1 纖維素酶的作用機制
根據(jù)酶的作用方式纖維素酶分為C1酶、CX酶和纖維二糖酶等類型。C1酶主要作用于天然纖維素,使之轉變?yōu)榉墙Y晶的纖維素。CX酶又分為CX1酶和CX2酶兩種。CX1酶是一種內斷型纖維素酶,它從水合非結晶纖維素分子內部作用于β-(1,4)糖苷鍵,生成纖維糊精與纖維二糖。CX2酶是一種外斷型纖維素酶,它從水合性纖維素分子的非還原端作用于β-(1,4)糖背鍵,逐步切斷β-(1,4)糖節(jié)鍵生成葡萄糖。纖維二糖酶則作用于纖維二糖,生成葡萄糖(何明清,1994)。
在動物飼料中添加纖維素酶的作用機制在于:1)它可打破植物細胞壁使胞內原生質暴露出來,由內源酶進一步降解,所以除了細胞壁被降解供能外,還提高了胞內物質的消化率,從而有效地提高了飼料的有效能值??裳a充草食動物內源酶的不足。在草食動物胃中雖有一定量的能分解纖維素的微生物存在,可以分解一定量的纖維素,但產生的纖維素酶量有限,而添加纖維素酶制劑可明顯提高草食動物對粗纖維的消化利用率。另外,對單胃動物而言,纖維素酶可改善消化道環(huán)境,便酸度增加,以激活胃蛋白酶。3)消除抗營養(yǎng)因子。果膠、半纖維素、葡聚糖和戊聚精部分溶解在水中產生粘性,增加了動物胃腸道內容物的粘度,對內源酶而言是一個物理障礙,導致飼料消化吸收利用率降低,同時粘稠的消化道內容物容易引起有害微生物的滋生,增加胃腸疾病的發(fā)生率。而添加纖維素酶可減低粘稠度,促進內源酶的擴散,增強養(yǎng)分的消化吸收,增大腸道內容物的流動性,有效降低有害微生物附著滋生的可能性。4)飼用纖維素酶之所以具有提高畜禽體增重、降低料肉比的功效,還因為纖維素酶制劑本身是一種由蛋白酶、淀粉酶、果膠酶和纖維素酶等組成的多酶復合物。在這種多酶復合體系中一種酶的產物可以成為另一種酶的底物,從而使消化道內的消化作用得以順利進行。也就是說纖維素酶除直接降解纖維素,促進其分解為易被動物所消化吸收的低分子化合物外,還和其他酶共同作用提高畜禽對飼料營養(yǎng)物質的分解和消化。引纖維素酶還具有維持小腸絨毛形態(tài)完整、促進營養(yǎng)物質吸收的功能。 2 纖維素酶在養(yǎng)殖業(yè)中的應用
2.1 纖維素酶在反芻動物中的應用 在瘤胃微生物區(qū)系結構正常的情況下,添加纖維素酶能以幾倍的效率提高粗纖維和其他營養(yǎng)物質的酵解強度,提高消化吸收水平。在瘤胃發(fā)生病理變化即微生物區(qū)系失去平衡進入腐解過程時,高活性纖維素酶能迅速調整微生物區(qū)系結構,恢復平衡關系和正常酵解、吸收、合成過程。
有試驗表明在瘤胃正常狀態(tài)下,添加纖維素酶飼喂奶牛5晝夜以后,其糞便干物質和飼喂前相比,減少了30%左右;1周以后,封閉牛舍氨氣含量下降70%左右,粗飼料采食量提高10%~20%,糞便中蛋白質提高8%~10%,尿中尿素下降58.9%(趙長發(fā),1993)。有試驗表明,在奶牛飼料中添加纖維素酶可在降低采食量的同時,提高增重和產奶量,提高飼料報酬,而在產奶量增加的同時對乳脂率沒有明顯影響。纖維素酶在降低采食量的同時提高產奶量的主要原因是:反芻動物的攝食量主要受血液內的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度的調節(jié)。揮發(fā)性脂肪酸是纖維素的分解產物,外派性纖維素酶增加了瘤胃中揮發(fā)性脂肪酸的生成量,而瘤胃對揮發(fā)性脂肪酸的吸收較快,大量的揮發(fā)性脂肪酸進入血液,并隨其濃度的升高反饋性作用于食物調節(jié)中樞,導致采食量下降。一般認為奶牛的產奶量和乳脂率呈負相關,而試驗表明在奶牛日糧中添加纖維素酶后,隨著產奶量的上升乳脂率呈上升趨勢。這說明纖維素酶通過提高奶牛血液中的各種營養(yǎng)物質的含量,增強乳腺細胞對各種營養(yǎng)物質的攝取能力,從而維持乳中的各種營養(yǎng)物質的含量始終處于平衡狀態(tài)。 2.2 纖維素酶在單胃動物中的應用 除腸道中的微生物可以降解部分纖維素外,單胃動物不能分泌斷裂β-1,4糖苷鍵的內源酶,所以飼料中含有的纖維素對單胃動物而言幾乎不具有營養(yǎng)價值。此外,由于纖維素的交鉛、纏繞和粘附,阻礙營養(yǎng)物質的消化和吸收并影響腸道微生物菌群的平衡。因此在單胃動物日糧中添加纖維素酶具有營養(yǎng)和保健的雙重功效。
2.2.1 肉雞 在日糧中添加纖維素酶飼喂肉雞可使肉雞飼料消耗量下降16.25%,體重增加2.88%,料肉比降低10.18%(尹清強等,1993)。Francesh等(1994)同時使用纖維素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶喂以大麥飼料為基礎的雛雞,結果使飼料消耗降低2.9%,體重提高1.3%。秦江明等(1996)對飼喂添加纖維素酶的肉雞進行各階段的體重分析,結果試驗雞于2周末、4周末體重在各日糧間差異極顯著,說明酶制劑對肉雞前期的生長作用顯著;6周末、8周末試驗雞體重在各日糧間也呈增高趨勢。說明添加外源酶制劑補充了內源酶的不足,因而在肉雞發(fā)育前期具有更顯著的效果。
2.2.2 蛋雞 王懷凡等(1995)在蛋雞常規(guī)飼料中添加0.1%復合纖維素酶,試驗組的產蛋率比對照組提高10.8%,蛋重提高1.7%,料蛋比下降14.6%。徐奇支等(1998)用纖維素酶添加日糧飼喂蛋雞,對蛋形指數(shù)、蛋殼厚度未產生明顯影響,但添加0.1%和0j%的纖維素酶降低了破蛋率。
2.2.3 豬 王堯等(1995)用前期含草粉10%、后期含草粉15%的日糧添加纖維素酶喂肥育豬,試驗組比對照組日增重提高0.255kg,料肉比下降0.24,每頭每日增加效益0.95元。
3 應用中存在的問題
纖維素酶作為畜禽飼料添加劑,從作用機理和實際生產中看,均能說明是個良好的添加劑。但目前在應用方面還存在一些問題。如:1)同種類動物不同發(fā)育階段的酶系變化,以及飼喂纖維素復合酶后對動物消化酶系分泌的影響,需深入研究。2)各種動物的*添加量。3)加工、貯存對酶活的影響,以及飼料中的其他物質對纖維素酶的影響,都需深入研究。此外,添加纖維素酶后由于營養(yǎng)物質的利用率提高,如何對原有配方進行修訂也是值得研究的問題。