葡萄糖氧化酶在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

盧俊鑫，鄺哲師

（1.羅定職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育系，云浮 羅定 527200；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣州 510610）

葡萄糖氧化酶（GOD）是一種含有黃素腺嘌呤二核苷酸的二聚體蛋白酶，是一種需氧脫氫酶，能專一性地將β-D-葡萄糖氧化為葡萄糖酸和過氧化氫[1]。葡萄糖氧化酶的作用機理獨特、使用效果安全高效，在動物生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛[2]。本文綜述葡萄糖氧化酶的生產(chǎn)方式、作用功效和在不同動物生產(chǎn)上的應(yīng)用，并對應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，為進(jìn)一步研究和生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 葡萄糖氧化酶的生產(chǎn)

1.1 傳統(tǒng)方法生產(chǎn)葡萄糖氧化酶

誘變生產(chǎn)菌株，使用誘變劑處理后提高菌株的突變率，經(jīng)過篩選得到性狀好的突變菌株[3]。誘變葡萄糖氧化酶生產(chǎn)菌株可以采用紫外線照射誘變和化學(xué)誘變劑等方法[4]。紫外線照射影響菌體遺傳物質(zhì)的復(fù)制與合成，導(dǎo)致菌體突變。梁靜娟等將黑曲霉菌株P(guān)-9采用紫外線照射進(jìn)行誘變，得到突變菌株的產(chǎn)酶酶活是原菌株的2.5 倍[5]。化學(xué)誘變比紫外線照射誘變更具有定向性，也可以將兩種方法結(jié)合，能夠更好地提高菌株的產(chǎn)酶能力[6]。朱運平等采用紫外線照射誘變、亞硝酸鈉化學(xué)誘變和紫外線照射-亞硝酸鈉復(fù)合誘變3 種方法對產(chǎn)胞外葡萄糖氧化酶黑曲霉菌株進(jìn)行誘變實驗，得到了產(chǎn)酶活力為原始菌株酶活力3.8倍的菌株[7]。

1.2 工業(yè)化生產(chǎn)葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶的來源廣泛，包括細(xì)菌、真菌、紅藻、昆蟲等[8]。真菌能夠利用各種碳源生產(chǎn)葡萄糖氧化酶，在1950 年真菌葡萄糖氧化酶已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)[9]。工業(yè)化生產(chǎn)葡萄糖氧化酶的菌株主要有黑曲霉和青霉，黑曲霉生產(chǎn)酶酶活較高，青霉生產(chǎn)酶速度快。除了黑曲霉和青霉外，擬青霉屬、膠霉屬和帚霉屬等也具有產(chǎn)葡萄糖氧化酶的能力[10]。

1.3 基因工程構(gòu)建菌株

葡萄糖氧化酶的大規(guī)模生產(chǎn)受到產(chǎn)量低、發(fā)酵能力低、純化工藝復(fù)雜等因素的影響。隨著分子生物技術(shù)的進(jìn)步，使用基因工程技術(shù)將葡萄糖氧化酶的基因進(jìn)行克隆，連接到表達(dá)載體后轉(zhuǎn)化基因工程菌株，通過誘導(dǎo)表達(dá)葡萄糖氧化酶基因來獲取大量的葡萄糖氧化酶。基因工程菌株分泌到發(fā)酵液中主要是外源目的蛋白質(zhì)，因此能簡化后期的蛋白質(zhì)分離、純化操作。目前，多種來源的葡萄糖氧化酶基因被克隆，并在畢赤酵母、釀酒酵母以及青霉屬等宿主中成功表達(dá)[11]。

2 葡萄糖氧化酶的功效

2.1 改善飼料品質(zhì)

飼料中添加葡萄糖氧化酶可減少飼料營養(yǎng)價值的損失，延緩飼料霉變，減緩霉菌毒素對飼養(yǎng)動物的危害[12]。葡萄糖氧化酶具有抑菌作用，可抑制黃曲霉、黑根霉、青霉等多種霉菌，抑制飼料中霉菌的生長與繁殖，降低霉菌毒素含量。葡萄糖氧化酶的輔基對霉菌毒素具有破壞作用，可解除黃曲霉毒素B 的毒力，預(yù)防黃曲霉毒素中毒癥[13]。葡萄糖氧化酶將葡萄糖分解為葡萄糖酸和過氧化氫的過程需要消耗氧氣。飼料中氧氣的減少，不僅降低飼料營養(yǎng)物質(zhì)的的損失，也抑制微生物的生長，起到抗氧化劑和防霉劑的作用，從而改善飼料品質(zhì)[14]。

2.2 提高飼料消化率

葡萄糖氧化酶的功能與酸化劑相似，能降低胃內(nèi)pH，提高胃蛋白酶的活性，低pH可以促進(jìn)腸道蠕動，促進(jìn)動物機體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化[15-16]。葡萄糖氧化酶可以催化胃腸道中的葡萄糖生成葡萄糖酸和過氧化氫，降低胃腸道食糜的pH，提高飼料中粗蛋白質(zhì)的消化率[17]。安文亭等研究表明，葡萄糖氧化酶顯著提高仔豬飼料中能量、粗蛋白質(zhì)、粗纖維、粗脂肪的消化率（P＜0.05），明顯提高生產(chǎn)性能和健康水平[18]。葡萄糖氧化酶還能改善飼料的適口性，在飼養(yǎng)動物出現(xiàn)厭食的情況，添加葡萄糖氧化酶可以讓飼養(yǎng)動物恢復(fù)正常采食。

2.3 抑制腸道有害菌

葡萄糖氧化酶酶解產(chǎn)物葡萄糖酸是一種安全無毒的有機酸，在消化道內(nèi)降低pH，為有益的乳酸菌創(chuàng)造了酸性環(huán)境。通過氧化還原反應(yīng)，消耗消化道內(nèi)的氧，制造厭氧環(huán)境，有利于有益的雙歧桿菌的生長繁殖，形成微生態(tài)競爭優(yōu)勢。酶解產(chǎn)生的過氧化氫，具有廣譜抗菌作用，達(dá)到一定濃度時能夠抑制大腸桿菌、沙門氏菌、巴氏桿菌、葡萄球菌等有害菌。腸道有益菌憑借有利的環(huán)境條件大量繁殖，成為優(yōu)勢菌群，對病原菌進(jìn)行抑制，維持腸道微生物生態(tài)平衡。

2.4 降低應(yīng)激損傷

動物機體處于應(yīng)激狀態(tài)時，會產(chǎn)生大量自由基，破壞腸道上皮細(xì)胞；葡萄糖氧化酶通過氧化還原反應(yīng)，能夠有效清除自由基，維持腸道上皮細(xì)胞的完整性。維持腸道上皮細(xì)胞的完整性，可以阻止病原微生物入侵動物機體，也可以促進(jìn)對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，減少腹瀉[19]。宋海彬研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖氧化酶不同程度地提高了肉雞血清超氧化物歧化酶活性，降低了血清丙二醛含量，具有抗應(yīng)激作用[20]。候振平等研究發(fā)現(xiàn)，飼料添加葡萄糖氧化酶顯著提高仔豬血清超氧化物歧化酶活性，不同程度降低了血清丙二醛含量，減輕熱應(yīng)激對仔豬的影響，降低仔豬體內(nèi)自由基數(shù)量，抑制血液內(nèi)丙二醛生成，減少機體損傷[21]。

3 葡萄糖氧化酶在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 葡萄糖氧化酶在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

葡萄糖氧化酶能促進(jìn)仔豬生長，提高其飼料消化率，改善其腸道微生物生態(tài)平衡，降低腹瀉率，提高仔豬的生產(chǎn)性能。侯振平等研究表明，在飼料中添加葡萄糖氧化酶，能夠增強斷奶仔豬的抗氧化功能，提高免疫力，降低斷奶仔豬腹瀉率，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，從而提高仔豬生長性能[21]。楊久仙等研究表明，飼料中添加葡萄糖氧化酶0.1%～0.2%能降低斷奶仔豬胃腸道pH，改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率和飼料轉(zhuǎn)化效率，提高斷奶仔豬生產(chǎn)性能[22]。黃忠陽等研究表明，在斷奶仔豬飼料中分別添加葡萄糖氧化酶0、300、500 和700 mg·kg-1，能夠提高斷奶仔豬的生產(chǎn)性能，并且有很好的抗腹瀉作用[23]。

葡萄糖氧化酶可有效改善母豬繁殖性能和哺乳仔豬生產(chǎn)性能。尤瑞祺等研究表明，大河烏豬母豬妊娠后期飼料中添加葡萄糖氧化酶600 mg·kg-1，可改善母豬繁殖性能、飼料養(yǎng)分消化率，提高母豬和新生仔豬的抗氧化能力[24]。孫穎雪等研究表明，在豬群整體采食量低的狀態(tài)下，飼料中添加葡萄糖氧化酶1.5 g·kg-1可提高丹系大白母豬妊娠后期采食量；添加葡萄糖氧化酶1.0 g·kg-1可顯著降低泌乳期背膘損失，對母豬生產(chǎn)具有重要意義[25]。

3.2 葡萄糖氧化酶在雞生產(chǎn)中的應(yīng)用

葡萄糖氧化酶能提高肉雞成活率，改善腸道菌群組成，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，增強機體免疫抗病力，提高生產(chǎn)性能。宋海彬等研究表明，飼料中添加葡萄糖氧化酶可提高肉雞十二指腸和空腸絨毛高度、降低隱窩深度、增加絨毛高度/隱窩深度，顯著提高肉雞小腸淀粉酶、胰蛋白酶的活性（P＜0.05）[26]。崔細(xì)鵬等研究表明，飼料中添加葡萄糖氧化酶可降低肉雞十二指腸pH、空腸pH、回腸pH，提高采食量、生長性能、養(yǎng)分利用率和表觀代謝能，提高對營養(yǎng)物質(zhì)的利用從而提高生長性能[27]。于會民等研究表明，飼料添加葡萄糖氧化酶可在不同程度上改善肉仔雞生長性能、抗氧化能力和養(yǎng)分表觀消化率[28]。

葡萄糖氧化酶能夠提高蛋雞產(chǎn)蛋性能和蛋品質(zhì)，能夠降低死淘率。趙必遷等研究表明，蛋雞產(chǎn)蛋后期（55～67 周齡）飼料添加葡萄糖氧化酶（酶活為200 U·g-1）300 mg·kg-1，顯著提高產(chǎn)蛋率2.88%（P＜0.05），顯著降低料蛋比2.69%（P＜0.05），極顯著降低破蛋率19.62%（P＜0.01），極顯著降低周死亡率40.9%（P＜0.01）[29]。趙國先等研究結(jié)果表明，蛋雞飼料中添加葡萄糖氧化酶0.3%顯著提高了蛋殼厚度、哈氏單位和蛋比重（P＜0.05）；添加葡萄糖氧化酶0.3%～0.4%顯著降低蛋黃中膽固醇含量（P＜0.05）[30]。

3.3 葡萄糖氧化酶在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

葡萄糖氧化酶能夠改善奶牛的生產(chǎn)性能。呂進(jìn)宏等研究表明，葡萄糖氧化酶可消耗青貯飼料中的氧氣，避免異常發(fā)酵，保證青貯飼料質(zhì)量[31]。魯春剛研究表明，葡萄糖氧化酶進(jìn)入瘤胃后能快速讓瘤胃內(nèi)達(dá)到正常厭氧環(huán)境，起到促進(jìn)有益微生物增殖、恢復(fù)菌群平衡和促進(jìn)粗飼料發(fā)酵分解，進(jìn)而減少有毒物質(zhì)產(chǎn)生的作用；飼料中添加葡萄糖氧化酶能解除奶牛圍產(chǎn)期、犢牛換草期和疾病等所引發(fā)的食欲不振現(xiàn)象，對減少代謝性疾病發(fā)生、預(yù)防胎衣不下及緩解奶牛消化不良等有改善作用[32]。楊玉福等在奶牛圍產(chǎn)前期專用預(yù)混料中添加葡萄糖氧化酶、酵母蛋白粉等微生物發(fā)酵物，可消除奶牛圍產(chǎn)前的食欲不振，加強瘤胃功能，促進(jìn)飼料的消化吸收[33]。

3.4 葡萄糖氧化酶在兔生產(chǎn)中的應(yīng)用

葡萄糖氧化酶可以提高兔的消化率、成活率，提高生產(chǎn)性能。劉亞娟等研究表明，飼料中添加適量的葡萄糖氧化酶能夠提高飼料中纖維物質(zhì)的表觀消化率，影響氮代謝，降低生長獺兔盲腸內(nèi)的pH，增加盲腸乳酸菌和雙歧桿菌數(shù)量，抑制盲腸大腸桿菌數(shù)量，增強十二指腸內(nèi)的胰蛋白酶活性和空腸內(nèi)的乳糖酶活性[34]。董榕等研究表明，飼料中添加適量的葡萄糖氧化酶可以增強冬季幼兔機體的抗氧化能力，提高機體的健康水平，從而提高幼兔生長性能，降低死亡率[35]。馬清河等研究表明，在飼料中添加葡萄糖氧化酶制劑具有提高生長兔的日增重和成活率，改善被毛長度、被毛密度、屠宰率的效果，但是葡萄糖氧化酶制劑對兔的免疫器官發(fā)育無明顯影響[36]。

4 小 結(jié)

葡萄糖氧化酶作為一種安全高效、無毒副作用的飼料添加劑，在動物生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛，但其在動物體內(nèi)的作用機理還需要更加系統(tǒng)、全面的研究。葡萄糖氧化酶的產(chǎn)量少、酶活較低，生產(chǎn)制備的工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本仍然較高。葡萄糖氧化酶生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，生產(chǎn)成本降低，安全養(yǎng)殖的逐步實現(xiàn)，將進(jìn)一步促進(jìn)葡萄糖氧化酶在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用。