木聚糖酶与其在鸡生产中的应用

李东红 ，李永社 ，陈清亮 ，臧浩雨 ，黄腾勃 ，栗桂平

（1.河北工程大学 生命科学与食品工程学院 056021；2.邯郸市永年区兽医院 057150；3.邯郸市动物疫病预防控制中心 056001；4.邯郸市畜牧技术推广站 056001）

我国人口众多，加之饲料应用，粮食消耗量巨大，仅养鸡业每年饲料粮需求约在5857～6138万吨[1]。饲料酶的应用可以弥补内源性酶分泌不足、消除或减弱抗营养因子的作用、改善饲料利用率、提高饲料转化率，从而减少粮食消耗；同时，酶的利用提高了营养物质的利用、促进了机体代谢，从而可以提高畜禽抵抗力和生产性能；而酶制剂的应用又以其不产生残留、无抗药性、不污染环境等优势，可以更广泛的应用于畜禽饲养，对粮食节约、低碳、环保的绿色养殖具有重要的意义。但由于地域环境不同、饲料组成和可利用与不可利用物质不同、品种和不同生长期及其内源消化酶特性差异，外源酶的相互作用、外源酶对内源酶活性的影响均会影响到鸡对饲料的消化吸收和转化。本文概述了木聚糖酶与其作用、木聚糖酶饲用酶在养鸡中的应用研究及效果，以供养鸡生产参考。

1 木聚糖酶及其饲用酶

1.1 木聚糖酶

木聚糖酶与某些单一酶不同，其是一组酶，包括β-1,4-内切木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-L-阿拉伯糖苷酶、α-D-葡糖苷酸酶、乙酰基木聚糖酶和酚酸酯酶。木聚糖酶存在于低等生物如藻类、细菌、真菌、酵母菌、甲壳类动物、植物组织以及反刍类瘤胃微生物。木聚糖酶可由动植物组织细胞直接提取或人工合成、也可由传统的或通过基因修饰的微生物发酵产物经现代生物提取干燥技术制备。目前主要利用细菌和真菌等进行发酵生产，微生物种类较多，如枯草芽孢杆菌、毕赤酵母、棒曲霉菌、木霉菌等。细菌种类发酵产生的木聚糖酶多为碱性木聚糖酶，即碱性条件发挥较大的活性，pH范围一般在6.5～9.5、适宜温度范围40℃～60℃；真菌来源木聚糖酶主要为酸性木聚糖酶，即酸性条件发挥较大的活性，pH范围一般在3.5～6.5、适宜温度范围37℃～60℃。

木聚糖是存在于植物细胞及其种子中的异质多糖，是植物半纤维素的主要成分，为多聚五碳糖，占植物细胞干重的15%～35%。韦露莎等（2016）研究了来源于枯草芽孢杆菌的木聚糖酶，对桦木和毛榉木聚糖的酶解，主要产物是木二塘、木三糖和酸性木寡糖[2]。黎海龙等（2015）研究指出，木聚糖酶通过其中各种酶的协同作用可将木聚糖类半纤维素分解为低聚糖和木糖，作用pH范围为3.5～6.5、最佳pH值为5.0、作用温度范围为50℃～60℃、最佳温度为55℃[3]。酶最适作用条件依据于酶来源、制备工艺和作用的底物不同有所不同。

1.2 木聚糖酶饲用酶

通过生物工程与现代提取技术制备的酶产品一般称为酶制剂。其是根据不同应用目的和要求，将酶制成的单一酶蛋白的纯酶或辅以佐剂（稳定剂、填料）加工成含一种或多种酶并具不同含量和剂型的生物制品。根据需要不同，酶制剂的剂型主要有试剂酶、固定化、液体酶、粉状酶。鸡木聚糖酶饲用酶产品的原料酶（酶制剂）多用粉状酶，主要利于保存和运输。饲用酶产品是将一种或多种用生物工程技术生产的酶制剂与稳定剂、载体（稀释剂）采用一定的加工工艺生产的词料添加剂。饲用酶产品中的载体主要利于厂家与客户的储藏、运输、尤其用前的处理等环节，稳定剂主要防止受体内外各种理化因素的作用发生变性，以便定点释放和发挥催化活性。

鸡饲用酶按其来源分为外源酶（鸡本身代谢不产生的酶）如果胶酶、木聚糖酶、纤维素酶等和内源酶（鸡本身代谢可以产生的酶）如胰淀粉酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶等；按其种类（即作用底物不同）也可以分类，包括上述各种酶类；按饲料酶产品所含酶的种类分为单一酶产品如木聚糖酶、植酸酶、淀粉酶等及复合酶产品即按不同目的和要求饲用酶中含不同比例的多种单酶。木聚糖酶饲用酶属于外源酶，包括单一酶产品和同时含有其他酶的复合酶产品。

2 木聚糖酶在鸡生产上的应用研究

2.1 木聚糖酶对鸡生产性能的影响

在养鸡生产中木聚糖酶的应用研究，多数为不同日龄的肉鸡、蛋鸡和地方鸡品种以及不同日粮条件下木聚糖单一酶和同时含有其他酶的复合酶产品的应用。张芹（2007）在玉米豆粕型日粮中添加木聚糖酶显示可以增加肉鸡日增重、降低料肉比[4]。鲍淑青（2009）研究小麦日粮加入木聚糖酶对罗氏肉鸡生产性能的影响，表明其有提高采食量、提高日增重、降低料肉比、提高成活率的趋势，中大鸡效果优于小鸡[5]。唐茂妍等（2010）通过在小麦(23.3%)替代玉米的产蛋鸡日粮中添加不同剂量木聚糖酶，表明小麦型日粮中添加木聚糖酶可提高产蛋鸡的生产性能[6]。而朱晶等（2011）试验表明，在玉米豆粕型日粮中添加木聚糖酶饲喂48～52周龄海兰褐蛋鸡效果不明显[7]。Zanella（1999）在降低了日粮能量水平的肉鸡日粮中添加以蛋白酶、淀粉酶和木聚糖酶为主的复合酶制剂，与对照组比较蛋白消化率提高，但生长性能无显著差异[8]。

代发文等（2013）在玉米小麦豆粕型日粮同时添加细菌性木聚糖酶和真菌性木聚糖各100mg/kg(1500000U/g)，饲喂70～98日龄麻羽肉鸡，显著提高鸡日增重、降低料重比，试验前期效果优于试验后期，组合型木聚糖酶使麻羽肉鸡生产性能优于单一木聚糖酶组[9]。吕秋凤等（2010）用含有不同来源的木聚糖酶进行组合（真菌酸性、真菌中性和细菌中性木聚糖酶制剂均为4000IU/g，150g/t添加于玉米小麦型日粮，饲喂270日龄罗曼褐蛋鸡，显著增加鸡产蛋率、显著降低料蛋比、蛋重降低[10]。添加木聚糖酶及其他酶的复合酶应用也有相关研究，唐德富（2010）在玉米杂粕型日粮中添加植酸酶（60g/t、5000U/g）和木聚糖酶（200g/t、350g/t、500g/t，8000U/g）饲喂罗曼蛋鸡，与基础日粮相比，产蛋率、母鸡产蛋质量和胫骨灰分含量等指标显著提高，死淘率和破蛋率显著降低，耗料量呈下降趋势[11]。宋连喜（2005）用添加复合酶制剂的日粮饲喂41周龄海兰褐蛋鸡，表明显著增加产蛋率、降低料蛋比[12]。上述结果稍有不同，但多数结果说明添加木聚糖酶及其复合酶制剂可以提高肉鸡和蛋鸡的生产效益。

2.2 木聚糖酶消除抗营养因子、增加养分利用率的作用

某些酶还具有消除日粮中的抗营养因子或破坏植物细胞壁的作用。所谓的抗营养因子是指饲料中存在的不利于营养物质的消化、吸收和利用以及使人和动物产生不良生理反应的物质。抗营养因子众多，如蛋白酶抑制剂、双香豆素、脂肪氧化酶、α生育酚氧化酶、植酸、凝集素、棉酚、单宁酸等等。不同饲料原料所含抗营养因子不同，如豆科种子中的脂肪氧化酶、α生育酚氧化酶，亚麻籽中的1-氨基-D脯氨酸，小麦和玉米等谷物中的烟酸原（抗烟酸因子）。这些物质在食用过多的情况下，会对饲料中营养物质的消化吸收产生影响，甚至会造成中毒。

去除抗营养因子的方法很多，如粉碎去皮、高温压榨、酸碱处理、微生物发酵及酶制剂应用等。张俊丽等（2013）对谷物类种子内的木聚糖酶抑制蛋白活性进行了检测，发现木聚糖酶抑制蛋白活性在小麦、黑麦、绿麦和荞麦中较高，在大麦、燕麦中较低，玉米、水稻和高粱中没有发现木聚糖酶抑制蛋白活性；小麦、黑麦和绿粒小麦木聚糖酶抑制蛋白活性在胚和胚乳中基本持平，并且远高于种皮[13]。石长波等（2007）利用木聚糖酶处理去除淀粉、蛋白质的玉米皮，木聚糖酶最佳工艺条件为：酵解时间40min、加酶量 1.0mL/g、酶解温度 45℃、pH4.8，得到的可溶性膳食纤维成分有木糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖[14]。张慎中（2007）通过体外酶解试验研究表明，豆粕、菜籽粕和棉籽粕的总木聚糖含量分别为：5.62%，6.56%和8.20%；水溶性木聚糖含量分别为：0.35%，0.97%和0.84%，数值变异较小；木聚糖酶对三种蛋白质饲料的总木聚糖均有显著降解作用，对水溶性木聚糖有一定的降解作用，其中对菜籽粕的总木聚糖和水溶性木聚糖的降解作用均较大；如考虑到木聚糖降解率与添加成本，豆粕、菜籽粕和棉籽粕的适宜木聚糖酶水平分别为1000U/kg、1000U/kg和1500U/kg；而分别用豆粕、菜籽粕和棉籽粕饲料进行肉鸡代谢试验，指出其适宜添加量均为1500U/kg，可显著提高豆粕干物质、粗蛋白、粗脂肪利用率和AME，可显著提高菜籽粕干物质、粗脂肪利用率和AME，而对粗蛋白利用率影响不明显，可显著提高棉籽粕干物质、粗蛋白利用率和AME，而对粗脂肪利用率无显著影响[15]。

陈乃松（2008）研究了在一定条件下多种单一酶和不同组合配制的复合酶及钙离子对豆粕中的相关抗营养因子的水解效果，表明单一酶和复合酶对相应底物如纤维素和果胶均有一定的降解及还原糖的释放，木聚糖酶和A-半乳糖苷酶添加豆粕中并加入0.2%氯化钙可使还原糖释放增加、果胶和纤维素降解率显著增加，同时指出，植酸酶、果胶酶、纤维素酶组合及植酸酶、果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶与A-半乳糖苷酶组合构成的复合制剂对相关抗营养因子具有不同程度的协同效应[16]。王修启（2002）研究了木聚糖酶对小麦中抗营养因子的钝化和消除作用，表明不同品种的小麦添加以木聚糖酶为主的0.12%的复合酶制剂（木聚糖酶13500U/g、p-葡聚糖酶1200U/g、纤维素酶300U/g、果胶酶1200U/g），饲喂均重为1.52kg的固始公鸡，显著提高鸡的表观代谢能、干物质消耗率和有机物消化率[17]；其进一步研究了木聚糖酶对肉鸡十二指肠及空肠生长抑素（somatostatin，SS）mRNA表达的影响，结果显示十二指肠黏膜SS mRNA的表达显著高于空肠黏膜，木聚糖酶有抑制SS mRNA的趋势，指出木聚糖酶改善肉鸡生产性能，其原因之一可能是SS的生成减少使动物消化吸收功能增强所致[18]。因此，添加饲用酶提高饲料营养成分的消化吸收、利用率和生产性能过程中，使饲料中抗营养因子失活起着重要的作用。

2.3 木聚糖酶在肠道内的活性及其对鸡消化道环境和内源酶活性的影响

添饲酶产品不仅受到肠道内理化因素的作用影响其活性，也会影响肠道内环境及菌群变化、进而影响肠道内源酶的活性。

王永花（2006）研究小麦日粮添加木聚糖酶（进口酶制剂5400U/g和国产酶制剂4100U/g各分为0.02%和0.05%组）饲喂7～21日龄肉仔鸡，表明木聚糖酶在消化道各段酶活性存在显著差异，其中空肠木聚糖酶活性最大，盲肠和十二指肠活性次之；国产0.05%组空肠的木聚糖酶活性低于其他三组，且空肠、盲肠和十二指肠木聚糖酶活性间无显著差异，与其他加酶组存在一定差异，表明不同木聚糖酶产品和添加量在畜禽肠道效应不同；其进一步研究表明，在小麦型日粮中添加木聚糖酶饲喂肉仔鸡，对肠道内食糜pH以及十二指肠、空肠和回肠食糜的淀粉酶、胰蛋白酶活性影响不明显，对胰腺胰蛋白酶和淀粉酶、胰腺总蛋白酶和脂肪酶以及小肠黏膜麦芽糖酶、蔗糖酶、腺胃黏膜胃蛋白酶活性影响不明显[19]。

Engberg（2004）研究在全小麦日粮中加入木聚糖酶可以降低鸡胰腺中的淀粉酶活性，但提高了胰凝乳蛋白酶和脂肪酶的活性[20]。而张芹（2007）在玉米豆粕型日粮中添加木聚糖酶显示可以提高鸡胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶和胰脂肪酶的活性[4]。上述结果稍有不同，可能与鸡品种、日龄、日粮组成及木聚糖酶来源等有关。Maenz（1997）对肉仔鸡和蛋鸡小肠刷状缘上内源性植酸酶的活性进行研究表明，其在十二指肠段活性最高，蛋鸡较肉鸡酶活力高35%，且认为内源性植酸酶参与植酸磷的水解，受维生素D3和日粮磷水平的影响[21]。张秀玲（2015）研究表明，太行鸡5周龄前肠道消化酶含量持续上升，之后至13周龄保持一定活性；十二指肠和空肠的淀粉酶和脂肪酶活性较低，胰蛋白酶和盲肠纤维素酶活性较高[22]。提示我们鸡品种和生长期不同，内源酶活性、有所差异，必然会影响到添饲酶的添加效果。

鸡肠道内存在有多种微生物菌群并处于平衡状态，不同品种鸡各有自己的特点，故而酶的添饲会影响肠道内物质的分解利用及肠道内pH和菌群状态。王娟（2010）研究表明，太行鸡盲肠双歧杆菌和乳酸菌含量显著高于海兰灰蛋鸡、盲肠大肠杆菌数显著低于海兰灰蛋鸡、盲肠pH低于海兰灰蛋鸡但差异不显著[23]。高俊勤（2007）研究了小麦基础日粮中添加木聚糖酶制剂对7～21日龄肉仔鸡后肠微生物区系的影响，表明加酶有提高盲肠乳酸菌、双歧杆菌的数量并降低大肠杆菌的数量的趋势，有增加回肠和盲肠VFA和乳酸的趋势，而盲肠中丙酸和总挥发性脂肪酸得到显著性提高[24]。

2.4 添饲木聚糖酶对鸡免疫力和生化指标的影响

无论添饲外源酶还是内源酶，添饲酶与消化道内源酶之间必有相互影响，从而影响到营养物质的消化吸收和生产性能，也必然会影响到机体代谢及其免疫力和生化指标。丁雪梅（2009，2010）添加木聚糖酶于玉米杂粕型和小麦豆粕型日粮饲喂艾维茵肉仔鸡，表明其可改善或提高肉鸡免疫学指标、改善肠道形态及微生物菌群[25，26]。吕秋凤（2010）等在玉米小麦型日粮中分别添加真菌酸性、中性和细菌中性木聚糖酶以及三种酶组合添加饲喂AA肉鸡，表明木聚糖酶显著提高肉仔鸡血清中免疫球蛋白A、G和M含量，显著降低血清中尿素氮含量[27]。高峰（2004）添加非淀粉多糖酶于小麦米糠基础日粮饲喂雏鸡，表明显著提高雏鸡的免疫器官相对重量、T淋巴细胞对 PHA的反应性、NK细胞活力及血清新城疫疫苗抗体效价[28]。

综上所述，木聚糖酶有消除日粮中的抗营养因子、提高饲料的消化和吸收率，改善机体代谢、提高畜禽免疫功能、增加肠道有益菌、减少畜禽后肠道有害微生物的繁殖、进而增加鸡生产性能。

3 酶产品研制、生产及使用中应注意的问题

詹玉春（2006）通过模拟动物摄食后胃肠道内环境的条件,对不同厂家的木聚糖酶进行耐酸和耐胃蛋白酶稳性试验。结果表明：在pH4.0、40℃保温2h后，不同的样品酶活性变化较大，损失最少的为33.4%，最大的达98.2%；经过pH4.0、每克木聚糖酶中添加酸性蛋白酶5000U、40℃保温2h后，木聚糖酶的活性进一步降低，但损失低于耐酸试验对酶活的影响[29]。刘新育（2012）通过模拟畜禽胃肠道环境对不同产酶菌的粗酶液分别进行酸、胃蛋白酶和胰蛋白酶处理，发现多数菌株所产木聚糖酶对酸和胃蛋白酶的稳定性较差，残余酶活力分别在50%以下和20%以下；而不同木聚糖酶对胰蛋白酶的稳定性差异较大，残余酶活力在30%～90%。其中的黑曲霉菌株所产木聚糖酶对酸和蛋白酶的稳定性都较好，适合在胃肠道环境中作为饲料添加剂使用[30]。王永花（2006）用小麦日粮添加木聚糖酶（进口酶制剂和国产酶制剂）饲喂7～21日龄肉仔鸡，结果显示不同木聚糖酶产品和添加量在畜禽肠道效应不同[19]。因此，作为不同来源的木聚糖酶，在生产上其适宜添加量、生产复合酶产品各种酶的适宜比例很重要，也会涉及到酶制剂之间的影响，在研制生产中不仅要进行体外模拟肠道内环境，还要注意严格的饲喂试验，给出不同动物的适宜添加量，用户更应注意不同产品添加量，但木聚糖酶饲用产品添加剂量多数相似。

各种酶的作用机制有所不同，酶与酶、酶与某些物质成分间存在有相互消长作用，尤其是有益于和利于酶活性物质的研究对酶制剂的应用效果也有重要的意义。木聚糖酶是一组酶，不同来源的木聚糖酶其中各个组分是否比例适宜、对木聚糖的水解效果等，也是研究生产中应注意的问题。

不同饲料组分本身也含有众多不同的酶，Viveros（2000）等测定了24种饲料原料中植酸酶活性，发现谷物中其活性很高，而有些籽实如玉米胚、高粱的活性却非常低[31]。各种饲料组分中的酶的种类和活性研究、使用酶产品的动物肠道内相关酶活性研究、不同的日粮组分所需添饲的酶的种类与适宜剂量研究等应引起注意。

养殖场在有多种单一或复合酶产品时不能随意混合，作为饲料加工企业和自行加工使用添饲酶时应注意加工的温度和储藏条件，以免影响效果、徒增成本。作为大型养殖场或饲料生产企业，添饲酶成本核算也是值得注意的，不仅要考虑适宜添饲酶的鸡日龄、日粮种类，酶作为蛋白质原、加入酶后营养物质利用率的提高，应考虑减少添饲含有相应营养物质的组成成分，也要考虑鸡的饱食感等问题。

总之，饲用酶的使用要以求合理，并以绿色饲养、降低成本、健康鸡体、养出效益为目的，从而达到应用酶产品的良好效果。