木聚糖酶在動物腸道健康中的作用

吳建軍 周 櫻 詹志春

(新華揚生物股份有限責任公司，湖北武漢430074)

腸道不僅是動物機體消化和吸收飼料營養物質的重要場所，而且是機體最大的免疫器官，是防止外源性病原體入侵的第一道屏障。腸道健康與否直接影響到整個機體的健康狀況，甚至決定飼料中各種營養物質的利用程度。因此，提高腸道的健康水平，不僅有利于有效提升飼料價值，而且有利于充分發揮動物的生產性能。近年來，眾多研究表明，木聚糖酶除了能夠消除木聚糖的抗營養作用，同時還能有效改善腸道健康，提高動物的非特異性免疫能力，從而提高動物的健康水平。

1 木聚糖及其對腸道健康的影響

1.1 木聚糖的抗營養作用

木聚糖又稱戊聚糖、阿拉伯木聚糖，是以β-1,4-木糖苷鍵連接起來并帶有多種取代基的多聚糖，它是廣泛存在于小麥、次粉、麥麩等麥類飼料原料中的一種非淀粉多糖（NSP）。根據其溶解性的不同，通常可分為可溶性木聚糖（約占總木聚糖的25%～30%）和不溶性木聚糖（約占總木聚糖的70%～75%）。水溶性木聚糖可顯著增加腸道內容物的黏度，阻礙營養物質與消化液的接觸，降低了營養物質在小腸黏膜上的消化吸收；另一方面，黏度的增加導致內源消化酶的活性抑制，食糜的通過速度延緩，采食量降低，增加了胃腸代謝和內源損失。大量的淀粉、蛋白質等營養物質被不溶性木聚糖包裹，阻礙消化酶與這些營養物質的充分接觸，其消化率降低。

1.2 木聚糖對腸道健康的影響

1.2.1 木聚糖對腸道菌群的影響

健康的動物腸道內存在著大量的微生物，在長期的進化過程中與動物形成了良好的共生關系，對動物腸道健康的維護發揮著很重要的作用，為動物的健康生長創造了良好的微環境。然而，可溶性木聚糖等可溶性非淀粉多糖的抗營養作用不僅延緩了腸道菌群的遷移，而且還為腸桿菌、擬桿菌等有害菌群的生長和繁殖提供了一個穩定的環境，導致有害菌數量大大增加,打破腸道微生態平衡，最終引起一系列的腸道健康問題。

1.2.2 木聚糖對腸道組織形態的影響

每種動物的腸道都有其特定的組織形態和結構，這是它們對食物進行消化和吸收的基礎。在通常情況下，各種動物的腸道的組織形態是相對固定的，但是當日糧類型或機體健康狀況發生改變，腸道的組織形態也會發生一定的變化。研究證實，用小麥型日糧替代豆粕型日糧會改變豬、肉雞、肉鴨等動物消化道生理和形態（Ide等，1989；Low，1989）。馮定遠等（2011）認為，消化道生理和形態變化的可能原因是由于可溶性木聚糖增加了動物腸道食糜黏度，而食糜黏度的增加會降低食糜和消化酶的流動速度，阻礙消化酶與底物的結合，導致消化器官的功能發生重大變化，機體可能會通過消化器官代償性的增大或分泌更多的內源消化酶來補充營養及能量需要來適應這些變化。

1.3 木聚糖對消化酶活性的影響

消化酶是對食物進行化學消化的主要成分，也是衡量動物消化能力的一個重要指標，其活性的高低直接影響到飼料的消化程度。木聚糖不僅能夠阻礙食糜與消化酶的接觸，而且還能在一定程度上抑制內源性消化酶的分泌。Choct（1995）報道，小麥NSP能顯著降低肉仔雞小腸食糜中α-淀粉酶活性,并顯著降低淀粉的消化率。劉強（1998）報道，小麥SNSP對豬胰臟α-淀粉酶活性有顯著的競爭性抑制作用，抑制程度隨時間和劑量的增加而加強。于旭華等(2001)報道，小麥SNSP抑制肉仔雞小腸內容物脂肪酶的活性。

2 木聚糖酶及其作用機理

2.1 木聚糖酶

木聚糖酶是一組可將阿拉伯木聚糖降解為低聚阿拉伯糖和木糖的復合酶系，主要由內切β-1，4-木聚糖酶、外切-β-1，4-木聚糖酶和β-木糖苷酶3種酶組成，它們既具有專一性，作用于不同的糖苷鍵，又共同作用，把結構復雜的木聚糖水解為低聚木糖（木寡糖）和木糖。木聚糖酶是具有四級結構的大分子活性蛋白。在pH值2.5～12范圍內能保持85%的酶活，其最適溫度50～55℃，60℃時酶活性保持在80%，以后酶活隨溫度升高而降低（鄢永亮，2003）。

2.2 木聚糖酶的作用機理

在飼料中添加木聚糖酶不僅可以有效降解飼糧中的木聚糖，消除木聚糖的不利影響，緩解其所產生的一系列抗營養作用，降低食糜黏度，而且還可以減少有害微生物在腸道內的定植和增殖、維持腸道正常結構，從而提高機體對營養物質的利用率和表觀代謝能（AME）。

木聚糖酶可以破壞植物細胞壁，釋放出營養物質，從而提高養分利用率。它對阿拉伯木聚糖的完全水解需要多種酶的協調作用。首先，由內切β-1,4-D木聚糖酶隨機裂解木聚糖骨架，產生木寡糖，降低了木聚糖的聚合度，然后由外切β-木糖苷酶將木寡糖和木二糖分解為木糖。

3 木聚糖酶對腸道健康的影響

3.1 木聚糖酶對消化道發育的影響

如前所述，飼料中的木聚糖可通過多種方式的抗營養作用影響到動物消化道的組織形態，包括使消化器官增生、肥大，而這一效應可以通過在日糧中添加木聚糖酶來解決。彭玉麟（2003）在肉雞小麥日糧中添加木聚糖酶后發現，試驗組肉雞的腺胃和肌胃的重量分別下降了18.97%～29.31%和5.63%～9.38%。廖細古等（2006）的研究也表明，在45日齡的肉鴨非常規日糧中添加木聚糖酶后，肌胃的相對重量和回腸的相對長度都顯著降低。馮定遠等（2009）認為，添加木聚糖酶可以改善木聚糖引起的消化器官增生、肥大的原因有兩點：一是日糧中添加木聚糖酶可以減少動物因非淀粉多糖而引起的消化器官代償性生長；二是日糧中添加木聚糖酶后提高了動物營養物質消化率，從而提高了日糧的營養濃度，較小的消化道即可保證動物體內營養物質消化吸收的平衡。

3.2 木聚糖酶對小腸絨毛的影響

小腸是動物消化吸收營養物質的主要場所，而絨毛和微絨毛則是小腸最具有特征的結構，特別是絨毛高度、隱窩深度是衡量小腸消化吸收功能的重要指標。木聚糖酶一方面能夠破壞植物細胞壁的結構，促進消化道對抗營養物質的消化和利用；另一方面降低了大量木聚糖對腸道的直接刺激和對腸絨毛的損害，從而改善了小腸絨毛的形態，促進營養物質的吸收。于旭華（2004）的試驗也證實了這一點，他們在小麥型飼糧中添加木聚糖酶，發現肉雞小腸絨毛變短，且絨毛頂端變細，這表明木聚糖酶可降低小腸絨毛的代償性增生。

3.3 木聚糖酶對消化酶分泌與活性的影響

在富含木聚糖的飼料中添加一定量的木聚糖酶，不僅可以激活動物內源酶的分泌，提高內源性消化酶的活性，而且還能克服養殖動物由于內源酶的不足而引起的消化不良。其原因在于飼料中的木聚糖可直接與腸道胰蛋白酶、脂肪酶絡合，降低其活性，刺激動物代償性最大程度地分泌消化液，導致內源性氮的損失增加；而木聚糖酶則可通過降解木聚糖來提高內源酶的活性，同時也可以激活動物體內多種消化酶更多的分泌，提高消化酶的有效含量，加速營養物質的消化和吸收。聶國興等(2007)在尼羅羅非魚的研究中也發現，小麥基礎飼料中添加黑曲霉發酵的木聚糖酶能刺激內源消化酶的分泌，提高了內源酶的活力。

3.4 木聚糖酶對消化道微生物區系的影響

木聚糖酶對消化道微生物區系的影響是從兩個方面實現的：一方面木聚糖酶的添加可以有效改善食糜的黏度，加快食糜通過速度，從而改變腸道內微生物的生存環境及營養成分，因此腸道菌群也會發生相應的變化；另一方面木聚糖的降解產物可以參與腸道菌群調控，木聚糖酶能促進飼料中木聚糖的降解，降解產物為低聚木糖和木糖，以低聚木糖為主。低聚木糖可顯著降低動物腸道有害菌，如腸桿菌、梭菌的數量，增加雙歧桿菌和乳酸菌的數量（張偉等，2011；聶國興等，2009；王金全，2004）。

4 結語

近年來，隨著飼料工業的迅猛發展，飼料資源短缺的問題日益凸顯，越來越多的非常規原料都被應用到飼料中來。各種非常規原料的大量應用，帶來的不僅僅是抗營養的問題，更重要的是它們對腸道健康甚至機體健康的影響。木聚糖酶作為新一代酶制劑，不僅可以高效降解飼料中的木聚糖，解決飼料的抗營養問題，同時還能通過對消化道發育、消化酶的分泌以及消化道微生物區系的調控而改善腸道的健康，因此，在保健型飼料開發和健康養殖中具有廣闊的應用前景。

[1]Ide T,Horii M,Kawashima K,et al.Bile acid conjugation and hepatic taurine concentration in rats fed on pectin[J].British Journal of Nutrition,1989,62:539-550.

[2]Low A G.Secretory response of the pig gut to non-starch polysaccharides[J].Animal Feed Science and Technology,1989,23:55-65.

[3]馮定遠，左建軍.飼料酶制劑技術體系的研究與實踐[M].中國農業大學出版社，2011.

[4]Choct M,R.J.Hughes,J.Wang,et al.Increased small intestinal fermentation is partly responsible for the antinutritive activity of nonstarch polysaccharides in chickens[J].Br.Poult.Sci.,1996,37:609-621.

[5]劉強.我國麥類飼料中非淀粉多糖抗營養作用機理的研究[D].中國農業科學院,1998.

[6]于旭華，韓衛濤.黃羽肉仔雞脂肪酶的發育規律及小麥SNSP對其活性的影響[J].動物營養學報，2001，13（3）：60-64.

[7]鄢永亮.Thermoascus aurantiacus木聚糖酶的生產及應用研究[D].杭州：浙江大學，2003.

[8]彭玉麟.木聚糖酶在肉仔雞小麥日糧中的應用及其作用機理的研究[D].北京：中國農業大學，2003.

[9]廖細古，馮定遠，于旭華,等.木聚糖酶對生長肉鴨生產性能影響的研究[J].飼料工業，2006，27(18)：44-45.

[10]馮定遠，左建軍.飼料酶制劑的研究與應用[M].中國農業科學技術出版社，2009.

[11]于旭華.真菌性和細菌性木聚糖酶對肉雞生長性能的影響及機理研究[D].廣州：華南農業大學，2004.

[12]聶國興，王俊麗，周洪琪.飼料中添加木聚糖酶對尼羅羅非魚生長及血清激素水平的影響[J].中國水產科學，2007，14（2）：249-256.

[13]張偉，詹志春.飼用酶制劑研究進展與發展趨勢[J].飼料工業，2011(增刊):11-18.

[14]王金全.小麥非淀粉多糖的抗營養機理及木聚糖酶在肉仔雞小麥日糧中的應用研究[D].北京：中國農業科學院，2004.

[15]聶國興，華雪銘，王俊麗，等.小麥基礎飼料添加木聚糖酶對尼羅羅非魚腸道菌群的影響[J].水產學報，2009，33（5）：805-812.