木聚糖酶在動(dòng)物腸道健康中的作用

吳建軍 周 櫻 詹志春

(新華揚(yáng)生物股份有限責(zé)任公司，湖北武漢430074)

腸道不僅是動(dòng)物機(jī)體消化和吸收飼料營養(yǎng)物質(zhì)的重要場(chǎng)所，而且是機(jī)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(gè)機(jī)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(jià)值，而且有利于充分發(fā)揮動(dòng)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(shí)還能有效改善腸道健康，提高動(dòng)物的非特異性免疫能力，從而提高動(dòng)物的健康水平。

1 木聚糖及其對(duì)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?？煞譃榭扇苄阅揪厶牵s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(duì)腸道健康的影響

1.2.1 木聚糖對(duì)腸道菌群的影響

健康的動(dòng)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(dòng)物形成了良好的共生關(guān)系，對(duì)動(dòng)物腸道健康的維護(hù)發(fā)揮著很重要的作用，為動(dòng)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(gè)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(duì)腸道組織形態(tài)的影響

每種動(dòng)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(duì)食物進(jìn)行消化和吸收的基礎(chǔ)。在通常情況下，各種動(dòng)物的腸道的組織形態(tài)是相對(duì)固定的，但是當(dāng)日糧類型或機(jī)體健康狀況發(fā)生改變，腸道的組織形態(tài)也會(huì)發(fā)生一定的變化。研究證實(shí)，用小麥型日糧替代豆粕型日糧會(huì)改變豬、肉雞、肉鴨等動(dòng)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(dòng)物腸道食糜黏度，而食糜黏度的增加會(huì)降低食糜和消化酶的流動(dòng)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(jī)體可能會(huì)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(bǔ)充營養(yǎng)及能量需要來適應(yīng)這些變化。

1.3 木聚糖對(duì)消化酶活性的影響

消化酶是對(duì)食物進(jìn)行化學(xué)消化的主要成分，也是衡量動(dòng)物消化能力的一個(gè)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(bào)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(qiáng)（1998）報(bào)道，小麥SNSP對(duì)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(shí)間和劑量的增加而加強(qiáng)。于旭華等(2001)報(bào)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(jī)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(jí)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(shí)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(jī)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(jī)體對(duì)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(duì)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(jī)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(duì)腸道健康的影響

3.1 木聚糖酶對(duì)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(dòng)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(yàn)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(duì)重量和回腸的相對(duì)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(diǎn)：一是日糧中添加木聚糖酶可以減少動(dòng)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(dòng)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(dòng)物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的平衡。

3.2 木聚糖酶對(duì)小腸絨毛的影響

小腸是動(dòng)物消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場(chǎng)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(duì)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(duì)腸道的直接刺激和對(duì)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(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)，他們?cè)谛←溞惋暭Z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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)也可以激活動(dòng)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(duì)消化道微生物區(qū)系的影響

木聚糖酶對(duì)消化道微生物區(qū)系的影響是從兩個(gè)方面實(shí)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(huì)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(dòng)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(duì)腸道健康甚至機(jī)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(shí)還能通過對(duì)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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