动物营养学报    2022, Vol. 34 Issue (9): 5667-5679    PDF    
小麦型饲粮中添加酸性木聚糖酶对肉鸡消化道食糜黏度的影响
黄志毅1 , 梁伟凡1 , 李阳源1 , 冯定远2     
1. 广东溢多利生物科技股份有限公司, 珠海 519000;
2. 华南农业大学动物科学学院, 广州 510642
摘要: 本试验旨在对比研究酸性和中性木聚糖酶的酶学性质及其在小麦型饲粮中的降黏效果。饲养试验检测2种木聚糖酶(酸性和中性木聚糖酶)对胃肠液的耐受性; pH 3.5条件下测试2种木聚糖酶的相对活性; 选用木聚糖纯品和谷物检测2种木聚糖酶的降黏效果; 选取512只1日龄的817白羽肉公鸡, 随机分为4组(每组8个重复, 每个重复16只), 对照组饲喂小麦型基础饲粮, 试验组在小麦型基础饲粮中分别添加4 U/g中性木聚糖酶、2和4 U/g酸性木聚糖酶, 试验期42 d。结果显示: 1)相比中性木聚糖酶, 酸性木聚糖酶对肉鸡胃肠液有更好的耐受性。2)在pH 3.5条件下, 酸性木聚糖酶的相对活性比中性木聚糖酶高64.1%。3)对于高黏(黑麦)阿拉伯木聚糖, 相比中性木聚糖酶, 酸性木聚糖酶的降黏效果提升了42.9%。4)在小麦型饲粮中添加木聚糖酶提高了肉鸡的生长性能, 其中4 U/g酸性木聚糖酶对生长性能的提高效果优于4 U/g中性木聚糖酶。5)对于饲喂小麦型饲粮的肉鸡, 4 U/g酸性木聚糖酶组粗蛋白质表观消化率分别比2 U/g酸性木聚糖酶组、4 U/g中性木聚糖酶组和对照组提高了3.5%(P < 0.05)、7.4%(P < 0.05)和7.9%(P < 0.05)。6)与4 U/g中性木聚糖酶组和对照组相比, 在小麦型饲粮中添加4 U/g酸性木聚糖酶显著降低了肉鸡肌胃、空肠和回肠食糜黏度(P < 0.05)。7)与对照组相比, 在小麦型饲粮中添加4 U/g酸性木聚糖酶显著提高了肉鸡胃蛋白酶和胰蛋白酶的活性(P < 0.05)。由此可见, 酸性木聚糖酶在pH 3.5条件下有更高的活性, 更能耐受动物胃肠液, 具有更好的降低黏度效果; 在小麦型饲粮中添加4 U/g酸性木聚糖酶能改善肉鸡的生长性能、粗蛋白质表观消化率、食糜黏度和消化酶活性, 其效果优于同剂量的中性木聚糖酶。
关键词: 酸性木聚糖酶    肉鸡    小麦型饲粮    黏度    酶学特性    
Effects of Adding Acid Xylanase in Wheat-Type Diet on Viscosity of Digestive Tract Chyme of Broilers
HUANG Zhiyi1 , LIANG Weifan1 , LI Yangyuan1 , FENG Dingyuan2     
1. Guangdong VTR Biotechnology Co., Ltd., Zhuhai 519000, China;
2. College of Animal Science and Technology, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
Abstract: The purpose of this experiment was to compare the enzymatic properties and their viscosity-reducing effects of acidic and neutral xylanases in wheat-type diets. The tolerance of two xylanases (acidic and neutral xylanases) to gastrointestinal fluid was detected by feeding trail; the relative activities of two xylanases were determined under pH 3.5 condition; the viscosity reduced effect of two xylanases was tested using pure xylans and cereals. A total of 512 one-day-old 817 white-feathered broilers were randomly divided into 4 groups (8 replicates in each group and 16 broilers in each replicate), in which the control group were fed the wheat-type basal diet, and the experimental group was supplemented with 4 U/g neutral xylanase, 2 and 4 U/g acidic xylanase, respectively. The test period was 42 days. The results showed as follows: 1) compared with neutral xylanase, acidic xylanase had better tolerance to broiler gastrointestinal fluid. 2) Under the condition of pH 3.5, the relative activity of acidic xylanase was 64.1 % higher than that of neutral xylanase. 3) For high viscosity (rye) arabinoxylan, acidic xylanase had a 42.9% lower viscosity than neutral xylanase. 4) Adding acid xylanase in the wheat-type diet improved the growth performance of broilers, and 4 U/g acidic xylanase has better effect than 4 U/g neutral xylanase. 5) For broilers fed the wheat-type diet, the crude protein apparent digestibility of 4 U/g acidic xylanase group was increased by 3.5% (P < 0.05), 7.4% (P < 0.05) and 7.9% (P < 0.05) compared with 2 U/g acidic xylanase group, 4 U/g neutral xylanase group and control group, respectively. 6) Adding 4 U/g acidic xylanase in the wheat-type diet significantly reduced chyme viscosity in gizzard, jejunum and ileum of broilers compared with 4 U/g neutral xylanase group and control group (P < 0.05). 7) Adding 4 U/g acidic xylanase in the wheat-type diet significantly increased the activities of pepsin and trypsin of broilers compared with control group (P < 0.05). It can be seen from the results that the acidic xylanase with higher enzyme activity under the condition of pH 3.5, is more resistant to the gastrointestinal fluid of animals, and can better reduce the viscosity; adding 4 U/g acidic xylanase in the wheat-type diet can improve the growth performance, crude protein apparent digestibility, chyme viscosity and digestive enzyme activities of broilers, and its effect is better than that of neutral xylanase at the same dose.
Key words: acid xylanase    broilers    wheat-type diet    viscosity    enzymatic properties    

我国是小麦生产大国,年产量约为1 300万t[1]。小麦营养价值较高,可代替玉米作为畜禽饲粮中的能量饲料[2]。然而,小麦中含有约10%的膳食纤维、3%~4%的阿拉伯木聚糖[3],高含量的木聚糖会引起畜禽不良反应,如造成畜禽肠道食糜黏度增加、肠道形态破坏及肠道微生物平衡紊乱等[4]。已有研究证实,高水溶性木聚糖含量的谷物原料会严重影响肉仔鸡的生长和脂类代谢,进而影响肉仔鸡的生长性能[5]。因此,消除谷物原料中的木聚糖对畜禽的不利影响至关重要。此外,对肉鸡消化道pH的研究结果显示,肉鸡腺胃和肌胃pH呈强酸性,嗉囊、十二指肠、空肠和回肠呈弱酸性,而盲肠呈中性[6]。由此可知,营养物质在肉鸡消化道内主要的消化和吸收部位呈弱酸性,甚至是强酸性。因此,保证外源酶在低pH条件中的活性和稳定性,是外源消化酶能否在消化道内保留并酶解抗营养成分从而促进营养物质消化吸收的重要前提。

广义木聚糖酶是酶解半纤维素木聚糖的多种酶的总称,狭义木聚糖酶指的是β-1,4-木聚糖酶,后者可水解木聚糖主链的糖苷键。绝大多数木聚糖酶最适温度为40~60 ℃,最适酶促反应的pH范围为3.0~10.0,根据其不同的理化特性被广泛应用于食品工业、畜禽养殖业及造纸业等[7]。已有多项研究表明,在玉米-豆粕型和小麦型饲粮中添加木聚糖酶可以提高肉鸡的生长性能和营养物质利用率[8-10],显著提高肉鸡的免疫功能[11],调节肉鸡脂代谢相关基因表达从而降低肉鸡腹脂率[12]以及改善肠道形态结构[13]等。根据木聚糖酶酶促反应时最适pH范围,可将其分为酸性(pH 3.0~6.0)、中性(pH 6.0~8.0)及碱性(pH 8.0~10.0)木聚糖酶,其中,酸性木聚糖酶指在较低pH条件下长时间保持较高活性的木聚糖酶[14]。酸性木聚糖酶因其较好的耐酸性而备受关注,许多学者对酸性木聚糖酶的研究致力于提高酶的产量[15]及改进酶的性质[16-18],而对于酸性木聚糖酶应用方面的研究极少,尤其是在家禽方面。因此,本试验旨在对比研究酸性和中性木聚糖酶的酶学性质及其在小麦型饲粮中的降黏效果,为酸性木聚糖酶在小麦型饲粮中的应用提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 样品和试剂

酸性木聚糖酶(毕赤酵母)、中性木聚糖酶(毕赤酵母)、0.2 mol/L乙酸-乙酸钠缓冲液(pH 5.5)、0.1 mol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液(pH 3.5)。

1.2 体外试验 1.2.1 木聚糖酶活性测定

参考GB/T 23874—2009,使用还原糖法测定酸性和中性木聚糖酶的活性。在37 ℃、pH为3.5(酸性)或者5.5(中性)的条件下,每分钟从浓度为5 mg/mL的木聚糖溶液中降解释放1 μmol还原糖所需要的酶量为1个酶活性单位(U)。

1.2.2 木聚糖酶对胃肠液的耐受性测定

将24只42日龄的817肉鸡分为2组(每组12只),禁食24 h后分别饲喂添加了100 U/g酸性和中性木聚糖酶的玉米-豆粕型饲粮。采食后30和60 min时每组各屠宰6只,取胃和回肠。按照1.2.1方法测定不同木聚糖酶(pH 5.5)的活性,并计算保留率,计算公式如下:

1.2.3 低pH对木聚糖酶活性的影响

按照1.2.1方法测定不同木聚糖酶分别在pH 3.5和5.5条件下的活性,并计算相对活性,计算公式如下:

1.2.4 木聚糖酶在低pH条件中的稳定性测定

将木聚糖酶样品用0.2 mol/L pH 5.5的乙酸-乙酸钠缓冲液提取后,用0.1 mol/L pH 3.5的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液稀释到1.0 U/mL,取5 mL酶液在37 ℃水浴保温2 h,然后按照1.2.1方法测定木聚糖酶活性。

1.2.5 木聚糖酶的耐热性测定

水浴法:将木聚糖酶样品用0.2 mol/L pH 5.5的乙酸-乙酸钠缓冲液提取,并稀释成4 U/mL,取5 mL酶液放入90 ℃的恒温水浴锅中准确处理5 min,取出迅速放入冰水中冷却3 min,按照GB/T 23874—2009方法进一步稀释并测定处理和未处理的木聚糖酶活性,并计算保留率。

按照饲料制粒流程,把酸性和中性木聚糖酶加入到饲粮(10 U/g)中,经制粒冷却后取样,按照1.2.1方法测定木聚糖酶活性,并计算保留率。

1.2.6 酸性和中性木聚糖酶体外酶解木聚糖纯品和谷物对黏度的影响

底物:中黏(小麦)阿拉伯木聚糖、高黏(黑麦)阿拉伯木聚糖、非可溶性(小麦)阿拉伯木聚糖、小麦、大麦。

当以浓度为1%的中黏(小麦)阿拉伯木聚糖、高黏(黑麦)阿拉伯木聚糖或非可溶性(小麦)阿拉伯木聚糖为底物时,取1 mL底物加入1 mL 0.5 U/mL木聚糖酶,在pH 5.5或3.5、37 ℃水浴条件下反应10 min,取出后测定木聚糖酶酶解前后的黏度。当以小麦或大麦作为底物时,取10 g粉碎底物溶于50 mL 0.2 mol/L pH 5.5乙酸-乙酸钠缓冲液或pH 3.5磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液,向其中加入30 U木聚糖酶,37 ℃水浴酶解4 h后测定木聚糖酶酶解前后的黏度。

黏度测定采用Brookfield锥板黏度计(DV2TLVCP,CPA-40Z),测定温度为25 ℃,测样体积为0.5 mL,单位为mPa·s。

1.3 体内试验 1.3.1 试验设计、小麦型饲粮及饲养管理

选取512只1日龄的817肉公鸡,随机分为4组,每组8个重复,每个重复16只,各重复之间体重相近,平均体重为(37.01±0.11) g。对照组饲喂不添加木聚糖酶的小麦型基础饲粮,该饲粮为参照NRC(1994)营养需要配制的粉状配合饲料,其组成及营养水平见表 1。3个试验组在基础饲粮中分别添加4 U/g中性木聚糖酶、2和4 U/g酸性木聚糖酶。试验期42 d。肉仔鸡自由采食,充足饮水,按正常免疫程序进行免疫接种。

表 1 小麦型基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of wheat-type basal diets (air-dry basis)  
1.3.2 样品采集及指标测定

42日龄试验结束,每个重复取1只鸡,采用全收粪法采集粪样并根据国家标准方法测定其中的干物质(GB/T 6435—2014)、粗脂肪(GB/T 6433—2006)、粗蛋白质含量(GB/T 6432—2018),用氧弹仪测定总能,计算各养分的表观消化率;取胃、空肠、回肠食糜以测定黏度和胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性。

按1.2.6方法测定肉鸡不同肠段食糜黏度。按照试剂盒(购自南京建成生物工程研究所)说明书所提供的方法测定胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性。

试验期内以重复为单位计算糊肛率。

1.4 数据统计分析

数据采用SPSS 17.0软件进行统计分析,对数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA),并采用LSD法进行多重比较。P < 0.01视为差异极显著,P < 0.05视为差异显著,结果均以平均值±标准误表示。

2 结果与分析 2.1 酸性和中性木聚糖酶对肉鸡胃肠液耐受性的影响

酸性和中性木聚糖酶对肉鸡胃肠液耐受性的影响如图 1所示。由图可知,在较低pH的肌胃中,停留30 min后酸性木聚糖酶的保留率显著高于中性木聚糖酶(P < 0.05);停留60 min后虽然酸性木聚糖酶活性有大幅度降低,酸性木聚糖酶的保留率仍高于中性木聚糖酶(P>0.05)。在pH趋于中性的回肠中,停留30 min后呈现出与肌胃中相同结果,而停留60 min后酸性木聚糖酶的保留率极显著高于中性木聚糖酶(P < 0.01)。综上所述,在肌胃和回肠中,酸性木聚糖酶的保留率高于中性木聚糖酶,表明酸性木聚糖酶更适应胃肠道。

数据柱标注相同字母或无字母表示差异不显著(P > 0.05),不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),不同大写字母表示差异极显著(P < 0.01)。下图同。 Data columns with the same letter or no letter mean no significant difference (P > 0.05), while with different small letters mean significant difference (P < 0.05), and with different capital letters mean significant difference (P < 0.01). The same as below. 图 1 酸性和中性木聚糖酶对肉鸡胃肠液耐受性的影响 Fig. 1 Effects of acidic and neutral xylanases on tolerance of gastroenteric fluid of broilers
2.2 低pH对酸性和中性木聚糖酶活性和稳定性影响的对比

低pH对酸性和中性木聚糖酶活性和稳定性的结果如表 2所示。由表可知,在pH 3.5的条件下,酸性木聚糖酶的相对活性比中性木聚糖酶高64.1%,稳定性高64.4%。

表 2 酸性和中性木聚糖酶低pH条件下的活性和稳定性 Table 2 Activity and stability of acidic and neutral xylanases under low pH condition  
2.3 酸性和中性木聚糖酶的热稳定性

酸性和中性木聚糖酶的热稳定性如图 2所示。由图可知,经过基因工程改造后的酸性木聚糖酶的热稳定性要好于中性木聚糖酶。

图 2 酸性和中性木聚糖酶的热稳定性 Fig. 2 Thermal stability of acidic and neutral xylanases
2.4 酸性和中性木聚糖酶体外酶解木聚糖纯品和谷物对黏度的影响

酸性和中性木聚糖酶体外酶解木聚糖纯品和谷物对黏度的影响如表 3所示。由表可知,在pH 5.5的条件下,酸性和中性木聚糖酶均能大幅度降低黏度,酸性木聚糖酶比中性木聚糖效果稍好。在pH 3.5的条件下,酸性和中性木聚糖酶均能大幅度降低黏度;对于中黏(小麦)阿拉伯木聚糖,相比中性木聚糖酶,酸性木聚糖酶的降黏效果提升了48.3%;对于高黏(黑麦)阿拉伯木聚糖,相比中性木聚糖酶,酸性木聚糖酶的降黏效果提升了42.9%;对于非可溶性阿拉伯木聚糖,相比中性木聚糖酶,酸性木聚糖酶的降黏效果提升了10.2%;对于小麦,相比中性木聚糖酶,酸性木聚糖酶的降黏效果提升了10.8%;对于大麦,相比中性木聚糖酶,酸性木聚糖酶的降黏效果提升了16.4%。

表 3 酸性和中性木聚糖酶体外酶解木聚糖纯品和谷物对黏度的影响 Table 3 Effects of acidic and neutral xylanases enzymatic hydrolysis pure xylans and cereals on viscosity in vitro  
2.5 酸性和中性木聚糖酶对小麦型饲粮的降黏效果比较 2.5.1 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡生长性能的影响

酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡生长性能的影响如表 4所示。由表可知,添加酸性和中性木聚糖酶均能提高肉鸡的平均日增重,其中4 U/g酸性木聚糖酶组比4 U/g中性木聚糖酶组和对照组分别提高了4.6%(P>0.05)和5.4%(P < 0.05);2和4 U/g酸性木聚糖酶组的平均日采食量均高于4 U/g中性木聚糖酶组和对照组,但差异不显著(P>0.05);在料重比方面,4 U/g酸性木聚糖酶组比4 U/g中性木聚糖酶组和对照组分别降低了2.4%(P>0.05)和4.7%(P < 0.05);各木聚糖酶组的存活率均比对照组高,其中2 U/g酸性木聚糖酶组比4 U/g中性木聚糖酶组和对照组分别提高了3.7%和4.6%,但差异不显著(P>0.05)。

表 4 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡生长性能的影响 Table 4 Effects of acidic and neutral xylanases on growth performance of broilers fed wheat-type diet
2.5.2 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡养分表观消化率的影响

酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡养分表观消化率的影响如表 5所示。从表可知,各组的干物质和粗脂肪表观消化率差异不显著(P>0.05);4 U/g酸性木聚糖酶组粗蛋白质表观消化率分别比2 U/g酸性木聚糖酶组、4 U/g中性木聚糖酶组和对照组提高了3.5%(P < 0.05)、7.4%(P < 0.05)和7.9%(P < 0.05);4 U/g酸性木聚糖酶组总能表观消化率分别比2 U/g酸性木聚糖酶组、4 U/g中性木聚糖酶组和对照组提高了3.9%(P>0.05)、4.2%(P>0.05)和5.0%(P < 0.05)。

表 5 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡养分表观消化率的影响 Table 5 Effects of acidic and neutral xylanases on nutrient apparent digestibility of broilers fed wheat-type diet  
2.5.3 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡食糜黏度的影响

酸性和中性木聚糖酶对小麦日粮817肉鸡食糜黏度的影响如表 6所示。从表可知,在肌胃中,4 U/g酸性木聚糖酶组食糜黏度分别比4 U/g中性木聚糖酶组和对照组降低了8.2%(P < 0.05)和6.68%(P < 0.05);在空肠中,与对照组相比,各木聚糖酶组食糜黏度均显著降低(P < 0.05),且2 U/g酸性木聚糖酶组食糜黏度分别比4 U/g中性木聚糖酶组和对照组降低了15.4%(P < 0.05)和54.2%(P < 0.05);在回肠中,与对照组相比,各木聚糖酶组食糜黏度均显著降低(P < 0.05),且4 U/g酸性木聚糖酶组食糜黏度分别比2 U/g酸性木聚糖酶组、4 U/g中性木聚糖酶组和对照组降低了32.2%(P < 0.05)、36.2%(P < 0.05)和52.5%(P < 0.05)。

表 6 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡食糜黏度的影响 Table 6 Effects of acidic and neutral xylanases on chyme viscosity of broilers fed wheat-type diet  
2.5.4 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡消化酶活性的影响

酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡消化酶活性的影响如表 7所示。从表可知,添加酸性和中性木聚糖酶均能提高胃蛋白酶活性,其中2 U/g酸性木聚糖酶组分别比4 U/g中性木聚糖酶和对照组提高了23.4%(P>0.05)和48.5%(P < 0.05),4 U/g酸性木聚糖酶组分别比4 U/g中性木聚糖酶和对照组提高了23.9%(P>0.05)和49.2%(P < 0.05);添加酸性和中性木聚糖酶均能提高胰蛋白酶活性,2 U/g酸性木聚糖酶组分别比4 U/g中性木聚糖酶和对照组提高了10.8%(P>0.05)和20.7%(P < 0.05),4 U/g酸性木聚糖酶组分别比4 U/g中性木聚糖酶和对照组提高了12.2%(P>0.05)和22.3%(P < 0.05);糜蛋白酶、脂肪酶活性各组之间差异不显著(P>0.05);各木聚糖酶组淀粉酶活性均比对照组高,但差异不显著(P>0.05)。

表 7 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡消化酶活性的影响 Table 7 Effects of acid and neutral xylanases on digestive enzyme activities of broilers fed wheat-type diet  
2.5.5 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡糊肛率的影响

图 3为各组肉鸡的糊肛情况。由图可见,对照组糊肛情况最严重,肛门被严重堵塞,4 U/g酸性木聚糖酶组症状最轻。

a: 对照组control group;b: 4 U/g中性木聚糖酶组4 U/g neutral xylanase group; c: 2 U/g酸性木聚糖酶组2 U/g acidic xylanase group; d: 4 U/g酸性木聚糖酶组4 U/g acidic xylanase group。 图 3 各组肉鸡糊肛情况 Fig. 3 Anus paste status of broilers in different groups

酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡糊肛率的影响如表 8所示。从表可知,对照组的糊肛率非常高,达33.5%;添加4 U/g中性木聚糖酶,糊肛率为15.4%;添加2 U/g酸性木聚糖酶,糊肛率为6.3%;添加4 U/g酸性木聚糖酶,糊肛率为6.0%。各木聚糖酶组的糊肛率均显著低于对照组(P < 0.05),且2和4 U/g酸性木聚糖酶组还显著低于4 U/g中性木聚糖酶组(P < 0.05)。

表 8 酸性和中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡糊肛率的影响 Table 8 Effects of acid and neutral xylanases on anus paste rate of broilers fed wheat-type diet  
3 讨论 3.1 酸性和中性木聚糖酶酶学特性比较

酸性木聚糖酶在酸性和中性条件下均保持较高的β-1,4-木聚糖酶活性。畜禽胃肠道多为弱酸性环境,因此,相比于中性木聚糖酶,酸性木聚糖酶在畜禽胃肠道中可能具有更高的活性。因此,酸性木聚糖酶的产量、耐酸性和热稳定性成为研究热点。酸性木聚糖酶可通过人工合成、生物提取和微生物发酵等获得,其中微生物发酵研究最多。细菌多数产碱性木聚糖酶,而真菌是酸性木聚糖酶的主要来源。国春艳等[18]从土壤中分离出1株黑曲霉发酵所产的木聚糖酶,在70 ℃保温30 min后活性仍能保持在60%以上,在pH 3.0~7.0时稳定性较好。而后吴仁智等[19]从土壤中分离得到的日本曲霉,其分泌的酸性木聚糖酶的最适温度和最适pH分别为65 ℃和6.5。而真菌生长较慢,酸性木聚糖酶产量难以控制,应用基因工程菌大大提升了酸性木聚糖酶的产量,其中包括原核表达系统和真核表达系统的应用。郑亚伦等[20]从解淀粉芽孢杆菌中克隆得到木聚糖酶基因,在大肠杆菌中表达具有较高耐酸性的酸性木聚糖酶。魁红等[21]从嗜酸性真菌克隆得到1个酸性木聚糖酶基因xyn11BB,在毕赤酵母GS115中诱导表达,其产物最适pH为4.5,在酸性条件下具有良好的活性和稳定性,可作为饲料用酶的备选。毛良伟[22]克隆了交链孢的木聚糖酶基因xyn186,在毕赤酵母中表达得到的酸性木聚糖酶在pH 4.5~6.5时有80%以上的活性。直接通过异源表达已不能满足人们的需求,学者通过多种基因编辑手段,提高酶产量并改善酶性质。蒋玥凤[23]通过定点突变引入二硫键显著提高了酸性木聚糖酶的热稳定性,并改善了其水解特性。本试验结果表明,在强酸性的肌胃中,与中性木聚糖酶相比,30 min内酸性木聚糖酶可以保持较高的活性,而到60 min时其活性虽与中性蛋白酶的差异未达到显著水平,但在数值上高于中性木聚糖酶;而在弱酸性的回肠中,无论停留时间长短,酸性木聚糖酶的保留率均显著高于中性木聚糖酶。这一结果与体外试验结果一致,与中性木聚糖酶相比,低pH条件下的酸性木聚糖酶具有更高的性和耐酸性。此外,热稳定性试验结果显示,中性和酸性木聚糖酶均具有较高的热稳定性。因此,由体外试验结果可以得出,与中性木聚糖酶相比,新研发的酸性木聚糖酶具有更好的耐酸性和热稳定性,在肉鸡胃肠液和制粒条件下能够保留更高的活性。

3.2 酸性与中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡生长性能的影响

木聚糖酶作为糖苷水解酶,可以将木聚糖水解为低聚木糖和木糖,不仅可以降解植物细胞壁中木聚糖成分释放出胞内营养物质,还可以消除抗营养物质——木聚糖对肉鸡的负面影响。而肉鸡消化道不能分泌可降解木聚糖的木聚糖酶,因此,外源添加木聚糖酶十分重要。已有研究表明,在普通饲粮中添加木聚糖酶对肉鸡生长性能具有较好的效果。例如,邢勇等[24]研究发现,在饲粮中添加1×106 U/t木聚糖酶显著提高了肉仔鸡的生长性能。丁楠等[25]研究显示,在饲粮中添加木聚糖酶使1~21日龄肉仔鸡的平均日采食量有增加的趋势;陈程等[26]报道,在饲粮中添加复合木聚糖酶和纤维素酶可显著改善广西麻鸡的料重比。与此同时,在麦类饲粮中也得到了相同的结果,在小麦-杂粕型饲粮中添加1 000 U/kg木聚糖酶可显著提高肉仔鸡的生长性能[27]。在小麦型饲粮中添加木聚糖酶后,料重比和小肠食糜黏度显著降低,死淘率降低71.9%[28]。究其原因,首先,添加外源木聚糖酶可降低消化道中的食糜黏度,释放黏性食糜包裹的营养物质,使其能与肠道微生物、消化道内消化酶以及肠道上皮细胞充分接触,从而改善小麦的营养价值;其次,食糜黏性的降低可以防止有害菌的滋生,从而调节肠道菌群结构,促进菌群的动态平衡[29]。与前人研究结果一致,本研究中生长性能结果显示,小麦型饲粮中添加4 U/g酸性木聚糖酶可以显著提高肉鸡的平均日增重并显著降低料重比;虽然未达到显著水平,但可在一定程度上降低肉鸡的死淘率;与同剂量中性木聚糖酶相比,酸性木聚糖酶的效果更优。

3.3 酸性与中性木聚糖酶对饲喂小麦型饲粮肉鸡养分表观消化率和消化酶活性的影响

饲粮中添加木聚糖酶不仅可通过降低食糜黏度使得营养物质与消化酶及消化道上皮细胞充分接触,其降解木聚糖生成的低聚木糖还可作为肠道菌群的能量物质,从而整体上提高饲粮中营养物质的消化率。王佳丽[30]研究发现,在大麦型饲粮中添加酶制剂在整个试验期都可促进肉仔鸡生长、降低料重比并提高营养物质消化率和小肠绒毛高度。在小麦型饲粮中添加木聚糖酶能使肉鸡的能量利用率和蛋白质、脂肪、淀粉消化率得到显著提高[27, 31]。含有α-半乳糖苷酶和木聚糖酶的碳水化合物复合酶可改善不同营养水平饲粮的能量、粗蛋白质和回肠末端氨基酸的表观消化率[32]。本研究结果表明,与对照组相比,小麦型饲粮中添加4 U/g酸性木聚糖酶可以显著提高肉鸡总能和粗蛋白质表观消化率,且粗蛋白质表观消化率还显著高于添加4 U/g中性木聚糖酶。

已有研究表明,添加木聚糖酶可提高消化道内的内源消化酶活性,例如,在小麦型饲粮中添加木聚糖酶后肉仔鸡十二指肠、空肠和回肠食糜中淀粉酶活性有所增加,空肠和回肠食糜中胰蛋白酶活性有所增加,十二指肠、空肠和回肠食糜中脂肪酶活性有增加趋势[33]。饲粮中添加木聚糖酶可提高肉仔鸡消化道胰凝乳蛋白酶和脂肪酶活性[34]。其原因可能是木聚糖酶的添加降低了消化道中食糜黏度,为内源消化酶创造了更好的酶解条件,并使消化酶得以充分酶解营养物质,从而提高营养物质消化率,进而提高肉鸡的生产性能。与前人结果相似,本研究发现,与对照组相比,添加4 U/g酸性木聚糖酶可以显著提高肉鸡胃蛋白酶和胰蛋白酶活性,其效果优于同剂量中性木聚糖酶。因4 U/g酸性木聚糖酶组肉鸡消化道内2种蛋白酶的活性显著提高,使得粗蛋白质的表观消化率显著提高,进而提高肉鸡的生长性能。

3.4 酸性与中性木聚糖酶对小麦型饲粮的降黏效果比较

虽然已有研究表明小麦可以替代玉米作为畜禽的能量饲料原料且不会对肉鸡生长性能产生显著的负面影响[2],但小麦中含有较多的木聚糖,木聚糖作为非淀粉多糖,因其多孔网状结构而具有极强的吸水性,如果不被降解将提高食糜黏度,从而降低营养物质的消化吸收,并促使有害菌群的滋生。体外研究表明,适当的酸性木聚糖酶预处理有利于提高纤维原料的利用率[35],其原因可能是黏性降低致使营养物质得以释放。体内研究揭示,饲粮中添加木聚糖酶显著降低了肉鸡空肠食糜黏度,从而提高了粗蛋白质和能量消化率,但对脂肪和磷消化率无显著影响[36];添加外源木聚糖内切酶显著降低了空肠和回肠食糜黏度[37]。在黑麦、黑小麦及小麦型饲粮中添加木聚糖酶,仅有黑麦型饲粮组回肠食糜黏度显著降低[38]。木聚糖酶的添加使饲喂全麦饲粮肉仔鸡回肠食糜黏度降低到与饲喂颗粒饲粮肉仔鸡相同的水平[28]。在麦类型基础饲粮中添加非淀粉多糖酶显著降低了21日龄肉仔鸡腺胃、空肠食糜黏度,其他各部位食糜黏度差异不显著[39]。黑麦饲料增加了食糜黏度,损害了肉仔鸡的生长性能,提高了腿部疾病的发生率,而木聚糖酶和β-葡聚糖酶的添加降低了上述问题的严重程度[40]。与前人结果一致,本研究体外试验结果显示,无论是针对不同来源和黏度的阿拉伯木聚糖纯品,亦或是不同来源的谷物,相比于中性木聚糖酶,酸性木聚糖酶都具有更好的降黏效果;体内试验也显示,与4 U/g中性木聚糖酶组和对照组相比,4 U/g酸性木聚糖酶显著降低饲喂小麦型饲粮肉鸡胃肠道食糜黏度,并且显著降低糊肛率。但酸性与中性木聚糖酶两者组合是否有更好的效果,尚需要进一步研究。

4 结论

① 与中性木聚糖酶相比,酸性木聚糖酶具有更好的耐酸性、耐胃肠液稳定性和热稳定性。

② 对于高黏性的木聚糖纯品和谷物,酸性木聚糖酶表现出更好的降黏效果。

③ 在小麦型饲粮中添加酸性木聚糖酶可通过降低胃肠道食糜黏度改善麦类饲粮引起的糊肛,增强胃蛋白酶和胰蛋白酶的活性,从而提高粗蛋白质表观消化率,最终改善肉鸡的生长性能。

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