纤维素酶及其在畜禽生产中的应用

2001年11月22日 14:54 来源：

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1.纤维素的结构及其理化特性 纤维素是由毗喃葡萄糖以β-1，4-糖苷键连接成的线性大分子物质。在分子主链上，每一个葡萄糖残基与相邻的葡萄糖残基互相旋转180°。植物纤维素的聚合度(degree of polymerization)约为14000；微生物纤维素聚合度约为3500 ；商品纤维素聚合度在50～5000之间。植物纤维素的高聚合度、毛细管结构、木质素(lignin)和半纤维素(hemicellulose)所形成的保护层及其超分子结构中具有高结晶度(一般在30%～80%之间)的结晶区(crystalline)，存有大量氢键(包括分子链内、链间及分子链与表面分子之间形成的氢键)，是造成纤维素难以被利用的根本原因。从高效和环保的角度出发，纤维素被彻底分解而又无污染的一条有效途径，便是利用纤维素酶(cellulase)的水解作用。可是当前纤维素酶的高昂费用，是其难以被推广应用的主要因素。过去的一些研究表明，对含纤维素物质进行一定的前处理，但也仅是在较低的程度上提高了纤维素酶的水解效率。一些高产菌株的获得，在目前条件下也难以大幅度降低纤维素酶的成本，还需要开展更广泛而深入的研究。 2.纤维素酶的营养作用 纤维素酶作为饲料添加剂，其在动物体内的功能主要有: 2.1 补充内源酶 特别是对于草食动物来说，可以补充体内微生物形成纤维素酶量的不足。如同时增加其他酶制剂如半纤维素酶、淀粉酶、果胶酶和蛋白酶等，它们与纤维素酶协同作用于天然纤维素原料，可以更多的形成葡萄糖及挥发性脂肪酸为动物利用。 2.2 改善胃中微生态环境 纤维素酶可促进有益微生物生长，提高微生物对饲料的分解，同时增加单细胞蛋白含量。 2.3 消除抗营养因素 纤维素酶可降低因果胶、半纤维素、葡聚糖和戊聚糖溶解在水中而产生的粘性，促进内源酶的扩散。 2.4 提高粗蛋白质和粗脂肪的消化率 可促进对与细胞壁结合的矿物质的吸收。 2.5 提高小肠绒毛的完整性 促进小肠对营养物质的吸收。 2.6 对于无瘤胃动物 可改善消化道的环境，增加酸度，激活胃蛋白酶。 3.纤维素酶在畜禽生产中的应用 在纤维素酶的应用上，研究者已经从能源开发、农业、畜牧业、医药卫生、食品工业、酿造业、纺织业以及环境污染治理等多个领域进行了广泛研究，且取得了一定效果。 纤维素酶作为饲料添加剂应用于畜禽生产，其使用方法有体外酶解法和体内酶解法两种。前者因费工费时和成本较高而研究较少，后者相对简单易行而被普遍采用。尹清强等在黑白花奶牛日粮中添加纤维素酶50g/头·d，产奶量提高8.9%，饲料效率提高10.0%。吴明楼也以奶牛为研究对象得出了纤维素酶提高奶产量并对奶质无影响的结果。前苏联学者在绵羊日粮中加入0.25%纤维素酶，可明显提高日增重、粗纤维消化率和羊毛产量，饲料效率提高了7.3%-13.1%。尹清强等添加30g/只·d纤维素酶到绵羊日粮中，使处于牧草丰盛期和枯萎期的绵羊日增重分别提高153.41%和4.91%，羊毛产量提高5.04%。陈侠甫等在梅花鹿生茸期的日粮中添加纤维素酶50g/头·d,可提高鹿茸产量17.38%-31.81%，平均每头增产干茸129g,且使粗蛋白质、酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)和纤维消化率分别提高11.31%、21.65%、17.78%和8.72%。陈侠甫还以兔为研究对象，在其日粮中加入4g/只.d的纤维素酶，兔日增重提高了19.29%。 在非草食动物的日粮中添加纤维素酶的研究中，也得到了令人满意的结果。日本学者将0.2%的纤维素酶加到肉鸡日粮中，可提高日增重5%～10%、饲料效率3%～7%。王怀凡等在蛋鸡日粮中添加0.1%纤维素酶，结果使产蛋率提高10.8%，蛋重提高1.7%，料蛋比下降14.6%。裴相元等在鹅日粮中加入0.75%纤维素酶后，结果日增重提高了8.92%，饲料效率提高了15.34%，降低了5.1%～7.8%的饲料消耗量。 此外纤维素酶在草食家畜胃肠疾病的治疗方面也有一定应用。基于多年的研究，陈侠甫等认为，纤维素酶对马急慢性消化不良、便秘、牛瘤胃膨胀、瘤胃积食等疾病具有明显疗效。经过10个兽医院379例治疗试验，治愈率达98.9%。研究者们一致认为该纤维素酶制剂具有疗效高、疗程短、使用方便、无副作用和费用少等优点。一些研究证明，纤维素酶通过促使饲料中纤维素半纤维素的分解，一方面直接降低它们的致病因素，另一方面使可溶性物质含量增加，促进有益微生物的活动，从而有益于健康。另外纤维素酶产生菌所形成的其他一些物质可调整胃肠道菌群，促使废物和有害物的排出。 4.小结 纤维素酶作为一种新型饲料添加剂，无论在动物生产中还是在环境保护中都确实起到了一定的作用，有非常好的应用前景。但目前纤维素酶在实际应用中取得的成效与预期的目标相距甚远。其原因主要有二:1)技术上的原因。由于纤维素酶是一种微生物制剂，它对温度、湿度、酸碱度十分敏感，生产纤维素酶在保管、加工等过程中，处理不当就会失活，影响应用效果。对于不同酶活性的纤维素酶产品、不同的饲养对象、不同的饲料品种、纤维素酶的适合添加水平、添加时间和方法都应有所区别。2)标准上的原因。纤维素酶作为新型饲料添加剂进入我国市场时间不长，所以纤维素酶的质量标准、检验方法标准，特别是添加纤维素酶以后的饲料产品质量标准，在我国还是空白。我们应组织制定和颁布纤维素酶及添加纤维素酶饲料产品的质量标准和检验方法标准。

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