动物营养学报  2014, Vol. 26 Issue (12): 3747-3756   PDF (1117 KB)    
肉鸡小麦型饲粮4种单酶复配效应的体外法评定
薛梅, 史雪萍, 张廷荣, 司倩倩, 王述柏     
青岛农业大学动物科技学院, 青岛 266109
摘要:本试验旨在研究β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶和植酸酶用于肉鸡小麦型饲粮的最佳复合酶谱.采用单因素完全随机试验设计,将不同水平的β-葡聚糖酶(30、60、90、120、150和180 U/g)、木聚糖酶(200、400、600、800、1 000和1 200 U/g)、纤维素酶(200、400、600、800、1 000和1 200 U/g)和植酸酶(500、1 000、1 500、2 000、2 500和3 000 U/kg)分别添加于肉鸡小麦型饲粮中,采用模拟胃肠液体外消化试验,研究单酶的最佳添加水平;据此,采用4因子3水平L9(34)正交设计和体外法研究4种单酶复配效应,每种酶各设计3个添加水平:β-葡聚糖酶为100、150和200 U/g,木聚糖酶为900、950和1 000 U/g,纤维素酶为900、950和1 000 U/g,植酸酶为1 500、2 000和2 500 U/kg,以还原糖生成量、植酸磷降解率、饲料残渣总能为判定指标,确定4种单酶的最佳复合酶谱.结果表明:1~3周龄肉鸡小麦型饲粮中,当β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶添加水平分别为150、960、950 U/g时,分别获得最大还原糖生成量0.918、1.161、0.927 mg/g,当植酸酶添加水平为2 010 U/kg时,获得最大植酸磷降解率92.35%;4~6周龄肉鸡小麦型饲粮中,当β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶添加水平分别为150、950、960 U/g时,分别获得最大还原糖生成量0.920、1.160、0.929 mg/g,当植酸酶添加水平为1 940 U/kg时,获得最大植酸磷降解率92.23%;当4种酶的复合酶谱为β-葡聚糖酶150 U/g、木聚糖酶950 U/g、纤维素酶900 U/g、植酸酶2 500 U/kg时,还原糖生成量、植酸磷降解率、饲料残渣总能均获得较优值.综上,肉鸡小麦型饲粮中β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶和植酸酶的最佳添加水平,1~3周龄分别为150、960、950 U/g和2 010 U/kg,4~6周龄分别为150、950、960 U/g和1 940 U/kg,且2个阶段肉鸡小麦型饲粮中4种酶的最佳复合酶谱为β-葡聚糖酶150 U/g、木聚糖酶950 U/g、纤维素酶900 U/g、植酸酶2 500 U/kg.
关键词小麦型饲粮     酶制剂     体外消化试验     肉鸡    
Evaluation of Combination Effects of Four Enzymes Added in Broiler Wheat Meal Diets by in Vitro Method
XUE Mei, SHI Xueping, ZHANG Tingrong, SI Qianqian, WANG Shubai     
College of Animal Science and Veterinary Medicine, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China
Abstract: The aim of this experiment was to study the optimal compound enzyme preparation containing β-glucanase, xylanase, cellulase and phytase added into broiler wheat meal diets. The in vitro digestion tests of broiler wheat meal diets added with different levels of β-glucanase (30, 60, 90, 120, 150 and 180 U/g), xylanase (200, 400, 600, 800, 1 000 and 1 200 U/g), cellulose (200, 400, 600, 800, 1 000 and 1 200 U/g) and phytase (500, 1 000, 1 500, 2 000, 2 500 and 3 000 U/kg) were conducted by one factor complete randomized experiment design to determine the optimal supplemental levels. Then the combination effects of the above four enzymes added in broiler wheat meal diets were evaluated by L9(34) orthogonal design and the in vitro digestion tests, and the supplemental levels were set according to the optimal levels in the first test by β-glucanase (100, 150 and 200 U/g), xylanase (900, 950 and 1 000 U/g), cellulase (900, 950 and 1 000 U/g) and phytase (1 500, 2 000 and 2 500 U/kg). The optimal complex formula of the four enzymes were determined by reducing sugar content, phytate phosphorus degradation rate and the feed residue gross energy. The results showed as follows: when the supplemental levels of β-glucanase, xylanase, cellulase were 150, 960 and 950 U/g, respectively, the maximum reducing sugar contents were 0.918, 1.161 and 0.927 mg/g, respectively; when the supplemental level of phytase was 2 010 U/kg, the maximum phytate phosphorus degradation rate was 92.35% in 1 to 3-week-old broiler wheat meal diets. When the supplemental levels of β-glucanase, xylanase, cellulase were 150, 950, 960 U/g, the maximum reducing sugar content were 0.920, 1.160, 0.929 mg/g, respectively; when the supplemental level of phytase was 1 940 U/kg, the maximum phytate phosphorus degradation rate was 92.23% in 4 to 6-week-old broiler wheat meal diets. When the compound enzyme preparation containing the above four enzymes was 150 U/g β-glucanase, 950 U/g xylanase, 900 U/g cellulase and 2 500 U/kg phytase in diets, the reducing sugar content, phytate phosphorus degradation rate and feed residue gross energy could all obtain better values. In summary, the optimal supplemental levels of β-glucanase, xylanase, cellulase and phytase are 150, 960, 950 U/g and 2 010 U/kg in 1 to 3-week-old broiler wheat meal diets, respectively, and 150, 950, 960 U/g and 1 940 U/kg in 4 to 6-week-old broiler wheat meal diets, respectively. The optimal compound enzyme preparation containing the above four enzymes is 150 U/g β-glucanase, 950 U/g xylanase, 900 U/g cellulase and 2 500 U/kg phytase in diets.
Key words: wheat meal diets     enzyme preparation     in vitro digestion technology     broiler    

随着我国畜禽养殖规模的迅猛发展,玉米、豆粕价格不断上升,传统的玉米-豆粕型饲粮生产成本大幅增加,杂粮-杂粕型饲粮有成为其替代品的趋势。小麦具有营养价值高、制粒品质好、易于储存和营养价格比高等特点,但因其含有可溶性非淀粉多糖,限制了其在配合饲粮中的用量[1, 2]。棉籽粕、菜籽粕、花生粕等杂粕粗蛋白质含量较高、价格低廉、受国际市场影响较小,为了降低成本,饲料企业和养殖场广泛使用。但杂粕粗纤维含量高,有效能值较低,且含有果胶、乙型甘露寡糖等抗营养因子影响饲粮消化利用率,从而限制了其作为蛋白质饲料在畜禽饲粮中的大量使用[3, 4]。因此,研究如何提高小麦型饲粮的消化利用率具有重要意义。研究表明,添加复合酶制剂可有效改善饲料营养物质的消化率,提高动物生产性能[5, 6]。酶制剂的作用效果一直以来都是用饲养试验或消化试验来证明,但饲养试验和消化试验耗时长、费用高,且饲养试验和消化试验中影响酶制剂作用效果的因素很多,同一种酶制剂在不同的饲养试验中作用效果报道常不一致,因而仅仅用饲养试验或消化试验结果来评价酶制剂的作用效果是不够准确的,且效率不高。大量研究表明,用体外酶解的方法,通过测定加酶前后营养物质消化率的变化,可从体外对酶制剂的作用效果进行评估[7]。胃蛋白酶-胰蛋白酶两步消化法一直以来都是用来体外预测动物对饲料的消化率。相比体内测定,这种方法具有快速、方便的特点,且费用不高,测定准确。这种方法也可用于研究酶制剂对营养物质消化率的影响,通过体外测定加酶和不加酶饲料中营养物质消化率的变化,可对酶制剂的作用效果做体外评价[8]。方正锋等[9]通过胃蛋白酶-胰蛋白酶两步法,对双低菜籽粕饲粮的适宜酶谱进行了筛选,筛选结果证明与生物学法具有很高的相关性。可见,采用体外评价法研究酶制剂对饲粮的作用效果具有可行性。本试验采用体外消化试验,对肉鸡小麦型饲粮复合酶制剂进行酶谱筛选,旨在为提高小麦型饲粮的利用率和复合酶制剂在肉鸡饲料生产中的合理应用提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料 1.1.1 酶制剂

试验所用β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶、植酸酶均为单酶,购自苏柯汉生物工程有限公司,酶活性分别为:β-葡聚糖酶30 000 U/g、木聚糖酶200 000 U/g、纤维素酶200 000 U/g、植酸酶50 000 U/g。 1.1.2 小麦型饲粮

试验所用饲粮参照爱拔益加商品代肉鸡营养标准配制,小麦型饲粮组成及营养水平见表1。

表1 小麦型饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the wheat meal diet (air-dry basis)
1.2 试验设计 1.2.1 肉鸡小麦型饲粮4种单酶最佳添加水平的体外法评定试验

采用单因素完全随机试验设计,β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶、植酸酶分别设定6个添加水平(每个添加水平设3个重复)添加于试验饲粮,采用模拟胃肠液体外消化试验评定作用效果。4种单酶的添加水平见表2。

表2 4种单酶的添加水平 Table 2 Supplemental levels of the four enzymes
1.2.2 肉鸡小麦型饲粮4种单酶的复配效应体外法评定试验

根据1.2.1的试验结果(肉鸡1~3周龄小麦型饲粮中β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶、植酸酶的最佳添加水平分别为:150、960、950 U/g和2 010 U/kg;4~6周龄小麦型饲粮中4种酶的最佳添加水平分别为:150、950、960 U/g和1 940 U/kg),采用4因子3水平L9(34)正交设计,设计9种复合酶组合(表3),β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶、植酸酶各设计3个添加水平,即β-葡聚糖酶为100、150和200 U/g,木聚糖酶为900、950和1 000 U/g,纤维素酶为900、950和 1 000 U/g和植酸酶为1 500、2 000和2 500 U/kg ,添加于肉鸡小麦型饲粮中,采用模拟胃肠液体外消化试验评定4种酶的复配效应。

表3 小麦型饲粮4种单酶的组合方式 Table 3 Combinations of four enzymes in wheat meal diets
1.3 模拟胃肠液体外消化试验

模拟胃肠液体外消化试验方法参照文献[10, 11, 12, 13, 14],设计3个消化期。

嗉囊消化期:称取1.000 g试验饲粮,移入150 mL具塞三角瓶中,加入25 mL磷酸盐缓冲液(0.1 mol/L,pH 6.0)→混匀→用0.1 mol/L盐酸溶液将pH调至4.36→用橡胶塞封口→混匀→置41 ℃的恒温振荡器内消化11 min。

胃消化期:将1 mL(10 mg/mL)的胃蛋白酶盐酸溶液加入嗉囊消化期后食糜中→用0.1 mol/L盐酸溶液调pH至2.66→加入0.5 mL 0.5%氯霉素乙醇溶液→用橡胶塞封口→混匀→置41 ℃恒温振荡器内消化82 min。

小肠消化期:食糜用0.1 mol/L NaOH调pH至6.0→加入4 mL胰酶溶液→20 mL磷酸盐缓冲溶液→混匀→用橡胶塞封口→置41 ℃的恒温振荡器内消化143 min。

消化液使用真空抽滤泵抽滤。检测滤液的还原糖生成量,方法参见文献[15];采用文献[16]方法检测消化液抽滤后的残渣中植酸磷含量,饲料残渣能量值采用WZR-1A型氧弹热量计测定。 饲粮样品植酸磷降解率(%)=[(消化前样品中植酸磷含量×样品重-消化后残渣中植酸磷含量×残渣重)/(消化前样品中植酸磷含量×样品重)]×100。 1.4 数据处理与分析

单酶最佳添加水平的体外法评定试验数据采用Excel软件处理,求出回归方程,并通过偏导数法计算出单酶最佳添加水平[17];复合酶的复配效应体外法评定试验数据采用正交试验极差分析法分析[18]2 结果与分析 2.1 添加β-葡聚糖酶对肉鸡小麦型饲粮还原糖生成量的影响

由表4可知,1~3周龄肉鸡小麦型饲粮中随着β-葡聚糖酶添加水平的增加,还原糖生成量增加,但增加趋势在β-葡聚糖酶添加水平达到150 U/g时逐渐缓和并略微有所下降。建立还原糖生成量(y)和β-葡聚糖酶添加水平(x)之间的二次回归方程: y=-13.393x2+4.146 8x+0.594 9 (R2=0.979 4)。

表4 添加β-葡聚糖酶对肉鸡小麦型饲粮还原糖生成量的影响 Table 4 Effects of supplementation of β-glucanase on reducing sugar production of broiler wheat meal diets

通过偏导数法,求得:当β-葡聚糖酶添加水平为150 U/g时,β-葡聚糖酶酶解1~3周龄肉鸡小麦型饲粮有最大还原糖生成量(0.918 mg/g)。

4~6周龄肉鸡小麦型饲粮中随着β-葡聚糖酶添加水平的增加,还原糖生成量增加,但增加趋势在β-葡聚糖酶添加水平达到150 U/g时逐渐缓和并略微有所下降。建立还原糖生成量(y)和β-葡聚糖酶添加水平(x)之间的二次回归方程: y=-15.06x2+4.553x+0.571 5 (R2=0.910 7)。

通过偏导数法,求得:当β-葡聚糖酶添加水平为150 U/g时,β-葡聚糖酶酶解4~6周龄肉鸡小麦型饲粮有最大还原糖生成量(0.920 mg/g)。 2.2 添加木聚糖酶对肉鸡小麦型饲粮还原糖生成量的影响

由表5可知,1~3周龄肉鸡小麦型饲粮中随着木聚糖酶添加水平的增加,还原糖生成量增加,但增加趋势在木聚糖酶添加水平达到800 U/g时逐渐缓和并略微有所下降。建立还原糖生成量(y)和木聚糖酶添加水平(x)之间的二次回归方程: y=-0.345 5x2+0.661 6x+0.844 (R2=0.914 1)。

表5 添加木聚糖酶对肉鸡小麦型饲粮还原糖生成量的影响 Table 5 Effects of supplementation of xylanase on reducing sugar production of broiler wheat meal diets

通过偏导数法,求得:当木聚糖酶添加水平为960 U/g时,木聚糖酶酶解1~3周龄肉鸡小麦型饲粮有最大还原糖生成量(1.161 mg/g)。

4~6周龄肉鸡小麦型饲粮中随着木聚糖酶添加水平的增加,还原糖生成量增加,但增加趋势在木聚糖酶添加水平达到800 U/g时逐渐缓和并略微有所下降。建立还原糖生成量(y)和木聚糖酶添加水平(x)之间的二次回归方程: y=-0.329 9x2+0.63x+0.859 3 (R2=0.894 3)。

通过偏导数法,求得:当木聚糖酶添加水平为950 U/g时,木聚糖酶酶解4~6周龄肉鸡小麦型饲粮有最大还原糖生成量(1.160 mg/g)。

2.3 添加纤维素酶对肉鸡小麦型饲粮还原糖生成量的影响

由表6可知,1~3周龄肉鸡小麦型饲粮中随着纤维素酶添加水平的增加,还原糖生成量增加,但增加趋势在纤维素酶添加水平达到800 U/g时逐渐缓和并略微有所下降。建立还原糖生成量(y)和木聚糖酶添加水平(x)之间的二次回归方程: y=-0.224 1x2+0.426 6x+0.724 (R2=0.988 3)。

表6 添加纤维素酶对肉鸡小麦型饲粮还原糖生成量的影响 Table 6 Effects of supplementation of cellulase on reducing sugar production of broiler wheat meal diets mg/g

通过偏导数法,求得:当纤维素酶添加水平为950 U/g时,纤维素酶酶解1~3周龄肉鸡小麦型饲粮有最大还原糖生成量(0.927 mg/g)。

4~6周龄肉鸡小麦型饲粮中随着纤维素酶添加水平的增加,还原糖生成量增加,但增加趋势在纤维素酶添加水平达到800 U/g时逐渐缓和并略微有所下降。建立还原糖生成量(y)和木聚糖酶添加水平(x)之间的二次回归方程: y=-0.211 6x2+0.406 5x+0.733 8 (R2=0.945 3)。

通过偏导数法,求得:当纤维素酶添加水平为960 U/g时,纤维素酶酶解4~6周龄肉鸡小麦型饲粮有最大还原糖生成量(0.929 mg/g)。 2.4 添加植酸酶对肉鸡小麦型饲粮植酸磷降解率的影响

由表7可知,1~3周龄肉鸡小麦型饲粮中随着植酸酶添加水平的增加,植酸磷降解率增加,但增加趋势在植酸酶添加水平达到2 000 U/kg时逐渐缓和并略微有所下降。建立植酸磷降解率(y)和植酸酶添加水平(x)之间的二次回归方程: y=-0.017 5x2+0.703 9x+85.313 (R2=0.963 5)。

表7 添加植酸酶对肉鸡小麦型饲粮植酸磷降解率的影响 Table 7 Effects of supplementation of phytase on phytic acid phosphorus degradation rate of broiler wheat meal diets

通过偏导数法,求得:当植酸酶添加水平为2 010 U/kg时,植酸酶酶解0~3周龄肉鸡小麦型饲粮有最大植酸磷降解率(92.35%)。

4~6周龄肉鸡小麦型饲粮中随着植酸酶添加水平的增加,植酸磷降解率增加,但增加趋势在植酸酶含量达到1 500 U/kg时逐渐缓和并略微有所下降。建立植酸磷降解率(y)和植酸酶添加水平(x)之间的二次回归方程: y=-0.017 1x2+0.664 9x+85.809 (R2=0.968 8)。

通过偏导数法,求得:当植酸酶添加水平为1 940 U/kg时,植酸酶酶解4~6周龄肉鸡小麦型饲粮有最大植酸磷降解率(92.23%)。

2.5 添加复合酶对肉鸡小麦型饲粮还原糖生成量、植酸磷降解率、饲料残渣能量的影响

通过多指标正交试验综合平衡法对所测得的各项指标先逐一分别按单指标计算分析,找出其因素水平的最优组合,然后根据各项指标中所得出的因素主次、水平优劣等进行综合平衡,最后确定整体最优因素水平组合[18]

从表8中可知,根据还原糖生成量来判断,A1B2C3D3为最优组合,根据植酸磷降解率来判断,A2B3C3D3为最优组合,根据饲料残渣总能来判断,A2B1C1D2为最优组合。根据因素的影响主次,综合考虑,确定1~3周龄肉鸡小麦型饲粮中添加复合酶制剂的最佳组合为:A2B2C1D3,即β-葡聚糖酶150 U/g、木聚糖酶950 U/g、纤维素酶900 U/g、植酸酶2 500 U/kg。

表8 1~3周龄肉鸡小麦型饲粮添加复合酶制剂正交试验的极差分析结果 Table 8 The results of 1 to 3-week-old broiler wheat meal diets supplemented with compound enzyme by the range analysis of orthogonal experiment

从表9中可知,根据还原糖生成量来判断,A2B2C1D3为最优组合,根据植酸磷降解率来判断,A1B1C3D3为最优组合,根据饲料残渣总能来判断,A2B1C1D2为最优组合。根据因素的影响主次,综合考虑,确定4~6周龄肉鸡小麦型饲粮中添加复合酶制剂的最佳组合为:A2B2C1D3,即β-葡聚糖酶150 U/g、木聚糖酶950 U/g、纤维素酶900 U/g、植酸酶2 500 U/kg。

表9 4~6周龄小麦型饲粮添加复合酶制剂正交试验的极差分析结果 Table 9 The results of 4 to 6-week-old broiler wheat meal diets supplemented with compound enzyme by the range analysis of orthogonal experiment
3 讨 论 3.1 肉鸡小麦型饲粮中添加单酶的作用效果及影响因素

谭权等[19]结果显示:添加木聚糖酶可降低小麦的总木聚糖含量,降低程度随酶水平增加而提高,酶水平为1 000 IU/kg,降解达显著水平,降解程度为23.94%;在酶水平为2 000 IU/kg时降解程度最大,达30.52%;再进一步提高酶水平对降解程度无进一步改善效应。彭玉麟[20]采用体外模拟肉仔鸡消化的方法来研究木聚糖酶对小麦饲粮中戊聚糖的降解作用,结果表明,添加木聚糖酶可提高小麦饲粮中戊聚糖的消化率约19%。杜思刚[13]研究表明,用小麦全部替代玉米,当木聚糖酶酶活性为48.61 U/g时,有最大还原糖生成量。彭玉麟等[21]研究报道,肉仔鸡小麦-杂粕型饲粮中添加750 U/kg植酸酶,能够降低饲粮中0.08%的非植酸磷。Zyla等[22]研究表明,小麦型饲粮磷释放率随着植酸酶活性的增加而增加,植酸酶活性达750 U/kg后磷释放率达平台期。本试验在肉鸡小麦型饲粮中分别添加不同水平β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶和植酸酶,采用模拟胃肠液体外消化试验研究其作用效果,结果表明,1~3周龄肉鸡小麦型饲粮4种单酶的最佳添加水平分别为150、960、950 U/g和2 010 U/kg,4~6周龄肉鸡小麦型饲粮4种单酶的最佳添加水平分别为150、950、960 U/g和1 940 U/kg。 3.2 肉鸡小麦型饲粮中添加复合酶制剂的作用效果及影响因素

陈林生[23]研究表明,在小麦-杂粕型饲粮中添加复合酶制剂(木聚糖酶262.4 U/kg、β-葡聚糖酶106.8 U/kg、纤维素酶86.6 U/kg、果胶酶133.5 U/kg、酸性蛋白酶51.875 U/kg、中性蛋白酶409 U/kg)肉鸡饲喂效果最好。酶制剂的添加水平与其所表现的效果存在着必然的联系[24]。酶制剂的作用基于酶与底物的互作,特定饲粮中的非淀粉多糖含量是一定的,因此酶制剂的作用效果就取决于所添加酶的量是否与降解底物的需要量相一致,酶添加水平低于降解底物的需要量,会导致作用效果偏低,甚至无效;而添加水平超过需要量,酶的添加也可能得到期望的效果,但可能产生负作用[24]。本试验采用模拟胃肠液体外消化试验研究了小麦型饲粮中添加不同水平β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶、植酸酶的复配效应,结果表明,4种单酶的添加水平分别为150、950、900 U/g和2 500 U/kg的复配方式作用效果较好。 4 结 论

本试验结果表明,肉鸡小麦型饲粮中β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶和植酸酶的最佳添加水平,1~3周龄分别为150、960、950 U/g和2 010 U/kg,4~6周龄分别为150、950、960 U/g和1 940 U/kg,且2个阶段肉鸡小麦型饲粮中4种酶组合的复合酶最佳酶谱均为β-葡聚糖酶150 U/g、木聚糖酶950 U/g、纤维素酶900 U/g、植酸酶2 500 U/kg。

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