纤维素酶在反刍动物饲料中的应用

纤维素酶是一类能将纤维素水解成葡萄糖的多组分酶系的总称,又称纤维素酶系。酶系之间发生协同作用,分解纤维素产生寡糖和纤维二糖,最终水解为葡萄糖。然而,在当前饲料行业面临资源短缺的情况下,一方面地球上最丰富的可更新资源–纤维素没有得到充分利用,另一方面反刍动物内源酶的不足降低了饲料的消化率和利用率。因此,纤维素酶作为一种高活性生物催化剂在反刍动物饲料生产中有着广阔的应用前景。本文仅就纤维素酶的作用机制及其在反刍动物饲料的应用效果作一简要阐述。
1纤维素酶的作用机制1.1提高营养物质的消化吸收纤维素酶除可以分解纤维素、半纤维素之外,还可以促进植物细胞壁的溶解,使更多的植物细胞内容物溶解出来,并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质,有利于动物胃肠道的消化吸收。1.2补充内源酶的不足纤维素酶可以激活内源酶的分泌,补充内源酶的不足,并对内源酶进行调整,保证动物正常的消化吸收功能,起到防病、促生长的作用。1.3消除抗营养因子的影响半纤维素和果胶等部分溶于水后会产生黏性溶液,增加消化物的黏稠度,对内源酶造成障碍,而添加纤维素酶可降低黏稠度,增加内源酶的扩散,提高酶与养分的接触面积,促进饲料消化,从而促进动物健康生长。1.4纤维素酶系的协同作用纤维素酶制剂是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物,在这种多酶复合体系中,一种酶的产物可以成为另一种酶的底物,从而使消化道内的消化作用得以顺利进行。即纤维素酶除直接降解纤维素、促进其分解为易被动物消化吸收的低分子化合物外,还和其它酶共同作用,提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化。
2纤维素酶在反刍动物饲料中的应用效果2.1提高青贮饲料的品质青贮是通过有益微生物的增殖,将原料中的发酵底物(可溶性糖)转化成乳酸等酸类物质,创造酸性环境,抑制有害微生物增殖,从而保存原料的营养成分的过程。研究表明,在青贮过程中添加纤维素酶制剂,通过纤维素酶对植物细胞壁的分解,促进乳酸发酵,降低青贮饲料中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量,提高青贮饲料的消化率。孙娟娟等(2007)报道纤维素酶能显著降低羊草青贮饲料的pH,提高乳酸含量(P<0.05)。陈娥英等(2007)在象草青贮中添加绿汁发酵液与纤维素酶的复合物,可降低青贮的pH和氨态氮,提高干物质的回收率和粗蛋白含量,有利于提高青贮品质。薛艳林等(2007)的研究结果表明,在小麦秸黄贮饲料中添加纤维素酶能够显著降低小麦秸青贮饲料的pH、氨态氮、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量(P<0.05),同时显著提高乳酸、总酸和粗蛋白含量(P<0.05)。Sheperd等(1995)在青贮紫花苜蓿时添加纤维素酶和乳酸菌,结果发现:中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量显著降低(P<0.05),同时也显著降低了pH(P<0.05),而且在发酵完成后,由于酶解作用仍在进行,因此糖含量仍在继续增加。2.2增加日增重,改善饲料消化率日粮中添加纤维素酶,可以提高饲料消化率和利用率,增加动物对营养物质的吸收。邓玉英等(2010)报道,断奶羔羊日粮中添加0.5%纤维素酶,与对照组相比,试验羊平均日增重提高4.22%(P>0.05),料重比降低5.20%,并且腹泻率也明显减少。王平等(2008)报道,添加纤维素复合酶对育肥绵羊生长有显著的促进作用,可提高日增重43.98%(P<0.01),降低料重比30.55%(P<0.01)。祁宏伟等(2000)研究表明,基础日粮中添加0.2%的复合纤维素酶,阉牛的日增重效果最好。其原因可能是适当的补充了牛瘤胃中内源酶的不足,从而改善了消化道环境及动物体生理机能,提高了动物对粗纤维及其他养分的消化吸收,促进畜体更好地生长发育。Knownlton等(2002)也有类似报道。李晓东等(2007)研究发现,低蛋白日粮加入0.2%复合纤维素酶制剂有提高粗纤维消化率的趋势(P>0.05);而低日粮能量水平添加加酶制剂,可以显著提高(P<0.05)粗脂肪的消化率、钙的吸收率。另外,纤维素酶的另一种添加方式为体外酶解法,即把纤维素酶与秸秆或其他粗饲料拌匀后,在一定的温度、湿度和pH值下堆积或密封发酵一定时间后,晾干或直接饲喂动物。金加明等(2007)报道,使用纤维素酶酶解的小麦秸秆饲喂小尾寒羊,每只试验羊平均日增重148g,比对照组提高68.2%(P<0.05);盈利56.1元,比对照组高32.7元,经济效益提高139.7%。姜桂侠和薛白(2007)采用两种方法,分别将5g纤维素酶制剂加到精料中和喷洒在麦秸秆草上,研究其对牦牛的应用效果。结果表明:两个试验组均显著提高了干物质的消化率和平均日增重(P<0.05),分别比对照组提高了4.57%、6.18%和42.85%、35.71%,但两个试验组差异不显著(P>0.05)。张苏江等(2007)报道,粗饲料经FE808纤维素复合酶处理后,有利于提高DM消化率和CF、CP、Ash利用率,并且对骆驼刺、苜蓿和盐穗木效果较好,对棉秆也有一定的效果。2.3增加反刍动物产奶量,改善奶品质大量研究表明,将纤维素酶添加到粗饲料、谷物或精料中,可以提高反刍动物的产奶量,改善奶品质。王照忠等(2007)在奶牛日粮中添加1%的纤维素复合酶,试验组平均乳脂率较对照组提高了1.03个百分点,提高了22.1%(P<0.01)。马双青等(2008)的试验结果表明:奶牛日粮中添加占精料量1%的复合纤维素酶制剂,可显著提高产奶量(P<0.05);乳脂率略有提高,但无明显差异。周利芬等(2006)报道,荷斯坦奶牛日粮中添加不同剂量的纤维素酶制剂,结果发现:试验组平均日产奶量分别比对照组提高1.05kg(5.73%)、0.88kg(4.84%)、0.66kg(3.62%)、0.51kg(2.81%),但差异均不显著(P>0.05),其中50g/t的纤维素酶A效果最好。呼和等(2001)在奶牛日粮中添加0.1%以纤维素酶为主的复合酶,奶牛产奶量比试验组平均提高2.5kg,提高9.47%(P<0.05),试验组的乳脂率、乳蛋白、乳糖、乳中干物质并不随产奶量的增加而下降,而略有提高或保持不变,且经济效益显著提高。刘建昌等(2001)在荷斯坦奶牛的配合精料中添加0.1%的纤维素酶制剂,经过60d试验后发现,试验牛日均产奶量提高了14.89%(P<0.05),试验组每头牛每日多收入5.41元。尹清强等(1991)报道,奶牛日粮加入50g/(头?d)纤维素酶后,可以提高产奶量8.30%,每千克产奶量的饲料消耗下降10.0%,其经济效益非常明显。朱国生和李中利(2002)采用体外酶解法,使用添加纤维素酶制成的玉米秸青贮料,饲喂奶山羊后发现,试验组比对照组泌乳量提高6.9%,乳脂率略有升高(P>0.05)。2.4改善瘤胃发酵功能关于纤维素酶对瘤胃发酵功能的研究,目前报道较少。井长伟等(2006)在装有永久性瘤胃瘘管的小尾寒羊日粮中添加不同剂量的嗜热毛壳菌纤维素酶,研究其对瘤胃发酵功能的影响。结果表明:各组试羊瘤胃乙酸、丙酸及总VFA浓度的变化规律基本相同,即喂料后逐渐上升,其中乙酸和总VFA浓度在2h后达到最高点,丙酸浓度在4h达到最高点,随后平稳下降于饲喂前降至最低点,再次采食后又重复出现此规律。其中0.6%水平组在08:00、09:00、14:00、17:00、20:00、21:00和23:00的乙酸和总VFA产量显著或极显著高于对照组(P<0.05或P<0.01);并且0.6%纤维素酶制剂在10:00和23:00同对照组相比显著降低了瘤胃pH值(P<0.05);尹清强和陈树兴(1998)研究结果表明,30g/(d?只)纤维素酶可明显地提高绵羊瘤胃液中蛋白酶和CMC酶活力,并提高乙酸、丙酸和丁酸的产量(P>0.05)。
3结束语目前,纤维素酶的研究已引起国内外学术界的广泛关注,涉及领域不仅包括饲料行业,还有食品、纺织、生物能源开发等行业。因此,纤维素酶作为一种高效、安全的生物催化剂,它的应用前景是非常广阔的。但是,饲料行业中纤维素酶仍然存在菌种产量低、成本高,易失活,添加量和添加方式不明确等一系列问题。今后必须对上述问题进行进一步研究和探讨,加速纤维素酶的生产和推广应用,保证其应用效果,从而促进反刍动物饲养业的健康发展。

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