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五种单体酶对肉仔鸡小麦日粮非淀粉多糖消化率的配伍效应

 

(中山大学  生命科学学院)

要:不同单体酶配伍对肉仔鸡小麦日粮非淀粉多糖的消化率有不同的影响。本试验利用体外模拟消化方法研究木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶和甘露聚糖酶5种单体酶制剂依次添加或5种单体酶制剂不同配伍比例添加对小麦基础日粮干物质和非淀粉多糖(NSP)消化率的影响。结果表明,5种单体酶制剂对提高干物质和NSP消化率具有协同效应,其不同配伍比例与日粮干物质或NSP消化率之间均呈线性关系。各回归方程如下:

干物质消化率:

y1=-2.75e-2+18.5e2x1+46.5x2+11.5e2x3+47.8e2x4+2.7e2x5R2=0.687*);

可溶性NSPSNSP)消化率:

y2=-3.18e3+19.4e2x1+4.4e2x2+13.6e2x3-2.96x4+6.92e2x5R2=0.788*);

不溶性NSPINSP)消化率:

y3=2.5+7.18e3x1+14.18e2x2+11.18e2x3+4.5e2x4+58.2x5R2=0.763*)。

最佳组合为:木聚糖酶500 U·kg-1β-葡聚糖酶95 U·kg-1、纤维素酶33 U·kg-1、植酸酶540 U·kg-1、甘露聚糖酶115 U·kg-1

关键词:单体酶  肉仔鸡  体外消化  非淀粉多糖  消化率 

 

随着人们生活水平的提高,畜禽养殖业得到快速发展,截至2005年我国配合饲料的总产量己达1.03亿吨,然而,饲料产量的连年攀升,也带来了饲料原料供需的日益紧张,饲料原料价格持续高位运行。当饲料原料玉米价格较高的情况下,考虑利用小麦等谷物替代玉米具有一定的现实意义。

但是在小麦、大麦、燕麦等谷物中普遍存在非淀粉多糖(non-starch polysaccharidesNSP),它是影响畜禽尤其是单胃动物消化吸收的主要抗营养因子。非淀粉多糖是植物组织中除淀粉以外所有碳水化合物的总称,包括纤维素、半纤维素、果胶和抗性淀粉四部分组成。通常将NSP分为可溶性非淀粉多糖(SNSP)和不溶性非淀粉多糖(INSP),大部分文献认为起抗营养作用的是SNSP,而INSP则主要起稀释作用。

NSP的抗营养作用归纳起来包括如下几个方面:

1、植物性饲料细胞壁的NSP不被动物自身消化,使细胞内淀粉、蛋白质等养分难以消化利用,降低饲料营养物质的消化吸收,影响日粮的转化效率和动物的生产性能;

2、引起动物消化道形态和生理的变化,一些水溶性NSP可使动物消化器官增大或变重;

3、与某些消化道中的生理活性物质结合,例如与消化酶、胆汁盐,甚至脂类、胆固醇等结合,从而影响小肠中脂类的代谢;

4、与消化道后段微生物区系相互作用,造成厌氧发酵,产生大量的毒素,抑制动物生长;

5、产生粘性粪便,影响畜舍和周围环境,产蛋鸡还会污染蛋品等。

而添加NSP酶可以把NSP降解成较小的聚合体而减少其抗营养性。NSP酶主要有木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、甘露聚糖酶等。酶处理后的小麦样品表面孔隙数量增多,孔径增大,胞间层断裂,易于消化酶的进入,从而提高了日粮养分消化率。酶制剂的作用机理为:

1、补充内源酶的不足,提高养分消化率;

2、破坏植物细胞壁,消除抗营养因子;

3、水解非淀粉多糖,降低肠道食糜黏度;

4、改变肠壁结构,提高养分吸收能力;

5、提高机体代谢水平,增强免疫力。

饲料中添加复合酶可使禽类增重7%~10%,改善饲料转化率4% ~7%。当木聚糖酶和β-葡聚糖酶联合使用时,其效果优于单酶制剂,由此假设进一步添加纤维素酶、甘露聚糖酶和植酸酶等单体酶制剂可望获得更好的效果。

体外模拟法是评价酶制剂品质的有效方法之一。ZyΙa等提出了体外模拟家禽嗉囊、胃和小肠消化的方法。张铁鹰等认为体外法评价植酸酶的应用效果是可行的。本试验采用ZyΙa等提出的体外模拟方法,研究在肉仔鸡小麦基础日粮中添加不同水平、不同比例的5种酶制剂对日粮中干物质和NSP消化率的影响,为家禽实际生产提供理论基础。

1  材料与方法

1.1  试验材料

1.1.1 酶制剂  试验所用酶制剂均为单体酶,木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶由广东溢多利公司提供,甘露聚糖酶购自北京博仕奥生物技术有限公司。酶活性分别为:木聚糖酶6 000 U·g-1β-葡聚糖酶5 000U·g-1、纤维素酶9 000U·g-1、植酸酶13 000U·g-1、甘露聚糖酶30 000U·g-1

1.1.2 试剂及仪器  透析袋(截留相对分子质量12 000~14 000)、胰液素和胃蛋白酶购自Sigma公司;耐热α-淀粉酶和葡糖苷淀粉酶购自NovoNordisk公司;葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、核糖和阿洛酮糖的标准品购自SUPELCO公司;硼氢化钠、乙酸乙酯、乙酸酐、1-甲基咪唑,除标准品为色谱纯外,其他试剂均为分析纯。气相色谱仪(GC-14B)、记录仪(CR8A)、毛细色谱柱(DB-225)均购自日本岛津公司。

1.1.3 试验基础日粮  为了便于将体外试验结果与将来体内试验结果作比较,本试验使用的基础日粮为肉仔鸡的1~3周龄全价日粮(表1)。

注:*每千克饲料包含:Cu 8 mg Zn 75 mg Fe 80 mg Mn 100 mg Se 0.15 mg I 0.35 mg 维生素A 10 000IU 维生素 D3 2 600 IU 维生素E 18.75 mg,维生素K 32.65 mg,维生素B1 2 mg 维生素 B2 6 mg 维生素 B12 0.025mg,生物素 0.032 5 mg,叶酸 1.25 mg,泛酸 12 mg,烟酸 50 mg,胆碱 1 300 mg,吡哆醇 3.5 mg

1.2  试验设计

1.2.1 协同试验  试验共分6组,第1组添加木聚糖酶;从第2组起,以后每组在前一组的基础上依次添加β-葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶和甘露聚糖酶,以研究每增加一种酶对日粮干物质和NSP消化率的影响。以不加酶制剂为对照组。每组设3个重复,添加水平为该酶的生产公司推荐添加量(表2)。

注:图1、表4和表5的组别同表2

1.2.2 配伍试验 采用5×12的均匀设计,设置12个处理组,每组设3个重复,5种酶各12个水平,每个处理组均为上述5种酶的不同水平组合,试验设计选用均匀设计表U  12 1210)的应用表(表3)。每种酶的添加量以公司推荐添加量为基准,根据实际日粮类型都上浮150%,再均分为12个水平。

注:括号外的数字为各酶活性添加量(U·kg-1),括号内的数字为水平编号。图2、表6和表7的组别同表3

1.2.3 体外模拟方法  参照ZyΙa等提出的体外模拟方法,模拟肉仔鸡嗉囊、胃和小肠内的消化,实际操作时条件稍作调整。体外试验在恒温水浴摇床上进行,详细操作参照雷丽介绍的方法。消化残渣经65烘干后进行NSP测定。

1.2.4 NSP测定方法  Theander等报道的Uppsala法为基础,个别步骤根据具体试验条件作适当调整。气相色谱条件:载气为氮气;辅助气体为空气;助燃气体为氢气。FID检测器温度300;气化室温度300;柱温初始温度195,维持2 min后程序升温至235,维持10 min。所有样品进样量均为1μL

1.3  结果计算

各种单糖含量的计算公式如下:

W =AtRftWiCtX/AiDtWt),Rft=AiWt/AtWi

式中:W为待测单糖含量(g·kg-1);At为待测单糖峰面积;Wi为内标物质量(mg);Ct为单糖换算成多糖时的转化系数0.880.90X为稀释倍数,可溶性与不溶性非淀粉多糖稀释倍数分别为530Ai为内标糖的峰面积;Dt为待测单糖水解回收率;Wt为待测样品的质量(g);Rft为待测单糖在混合标准糖溶液中的响应系数。式中参数均为上述参数在标样中的对应值。

NSP含量为各种单糖含量的加和。

采用残余法计算干物质及NSP的消化率(ρ):

ρ=W1-W2/W1×100%

式中:W1为样品中干物质或NSP的质量;W2为残渣中干物质或NSP的质量。

1.4  数据统计

采用SPSS16.0)软件进行方差分析,对差异显著者使用LSD法进行多重比较。均匀设计试验组中各因子使用Regression程序进行回归分析,拟建立回归方程为:yi=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5

式中:yi为干物质或NSP消化率;bi为方程系数;x1x2x3x4x5分别为木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶、甘露聚糖酶添加量。回归采用全后退法,并对回归模型和回归系数进行显著性检验,用偏导数法求解各个因素的最佳配伍组合。所得数据结果用-x±SD表示。

2  结果与分析

2.1  依次添加不同酶制剂对干物质消化率的影响

注:不同大写字母代表差异极显著(P<0.01)。

由图1可看出,各试验组日粮干物质消化率较对照组均极显著提高(P<0.01)。其中,组2与组3之间差异不显著,其余各组之间均差异极显著(P<0.01)。

2.2  依次添加不同酶制剂对日粮NSP消化率的影响

注:同列中小写字母不同代表差异显著(P<0.05)。

结果如表4,与对照组相比,依次添加不同酶制剂对日粮中总可溶性NSPSNSP)消化率有显著提高(P<0.05),并且随着添加酶制剂种类的增多,日粮中总SNSP消化率有提高趋势。各试验组之间,第45组日粮中总SNSP消化率显著高于第1~3组合(P<0.05)。

由表5可知,第2~5组日粮中总INSP消化率较对照组有显著提高(P<0.05),并且随着添加酶制剂种类的增多,对日粮中INSP消化率有提高趋势,但第4组与第3组相比降低(P>0.05)。第5组总INSP消化率显著高于第12组(P<0.05),较第34组稍有增高。第34组显著高于第1组(P<0.05)。

2.3  不同水平配伍酶制剂对干物质消化率的影响

 

由图2可见,与对照组相比,各试验组日粮干物质的消化率均提高,其中,第378912组显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)提高。以试验组8效果最好,其次是9组和12组。

试验结果表明(表6),添加不同水平酶制剂后各试验组的可溶性阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖及总SNSP的消化率均较对照组极显著提高(P<0.01),其中第8组效果最好。

由表7可知,添加不同水平酶制剂后,与对照组相比,各试验组不溶性阿拉伯糖的消化率只有第124组没有显著提高,其余各组均显著提高(P<0.05);第126组不溶性木糖的消化率没有显著提高,其余各组均显著提高(P<0.05);各试验组不溶性甘露糖和半乳糖的消化率均显著提高(P<0.05);第23467810组不溶性葡萄糖的消化率显著提高(P<0.05);对总INSP的消化率,除第1245组提高不显著外,其余各组均提高显著(P<0.05)。各试验组中第10组效果最好,其次是第9组和第8组。

2.4  回归统计分析

依据图2和表67中干物质、总SNSP和总INSP消化率数据对试验组(1~12)进行回归建立了如下回归方程:

干物质消化率:y1=-2.75e-2+18.5e2x1+46.5x2+11.5e2x3+47.8e2x4+2.7e2x5R2=0.687*);

SNSP消化率:y2= -3.18e3+19.4e2x1+4.4e2x2+13.6e2x3-2.96x4+6.92e2x5R2=0.788*);

INSP消化率:y3=2.5+7.18e3x1+14.18e2x2+11.18e2x3+4.5e2x4+58.2x5R2=0.763*)。

3  讨论

3.1  依次添加不同酶制剂对小麦基础日粮干物质和NSP消化率的影响

Meng等研究发现,添加非淀粉多糖酶对各种原料中非淀粉多糖的体外降解情况,在pH 5.245条件下,加酶可使小麦NSP消化率高达37%Peng等体外试验表明,小麦日粮添加木聚糖酶后,戊聚糖消化率为44% ~46%,提高了19%左右。Casta ón等体外研究发现对于大麦,低浓度木聚糖酶使INSP含量减少,而使SNSP含量增加。

SNSP是麦类饲料中的主要抗营养因子,在小麦基础日粮中添加NSP酶制剂可显著提高雏鸡体重和饲料转化率,而小麦中SNSP以可溶性阿拉伯木聚糖为主,添加适合底物的NSP酶制剂可以消除SNSP的抗营养作用。所以本试验添加酶制剂时,以木聚糖酶为基础,再依次添加β-葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶和甘露聚糖酶等单体酶制剂,有效提高了小麦基础日粮的干物质和NSP消化率,并随着添加酶制剂种类的增多,干物质和NSP消化率也随之提高,说明所添加酶制剂之间有一定协同作用,其复合之后对饲料谷物细胞壁破碎能力增强,更容易将分子质量较大的戊聚糖长链切断为聚合度较小的聚糖和单糖,提高了饲料的NSP消化率;并使存在于细胞内的蛋白质、淀粉等大分子营养物质能够充分释放出来,提高了饲料的干物质消化率。

3.2  添加不同配伍水平酶制剂对日粮干物质和NSP消化率的影响

由于细胞壁结构的复杂性,要在较短时间破解细胞壁需要一个特异性的多酶复合体系才能有显著的效果。Slominski等研究表明,与单一酶制剂相比,添加含木聚糖酶、β-葡聚糖酶和纤维素酶的复合酶制剂能进一步改善NSP的水解作用。Marquardt等研究表明复合酶比单一酶制剂更能有效水解菜籽粕中水溶性NSPDiebold等也发现在小麦基础日粮中添加木聚糖酶和植酸酶比单一添加木聚糖酶更能有效提高单胃动物回肠消化率。

本试验结果表明,配伍酶制剂对干物质消化率的提高既与单体酶制剂添加水平有关,又与单体酶制剂之间的配伍比例有关。当各单体酶的添加水平与配比恰当(如第8912组)时,才能够发挥出最佳效果。

各试验组日粮中总SNSP的消化率极显著提高(P<0.01),可能是因为总SNSP溶解在反应溶液中,能够和所添加的酶制剂充分接触。而对于INSP来说,因其在反应溶液中分布不如SNSP均匀,使得其与所添加的酶制剂接触相对减少,导致了INSP及其各组分的消化率不如SNSP

本研究结果表明,在体外模拟消化条件下,小麦基础日粮中添加上述5种单体酶制剂能显著提高小麦基础日粮中干物质及SNSPINSP消化率,且5种单体酶制剂间存在协同作用,复合使用效果更好。

 

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