非淀粉多糖酶在猪上的应用研究进展

向 兴，刘 华，马艳玲，唐行模，刘 艺，张应德

(1.四川省德阳市旌阳区孝感镇畜牧兽医站，四川 德阳 618021 ；2.湖南美可达生物资源股份有限公司，湖南 长沙 410000；3.四川省德阳市中江县畜牧局，四川 德阳 618100 )

近年来研究表明，小麦、大麦、燕麦、稻谷及其加工副产物中含有大量非淀粉多糖，导致饲料养分消化利用率低，动物生产性能下降，影响动物健康等问题，限制了这些原料及其加工副产物在配合饲料生产上的应用。非淀粉多糖酶能够有效降解饲料中的NSP，消除其抗营养作用，提高养分利用率，改善动物生长性能和肠道健康。

1 非淀粉多糖的抗营养作用

非淀粉多糖是植物组织中除淀粉以外的所有碳水化合物的总称。根据NSP结构特点，将NSP分成纤维素、半纤维素和果胶三大类，是构成细胞壁的主要成分。根据NSP溶解性，NSP可分为不溶性非淀粉多糖和可溶性非淀粉多糖。NSP是饲料中的主要抗营养因子，其抗营养作用主要体现在影响营养物质的消化吸收、增加食糜黏性、影响消化酶活性和改变肠道微生物区系。

2 非淀粉多糖酶的作用机制

非淀粉多糖酶是一类能够降解饲料中非淀粉多糖的酶制剂，主要包括纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶等。NSP酶能够有效降解饲料中的非淀粉多糖，降低食糜黏性，增加底物与消化酶的接触面积，提高养分利用率，改善动物生长性能和肠道健康。

2.1 降低食糜黏性

可溶性NSP能够吸收高于自身10倍的水分，与食糜混合，极大的增加了食糜的黏度，高黏度的食糜阻碍了消化酶与底物的接触，也降低了营养物质向肠黏膜迁移的速率，进而降低养分消化吸收，促进后肠微生物的厌氧发酵，增加了致病菌定植。NSP酶可以特异性降解NSP为短链多聚体(寡糖)或单糖，进而降低食糜黏性，消除NSP的抗营养作用。霍文颖等(2013)报道，在玉米-豆粕型日粮中添加NSP酶降低了断奶仔猪空肠和回肠食糜黏性(P<0.1)，在小麦豆粕型日粮中添加NSP酶显著降低了空肠食糜黏性(P<0.05)[1]；Vahjen W等(2007)报道，在小麦型日粮中添加NSP酶显著降低空肠和结肠食糜黏性[2]。

2.2 破坏植物细胞壁，释放细胞内养分

NSP是植物细胞壁的主要组成成分，配合饲料中的原料大部分为植物来源，单胃动物自身不能合成降解NSP的酶，大量的营养物质被细胞壁包裹而不能被有效的利用，降低了饲料的营养价值。NSP酶能降解细胞壁中的NSP，使胞内营养物质得到释放，促进营养物质与肠道内消化酶的充分接触，提高各种养分的消化率。Meng X等(2006)通过体外消化试验，证明纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶的混合酶制剂能够分别提高小麦(37%)、菜籽粕(36%)、豆粕(26%)和豌豆(28%)NSP的降解率[3]。

2.3 改善肠道健康

饲料中高含量的NSP使食糜黏度升高、养分利用率降低，高黏度食糜会延长食糜在消化道内滞留的时间，导致有害微生物大量定植，微生物生长繁殖会分泌大量的毒素，对动物健康带来威胁。添加NSP酶制剂能够降解日粮中的NSP，降低食糜黏度，加快食糜在胃肠道的排空速率，降低微生物尤其是有害微生物的生长繁殖，促进动物健康，同时日粮养分消化率提高，后肠微生物发酵底物减少，降低了有害微生物的生长繁殖。许多研究报道，日粮中添加NSP酶对肠道形态学结构、微生物菌群、挥发性脂肪酸含量和氨浓度有显著影响。霍文颖等(2013)报道，玉米-豆粕型日粮和小麦-豆粕型日粮中添加NSP酶提高了断奶仔猪回肠和盲肠挥发性脂肪酸浓度，提高了十二指肠、空肠前段及空肠后段绒毛高度(P<0.01)[1]；Gong M等(2007)报道，小麦日粮中添加阿拉伯木聚糖酶显著降低空肠末端肠上皮淋巴细胞数量，说明添加阿拉伯木聚糖酶缓解了NSP对仔猪肠道的刺激[4]；Kiarie E等(2007)报道，日粮中添加NSP酶复合酶制剂显著增加了仔猪肠道乳酸杆菌数量和乳酸浓度，降低了回肠氨浓度(P<0.05)[5]。

2.4 提高能量利用率

日粮中添加NSP酶不仅可以提高能量的消化率，还能通过将NSP降解成短链多聚物、寡糖、单糖，单糖被肠道直接吸收，短链多聚物和寡糖作为肠道微生物发酵的底物，发酵后生成挥发性脂肪酸被机体吸收，进而提高了能量的利用率。Nortey T N等(2007)报道在含20%小麦加工副产物的日粮中添加木聚糖酶和植酸酶，可以将日粮的消化能从3.52 Mcal/kg提高至3.69 Mcal/kg，与小麦基础日粮消化能水平(3.72 Mcal/kg)相当[6]。

3 影响非淀粉多糖酶作用效果的因素

3.1 日粮类型

不同日粮类型中添加NSP酶获得不同应用效果的研究报道，证明了日粮类型是影响NSP酶作用效果的因素之一。Prandini A等(2014)研究了两个品种(Astartis 和Alamo)大麦日粮中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶复合酶对断奶仔猪生长性能的影响，结果表明，Astartis大麦日粮中添加NSP酶提高了仔猪在试验2阶段和全期的饲料转速率，但是对Alamo大麦日粮没有影响[7]；Willamil J 等(2012)报道，日粮中添加NSP复合酶制剂，对玉米日粮组猪的生长性能没有影响，但是提高了小麦-大麦-黑麦日粮组猪的生长性能[8]。

3.2 动物生理阶段

成年动物的消化道发育相对幼龄动物更加成熟，內源酶更丰富，微生物区系更稳定，对NSP抗营养的耐受力更强，因此添加NSP酶制剂的效果一般差于幼龄动物。动物在病理或应激状态下，添加NSP酶的效果更好。王金伟(2013)研究了饲料中添加NSP酶对断奶仔猪和生长猪生长性能、养分消化率、肠道功能的影响，结果表明，NSP酶在断奶仔猪小麦型饲粮中具有很好的应用效果；NSP酶在生长猪上的应用效果没有在断奶仔猪上效果显著，NSP酶对30～50 kg阶段的生长猪的生长性能没有显著影响[9]。

3.3 酶制剂的性质与配伍

NSP酶的来源、酶的发酵生产工艺、酶活、pH值稳定范围、耐受温度、对底物抑制剂的敏感性、內源物质的抵抗性、酶的添加剂量以及酶制剂的配伍等，都会影响NSP酶在动物日粮中的应用效果。Omogbenigun F O等(2004)对比研究3种NSP酶复合酶制剂(纤维素酶+半乳糖苷酶+甘露聚糖酶；纤维素酶+果胶酶；纤维素酶+半乳糖苷酶+甘露聚糖酶+果胶酶)对断奶仔猪生长性能和养分消化率的影响，结果表明，第3组NSP酶复合酶制剂的干物质和粗蛋白的消化率显著高于其他2组复合酶制剂[10]；Gong M等(2012)研究小麦型日粮中添加不同剂量的阿拉伯木聚糖对断奶仔猪肠道形态的影响，结果表明，对照组仔猪空肠中部肠绒毛高度显著高于0.5 g/kg木聚糖酶组和1 g/kg木聚糖酶组，与1.5 g/kg木聚糖酶组差异不显著，对照组仔猪回肠末端肠上皮淋巴细胞数量显著高于1 g/kg木聚糖酶组和1.5 g/kg木聚糖酶组，与0.5 g/kg木聚糖酶组差异不显著[4]。

3.4 饲料加工

饲料加工过程对NSP酶影响最大的是制粒前调质工艺，没有经过特殊稳定性处理的酶制剂很难经制粒工艺后仍维持较高的活力。目前生产上主要通过对NSP酶进行物理包埋或采用液态酶制剂在制粒后表面喷涂，降低加工过程的高温对NSP酶造成的损失。通过转基因技术筛选耐高温的菌株，生产耐热性更强的NSP酶，也是提高酶制剂产品质量和应用效果的关键途径。

4 非淀粉多糖酶在猪上的应用效果

4.1 NSP酶在仔猪上的应用

研究表明，在断奶仔猪日粮中添加NSP酶能够提高仔猪对日粮中养分的消化吸收。Owusu-Asiedu A等(2012)研究报道，在以小麦和大麦为主要能量饲料的断奶仔猪日粮中添加阿拉伯木聚糖酶和β-葡聚糖酶混合酶制剂显著提高了日粮中干物质、能量、粗蛋白、氨基酸的回肠表观消化率(P<0.05)[11]。许多研究报道，日粮中添加NSP酶能够提高断奶仔猪的采食量、平均日增重和饲料转换率。Li W F等(2004)报道，大麦日粮中添加1.5 g/kg的NSP酶制剂，可分别提高仔猪的平均日增重6.22%(P<0.01)、平均日采食量2.14%(P<0.05)和饲料转换率3.69%(P<0.05)[12]。NSP酶能够有效降解日粮中的NSP，消除其抗营养作用，降低食糜黏性，提高养分消化率，同时NSP被降解成短链的寡糖在后肠被有益微生物利用而促进肠道健康。Yi J Q等(2013)报道日粮中添加木聚糖酶显著增加了盲肠乳酸杆菌数量，显著降低了大肠中致病性大肠杆菌数量[13]。由于日粮差异和酶的特性等原因，也有相关研究报道日粮中添加NSP对仔猪的生长性能没有影响。Jones C K等(2010)报道含30%DDGS的玉米-豆粕型日粮中添加NSP酶对仔猪的生长性能没有改善效果[14]。

4.2 NSP酶在生长育肥猪上的应用

生长育肥猪日粮中添加NSP酶，能够提高日粮养分和能量的消化率。Fang Z F等(2007)报道在玉米-豆粕-菜粕型日粮中添加NSP酶复合酶制剂或木聚糖酶能够显著提高生长猪对日粮能量(P<0.05)和中性洗涤纤维(P<0.05)的总肠道表观消化率[15]；O'Connell J M等(2005)报道在大麦日粮中添加NSP酶，显著提高了生长猪对日粮干物质、有机物和氮的消化率(P<0.05)[16]。日粮中添加NSP酶，可以提高生长育肥猪的生长性能。Fang Z F等(2007)研究了玉米-豆粕-菜粕日粮中添加NSP复合酶制剂或木聚糖酶对生长猪养分消化率和生长性能的影响，结果表明日粮中分别添加NSP复合酶制剂和木聚糖酶都能显著提高生长猪的平均日增重(P<0.05)和饲料转换率(P<0.05)[15]。Barrera M等(2004)报道，随着日粮中木聚糖酶添加剂量的增加，试验猪的平均日增重和饲料转换率呈线性和二次增加，添加4万IU/kg日粮的木聚糖酶具有最大的促生长效应[17]；Willamil J等(2012)报道在小麦-大麦-黑麦日粮中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶复合酶制剂能够提高生长猪的生长性能，但是在玉米型日粮中添加对生长性能没有影响[8]；Garry B P等(2007)报道在育肥猪大麦和小麦日粮中添加木聚糖和β-葡聚糖复合酶制剂，对育肥猪的生长性能没有影响[18]。日粮中添加NSP酶，影响生长育肥猪后肠微生物发酵。O'Connell J M等(2005)研究日粮谷物类型和添加β-葡聚糖或木聚糖酶复合酶制剂对育肥猪养分消化率、大肠微生物、大肠挥发性脂肪酸和氨浓度的影响，结果表明，日粮中添加NSP酶对采食小麦日粮的试验猪肠道双歧杆菌的数量没有影响，但是显著增加了采食大麦日粮试验猪的肠道致病性大肠杆菌数量，降低了双歧杆菌数量，添加NSP酶对盲肠和直肠异戊酸和异丁酸以及粪便氨浓度没有影响[16]；Leek A B G和Garry B P(2007)也有相似的报道，小麦日粮中添加NSP酶降低了试验猪粪便氨浓度，而大麦日粮中添加NSP酶却提高了粪便氨浓度[18-19]；Reilly P等(2010)报道分别在大麦、燕麦和小麦日粮中添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶混合酶制剂对生长猪后肠双歧杆菌和乳酸菌数量以及挥发性脂肪酸浓度没有影响[20]。

4.3 NSP酶在母猪上的应用

NSP酶在母猪上的应用研究很少，有待于进一步的研究。现有文献报道在泌乳期日粮中添加NSP酶，可以提高母猪对日粮养分的消化率，改善母猪体况，提高仔猪的生长性能。De Souza A L P等(2007)研究了妊娠期、泌乳期日粮中分别添加蛋白酶-纤维素酶复合酶制剂和木聚糖酶对母猪回肠和总肠道养分消化率的影响，结果表明，妊娠期日粮中添加蛋白酶-纤维素酶复合酶制剂或木聚糖酶，对日粮养分消化率没有影响，但是泌乳期日粮中添加木聚糖酶显著提高了干物质和氮的回肠、总肠道表观消化率(P<0.05)[21]；Ji F等(2004)报道，在泌乳期日粮中添加半乳糖甘酶、甘露聚糖酶、甘露糖苷酶混合酶制剂显著降低了初产母猪泌乳期失重(P<0.05)，缩短发情间隔(P<0.05)[22]；Lopes D C N等(2009)报道，泌乳期日粮中添加NSP酶，提高了仔猪的断奶窝重(P=0.06)和平均断奶重(P=0.07)[23]；Walsh M C等(2012)报道，日粮中添加NSP提高了母猪泌乳第三周的采食量和能量摄入(P<0.05)，提高了母猪断奶时和配种时的背膘厚度(P<0.05)[24]。

5 总结与展望

日粮中添加NSP酶能特异性的降解NSP，降低食糜黏性，破坏植物细胞壁，释放胞内物质，提高养分的消化率和动物生长性能，促进后肠有益微生物发酵和肠道健康。不同品种、产地饲料原料中NSP的含量和种类差异大，导致NSP酶在不同日粮中应用效果有差异，因此建立和完善常用饲料原料及其加工副产物中NSP含量数据库，将有利于根据日粮组合特异性的添加NSP酶，提高NSP酶的应用效果。酶的活性、最适反应pH以及对加工过程高温的耐受程度显著影响NSP酶的应用效果，因此利用生物工程技术对表达菌种进行筛选和改良，以获取高酶活、适应消化道酸性环境、耐高温、高产量的表达体系，是未来提高NSP酶产品质量和应用效果的主要途径。