木聚糖酶在家禽業(yè)中的應用研究進展

akenuma

酶是一種由活細胞產(chǎn)生的生物催化劑。酶的工業(yè)化制劑稱為酶制劑。酶制劑具有酶的高效性和專一性，且應用方便，比單純的酶更易獲得和用于工業(yè)實際。己經(jīng)在自然界發(fā)現(xiàn)的酶共有2500多種，申請專利的酶制劑僅100多種，其中有經(jīng)濟價值的只有60余種，工業(yè)化生產(chǎn)的酶制劑僅20種左右(姜錫瑞等，1999)。
飼料酶制劑是當前世界飼料工業(yè)重點研究和發(fā)展的方向之一。飼料酶制劑品種很多，大致可分為消化酶和非消化酶兩大類。前者包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等。這類酶動物自身能夠合成并且分泌到消化道中，但因某些原因需要強化這類內(nèi)源酶的作用時，就需要添加幫助動物消化的外源酶。非消化酶是指動物自身不能合成和缺乏的酶，這類酶能消化動物自身不能消化的物質(zhì)或降解抗營養(yǎng)因子和有害物質(zhì)。主要有纖維素酶、木聚糖酶、β一葡聚糖酶、植酸酶、果膠酶等(咼于明和彭玉麟，2001)。酶制劑通過提高日糧養(yǎng)分的消化率，不僅降低因原料批次間差異對家禽生長性能的影響，同時也降低了由于家禽個體間消化能力不同所產(chǎn)生的生產(chǎn)性能差異，使家禽生產(chǎn)性能更加穩(wěn)定、均一。
木聚糖酶在造紙、食品、能源、飼料以及環(huán)境等領(lǐng)域具有很大的應用價值。本文從木聚糖酶的分子結(jié)構(gòu)特點、分類、在家禽上的應用效果及其作用機理等方面進行綜述，提出了木聚糖酶應用研究中存在的一些問題。
1、木聚糖酶的分子結(jié)構(gòu)特點及分類
廣義的木聚糖酶是指能夠降解半纖維素木聚糖的一組酶的總稱(方洛云等，2002)，主要包括三類:a、內(nèi)切一β-1,4一木聚糖酶(EC 3.2.1.8)，作用于木聚糖和長鏈木寡糖，從β-1,4一木聚糖主鏈的內(nèi)部切割木糖苷鏈，從而使木聚糖降解為木寡糖，其水解產(chǎn)物主要為木二糖與木二糖以上的寡聚木糖，也有少量的木糖和阿拉伯糖;b、外切-β-1,4一木聚糖酶(EC 3.2.1.92)，作用于木聚糖和木寡糖的非還原端，產(chǎn)物為木糖;c, β一木糖苷酶(1,4- β -D-木聚糖木糖水解酶，EC 3.2.1.37),該酶通過切割木寡糖末端而釋放木糖殘基。狹義的木聚糖酶僅限于內(nèi)切一β-1,4一木聚糖酶。
根據(jù)所水解的木聚糖苷鍵類型，木聚糖酶可分為β-1,4糖苷鍵木聚糖酶和β-1,3糖苷鍵木聚糖酶兩類。陸上植物的木聚糖酶均屬β-1,4糖苷鍵木聚糖酶，而β-1,3糖苷鍵木聚糖酶大都存在于海藻及海洋生物中。按木聚糖酶的序列同源性和疏水族，木聚糖酶分別屬于糖苷水解酶的兩個家族，即F家族(10家族)和G家族(11家族)(陸鍵等，2001a),屬于同一家族的木聚糖酶催化區(qū)域具有同源性，可以根據(jù)已知家族的酶來推測未知酶的催化特性。F家族的木聚糖酶分子量高，結(jié)構(gòu)復雜，通常生成較小的低聚糖，該家族的木聚糖酶可以作用于對硝基苯和對硝基苯纖維二糖，與底物結(jié)合需要較少數(shù)量的位點;G家族的木聚糖酶則對木聚糖有很高的特異性。
根據(jù)木聚糖酶的來源不同，可分為細菌木聚糖酶、曲霉木聚糖酶和木霉木聚糖酶。下面對不同來源的木聚糖酶的特性進行綜述。
a、細菌性木聚糖酶:Wong等(1988)對來自芽孢桿菌的木聚糖酶的性質(zhì)進行了測定，分子量為24KDa，最適反應pH值為6.0，最佳溫度為50℃。Irwin等(1994)對嗜熱單孢菌的木聚糖酶特性進行了分析，分子量為32KDa，在75℃, 18 h下酶活力為96%。某些放線菌也能產(chǎn)生木聚糖酶(Ethier等，1994)。目前對來源于細菌的木聚糖酶的酶學性質(zhì)，研究得比較清楚。
b、曲霉木聚糖酶:Kimwa等(1995)從曲霉Aspergillus Sojae中得到了內(nèi)切β-1,4一木聚糖酶的兩種同工酶，分子量分別為32.7KDa和35KDa，等電點分別為3.50和3.75，這兩種酶活性能明顯被Mn2+和EDTA所抑制。Femandez等(1995)發(fā)現(xiàn)，構(gòu)巢曲霉在以木聚糖為碳源時至少可分泌三種內(nèi)切β一木聚糖酶:X22、X24、和X34，分子量分別為22、 24和34KDa，其中X22是中性酶，其余兩種為酸性酶。此酶對木聚糖有很高的專一性，是一種非脫支型木聚糖酶，與黑曲霉木聚糖酶近似，但后者分子量較小(28KDa)。
c、木霉木聚糖酶特性:木霉是一類工業(yè)上生產(chǎn)纖維素酶的主要真菌，同時一些木霉也能產(chǎn)生各種不同的木聚糖酶。Koyer等(1991)從里氏木霉中純化得到兩種木聚糖酶，木聚糖酶A的分子量為21.5KDa，分解產(chǎn)物為木二糖和木三糖;木聚糖酶B分子量為33KDa，分解產(chǎn)物為木二糖和木糖。木二糖能抑制木聚搪酶B的酶活，而對木聚糖酶A無此效應。里氏木霉制備的木聚糖酶，水解植物半纖維素后，分離提純該酶解液，用HCLP法分析其組成為:木糖3.4%、木二糖37.9%、木三糖18.5%、木四糖6.5%、木五糖6.5%，其它27.2%(徐勇等，2001 a)。植物半纖維素經(jīng)低聚木糖酶的定向酶解后分離提純的主要成分為木二糖和木三糖。
到目前為止，已有近百種不同菌株的木聚糖酶基因被克隆。Bemier等(1983)首先從Bacillus Subrilis PAPⅡ5中分離得到Xyn木聚糖酶基因。近年來，已經(jīng)測定了許多木聚糖酶基因的完整核苷酸序列。Gat等(1994)分析了嗜熱脂肪芽孢桿菌T-6的木聚糖酶基因和DNA序列；Tabemero等(1995)測定并分析了嗜堿性芽孢桿菌N137菌株編碼的內(nèi)切一β-1，4木聚糖酶的DNA序列。目前木聚糖酶基因分子克隆工作已把宿主菌從大腸桿菌等原核生物擴展至酵母、木霉、曲霉等真核生物。隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，可利用生物反應器生產(chǎn)木聚糖酶。運用基因工程技術(shù)在分子水平上對木聚糖酶基因進行分子改造，可望解決一些木聚糖酶活性低(如抗逆性、PH值穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等)的應用問題。在飼料制粒過程中有一個短暫的高溫過程（溫度一般在75-93℃），一般木聚糖酶在此溫度下會大幅度喪失活性，因此能在飼料中真正推廣的木聚糖酶必須具有良好的熱穩(wěn)定性。一般來說，非淀粉多糖(NSP)酶在75℃時是穩(wěn)定的。80℃時酶活損失50%以上(Pilip Lobo等，1998);另一方面飼料中木聚糖酶最終的作用場所是動物正常體溫(37℃)的胃腸道中，木聚糖酶必須在常溫下具有較高的活性。近年來，已從嗜溫微生物中發(fā)現(xiàn)了多種耐高溫木聚糖酶，對它們的結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性的研究將為木聚糖酶基因的分子改造提供理論依據(jù)。
2、木聚糖酶在家禽業(yè)上的應用
2.1添加木聚糖酶對肉仔雞生長性能的影響
大多數(shù)研究結(jié)果表明，肉仔雞麥類日糧中添加NSP酶有一定的促進作用。Jensen和McGinnis(1957)首次報道以大麥為主的日糧中添加粗酶制劑可提高肉仔雞的生產(chǎn)性能。Hesselman等(1982)通過肉仔雞試驗發(fā)現(xiàn)發(fā)芽大麥的營養(yǎng)價值高于普通大麥。因為大麥發(fā)芽時其內(nèi)源性β一葡聚糖酶和木聚糖酶活性升高，部分降解大麥中的NSP。大多數(shù)研究(Friesen等，1992; Almirall和Esteve-Garcia, 1994; Boros等，1998)表明，添加木聚糖酶后可提高肉仔雞日增重與飼料轉(zhuǎn)化效率。家禽和豬在解剖和生理結(jié)構(gòu)上的差異，導致了豬雞使用酶制劑的差異(Campbell和Bedford,1992)。雞日糧中添加酶制劑的效果要好于豬(Graham等，1986; Bedford和Classen, 1992;Marquardt等，1994)。但是，也有一些研究報道，肉仔雞日糧中添加木聚糖酶沒有效果(Ritz等.1995; Petersson等，1990)。
2.2添加酶制劑對表觀代謝能(AME)和養(yǎng)分消化率的影響
小麥日糧中添加木聚糖酶可明顯提高小麥日糧的AME (Friesen等，1991)，但是提高幅度的變異比較大。小麥日糧中添加酶制劑，小麥的AME可從14.26 MJ/kgDM提高到15.24-15.79MJ/kgDM (Annison, 1992)。Friesen等(1992)報道加酶可分別提高含70%小麥、大麥、燕麥、黑麥日糧AMEn 4%, 7%, 33%和14%。Villamide等(1997)在肉仔雞大麥飼糧中添加酶制劑(主要是β一葡聚糖酶和木聚糖酶)，可提高大麥AMEn 110 Kcal/kg。Boros等(1998)報道肉仔雞黑麥日糧中添加酶制劑可提高AMEn約12%。Fuente等(1998)報道食糜粘度和日糧AMEn呈負相關(guān)關(guān)系，加酶可提高日糧AMEn 2%, Ravindran等(1999a)報道添加酶（主要為木聚塘酶，還有蛋白酶）可提高小麥型日糧AME 2.8%。
但是，代謝試驗測定的AME結(jié)果與家禽生產(chǎn)性能的表現(xiàn)不盡一致。Preston等(2000)報道加酶后盡管提高了AME，但未能提高家禽的生產(chǎn)性能。McCracken和Quintin (2000)認為添加木聚糖酶沒有提高小麥的AME，可能是由于這種小麥的品質(zhì)較好、AME 較高。木聚糖酶對能值低的小麥作用較大(Choct等，1994)，而對能值高的小麥作用較小。
小麥日糧中添加以木聚糖酶為主的酶制劑可顯著提高小麥的營養(yǎng)價值(Annison, 1992;Morgan等，1993; Schute等，1995)。添加木聚糖酶后顯著改善肉仔雞對大麥中淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)的表觀消化率（Hesselman和Aman, 1986: Graham等，1989; Viveros等，1994）。小麥日糧中添加酶制劑，淀粉的消化率從88%上升到96%以上，戊聚糖表觀消化率從26%上升到37%以上(Annison, 1992)。家禽能夠通過改變胰腺分泌的淀粉酶和改變腸道表面積來適應日糧變化，特別是日糧淀粉。不溶性非淀粉多糖(INSP)通過阻止淀粉顆粒與淀粉酶的接近而損害淀粉的消化率(Hesselman和Aman, 1986)。Friesen等(1992)報道加酶可分別提高小麥、大麥、黑麥和燕麥的表觀蛋白質(zhì)消化率3.4%、5%、11%和23%。Ravindran等(1999b)報道添加酶(主要為木聚糖酶，還有蛋自酶)可提高回腸所有氨基酸的表觀消化率1-2%，但只有蘇氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、精氨酸、天門冬氨酸、絲氨酸和谷氨酸差異顯著。Danicke等(1999)報道添加木聚糖酶后空腸和回腸氮和干物質(zhì)的表觀消化率略有提高。但另有報道，添加酶制劑未能提高氮的利用率（Aimonen和Nasi, 1991; Vukic Vranjes等，1996）。黑麥日糧中添加木聚糖酶可提高脂肪的消化率約50%(Friesen等，1992)。Viveros等(1994)發(fā)現(xiàn)加酶可提高脂肪和淀粉的消化率，但不能提高纖維素的消化率。
2.3 添加酶制劑對消化道發(fā)育及理化指標的影響
飼喂大麥的肉仔雞，加酶后可降低消化道重量20%，其空腸組織學發(fā)生變化（絨毛變短、加厚、萎縮，Globet細胞的數(shù)量和大小增加）(Viveros等，1994)。Brenes等(1993)報道，無殼大麥日糧中加酶后可降低嗉囊和肌胃的相對重量15%和17%，帶殼大麥日糧中加酶可降低嗉囊和肌胃相對重量7%和8%。大麥日糧加酶后降低消化道的相對重量:前胃(39%),胰臟(24%)、肝臟(8%)、十二指腸(160％),空腸(20%)、回腸(18%)和結(jié)腸(29%)。但也有報道小麥日糧加酶不影響消化道重量，而胰臟相對重量顯著降低16%, Fuente等(1998)報道腸道粘度增加，消化道重量也增加，因此胴體百分率降低。飼喂大麥日糧的肉仔雞肌胃重大于飼喂玉米豆粕型日糧的肌胃重(Forbes和Covasa, 1995; Nahas和Lefiancois, 2001)，這是因為肌胃磨碎能力增強的結(jié)果。飼喂大麥日糧肉仔雞的胰腺重和相對重量較大，這是由于內(nèi)源酶活和分泌物體積增加的結(jié)果(Almirall等，1995; Nahas和Lefrancois, 2001)。加酶后降低消化道的重量，增加養(yǎng)分分配到可利用組織的比例，改變微生物發(fā)酵，從而提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。消化道重量的降低可能是增加養(yǎng)分消化利用率的適應性反應，同時也增加了加工過程中胴體的產(chǎn)量。
肉仔雞大麥型日糧中添加粗酶制劑，能使胸肌率顯著提高，腿肌率顯著降低、肝臟體重比和心臟體重比均顯著提高(韓正康，2000)。高峰等(2000)報道，肉仔雞小麥日糧中添加。.1%的酶制劑(主要為β一葡聚糖酶和木聚糖酶)，可顯著提高肉仔雞全凈膛重、胴體重、胸肉重、腿肉重和脂肪重，但胴體胸肌率、腿肌率、脂肪率和屠宰率均無顯著變化，這說明酶制劑促進肉仔雞增重但不改變胴體組成和屠宰率。
韓正康(2000)報道可溶性非淀粉多糖(SNSP)會抑制與生長和代謝有關(guān)的內(nèi)分泌機能。日糧中添加NSP酶，可明顯改善動物的消化代謝和神經(jīng)內(nèi)分泌狀況，提高飼料利用率和生長速度，也明顯增強家禽的免疫機能。高寧國和韓正康(1997)在大麥日糧中添加0.1％復合酶，肉仔雞血液GH, T3, T3/T4及胰島素水平均有提高，而胰高血糖素水平降低。高峰等(2000)報道小麥日糧(60%小麥)加0.15%酶制劑后，血液中T3. T4.胰島素、IFG-I水平分別提高17.4%、20.5%、11.6%和26.5%。艾曉杰等(2000a,b,c)在生長鵝大麥日糧(大麥占45%)中添加0.1%的酶制劑后，使血漿尿酸水平顯著降低57.55%，而谷丙轉(zhuǎn)氨酶比對照組提高4.46倍。肝臟中的1GF-I比血液和肌肉中分別提高59.01%和14.97%。血糖和胰島素水平分別提高12.30%和36.75%，胰高血糖素水平降低23.11%。許梓榮等(1999)在肉仔雞高麩皮日糧添加復合酶制劑，使血清T3,胰島素、IGF-I分別提高58.47%, 52.37%和56.50%，但對T4和PTH水平無顯著影響。
2.4酶制劑對腸道微生物的影響
飼料通過家禽的胃時，被胃內(nèi)的鹽酸和胃蛋白酶殺菌。食糜進入十二指腸后由于pH值的變化以及大量消化酶、膽汁、卵磷脂和溶菌酶的流入，故在十二指腸存活的細菌很少。由于胰酶的高濃度和腸細胞的高效吸收活性，腸道上段的消化效率最高(Uni等，1999).隨著食糜通過小腸，分解和吸收作用逐漸下降(Campbell等，1983).如果日糧有較高的消化率，主要養(yǎng)分在進入適合于細菌生長環(huán)境之前就已被消化和吸收，所以腸道的微生物區(qū)系較低。而消化不良時養(yǎng)分進入后腸，促進微生物生長，不可避免地降解抗菌劑如膽汁(Christl等，1997)。微生物通過結(jié)合和脫羥基作用，使得這些化合物失去活性，從而損害脂肪的消化率，因為膽汁是脂肪乳化所必需的物質(zhì)(Campbell等，1983)。添加木聚糖酶后提高了麥類日糧中的養(yǎng)分消化率，減少了進入后腸的養(yǎng)分量，從而抑制了微生物的生長。Danicke等(1999)報道肉仔雞黑麥日糧中添加木聚糖酶后，顯著降低了腸細菌和總的厭氧微生物。
3 NSP酶提高家禽生產(chǎn)性能的作用機理
3.1 NSP酶降低腸道食糜粘度
外源酶制劑大大提高某些飼料如大麥、小麥、黑麥和燕麥在家禽業(yè)上的應用(Marquardt等，1994; Zhang等，1996)，這是與腸道食糜粘度降低相聯(lián)系的(Hesselman和Aman, 1986; Bedford和Classen, 1992; Zhang等，1997)。
最廣泛接受的機理是NSP酶降低空腸和回腸食糜粘度(Choct等，1996)。β一葡聚糖和阿拉伯木聚糖的部分水解能夠相應地降低持水力和粘度，增加消化酶和養(yǎng)分的擴散度，降低腸粘膜未動水層厚度而提高吸收率(Johnson和Gee, 1981)。NSP酶對家禽生產(chǎn)性能的提高并不是由于對NSP的水解導致腸道吸收了更多單糖的結(jié)果(White等，1983; Campbell等，1986: Chesson, 1987);而是由于酶將NSP降解為小分子的多聚物(Fengler和Marquardt, 1988a; Bedford, 1992)，降低了腸道食糜的粘度，抑制養(yǎng)分擴散的性質(zhì)，消除了NSP的抗營養(yǎng)作用(Almirall等，1994, 1995)。Baker(1977)和Longstaf等(1988)指出即使酶完全水解戊聚糖，戊聚糖釋放出來的戊糖對家禽非但無用，還可能有害。Bedford和Classen (1992)發(fā)現(xiàn)食糜中增加的粘度是由黑麥中可溶性的戊聚糖導致，添加木聚糖酶可消除其凝膠樣的特性，食糜粘度的下降程度與生產(chǎn)性能的提高幅度呈高度相關(guān)。食糜粘度的降低與食糜在消化道內(nèi)存留時間顯著相關(guān)(Almirall和Esteve-Garcia, 1994),從而增加采食量(Albustany, 1996)。Choct和Annison (1992)用阿拉伯木聚糖酶切割NSP，發(fā)現(xiàn)隨著粘度和分子量的減小，NSP對雞生長性能及飼料轉(zhuǎn)化率的負面影響基本消失。Malathi和Devegowda (2001)也報道飼料酶的作用主要是降低食糜粘度，其次才是釋放糖。
但是，Preston等(2000)報道添加外源酶可降低腸道食糜粘度19-22%，但這對家禽生產(chǎn)性能沒有顯著影響。Kocher等(2000)報道肉仔雞生產(chǎn)性能差并不是由于SNSP濃度增加、腸道粘度升高的結(jié)果，蛋白質(zhì)消化率和日糧中可利用的能量是主要影響因素。因此，用粘度變化理論來解釋NSP酶的作用機理，似乎過于簡單。添加NSP酶后腸道食糜粘度的變化是一種現(xiàn)象，還是本質(zhì)原因，這還有待于深入研究。
3.2 NSP酶提高養(yǎng)分的消化率
在麥類日糧中添加β一葡聚糖酶和木聚糖酶可提高日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，主要原因是提高了養(yǎng)分的消化率(Almirall等，1995; Marquardt等，1996)。淀粉消化率和AME的相關(guān)性已經(jīng)很好地建立(Mollah等，1983; Rogel等，1987b; Annison和Johnson 1989)，因為淀粉是日糧主要能量來源之一。已經(jīng)證明谷物飼料中添加聚糖酶后可提高淀粉消化率(Hesselman和Aman, 1986;Peterson和Aman, 1989; Annison, 1992)。家禽過量分泌內(nèi)源消化酶以試圖分解消化率低的非淀粉多糖，這就進一步導致能量和氨基酸的損失。一些學者認為，酶制劑的主要作用機制是改善淀粉消化率和減少內(nèi)源蛋白和能量的損失。
豆粕中添加酶制劑可以分解殘留的抗胰蛋白酶因子和凝集素，因此可以提高蛋白質(zhì)和氨基酸的利用率。盡管酶制劑可提高蛋白質(zhì)消化率，但酶的效應并非對所有的氨基酸都一樣。酶制劑對提高胱氨酸和蘇氨酸消化率的效應較大，而對賴氨酸的效應較小，對蛋氨酸消化率則幾乎沒有影響。小腸內(nèi)的大部分蘇氨酸和胱氨酸來源于腸道內(nèi)源分泌物如胰腺酶、脫落的細胞和腸道粘膜等，而大部分蛋氨酸則是來源于日糧，賴氨酸則基于二者之間（Bielorai等，1991)。由此看來酶制劑提高蛋白質(zhì)消化率的主要機制似乎是減少內(nèi)源氨基酸的損失。由于酶制劑提高蛋白質(zhì)消化率效應的主要部分來源于非限制性氨基酸，而對限制性氨基酸如賴氨酸和蛋氨酸的改善甚微，故利用酶制劑降低配方中賴氨酸或蛋氨酸水平從而降低配方成本的機會非常有限。因此，建議在下調(diào)日糧能量或蛋白水平時應保持必需氨基酸水平不變。
3.3提高內(nèi)源消化酶活性
大麥日糧中添加β一葡聚糖酶能顯著提高肉仔雞食糜中胰蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性，但成熟公雞食糜無此變化。高寧國和韓正康(1997)研究發(fā)現(xiàn)，大麥飼糧中添加以β一葡聚糖為主的粗酶制劑，使肉鴨21日齡食糜上清液的淀粉酶活性提高75%，但蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶分別下降43.5%、24.4%、19.6%; 42日齡時，酶制劑使食糜上清液中淀粉酶活力提高16.4%，對其余的消化酶活性無影響。許梓榮和王振來(1998)在仔豬上的試驗也證實，酶制劑提高了腸內(nèi)容物中總蛋白水解酶、淀粉酶和脂肪酶活性。從大多數(shù)結(jié)果來看，NSP酶提高內(nèi)源消化酶活性的變異較大。
3.4 NSP酶對腸道粘膜的影響
Kelsay等(1978)和Jenkins等(1978)證明高度粘性的糖類阻礙養(yǎng)分和大鼠小腸粘膜表面的相互接近。Johnson和Gee(1981)用瓜耳膠進行的體外研究進一步證實了上述發(fā)現(xiàn)，即SNSP和小腸刷狀緣的糖原盂相互作用產(chǎn)生一厚層不能流動的水層，導致養(yǎng)分吸收率降低。葡聚糖和阿拉伯木聚糖的部分水解，降低了持水力和粘度，增加了內(nèi)源消化酶和養(yǎng)分的擴散，降低腸粘膜表面的水層從而提高吸收效率(Johnson和Gee,1981)。Edwards等(1988)和Ikegami等(1990)指出小腸內(nèi)容物粘度的增加會降低消化酶及其底物的擴散速率，同時阻止它們在粘膜表面上有效的相互作用。
高粘度的食糜改變腸組織的形態(tài)學(Johnson和Gee，1986)，導致老鼠的上皮絨毛延長，上皮細胞周轉(zhuǎn)增加(Gee等，1996)。加酶后粘度降低可能改變腸道形態(tài)學，刺激粘膜的增殖，導致定植面積減少，改變粘附結(jié)構(gòu)和腸腔釋放的上皮細胞(粘附細菌)。由于重吸收速率高、內(nèi)源損失小、粘液和脫落上皮細胞組成變化，整個低水平的營養(yǎng)物質(zhì)濃度導致細菌生長受阻。
3.5 NSP酶對腸道微生物的影響
Dgnicke等(1999)發(fā)現(xiàn)添加木聚糖酶顯著降低腸細菌和總的厭氧菌，對革蘭氏陽性菌也有相似趨勢。這與Vahjen等(1998)報道的一致，小麥日糧中添加木聚糖酶可降低肉仔雞腸腔內(nèi)粘附細菌數(shù)量。大麥日糧顯著增加糞鏈球菌的數(shù)量(Salih等，1991)，大麥日糧對抗生素的反應比其它日糧高(Moran等，1969)。微生物定植增加了微生物和宿主對營養(yǎng)物質(zhì)的競爭，增加了膽汁酸的降解(Feighner和Dashkevicz, 1988)，而膽汁酸對飽和脂肪酸的消化是必需的。
微生物降低大麥或黑麥日糧的養(yǎng)分存留率，但通過添加抗生素可提高雛雞的生產(chǎn)性能(Marquardt等，1979; Cave等，1990)。食糜流速降低(Gohl等，1978)和未吸收的養(yǎng)分的存在，促進了腸道細菌的生長(Salih等，1991)。因此，添加酶制劑影響腸道狀態(tài)以及腸道微生物的組成和活性。
3.6其它原因
胰島素樣生長因子(IGF-I)是動物體內(nèi)介導生長激素而促進生長的重要因子。IGF-I由肝臟產(chǎn)生，在血液中與特異性的運載蛋白結(jié)合，運送到相應的靶組織發(fā)揮生理效應。在家禽的快速生長期，肝臟和肌肉中較高水平的IGF-I有利于動物的生長需要。添加NSP酶后，能夠促使肝臟合成IGF-I，血液中與IGFBP結(jié)合的IGF-I大量釋放，并轉(zhuǎn)移到肌肉中，使肌肉IGF-I水平顯著升高，從而促進肌肉生長。
肉仔雞大麥日糧中添加酶制劑后，胰島素水平升高，胰高血糖素降低，可以認為添加酶制劑使糖類降解增強和吸收加速，從而影響血液胰島素水平與胰高血糖素發(fā)生相應的變化而參與血糖的調(diào)節(jié)(劉燕強等，1997)。添加酶制劑后，一方面尿酸水平下降和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性提高，說明了機體的蛋白質(zhì)分解減少，合成代謝加強；另一方面，血糖含量及胰島素與胰高血糖素的比值升高，表明機體的消化吸收改善，合成代謝加強。
另外。飼料的谷物多糖類經(jīng)β一葡聚糖酶、木聚糖酶等NSP酶的降解作用，會產(chǎn)生多種寡糖，它們具有生理活性(韓正康，2000)；可增強體內(nèi)吞噬細胞活力，提高機體免疫機能;競爭性地與病原菌細胞膜結(jié)合。并與寡糖一起排出體外;寡糖可被胃腸道內(nèi)某些固有棲居的微生物(有益菌)所利用，促進增殖而抑制一些外來有害微生物的生長，提高機體的抗病力(Newman, 1994)。
4、影響木聚糖酶作用效果的因素
4.1麥類的品種、來源
不同品種、生長于不同環(huán)境條件下的麥類中TNSP含量及SNSP含量均不相同(Bhaty, 1991)。酶作用底物含量的多少，是影響NSP酶作用效果的關(guān)鍵因素之一。一般來說，麥類日糧中NSP含量越高，添加NSP酶的效果就越明顯(咼于明和彭玉麟，2001)。
4.2動物的種類與年齡
家禽由于消化道短，消化功能比較簡單，添加酶制劑效果比較明顯。肉仔雞降低SNSP的負面作用是與年齡有關(guān)的(Salih等，1991; Almirall等，1995; Philip等，1995)。對雞而言，以雛雞(1-4周齡)的效果更為顯著，4周齡以后影響不大。飼喂大麥日糧時，肉仔雞消化道的粘度比成年公雞的更高。小腸微生物酶活性可能隨年齡增長而增加，導致部分NSP水解，從而降低食糜粘度。加粗酶制劑對肉鴨的影響以0-21日齡效果較好，對42日齡以上的肉鴨影響較小(高寧國和韓正康，1997)。
家禽日齡也影響AMEn值，30日齡測定的AMEn比10日齡測定結(jié)果要高出4.6%。添加木聚糖酶可顯著提高肉仔雞的AMEn，而對成年公雞沒有明顯影響(Roter等，1990)。
4.3 NSP酶的品種、來源及其在動物體內(nèi)的活性
真菌源、細菌源及動植物源的酶具有不同的最佳pH值與最適溫度。He等(1993)研究了兩種放線菌木聚糖酶的生化特性，發(fā)現(xiàn)在pH4.75-6.25之間具有最佳活性，其最適溫度為40-60℃。Baas和Thacker (1996)報道，pH值在4.5和5.5時β一葡聚糖酶和木聚糖酶的活性最高;pH值在2.5以下對酶活有破壞性影響。Inborr等(1993)體外試驗表明，動物腸道內(nèi)低的pH值及蛋白水解酶均可使木聚糖酶部分失活。但當基質(zhì)含有一定緩沖能力的物質(zhì)或含有酶制劑作用的底物時，可大大增強酶對環(huán)境的抵抗能力，降低酶的失活率。Boros等(1998)根據(jù)消化道不同部位的食糜粘度、總降解糖和pH值來估計肉仔雞黑麥基礎(chǔ)日糧中添加外源酶的作用位點，發(fā)現(xiàn)小腸后段和小腸前段的后段是外源酶作用的主要部位。幼禽添加木聚糖酶對蛋白酶水解有較高的穩(wěn)定性，在回腸末端仍可保留20%的酶活(Danicke等，1997)。這與Chesson (1992)的報道一致，多糖酶在腺胃可保持75%的活性，而到回腸末端可保持20%活性。
4.4其它因素
飼料中添加的其它酶制劑、礦物元素、有機酸等也影響酶的作用效果。例如植酸酶和木聚糖酶之間存在互作效應。Newkirk和Classen (1993)首先在產(chǎn)蛋雞日糧中發(fā)現(xiàn)植酸酶和木聚糖酶有正互作效應。肉仔雞日糧中添加植酸酶、蛋白酶和碳水化合物酶等外源酶制劑時，聯(lián)合使用比單一使用的效果更明顯(Chesson, 1993; Simbaya等，1996)。Ravindran等(1999a)單一添加木聚糖酶和植酸酶分別增加能值低的小麥的AME 9.7%和5.3%，同時使用這兩種酶可顯著提高AME19.0%。純木聚糖酶添加到黑麥日糧沒有使用粗酶制劑的效果好(Tenkanen等，1991)，無法完全消除木聚糖在腸道內(nèi)產(chǎn)生的粘性(Bedford和Classen, 1991)。其原因可能是木聚糖片段受木聚糖酶作用后仍保持較大的分子結(jié)構(gòu)。
植酸酶，特別是高水平植酸酶，從植酸復合物中釋放蛋白質(zhì)，提高其利用率（Biehl等，1995;YI等，1996）。這些蛋白與可溶性小麥阿拉伯木聚糖凝膠基質(zhì)結(jié)合而增加食糜粘度。當凝膠基質(zhì)被內(nèi)切型木聚糖酶破壞時，蛋白質(zhì)可能被腸道蛋白酶逐漸降解，從而降低了粘度。Tervila-Wilo等(1996)進行體外消化模擬實驗，顯微檢查發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)僅存于未破裂的細胞內(nèi)，小麥的大部分蛋白質(zhì)已經(jīng)釋放到溶液。添加細胞壁降解酶，可增加蛋白質(zhì)和非淀粉碳水化合物的釋放。木聚糖酶由于其解聚作用，釋放包被的營養(yǎng)物質(zhì)，降低了腸道粘度(Bedford和Margan, 1996)，有利于植酸酶對植酸的作用以及游離養(yǎng)分的吸收。
5木聚糖酶酶活測定方法
對酶制劑中各種酶活性進行定量分析具有重要意義。首先，它是酶制劑和飼料產(chǎn)品質(zhì)量檢測的依據(jù)。酶制劑是生命活性物質(zhì)，其活性隨飼料的加工保存時間與條件以及飼料中其它成分的變化而變化，因此應對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)添加酶制劑的實際效價進行檢測。其次，準確的酶活檢測方法也是根據(jù)飼料中NSP含量和組成來合理調(diào)整添加酶的種類和劑量的依據(jù)。此外，統(tǒng)一的酶活測定方法還有利于不同來源的同類產(chǎn)品、不同研究結(jié)果之間的比較。
飼料中酶活的檢測方法有:一種是檢測在給定條件下酶作用底物的消失程度;另一種方法是檢測在給定條件下產(chǎn)物的生成數(shù)量。一般采用后一種方法。
淀粉酶和蛋白酶活性的測定在AOAC中有成熟的分析方法，而β一葡聚糖酶和木聚糖酶尚無統(tǒng)一的分析方法?，F(xiàn)在各大酶制劑公司對木聚糖酶的測定方法主要有:還原糖法、色原底物法、酶聯(lián)免疫法和粘度法(Cowan, 1993)。
5.1還原法
通過比色法檢測酶作用于底物釋放的還原糖量來評價酶的活性。根據(jù)還原糖的方法不同，又可分為DNS法和砷鉬酸鹽法。DNS法的原理是利用3,5一二硝基水楊酸(DNS)與β一葡聚糖酶和木聚糖酶的水解產(chǎn)物葡萄糖和木糖共熱后，測定被還原呈棕紅色的氨基化合物。在一定范圍之內(nèi)，還原糖的量和反應液的顏色強度呈正比。在540nm處測定反應液的吸光度，從而計算出生成的還原糖量。DNS法的優(yōu)點是反應的顏色穩(wěn)定性好，操作簡單。但據(jù)Miller (1959)報道，DNS對還原性的單糖、寡糖都具有氧化能力，從而在該方法中建立的單糖標準曲線與實際飼料樣品間存在誤差。砷鉬酸鹽法的原理是利用堿性二價銅離子與還原性糖反應生成氧化亞銅，在濃硫酸存在下，將砷鉬酸鹽還原成蘭色化合物，再進行比色分析。該法的優(yōu)點是檢測酶活時產(chǎn)生的變異較小，干擾較少，適宜微量測定。缺點是配制砷鉬酸鹽時需要使用毒物砷酸二氫鈉，操作也比DNS法復雜，耗時長。
5.2粘度法
酶作用于具有粘性的底物而使粘度下降，利用高分子溶液在毛細管中的伯肅葉方程，通過粘度計測定流速來計算酶活。Buckee (1985)認為該法存在重復性差，單位難以換算成國際單位等缺點，從而限制了該法的推廣使用。但Hadden (1995)報道，該法靈敏度高?？尚蜗蠓从惩庠疵冈趧游矬w內(nèi)的作用特點，是飼用酶活力測定的較好方法。Zhang等(2000b)報道日糧粘度法至少可檢測日糧中0.19 U的木聚糖酶。盡管體外粘度法檢測的結(jié)果和體內(nèi)法檢測的結(jié)果有較高相關(guān)性(Roter等，1990; Bedford和Classen, 1993)，但由于腸道條件的變化而常導致體內(nèi)法結(jié)果的變異性。
5.3色原底物法
色原底物法是80年代開發(fā)的一種新型方法，它利用人工合成底物來檢測酶活，這種底物多數(shù)含有有色基團，可在酶的作用下釋放出來，利用分光光度計進行檢測。Barbara等(1990)對粘度法、色原底物法進行的比較試驗表明，色原法和粘度法具有較高的相關(guān)性(r-0.902)，但色原法重復性好，靈敏度高，而且該法測定的結(jié)果能夠更好地反應動物的增重速率。該法的缺點是合成的底物并不能代表酶的天然底物。從加酶飼料中提取酶液時含有一定的天然底物，它們在測定過程中與人工底物進行競爭，從而影響測定結(jié)果的穩(wěn)定性。
5.4反射瓊脂擴散法
將底物與瓊脂混融、冷卻、制成瓊脂平面，在直徑4-5mm小孔中點酶樣，培養(yǎng)一段時間后，用染色劑顯色或用展開劑顯示非水解區(qū)，利用水解直徑和酶濃度的關(guān)系測定活力。該法的優(yōu)點是所需要的樣品數(shù)量少，幾微升至幾十微升，靈敏度高，可檢出O.IU/ml的酶量。Carder (1986)的試驗證明，瓊脂擴散法比還原糖法靈敏度高100倍，比色原法提高10倍，是目前唯一針對飼料終產(chǎn)品進行酶活性準確測定的方法。
測定酶活時分析條件必須反映酶在家禽消化道內(nèi)起作用的條件。體外分析方法和條件與動物體內(nèi)實際情況有很大差別。影響酶活分析的因素有: a.溫度:雞體溫是41℃，而酶活分析通常在30-35℃進行。因此分析的酶活與實際在雞體內(nèi)的酶活有一定差異。b, pH值:雞腺胃pH為4.30-4.60，肌胃pH為2.8-3.0，小腸pH為6-7;而酶活性的體外測定必須在其作用目標物所具有的pH環(huán)境中進行。c、底物類型:酶活分析使用的底物的種類和濃度也能影響酶活。如果酶制劑添加的飼料含小麥而不含燕麥，酶活分析用的底物就應該為小麥木聚糖，而不是燕麥木聚糖。d、飼料中存在妨礙測定酶活的物質(zhì)。如葡聚糖酶、戊聚糖酶和纖維素酶等是根據(jù)測定其反應產(chǎn)物還原糖的數(shù)量來檢測的，還原糖可以簡便地用二硝基水楊酸來測算。但所有飼料中都含有高水平的天然還原糖，這些糖同酶一起被提取進入提取液，這使得隨后的酶活測定由于糖的背景值高而無法進行。使用放射滲透法可用于測定飼料中酶活，此法是酶滲入凝膠而對其中的底物發(fā)生催化作用。e、其它:如金屬離子、飼料加工過程中濕熱、氧化劑以及內(nèi)源酶對酶制劑的活性均產(chǎn)生影響。
6木聚糖酶在飼料工業(yè)中應用中有待干解決的問題
6.1木聚糖酶在飼料加工過程中穩(wěn)定性的研究
為了保證木聚糖酶在達到酶作用位點時還保存足夠的酶活，那我們可以從以下幾個方面研究:篩選耐高溫的木聚糖酶:探討在飼料加工和貯存過程中減少酶活損失的方法:研究酶制劑的包被與保護。
6.2木聚糖酶在家禽日糧中應用效果的研究
為了充分發(fā)揮木聚糖酶的作用，應該研究相關(guān)的影響因素，如底物含量與木聚糖酶添加量之間的關(guān)系、不同酶制劑之間的組合效果、添加酶制劑后替代部分營養(yǎng)素的可行性。

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