纖維素酶在豬生產中的應用研究進展

纖維素酶（Cellulase）是降解纖維素β -1,4- 葡萄糖苷鍵的一類酶的總稱[1]，通常認為主要包括C1 酶、Cx 酶和β - 葡萄糖苷酶。C1 酶主要作用于天然纖維素，將其轉變成水合非結晶纖維素。Cx 酶又可分為Cx1 酶和Cx2 酶，Cx1 酶是內斷型纖維素酶，它從水合非結晶纖維素分子內部作用β -1,4- 糖苷鍵，生成纖維糊精和纖維二糖；Cx2酶為外斷型纖維素酶，它從水合非結晶纖維素分子的非還原性末端作用于β -葡萄糖苷鍵，主要可使纖維二糖生成葡萄糖。β - 葡萄糖苷酶將纖維二糖、纖維三糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖[2]。這3 種酶協同作用可將纖維素降解為葡萄糖，破壞植物細胞壁，釋放出細胞內容物，消除飼料中非淀粉多糖的抗營養作用，降低腸道內容物黏度，可提高飼料利用率和畜禽的生產性能[3]。
    1· 纖維素酶的來源和生產
    纖維素酶來源廣泛，自然界分解纖維素的細菌、真菌，均能分泌纖維素酶。目前用于生產的主要是真菌源，如木霉、曲霉、青霉等。細菌分泌纖維素酶量少（低于0.1 g/L），且產生的酶屬胞內酶或黏附在細胞壁上，難以進行工業化生產，所以很少用細菌作為纖維素酶的生產菌種[4]。反芻動物瘤胃內微生物也能分泌纖維素酶，可以考慮利用瘤胃液獲得纖維素酶的粗酶制劑。現在已有這方面的研究，但尚未應用到規模生產上。目前所用菌種主要是綠色木霉、李氏木霉、根霉、青霉、反芻動物瘤胃細菌和真菌、嗜纖細菌、產黃單孢菌、側孢菌等，其中綠色木霉應用最廣。現在多采用液體深層發酵技術生產纖維素酶。在此基礎上又出現了流加培養法、分批發酵法、連續發酵法、二次發酵法及細胞循環法等。
    2 ·纖維素酶的作用機理及應用方法
    在動物消化道內，纖維素交錯、纏繞、黏附，且在半纖維素和果膠部分水解后產生黏性溶液，增加了消化道的黏度，降低動物對飼料養分的利用率，不利于有益菌群的定植，阻礙了微生物的生長繁殖。纖維素酶在半纖維素酶、果膠酶、β - 葡聚糖酶等共同作用下，可將植物性飼料中的纖維素、半纖維素、果膠等大分子物質降解為單糖和寡糖[5]，降低消化道內容物黏稠度，促進內源酶的擴散[6]，增加酶與營養物質的接觸面積[7]。單胃動物豬體內由于缺乏內源性纖維素酶，不能消化纖維素[8]，在豬日糧中添加纖維素酶后，可補充內源酶的不足，將纖維素降解為葡萄糖，水解細胞壁的纖維素晶體結構，摧毀細胞壁，釋放細胞內容物（蛋白質，淀粉，脂肪等養分），增加了可溶性物質的含量，為微生物生長繁殖提供了養料，且使養分和酶充分接觸，提高營養物質的消化率[9]。同時可以改善消化道酶系組成、酶量及活性[10]。纖維素酶還具有維持小腸絨毛形態完整，促進小腸對營養物質吸收，可提高飼料利用率和豬的生產性能。纖維素酶產生菌所形成的其他一些物質可調整胃腸道菌群平衡生長，從而促進了有益微生物生長，改善了消化道菌群關系，同時也增加消化道內單細胞蛋白含量，提高了飼料的營養價值[11]。
    目前，纖維素酶的應用方法主要有2 種：1) 體外酶解法：把纖維素酶與秸稈或其他粗飼料拌勻后，在一定的溫度、濕度和pH 值下堆積或密封發酵一定時間后，晾干或直接飼喂動物；2) 體內酶解法：把纖維素酶以添加劑的形式加入飼料中拌勻后飼喂動物，借助動物消化道的內環境而發揮作用。
    3 ·纖維素酶在豬生產中的應用
    仔豬體內的消化酶類不能充分分解果膠質、纖維素和半纖維素；給予相應的酶制劑則可改變這種情況，使纖維素、淀粉及蛋白質實現充分利用。大量試驗表明，在豬日糧中添加纖維素酶可以提高日增重、日采食量，降低料重比，提高飼料報酬。
    任繼平等研究表明，在含魯梅克斯K-1 草粉 6％的日糧中添加纖維素酶 0.15%， 可提高生長豬前2 周的日增重（P <0.05）和日糧中干物質、有機物、總能和酸性洗滌纖維的消化率（P <0.05）[12]。孫守田等試驗研究也表明，添加纖維酶的試驗組平均日增重比對照組多0.145 5 kg， 差異極顯著（P <0.01），對腹瀉的斷乳仔豬飼料中添加纖維素酶效果良好，起到防病治病的效果 [13]。王振來等試驗表明，添加纖維素酶為主的復合酶顯著地提高了仔豬對能量、干物質、粗蛋白質、粗脂肪、粗纖維、粗灰分的表觀消化率[14]。郭小權等試驗表明，在仔豬日糧中添加0.04% ～ 0.06% 的纖維素酶， 不僅提高了增重速度和飼料報酬，同時使成活率提高3.1% ；血液指標測定發現，仔豬血液中免疫球蛋白的含量得到了提高，增強了仔豬的抗病力[15]。王堯等研究表明，育肥豬試驗組獲得較對照組每頭日增重多0.255 g，料肉比下降0.24，每頭每日增加純效益0.95 元的效果[16]。張紹君等研究表明，日糧中添加纖維素復合酶 0.1%，仔豬日增重可提高 8.68%，料肉比降低 8.24%，發病率降低12.5%，消化吸收率明顯增強，減少了環境污染，從而提高了仔豬的增重率[17]。王振來等研究表明，添加纖維素酶組較對照組日增重提高15.25%（P <0.05），采食量提高5.34%（P <0.05），料重比降低8.50%（P <0.01）[18]。
    4 ·纖維素酶利用過程中的問題
    國內外有關纖維素酶的報道很多，但眾說紛紜，差異較大。總的說來主要有以下幾個問題。
    4.1 日糧類型對纖維素酶作用效果的影響
    Li 和Sauer(1997) 報道，添加纖維素酶制劑，除能提高大麥- 豆粕型日糧中蛋白質和能量的消化利用率外，其他日糧如典型的玉米- 豆粕日糧，對豬的生長性能沒有影響[19]。同時，李寶玉等研究表明在以玉米- 豆粕為基礎的日糧中，添加纖維素酶制劑對生長豬生產性能無改善作用[19]。因此，纖維素酶的效果可能與其作用的日糧類型有關。纖維素酶的選擇應與日糧類型、動物種類及消化生理特點相適應。
    4.2 纖維素酶添加量沒有確切規定
    雖然關于纖維素酶添加量的報道有很多，但也是眾說紛紜，添加水平和結論并不一致。對于不同酶活性的產品、不同動物種類、不同生理階段以及不同飼料品種的適宜添加量并沒有明確，因此在實際應用中往往因用量不當而影響應用效果。
    4.3 纖維素酶的穩定性問題
    纖維素酶是一種微生物制劑，對溫度、濕度、酸、堿等敏感，加工、貯存和運輸過程中盡量避免酶失活，處理不當易失活，而對其進行穩定化處理的研究還不多，導致飼用效果不穩定。
    4.4 纖維素酶添加方式有差異
    目前在豬日糧中纖維素酶的添加方式主要有2 種：一種是將纖維素酶制劑加入日糧中，人工控制酶解所需的溫度、濕度、pH 值等適宜條件，酶解達到要求的時間后直接飼喂豬，此法效果尚好，但費工、費時，不易推廣應用[20]。另一種是將纖維素酶制劑添加到日糧中直接飼喂豬，在消化道內發揮酶解作用。此法操作簡單，易于掌握，效果也好，具有較大的推廣應用價值[20]。有時為了提供酶作用的最佳環境條件，會采用濕拌料效果比較理想。不管是哪種方法有其優點，也有其缺點，在應用過程中必須權衡利弊做到正確使用纖維素酶。
    5· 小結
    如今，豬生產行業飼料成本不斷升高，市場競爭日趨激烈，纖維素酶能夠提高飼料的消化率，降低飼料成本，成為了豬生產行業的重要研究目標。隨著對纖維素酶作用機制、酶系組成、耐熱性、作用溫度、pH、添加方式等方面的深入研究，纖維素酶的添加量、作用條件、酶穩定性差等問題將得到解決，可以在畜牧業生產中廣泛應用，對我國的飼料工業及養殖業具有重大的意義。
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