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        畜禽微生態

        葡萄糖氧化酶(糖酶寶)產品在飼料中的應用研究進展

        更新時間:2021-11-28 08:26:18點擊次數:12960次
        葡萄糖氧化酶(糖酶寶)作為替代抗生素的新型飼料酶制劑,具有保護動物腸道,促進消化吸收,提高機體免疫力等多種功能,已被廣泛應用于飼料工業。綜述了葡萄糖氧化酶的催化反應機理、生理功能以及在飼料工業中的應用研究進展,特別是對葡萄糖氧化酶在雞用配合飼料、豬用配合飼料、牛羊配合飼料以及其他配合飼料中的應用做了全面闡述

        六萬單位葡萄糖氧化酶

         

        葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)是一種需氧脫氫酶,能專一地氧化β-D-葡萄糖成為葡萄糖酸和過氧化氫。葡萄糖氧化酶廣泛分布于動植物和微生物體內,微生物是其主要來源,主要生產菌株為黑曲霉和青霉[1]。產自特異青霉和黑曲霉的葡萄糖氧化酶已被列入農業部《飼料添加劑品種目錄(2013)》第4大類酶制劑。葡萄糖氧化酶作為替代抗生素的新型飼料酶制劑,具有保護動物腸道,促進消化吸收,提高機體免疫力等多種功能。隨著葡萄糖氧化酶與抗生素飼養動物對比試驗的不斷開展,葡萄糖氧化酶的應用研究也從單一酶制劑向復合添加劑發展,由雞用配合飼料、豬用配合飼料向其它動物配合飼料發展。本文對葡萄糖氧化酶的催化反應機理、生理功能以及在飼料工業中的應用研究進展,特別是近年來在雞用配合飼料、豬用配合飼料、牛羊配合飼料以及其他合飼料中的應用做了全面闡述。 

        1 葡萄糖氧化酶的催化反應機理

        1.1 葡萄糖氧化酶單一催化反應機理

        葡萄糖氧化酶是同型二聚體結構,每個亞基分為兩個不同的結構區域:一個區域主要由β-折疊組成,以非共價鍵與黃素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FAD)輔酶分子緊密結合;另一個區域則由4個α-螺旋支撐1個反平行的β-折疊組成,可與底物β-D-葡萄糖結合[2]。葡萄糖氧化酶對β-D-葡萄糖表現出強烈的特異性,比催化α-D-葡萄糖高約160倍,且對L-葡萄糖和2-O-甲基-D-葡萄糖完全沒有催化活性[3]。

        1.2 葡萄糖氧化酶的酶-過氧化氫酶聯合催化反應機理

        葡萄糖氧化酶通常與過氧化氫酶(hydrogenperoxidase,HPD)組成一個氧化還原酶系統。當反應體系中只有葡萄糖氧化酶時,葡萄糖氧化酶能夠催化β-D-葡萄糖氧化生成D-葡萄糖酸內酯和過氧化氫。當反應體系中葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶同時存在時,首先葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化生成D-葡萄糖酸內酯和過氧化氫,然后過氧化氫酶催化過氧化氫生成水和氧氣,最后水與D-葡萄糖酸內酯結合生成葡萄糖酸。當反應體系中葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和乙醇同時存在時,首先葡萄糖氧化酶催化β-D-葡萄糖生成D-葡萄糖酸內酯和過氧化氫,然后過氧化氫酶催化過氧化氫和乙醇生成水和乙醛,最后水與D-葡萄糖酸內酯結合生成葡萄糖酸[4]。

        2 葡萄糖氧化酶的生理功能

        目前,針對動物腸道疾病的主要治療方法是在飼料中添加青霉素、土霉素、黃霉素等抗生素??股氐暮侠硎褂每梢蕴岣邉游锷a性能,改善飼料轉化效率,預防動物疾病等。但長期或過量使用抗生素則會帶來負面影響:一是促使致病菌產生耐藥性;二是殺死腸道內有益菌,引起動物免疫機能下降;三是導致畜禽產品藥物殘留,危害人體健康。自1999年農業部批準使用以來,葡萄糖氧化酶作為替代抗生素的新型飼料酶制,其生理功能主要表現在以下幾個方面。

        2.1 消除腸道病菌生存環境,減少致病菌感染

        葡萄糖氧化酶催化動物腸道內的葡萄糖產生葡萄糖酸和過氧化氫,過氧化氫具有滅菌作用。當過氧化氫積累到一定濃度時,可以直接抑制大腸桿菌、沙門氏菌、巴氏桿菌、葡萄球菌、弧菌等致病菌的生長繁殖[5]。李焰選用健康AA 出殼雞為受試動物,試驗組和對照組均從第7日齡開始發生大腸桿菌感染,對照組用氨芐青霉素飲水治療,試驗組不添加任何藥物,而在基礎日糧中添加0.15%萄萄糖氧化酶,最終試驗組存活率為95%,比對照組高出5%[6]。袁松齡等選用雛雞作為受試動物,進行葡萄糖氧化酶和常規抗菌素(氟哌酸)攻毒保護對比試驗,結果表明,添加0.3%的葡萄糖氧化酶對沙門氏菌引起的雞白痢病有明顯的防治效果,與氟哌酸常規劑量的保護率67.86%基本相當[7]。

        2.2 保持腸道菌群生態平衡,提高機體免疫力

        葡萄糖氧化酶催化動物腸道內的葡萄糖產生葡萄糖酸過程中,可消耗大量氧氣,為厭氧有益菌的增殖制造厭氧環境。同時,厭氧有益菌的大量增殖可形成微生態競爭優勢,抑制有害菌存活,控制有害菌感染,從而提高機體免疫力。我公司的葡萄糖氧化酶含量為10000~60000U/g,將該保護劑添加到動物飼料中,添加量0.15%,可使斷奶仔豬的腹瀉率由25.6%下降到10.3%,肉雞的腹瀉率由13.2%下降到4.4%[8]。

        歐科拜克葡萄糖氧化酶

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        2.3 解除腸道霉菌毒素中毒,減少飼料霉菌超標危害

        常用的飼料防霉劑只能抑制霉菌毒素生長,減少飼料霉變程度,不能消除已發生輕微霉變的飼料所產生的霉菌毒素危害;霉菌毒素吸附劑能吸附黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮等對種畜禽繁殖性能危害嚴重的霉菌毒素,但不能增強動物機體的抵抗力,對已受霉菌毒素毒害的動物機體無輔助性的治療作用;而加入我公司的霉菌毒素分解酶(霉菌毒素生物降解產品,不但可以吸附飼料表面毒素,還可以降解動物體內外毒素、內毒素對動物肝臟、腎臟的侵害,產品詳情可點擊:霉菌毒素分解酶)和葡萄糖氧化酶的飼料添加劑配合則具有解除腸道霉菌毒素中毒,減少飼料霉菌超標危害的作用。葡萄糖氧化酶可直接抑制黃曲霉、黑根霉、青霉等多種霉菌,對黃曲霉毒素B1中毒癥有很好的預防效果。高溫季節,飼料發霉產生的毒素會使動物肝腫大、胸腺萎縮、巨噬細胞受到毒害,進而導致免疫抑制,添加葡萄糖氧化酶可防治這些癥狀[9]。以霉菌毒素分解酶、中藥提取物和葡萄糖氧化酶為原料生產畜用飼料添加劑,在常規飼料中添加0.05%~0.30%,不僅可以吸附黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、嘔吐毒素、T-2毒素等多種危害畜禽健康的霉菌毒素,抑制飼料中霉菌、細菌的生長,使霉菌毒素無法在飼料中增殖,還能增強動物機體的抵抗力,清熱解毒、保肝強腎,提高疫苗注射的免疫效果,對于繁殖的種畜能提高配種受胎率,提高產仔數和仔畜初生重,降低幼畜死亡率[10]。

        2.4 改善腸道酸性消化環境,促進動物消化吸收

        葡萄糖氧化酶催化動物腸道內的葡萄糖產生葡萄糖酸,葡萄糖酸可降低胃內食糜pH 值,有效抑制有害菌繁殖,促進有益菌生長,還能激活胃蛋白酶活性,有利于蛋白質、維生素、礦物質等營養成分的消化吸收,從而提高飼料轉化效率。葡萄糖氧化酶還可改善飼料適口性,在動物出現拒食、厭食、消化不良、腹瀉時添加,可以使動物迅速恢復正常采食。Biagi等開展的葡萄糖酸離體培養試驗表明,葡萄糖酸能促進胃腸道食糜產生更多的短鏈脂肪酸,短鏈脂肪酸是腸道微生物的主要能量來源,從而顯著提高斷奶仔豬的日增重[11]。

        2.5 保護腸道上皮細胞完整,控制球蟲病爆發

        畜禽處于應激狀態時,機體會發生一系列氧化,產生大量自由基,當自由基超過機體自身的清除能力時,就會破壞腸道上皮細胞。添加了葡萄糖氧化酶的畜禽飼料可以通過清除自由基,保護腸道上皮細胞完整,阻擋病原體入侵。梁振華選用金水烏雞作為受試動物進行抗球蟲育雛試驗,對照組從15日齡起飲水添加球病靈至60日齡出舍,發生球蟲病則飲水添加三維治球粉3天,試驗組0~15日齡添加0.2%葡萄糖氧化酶,15~60日齡添加0.12%~0.16%葡萄糖氧化酶,發生球蟲病則飲水添加球病靈1~3d,最終試驗組的球蟲病死亡率為0.12%,顯著低于對照組的球蟲病死亡率4.2%[12]。根據葡萄糖氧化酶的催化反應機理推斷,這一作用可能是通過葡萄糖氧化酶的輔酶FAD清除自由基,也可能是在葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶組成的氧化還原酶系統中實現,通過過氧化氫酶清除了大量過氧化氫自由基,保持了腸道上皮細胞的高度物理完整性,降低了球蟲侵入寄生部位的機會,從而達到控制球蟲病爆發的目的。

        3 葡萄糖氧化酶在飼料工業中的應用

        葡萄糖氧化酶可以作為單一酶制劑添加到動物的基礎日糧中,也可與其它功能成分組成復合添加劑,如飼用動物腸道益生菌產品-畜禽腸道用復合益生菌(合生元)、牛羊反芻瘤胃用復合益生菌(反芻合生元)、飼用動物營養補充劑、飼料霉菌毒素分解酶等。目前,葡萄糖氧化酶已被廣泛應用于雞用配合飼料、豬用配合飼料、牛羊配合飼料以及其他配合飼料。

        3.1 葡萄糖氧化酶在雞用配合飼料中的應用

        目前已有葡萄糖氧化酶飼養肉雞、蛋雞及種雞等方面的研究報道。葡萄糖氧化酶可以提高肉雞的存活率和采食量,調控蛋雞的產蛋性能和血液生化指標,還可使公雞的羽毛格外有光澤。李靖等進行的肉雞養殖試驗結果顯示,添加了0.2%葡萄糖氧化酶的試驗組比不添加葡萄糖氧化酶的對照組肉雞成活率提高了3.5%[13]。趙國先等選擇26周齡海蘭褐蛋雞為受試動物,在基礎日糧中添加不同濃度葡萄糖氧化酶進行飼養,結果發現葡萄糖氧化酶對蛋雞的血液生化指標有調控作用,添加0.4%葡萄糖氧化酶可顯著提高血清總蛋白含量和降低肌酸激酶活性,添加0.2%~0.4%葡萄糖氧化酶可顯著或極顯著提高白蛋白含量,添加0.1%~0.4% 葡萄糖氧化酶可提高球蛋白、鈣、磷、堿性磷酸酶含量,降低總膽固醇和甘油三酯水平,提高谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶活性[14]。葡萄糖氧化酶還可提高蛋雞產蛋率、降低破軟蛋率和改善雞蛋品質,添加0.3%葡萄糖氧化酶能顯著提高蛋殼厚度、哈氏單位和蛋比重,添加0.3%~0.4%葡萄糖氧化酶能顯著降低蛋黃中膽固醇含量[15]。祁文有以迪卡褐父母代1日齡種雛為受試種雞,7周齡時未添加葡萄糖氧化酶的對照組發生腹瀉,而添加0.1%~0.2%葡萄糖氧化酶的試驗組未發生腹瀉,這表明葡萄糖氧化酶對大腸桿菌引起的腹瀉具有明顯地預防作用,此外,試驗組內因性別鑒定錯誤而存在的公雞羽毛顏色格外有光澤[16]。

        3.2 葡萄糖氧化酶在豬用配合飼料中的應用

        目前已有葡萄糖氧化酶飼養母豬、仔豬及有不良癥狀豬等方面的研究報道。葡萄糖氧化酶可加速葡萄糖氧化、耗氧和產酸,有利于控制感染和毒素排出,可以減少母豬圍產期綜合癥,提高斷奶仔豬增重速度,還可降低生豬患病率。肖淑華等在母豬圍產期濃縮飼料中加入0.2%~0.4%葡萄糖氧化酶,弱仔比例由4.5%~5.8%下降到2.2%~3.6%[17]。

        楊久仙等以健康斷奶仔豬為受試動物,在基礎日糧中添加不同比例葡萄糖氧化酶進行飼養,結果顯示,添加0.1%~0.2%葡萄糖氧化酶能顯著降低胃腸道內食糜pH 值,改善仔豬腸道形態結構,使日糧中干物質消化率由84.34% 提高到87.83% ~88.68%;添加0.2%和0.3%葡萄糖氧化酶可使仔豬胃大腸桿菌數量降低9.3%和8.4%,回腸大腸桿菌數量降低13.0%和11.7%,胃乳酸菌數量增加17.7%和25.8%,回腸乳酸菌數量增加16.2%和27.0%;添加0.2%~0.3%葡萄糖氧化酶可使斷奶仔豬日增重提高4.9%~9.4%[18-20]。

        3.3 葡萄糖氧化酶在牛羊配合飼料中的應用

        葡萄糖氧化酶除了可用于奶牛圍產前期專用預混料,還可用于有機肉牛核心預混料,而用于羊配合飼料的報道則較少。楊玉福等的發明專利表明,在奶牛圍產前期專用預混料中添加葡萄糖氧化酶、酵母蛋白粉等微生物發酵物,可消除奶牛圍產前的食欲不振,加強瘤功能,促進飼料的消化吸收[21]。魏成斌等的發明專利表明,在有機肉牛核心預混料添加2%葡萄糖氧化酶等復合酶制劑可提高飼料利用率,添加黑曲霉等復合微生態制劑可改善肉牛的腸道環境[22]。劉浩川發明了一種添加了葡萄糖氧化酶、中性蛋白酶、植酸酶等成分的羊營養補劑,在飼喂羊時,可使瘤胃pH 值相對穩定,降低瘤胃發病率,但對于葡萄糖氧化酶的具體功效沒有闡述[23]。

        3.4 葡萄糖氧化酶在其他配合飼料中的應用

        葡萄糖氧化酶在其他配合飼料中的應用研究鮮有報道。趙權等對確診為獺兔肝型球蟲病的427只獺兔進行治療試驗,結果表明,同時采用0.002%地克珠利飲水和葡萄糖氧化酶拌料給藥,連續使用5d,治愈率可達97.42%[24]。

        4 結論與展望

        葡萄糖氧化酶作為一種新型綠色的飼料酶制劑,已被廣泛應用于雞用配合飼料、豬用配合飼料、牛羊配合飼料以及其他配合飼料。然而,由于微生物發酵制備高產高活葡萄糖氧化酶還存在一定困難,從而制約了葡萄糖氧化酶在我國飼料工業中的規?;瘧?。目前國外研究者主要采用基因克隆等方式提高菌株產酶活力[25-26]。隨著基因工程和酶分離技術的不斷發展,葡萄糖氧化酶將在飼料工業中發揮越來越重要的作用。


        *.《參考文獻》略


        (編輯:admin)

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