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纤维素酶在奶牛营养中的研究与应用

2011-10-24 11:32| 发布者: admin| 查看: 2989| 评论: 0|来自: 中国畜牧兽医网

摘要:  从作用机理和实际生产中看,都是个良好的添加剂,为充分利用纤维素这一丰富的饲料资源,目前我国已利用微生物发酵法生产纤维素酶来降解纤维素,在技术研究开发方面已初见成效,本文就当前国外学者对纤维素酶在奶牛 ...
 
 从作用机理和实际生产中看,都是个良好的添加剂,为充分利用纤维素这一丰富的饲料资源,目前我国已利用微生物发酵法生产纤维素酶来降解纤维素,在技术研究开发方面已初见成效,本文就当前国外学者对纤维素酶在奶牛日粮中的研究及应用前景作一综述。

  关键词:纤维素 奶牛日粮 研究与应用

  纤维素酶是具有纤维素降解能力酶的总称,它们协同作用分解纤维素,所有能利用晶体纤维素的微生物都能或多或少地分泌纤维素酶,这些酶具有不同的特异性和作用方式。不同的纤维素酶能更有效地降解结构复杂的纤维素。纤维素酶主要来自真菌和细菌,真菌的纤维素酶产量较高(20g/L)。纤维素酶一般分为三类:

  【1】(1)葡聚糖内切酶,能在纤维素酶分子内部任意断裂-1,4糖苷键;(2)葡聚糖外切酶或纤维二糖酶能从纤维分子的非还原端依次裂解β-1,4糖苷键释放出纤维二糖分子;(3) β-葡萄糖苷酶能将纤维二糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖。Irwin等(1993年)发现,实际上在分解晶体纤维素时,任何一种酶都不能单独裂解晶体纤维素,只有这三种酶共同存在并协同作用方能完成水解过程 1 纤维素酶的作用机理 在饲料中添加纤维素酶的作用机制在于:(1) 纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时,可促进植物细胞壁的溶解,使更多的植物细胞内溶物溶解出来,并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质,有利于动物胃肠道的消化吸收(熊谱成,1996)

  【2】;(2) 纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌,补充内源酶的不足,并对内源酶进行调整,保证动物正常的消化吸收功能,起到防病,促生长的作用(张国立,1996)

  【3】;(3) 消除抗营养因子,促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液,增加消化物的粘度,对内源酶造成障碍,而添加纤维素酶可降低粘度,增加内源酶的扩散,提高酶与养分接触面积,促进饲料的良好消化;(4)

  纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶,淀粉酶,果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物,在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物,从而使消化道内的消化作用得以顺利进行。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素,促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外,还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化;(5) 纤维素酶还具有维持小肠绒毛形态完整,促进营养物质吸收的功能。

  【4】2 纤维素酶对奶牛精料的影响,许多动物生理学家曾担心,添加外源酶会破坏内源酶或抑制内源酶的产生。宋桂经 (1996)

  【5】研究表明,外源酶的添加不仅不破坏抑制内源酶,而且能帮助和促进动物的消化吸收。赵长友(1993)在瘤胃正常状态下,添加纤维素酶饲喂能牛5昼夜以后,其粪便干物质和饲喂前相比,减少了30%左右;一周以后,封闭牛舍氨气含量下降58.9%。Hristov等(1998)

  【6】报道,在日粮中添加纤维素酶和木聚糖酶,可提高可溶性糖的含量(P<0.05)和降低中性洗涤纤维的含量(P<0.05),但对于物质消失率和瘤胃发酵影响较小。且日粮中直接加酶要好于真菌灌注的效果。Rode等(1999)

  【7】研究结果表明,在奶牛泌乳早期的精料中添加1.3g/kg纤维素酶和木聚粮酶,使干物质,中性洗涤纤维,酸性洗涤纤维和粗量白的消化率分别由61.7%,42.5%,31.7%,和61.7%增至69.1%,51.0%,41.9%和69.8%。产奶量也由35.9g/d增至39.5g/d,但乳脂率和乳中蛋白的含量略有降低,采食量不受酶影响。Yang(1999)

  【8】报道,在泌乳牛日粮中添加纤维素酶和木聚糖酶,不但提高了有机物质和中性洗涤纤维的消化率,而且微生物蛋白质合成量也相应增加。Beauchemin(1999)用含有纤维复合酶的日粮饲喂奶牛,增加了奶牛整个消化道内营养物质和微生物氮的消化率,但对瘤胃内养分消化的影响较少。刘建昌(2001)

  【9】在荷斯坦奶牛的配合精料中添加0.1%的纤维素酶制剂,经过60天的试验观察,结果表明添加纤维素酶,每头牛日平均产奶量提高了14.89%(P〈0.05〉,试验组每头牛每日多收入5.41元,经济效益显着。这与焦平林等(1997)【10研究结果相似。呼和等(2001)在奶牛日粮中添加以纤维素酶为主的复合酶,试验组的乳脂率,乳蛋白,乳糖,乳中干物质并不随产奶量的增加而下降,而略有提高或保持不变,且经济效益显着。

  大多数试验表明,在奶牛精料中无论以何各种形式添加纤维素酶等非淀粉性多糖酶,均可促进对日粮营养物质的利用。有试验表明纤维素酶在降低采食量的同时提高产奶量,其主要原因是奶牛的摄食量主要受血液内的挥发性脂肪酸(VFA)浓度的调节,VFA是纤维素的分解产物。外源纤维素酶增加了瘤胃中VFA的生成量,而瘤胃对VFA的吸收较快,大量的VFA进入血液并随其浓度的升高反馈性作用于食物调节中枢,导致采食量下降。一般认为奶牛的产奶量和乳脂率呈负相关,而试验表明在奶中日粮中添加纤维素酶后,随着产奶量的上升乳脂率呈上升趋势。这说明纤维素酶通过提高奶牛血液中的各种营养物质的含量,增强乳腺细胞对各种养物质的摄取能力,从而维护牛奶中的各种营养物质的含量始终处于平衡状态。

  3 纤维素酶对奶牛青贮饲料的影响

  青贮饲料在我国已成为奶牛日粮中不可缺少的常规组成。在青贮饲料调制过程中,加入适量的纤维素酶制剂,可补充青贮饲料中不足的营养成分,使其发酵充分,降低青贮饲料的PH值,形成乳酸菌增殖的适宜环境,抑制其他有害菌类的生长,有目的地调节青贮饲料中微生物活动和生长进程,保证青贮成功,从而达到加快青贮速度,改善青贮饲料品质,提高青贮饲料利用率和奶牛生产性能的目的。纤维素酶制剂已成为当前动物营养学研究的一个热点。

  【11】3.1 纤维素酶对植物细胞壁的影响。

  在青贮饲料中添加纤维素酶有助于植物细胞壁的分解,提供更多的碳水化合物以促进青贮发酵,使植物纤维成分含量下降,改善牧草的营养价值。Henderson等(1981)在多年生黑麦草,紫花苜蓿和三叶草的青贮中,添加0.4%纤维素酶(湿重),大量的纤维素被水解,其中禾木科牧草纤维素水解大于豆科牧草:青贮温度和青贮料的切碎程度也影响纤维素酶的效果,35℃左右和较小的切碎程度纤维素分解较多。Sheperd(1996)

  【12】对不同生产阶段的玉米进行青贮,添加纤维素酶降低了中性洗涤纤维,酸性洗涤纤维和半纤维素的含量,且酶的剂量越大,细胞纤维素的降解越多,但玉米的成熟度对酶解的效果无影响。刘文奇等(1998)

  【13】试验结果表明,在玉米青贮中加纤维素酶可使中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维分别下降2.8%和2.2%。但也有研究表明在青贮过程中添加纤维素酶对纤维素含量无影响。

  3.2 纤维素酶对青贮中PH的影响

  青贮中乳酸含量和PH值是衡量青贮发酵品质的重要指标,青贮发酵正常,乳酸含量高,适口性好。青贮PH低,则在贮存期内稳定性好,不易出现二次发酵。刘文奇(1998)报道,玉米青贮加酶后PH值下降了7%,感官效率也有所改善。Jaster (1998)

  【14】研究结果表明在含水量为45%的苜蓿青贮原料中添加纤维素酶可使青贮PH 由4.4降至4.2。Weinberg (1995)

  【15】用纤维素酶制剂处理豌豆秸、麦秸,45天后青贮PH明显下降,乳酸含量明显升高。添加酶制剂虽可改善青贮的发酵特性,但这种改善作用是有一定限度的。一般来说,酶制剂对那些含糖量高,老化程度轻的植株青贮作用效果明显。Nakashima (1996)报道,对那些高大的,生长后期的秸杆类作物,先用化学处理(如氨化)再加纤维素酶,秸杆的降解率随酶的添加量的加大而加大,而且可消化成分也提高了。

  3.3 纤维素酶对青贮饲料消化率及奶牛生产性能影 Sanchei(1996)

  【16】Lewis (1999)

  【17】在青贮或苜蓿草为主的饲料中喷洒纤维素酶和半纤维素酶饲喂奶牛明显提高产奶量。Kung(2000)

  【18】通过试验证明,在玉米青贮或以苜蓿草为主的饲料中喷洒液体羧甲基纤维素酶和木聚糖酶可以提高奶牛产奶量,但酶源和酶的用量十分关键。刘文奇(1998)和唐新(1999)发现在青贮饲料中添加纤维素酶制剂,青贮品质和适口性得到改善。饲喂加酶玉米青贮奶牛采食量提高,产奶量显着高于对照组。Schingoethe(1999)

  【19】试验结果表明,当奶牛饲喂纤维素酶和木聚糖酶处理后的玉米和苜蓿混合青贮时,2-4周后产奶量提高10.8%,并持续整个试验期,但对泌乳中期奶牛的产奶量影响较小,饲喂加酶青贮和低精粗比(45∶55)日粮的奶牛生产性能和饲喂未加酶青贮和高精粗比日粮(55∶45)相比无显着差异,这与ChamberLain (1989)

  【20】研究结果一致。Mchan (1985)青贮百慕大草,加酶处理提高了体外干物质的消化率。Tengerd(1991)用添加纤维素酶的苜蓿青贮,使纤维消化率从68%提高到77%,中性洗涤纤维从40%减少到36%。Chen等(1993)同时使用纤维素酶和乳酸菌青贮牧草,增加了干物质吸收,奶产量和奶蛋白的含量,而玉米青贮没有提高干物质的吸收,而且降低了奶产量。 但添加纤维素酶对青贮饲料的消化率和奶牛生产性能的影响也有不同的的报导。Schingoet(1999)报导,奶牛饲喂加酶青贮后,乳脂率有提高。但Chamber Lain(1989)试验结果表明,奶牛采食添有纤维素酶和半纤维素酶的黑麦草青贮,乳脂变化较小。唐新仁(1999)研究表明,尽管加酶降低了玉米青贮中粗纤维含量(p<0.05)奶牛平均日产量提高了1.4kg(p<0.05),但对乳脂率和乳蛋白均无影响。Jaster和Moore(1987)用纤维素酶处理的半干青贮苜蓿喂奶牛,对于物质吸收消化、奶产量和奶成分均无影响。Selmerolsen(1993)青贮禾本科和豆科牧草的混合物,添加纤维素酶尽管降低了粗纤维的含量,但对消化率无影响。 综上所述,纤维素酶 具有改善大部分青贮品质,提高其营养价值的作用,但如要在生产中充分发挥其作用,在今后的研究中,还需进一步搞清楚青贮时青贮饲料的化学变化及微生物存在状态。

  4 纤维素酶应用中存在的问题与研究展望

  纤维素酶作为绿色饲料添加剂,其应用前景非常广阔,但在目前推广应用中还存在如下问题:(1) 生产纤维素酶的菌株产量低,成高编高 (2)纤维素酶对饲料的作用机理尚未清理,对不同饲料最佳添加量,添加时间和方式不十分清楚(3)全国没有统一的纤维素酶活性标准与检测方法,其生物学评价试验法不规范。要解决上述问题,必须加入科技投入,加强科研部门间的协作,要加强萄种选育和发酵提取工艺等基础研究工作,提高产酶活性,降低生产成本,特别注意利用基因重组技术选看高活性株

  【21】,尽快制定我国统一的纤维素质量标准和检测一定规模,同发达国家相比,重要技术研究还很落后,大多试验结果表明,在奶牛饲料中无论以何种形式添加纤维素酶均可起到改善其生产性能的作用,这是对传统的反 动物营养理论的一种突破,随着生物技术的发展和酶应用技术的深入研究,必将加速纤维素酶在饲料工业中的广泛应用。


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