则从非还原性末端将β-葡聚糖逐次切下一个葡萄糖,对β-葡聚糖粘度的影响较少。饲料工业中应用的主要是内切β-葡聚糖酶。β-葡聚糖酶来源广泛,植物和微生物都能产β-葡聚糖酶。饲料中使用的主要是微生物来源的β-葡聚糖酶。细菌和真菌都能发酵产β-葡聚糖酶,饲料工业研究和应用较多的产酶菌是真菌。目前饲料中普遍使用的是由里氏木酶经过液体深层发酵生产的β-葡聚糖酶,发酵活力较高,国内尚没有通过固态发酵方式生产的β-葡聚糖酶商品化产品销售。该酶最适作用温度为45℃~55℃ ,最适作用pH 5.5β-葡聚糖酶水解时绝对要求其底物具有邻接的β-13糖苷键和β-14糖苷键,只水解邻接β-13糖苷键的β-14糖苷键。β-葡聚糖的主要结构型式为G4G3G4G4G4G3G4G4G3G4.red(G代表β-葡萄糖残基,数字34代表β-13糖苷键和β-14糖苷键,red 代表还原性末端),独特的G4G4G3G4.redG4G3G.red是水解的主要低聚产物。β-葡聚糖酶的作用机理主要包括以下几个方面。

1 降低食糜粘度,提高消化酶活性

β-葡聚糖是引起肠道食糜粘度增加的重要抗营养因子。β-葡聚糖酶可将大分子的β-葡聚糖降解为聚合度较小且粘度效应较低的低聚糖和寡糖。从而降低食糜的粘度和改善动物生长性能。粘度降低能使食糜以较快的速率推人消化道后段,增加动物采食量;同时提高食糜与消化酶的混合速率,增加营养物质与消化酶的接触机会,提高消化酶活性,提高营养物质的消化吸收。

2 破解植物细胞壁,促进营养物质的释放

植物细胞壁结构复杂,许多植物性饲料原料即使经过粉碎加工处理,仍不能完全破坏细胞壁结构的完整性。β-葡聚糖是构成植物细胞壁的主要成分之一,与细胞壁其他物质共同形成一道物理屏障。阻碍细胞内营养物质的释放。包裹在细胞壁内的部分营养物质由于不能与消化酶接触而无法被完全消化利用。β-葡聚糖酶能够有效降解植物细胞壁,打破物理屏障,促进细胞壁内营养物质的释放。在β-葡聚糖酶的作用下,大分子营养物质从被打碎的细胞中释放出来,更多的营养物质得以与消化酶作用,提高了饲料的消化率。

3 改善肠道微生物菌群,增进动物健康

粘度的降低使营养物质在小肠段消化和吸收更完全,减少了消化道后段有害微生物可利用的养分量,降低后肠有害微生物的增殖和发酵,减少粘粪产生,降低养殖环境污染,增进动物健康。

三,存在的问题及展望

β-葡聚糖酶是饲料工业中较早使用的一种酶制剂。β-葡聚糖酶的使用,大大提高了大麦日粮的营养价值。目前玉米价格较低。多数饲料企业仍是以玉米-豆粕型日粮为主,大麦及其他能量饲料使用较少,β-葡聚糖酶在饲料中的应用没有作为酶制剂使用的重点。β-葡聚糖酶通常作为辅助性酶制剂与木聚糖酶、纤维素酶等配合使用。β-葡聚糖酶在饲料养殖中降低或消除β-葡聚糖的抗营养作用,并不是由于水解β-葡聚糖使葡萄糖的利用率提高,而是将β-葡聚糖降解为分子量相对较小的低聚糖和寡糖,降低了食糜的粘度,提高了消化酶活性,促进营养物质的消化与吸收。另外也有一些研究报道,日粮中适量的β-葡聚糖具有调节血糖、降低胆固醇、防止便秘、提高免疫力、促进肠道益生菌增殖、改善肠道健康等保健作用。β-葡聚糖酶在啤酒工业的应用较为成熟,添加β-葡聚糖酶可以降低麦汁粘度,缩短过滤时间,增加啤酒产量,改善啤酒品质。由于动物饲料中大麦使用量较少,饲料工业对β-葡聚糖酶的研究动力不足,没有专门针对动物胃肠道消化生理特点开发确实有效的β-葡聚糖酶,而是直接将啤酒工业用β-葡聚糖酶直接添加在动物饲料中。国内产β-葡聚糖酶的微生物菌种来源单一,虽然发酵活力较高,其耐饲料制粒高温性能和耐胃酸性能仍有待提高。

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