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葡萄糖氧化酶在动物生产中的应用

陈 博

摘 要:葡萄糖氧化酶具有抑菌、促生长作用,且无毒、无抗药性,是一种可替代抗生素的新型添加剂,具有广阔的应用前景。文章从葡萄糖氧化酶的催化反应机理、在动物生产中的应用以及对饲料中黄曲霉毒素的作用作以综述。
关键词:葡萄糖氧化酶;催化反应机理;动物生产;黄曲霉毒素

葡萄糖氧化酶是一种需氧脱氢酶,能专一地氧化 β-D-葡萄糖成为葡萄糖酸和过氧化氢。葡萄糖氧化酶能够显著改善动物肠道微生态平衡以及肠道消化环境,保护肠道健康,提高饲料利用率,促进动物生长和增强动物体抗病力,是一种绿色、安全、对人体无毒副作用的饲料添加剂。本文从葡萄糖氧化酶的催化反应机理、在动物生产中的应用以及对饲料中黄曲霉毒素的作用作以综述,以期为葡萄糖氧化酶在生产实践中的应用提供理论基础。
1 葡萄糖氧化酶的催化反应机理
1.1 葡萄糖氧化酶单一催化反应机理
葡萄糖氧化酶是同型二聚体结构,每个亚基分为两个不同的结构区域:由β-折叠组成,以非共价键与黄素腺嘌呤二核苷酸辅酶分子紧密结合;由4个 α-螺旋支撑1个反平行的β-折叠组成,可与底物 β-D-葡萄糖结合。葡萄糖氧化酶对β-D-葡萄糖表现出强烈的特异性,比催化 α-D-葡萄糖高约160倍,且对L-葡萄糖和2-O-甲基-D葡萄糖完全没有催化活性[ 1 ]。
1.2 葡萄糖氧化酶-过氧化氢酶联合催化反应机理
葡萄糖氧化酶通常与过氧化氢酶组成一个氧化还原酶系统。当反应体系中只有葡萄糖氧化酶时,葡萄糖氧化酶能够催化 β-D-葡萄糖氧化生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢。当反应体系中葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶同时存在时,葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢,然后过氧化氢酶催化过氧化氢生成水和氧气,最后水与D-葡萄糖酸内酯结合生成葡萄糖酸。当反应体系中葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和乙醇同时存在时,葡萄糖氧化酶催化 β-D-葡萄糖生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢,然后过氧化氢酶催化过氧化氢和乙醇生成水和乙醛,最后水与D-葡萄糖酸内酯结合生成葡萄糖酸[ 2 ]。
2 在动物生产中的应用
2.1 猪
葡萄糖氧化酶可以提高断奶仔猪的生产性能和成活率,改善肠道pH,促进菌群平衡,改善血清生化水平,并提高仔猪免疫功能,葡萄糖氧化酶还可以有效改善母猪繁殖性能。方金津等在杜洛克×山仔猪日粮中添加葡萄糖氧化酶对断奶仔猪生长性能的影响,结果表明,在日粮中添加葡萄糖氧化酶500 g·t-1可使仔猪日增重提高10.96%,料肉比降低10.6%,并增加了养殖效益[ 3 ]。葡萄糖氧化酶可促使肠道内的葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和过氧化氢,产生大量的乙酸、丙酸、n-丁酸、总脂肪酸等有机酸类,从而降低胃和十二指肠pH,提高机体对营养物质的消化吸收。陈清华等在杜×长×大三元杂交断奶仔猪日粮中添加葡萄糖氧化酶200 g·t-1,结果表明,试验组胃和十二指肠食糜的pH显著下降(P<0.05),十二指肠的绒毛高度以及绒毛高度/隐窝深度显著增加(P<0.05),胃和回肠中的大肠杆菌数量显著减少(P<0.05),乳酸菌数量显著增长(P<0.05),表明葡萄糖氧化酶具有提高仔猪生产性能,改善肠道菌群平衡的作用[ 4 ]。杨久仙等研究表明,在断奶仔猪日粮中添加葡萄糖氧化酶0.3%可使仔猪日增重提高8.2%(P<0.05),饲料转化效率提高7.9%(P>0.05),血清胰岛素水平提高17.6%(P<0.05),日粮中添加葡萄糖氧化酶0.2%和0.3%可使仔猪血清尿素氮水平显著降低16.37%和14.35%(P<0.05),并可以显著改善仔猪胃和回肠菌群平衡(P<0.05)[ 5 ]。田东霞等在断奶仔猪日粮中添加葡萄糖氧化酶0.5%,研究其对仔猪早期断奶腹泻症的影响,结果表明,试验组平均日增重极显著提高(P<0.01),料肉比极显著下降(P<0.01),仔猪成活率提高13%,差异极显著(P<0.01),表明葡萄糖氧化酶可显著改善仔猪肠道健康[ 6 ]。汤海鸥等研究表明,在母猪基础饲粮中添加葡萄糖氧化酶100、200 g·t-1,平均每窝产仔数和出生窝质量相比对照组分别提高0.50及0.34头和1.40及0.97 kg,其中添加葡萄糖氧化酶100 g·t-1组差异显著(P<0.05),试验组比对照组仔猪断奶均质量和平均日增质量显著提高(P<0.05),腹泻率显著降低(P<0.05)[ 7 ]。
2.2 禽类
2.2.1 肉鸡
葡萄糖氧化酶可提高肉鸡生产性能,改善肠道形态结构以及消化酶活性,提高抗氧化水平及免疫功能,改善肉品质。宋海彬等研究表明,在罗斯308肉鸡玉米-豆粕型日粮中分别添加葡萄糖氧化酶0、0.15%、0.3%、0.4%、0.5%,可提高肉鸡十二指肠和空肠绒毛高度、降低隐窝深度、增加绒毛高度/隐窝深度,但差异不显著(P>0.05),显著提高肉鸡小肠淀粉酶、胰蛋白酶的活性(P<0.05)[ 8 ]。庞家满等在大黄羽肉鸡基础日粮中添加葡萄糖氧化酶制剂0、250、350、380 g·t-1,研究葡萄糖氧化酶对肉鸡生产性能及血清生化水平的影响,结果表明,葡萄糖氧化酶对36~70日龄黄羽肉鸡的日增重、料重比和养分代谢率有显著影响,且添加量为380 g·t-1最适宜[ 9 ]。宋海彬等研究表明,日粮中添加葡萄糖氧化酶0.4%~0.5%可以使肉鸡血清总蛋白提高23.26%~23.13%,血清尿素氮水平降低23.21%~21.43%,白蛋白水平提高14.10%~17.93%;葡萄糖氧化酶的添加提高肉鸡胸腺、脾脏、法氏囊指数,显著提高肉鸡血清IgG水平和血清球蛋白水平;葡萄糖氧化酶提高了肉鸡血清超氧化物歧化酶水平,降低血清丙二醛水平[10]。孙春阳等研究表明,葡萄糖氧化酶可提高肉鸡平均日增重、平均日采食量,降低料重比和死淘率(P<0.05),显著提高肉鸡血清超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和总抗氧化能力(P<0.05),显著降低丙二醛含量(P<0.05),肉鸡胸肌肉色a值显著升高(P<0.05),肉色b值显著降低(P<0.05)[11]。
2.2.2 蛋鸡
葡萄糖氧化酶可以提高蛋鸡的血液生化水平、提高产蛋率、降低料蛋比、改善蛋品质。赵国先等研究表明,日粮中添加葡萄糖氧化酶0.1%、0.2%、0.3%、0.4%可不同程度提高海兰褐蛋鸡的产蛋量,不同程度的降低鸡蛋破软蛋率,并可显著提高血清总蛋白和白蛋白含量(P<0.05),有提高球蛋白、钙磷和碱性磷酸酶的含量、谷丙转氨酶和谷草转氨酶的活性,降低总胆固醇和甘油三酯水平的趋势,显著降低了肌酸激酶的活性(P<0.05)[12]。赵必迁等研究了葡萄糖氧化酶对产蛋后期蛋鸡生产性能的影响,结果表明,在蛋鸡日粮中添加葡萄糖氧化酶300 mg·kg-1,蛋鸡产蛋后期的产蛋率提高2.88%,

料蛋比降低2.69%,破蛋率降低19.62%,周死亡率降低40.9%[13]。赵国先等研究结果表明,在26周龄海兰褐蛋鸡日粮中添加葡萄糖氧化酶0.3%,可显著提高蛋壳厚度、哈氏单位和蛋比重(P<0.05),添加葡萄糖氧化酶0.3%~0.4%能显著降低蛋黄中胆固醇含量,对蛋形指数、蛋黄颜色、蛋黄相对重和蛋壳相对重无显著影响(P>0.05)[14]。
2.2.3 鸭
葡萄糖氧化酶可以提高肉鸭的生长性能、血清指标和屠宰性能。汤海鸥等研究表明,樱桃谷鸭饲粮中添加葡萄糖氧化酶100、200 g·t-1显著提高了平均日增重(P<0.05),降低了料重比(P<0.05),添加葡萄糖氧化酶200 g·t-1可显著提高血清生长激素含量(P<0.05)[15]。
2.3 兔
葡萄糖氧化酶可以提高兔的生产性能,改善肠道菌群,并可改善母兔泌乳力和泌乳期失重,对仔兔的成活率及窝重也有很大帮助。刘亚娟等研究表明,獭兔日粮中添加葡萄糖氧化酶0.3%、0.4%,能够提高幼兔平均日增质量和平均日采食量,有降低幼兔腹泻率的趋势,添加葡萄糖氧化酶0.2%的经济效益最优,但综合考虑饲料中添加葡萄糖氧化酶0.4%更有利于生产[16]。吴艳芳等研究表明,在加利福尼亚断奶仔兔日粮中添加葡萄糖氧化酶0.2%、0.3%能显著改善日增重和料肉比(P<0.05)[17]。刘亚娟等研究还表明,生长獭兔饲粮中添加葡萄糖氧化酶0.4%能够显著改善饲粮中能量和粗纤维的表观利用率以及可消化氮、氮沉积量、氮利用率和氮生物利用率(P<0.05),降低獭兔盲肠pH,提高盲肠乳酸菌和双歧杆菌含量(P<0.05),大肠杆菌含量显著降低(P<0.05),显著提高肠道十二指肠部位胰蛋白酶活性(P<0.05),极显著提高空肠部位乳糖酶活性(P<0.01)[18]。在分娩泌乳母兔日粮中添加葡萄糖氧化酶可提高母兔泌乳力,提高窝平均断乳仔兔只数、仔兔断乳成活率、母兔和同窝仔兔的平均日采食量,提高仔兔初生、21日龄、28日龄时窝重、断乳窝重,添加葡萄糖氧化酶0.4%可显著改善母兔泌乳期失重(P<0.05)[19]。
3 对饲料中黄曲霉毒素的作用
黄曲霉毒素是一类由真菌产生的能引起人和动物疾病的剧毒物质。黄曲霉毒素广泛存在于粮食、食品和饲料中,对人、家禽、家畜的健康危害很大。经大量的应用试验表明,葡萄糖氧化酶具有抑制黄曲霉菌生长和降解黄曲霉毒素的作用。汤海鸥等研究表明,黄曲霉毒素攻毒后添加葡萄糖氧化酶,肉鸭平均日增重、料重比、死亡率均有所改善,显著改善了肉鸭血清葡萄糖含量、白蛋白、总蛋白、生长激素含量[15]。胡常英等研究表明,在含有黄曲霉毒素M17.2和19.5 μg·kg-1的玉米饲料中添加葡萄糖氧化酶5‰,连续喂养奶牛10 d,可部分解除黄曲霉毒素M1含量[20]。胡常英等研究表明,用25 U·mL-1的葡萄糖氧化酶5‰完全可以解除饲料中500 mg·hg-1浓度的黄曲霉毒素B1的毒性,在用2 000 mg·hg-1黄曲霉毒素B1攻毒的仔鸡饲粮中添加25 U·mL-1的葡萄糖氧化酶5‰,仔鸡存活数量提高39.5%,在饮水中添加25 U·mL-1的葡萄糖氧化酶5‰,仔鸡存活数量可提高28.5%[21]。崔亚利等研究表明,在小鼠霉变玉米面饲粮中添加葡萄糖氧化酶0.3%能极显著增加小鼠日增重量(P<0.01),极显著降低了小鼠肠道中大肠杆菌数(P<0.01),极显著增加了乳酸杆菌数(P<0.01),能显著提高肝脏谷胱甘肽过氧化物酶、总超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性(P<0.05),显著降低丙二醛含量(P<0.05)[22]。
4 小 结
葡萄糖氧化酶作为一种新型绿色的饲料酶制剂,已被广泛应用于各种配合饲料中。但葡萄糖氧化酶产量和活性相对较低,制备纯化工艺复杂,生产成本较高,从而制约了葡萄糖氧化酶在我国饲料工业中规模化应用。但随着工业化发酵生产葡萄糖氧化酶工艺的不断改良,葡萄糖氧化酶产量以及酶活性的提高,葡萄糖氧化酶对畜禽肠道健康和生产性能的作用效果及其机制的研究,将促进葡萄糖氧化酶在动物生产中的广泛应用。

[ 参 考 文 献 ]

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