木聚糖及木聚糖酶介绍及实际生产中存在的问题

木聚糖及木聚糖酶介绍及实际生产中存在的问题

作者：董亚维添加日期：2011-08-18 18:33:26 浏览：258次目前，饲料资源的短缺制约着我国畜牧业的发展，尤其是主要能量饲料玉米短缺所导致的一系列问题不容忽视。因此，开发其它非常规饲料资源作为能量饲料对于我国饲料工业发展，尤其是饲料企业的生存具有积极的意义。我国是小麦、大麦等麦类作物的盛产国。在某些季节里，麦类作物的价格低于玉米，其常规营养成分含量相对于玉米也有一定的优势。所以，开发麦类作物取代部分玉米作为能量饲料是非常必要的。然而大量试验报道，麦类作物中含有的非淀粉多糖（NSP）具有影响动物消化吸收、阻滞养分消化代谢的作用，成为麦类作物作为能量饲料利用的瓶颈。

常见的非淀粉多糖包括以下几种：纤维素和半纤维素聚合物（如木聚糖、β－葡聚糖、苷露糖等）和果胶多糖。目前，消除非淀粉多糖抗营养作用的主要方法是，在麦类作物中添加非淀粉多糖酶（NSP酶）。本文就木聚糖的抗营养机理和木聚糖酶的添加效果做一简要概述。

1. 木聚糖

1.1 木聚糖的分布和物理结构

木聚糖是半纤维素的一种，是饲料作物中含有的一类粘性非淀粉多糖，主要存在于小麦、黑麦和黑小麦中，以黑麦中含量最高。非淀粉多糖可分为可溶性和不溶性两种。小麦、大麦等作物中的木聚糖主要是水溶性的，而玉米、高梁中的木聚糖大部分是不溶于水的。

木聚糖是由D－木糖主链（以β－1,4键相连）和L－阿拉伯糖分枝（α－1,2和α－1,3相连）所组成的聚合物，由于它是由阿拉伯糖和木糖两种单糖聚合而成，因此也称阿拉伯木聚糖或戊聚糖。

1.2麦类作物中木聚糖的含量

从总木聚糖含量来看，黑麦中含量最高，其次是燕麦、小黑麦、小麦和大麦；而从水溶性木聚糖含量来看，黑麦、小黑麦和小麦中的含量高于大麦和燕麦。作物中木聚糖的含量除了受作物品种差异的因素影响以外，相同品种中品系的不同也会影响木聚糖的含量。M.D.Fleurg试验测定，无壳大麦、六棱大麦和二棱大麦中的总木聚糖含量分别为4.07%、6.12%和5.61%，而水溶性木聚糖含量分别为0.58%、0.63%和0.52%。当然，环境温湿度的变化也会影响麦类作物中木聚糖的含量，有学者发现，干燥地区生长的大麦和燕麦比潮湿地区的木聚糖含量高。

1.3木聚糖抗营养机理

水溶性木聚糖具有营养稀释作用，有抗营养特性。对动物健康有多方面影响。Fengler（1988）指出，水溶性NSP可以在动物肠道形成高粘性物质，延缓营养物质与消化液的混和速度。阻滞营养物质向肠道粘膜表面绒毛的扩散(Ikegami，1990)。使食糜内各组分混合不均，从而减慢食糜通过消化道的速度和养分的扩散速度，以至于造成肠粘膜不动水层加厚，导致营养物质在肠道内的积累，并且代偿性地增加内源性蛋白质、水分、矿物质的分泌，降低营养物质在动物体内的蓄积，影响动物的生产性能。木聚糖由于阻碍养分的吸收，造成营养物质在胃中的大量蓄积，食糜通过消化道的速度降低，从而减小菌群的移动速度，使细菌得以在小肠上段大量定居下来。富含养分的食糜是细菌尤其是致病菌处于

温暖湿润肠道环境中的良好培养基。细菌的大量增殖会导致许多酸性物质产生，还会改变肠道PH值环境，从而影响消化酶发挥最佳效应。细菌数量增多会竞争性地吸收大量营养物质，降低物质的利用率，同时也使动物腹泻的频率增加（冯涛，2003）。此外，木聚糖可直接与肠道胰蛋白酶、脂肪酶结合，从而降低内源性消化酶在动物肠道内的活性。

2木聚糖酶

2.1木聚糖酶的结构及理化性质

木聚糖酶是木聚糖的专一降解酶，可将木聚糖分解为木寡糖。木聚糖酶属于水解酶类，包括内切木聚糖酶、外切木聚糖酶和木糖苷酶三种。木聚糖酶是具有四级结构的大分子活性蛋白。在PH2.5～12范围内能保持85％的酶活，其最适温度50～55℃，60℃是酶活性保持在80％，以后随温度升高而降低。

2.2木聚糖酶生产工艺

木聚糖的生产主要依靠真菌、细菌等微生物发酵生产。一般来说，细菌能生产两种木聚糖，分别是高分子量酸性木聚糖酶和低分子量碱性木聚糖酶。真菌则大部分只能产低分子量碱性木聚糖酶。目前条件下，真菌木聚糖酶活力高于细菌木聚糖。

2.3木聚糖酶的作用机理

添加木聚糖酶可以缓解动物因食用过量麦类作物而造成的肠道内容物粘度过高的症状。此外，日粮中添加木聚糖酶可以促进畜禽的生长，提高内源性消化酶活性和饲料转化率，破坏植物细胞壁从而促进养分消化吸收，改善肠道形态结构，减少肠道微生物数量，降低畜禽发病率。

2.4木聚糖酶在实际应用中亟待解决的问题

2.4.1 由于不同作物之间木聚糖含量不同，因此有必要测定作物中其准确的含量，从而确定动物日粮中木聚糖酶的适宜添加量。

2.4.2 由于木聚糖酶可以清除部分抗营养因子的抗营养作用，因此它促进了非常规能量饲料在养禽业中的应用。然而，在非常规能量饲料中木聚糖酶的适宜添加比例仍需要进一步研究。进一步确定非常规能量饲料可以替代的常规能量饲料（玉米）的最适比例，为非常规能量饲料的大规模应用提供依据。

2.4.3 木聚糖酶使用效果的优劣主要受活性的影响。而影响木聚糖酶活性的因素却很多。例如PH值、温度。由于酶制剂主要在肠道内发挥作用，而动物的肠道内的PH值和温度一般接近于6.0和40℃。因此在生产木聚糖酶时，有必要使木聚糖酶最适PH值和最适温度接近于动物肠道内环境，这样才能最大程度发挥木聚糖酶的活性。

2.4.4 通过基因克隆、转移和分子杂交等生物技术进一步提高木聚糖酶稳定性，运用蛋白质工程技术增强其抗逆性，也是木聚糖酶生产和处理过程中今后研究的热点问题。

2.4.5 对酶原菌株进行筛选和改造，培养高产菌株并使用廉价原料，以生产高效、高活性、高稳定性、低成本的木聚糖酶，从而进一步扩大其商品化应用。

3结语

通过对木聚糖和木聚糖酶的不断研究和认识，把已有的研究成果推广到实际应用当中去，以解决用麦类作物作为能量饲料在生产中遇到的问题。有理由相信，木聚糖酶在饲料工业中的应用，对于开辟新的饲料资源会有很大的帮助。展望二十一世纪，酶制剂在我国饲料工业研究和应用有着广阔的前景。