乳糖酶及其在动物体内活性变化的影响因素研究进展

■马 杰 唐小懿 陈清华* 刘明峰

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙410128；2.山东隆科特酶制剂有限公司，山东临沂276400）

乳糖仅在哺乳动物的奶中发现，是早期用于生长和发育的重要能量来源，但是在成年期没有独特的营养价值，乳糖只有被乳糖酶水解后才能被机体吸收。乳糖酶化学名称为β-D-半乳糖苷水解酶，又名β-半乳糖苷酶。乳糖酶广泛分布于哺乳动物小肠微绒毛膜表面，它能水解乳糖分子中的半乳糖苷键，产物是半乳糖和葡萄糖两种单糖，也具有半乳糖苷转移作用。由于许多幼龄动物小肠黏膜上缺乏乳糖酶，导致母乳中的乳糖无法在小肠被消化吸收，当未消化的乳糖进入结肠后被细菌发酵产生乳酸、其他有机酸等短链脂肪酸、二氧化碳和氢气，导致常见的乳糖不耐症的症状：肠胃胀气，腹痛，甚至腹泻等症状。乳糖酶缺乏是乳糖不耐症与乳糖吸收不良的总称，它不仅对人类造成危害，而且对动物也有很大的影响，阻碍着养殖业的发展[1-4]。现对乳糖酶的来源、酶学特性、作用机理、动物体内乳糖酶活性变化及其影响因素等进行综述。

1 乳糖酶的来源

自然条件下，幼龄哺乳动物只能从母乳中摄取乳糖，再经乳糖酶分解后被机体吸收，断奶以后基本不会再自然地摄入大量乳糖。大多数哺乳动物在断奶前后乳糖酶活性不断降低，直至完全消失。所以在自然条件下，乳糖酶在机体从出生到断奶期间起重要作用。大多数哺乳动物肠道内，乳糖酶活性大都随着年龄的增长而不断降低[5]，直至一个较低的水平。天然来源的乳糖酶主要存在于幼龄哺乳动物肠道黏膜和植物的花粉、果实中，肠道中的乳糖酶是由乳糖酶基因编码翻译而成的，再通过羧基端的氨基酸序列链接到小肠微绒毛膜表面。细菌、霉菌、酵母以及放线菌等微生物通过发酵也可产生乳糖酶，其中产乳糖酶的细菌主要有大肠杆菌、乳酸菌、环状芽孢杆菌、双歧杆菌、保加利亚德氏乳杆菌等；霉菌中主要是黑曲霉、米曲霉、疏曲霉等；酵母中主要是克鲁维酵母、热带假丝酵母等；放线菌有天蓝色链霉菌等[6-8]，这些来源不同的乳糖酶，其酶学性质也不同[9]。目前，国际市场用于工业化生产的乳糖酶主要来源于克鲁维酵母和米曲霉[10]。

2 乳糖酶的酶学特性

不同来源的乳糖酶可以分为胞内酶和胞外酶。胞内酶包括脆壁克鲁维酵母和大多数细菌产的酶；胞外酶包括黑曲霉、米曲霉、酵母、米根霉等产的酶。这些不同来源的酶的性质有很大的不同，它们的最适pH值在4.0～7.5范围之内，不同的最适pH值决定了各自的作用环境和用途[11-12]。霉菌产的乳糖酶最适pH值在2.5～5.0之间，最适温度在50～60℃之间，该酶适用于干酪和酸性乳清的水解；细菌产的乳糖酶最适pH值在6.5～7.5之间，最适温度则有不同，但大都在65～80℃之间；酵母产的乳糖酶最适pH值在6～7之间，最适温度在35℃左右，它和细菌产的乳糖酶都适合于加工牛乳和甜乳清[13-16]。

3 乳糖酶的作用原理

乳糖不能被机体直接消化吸收，而是要通过乳糖酶水解，将乳糖水解为易被机体吸收的半乳糖和葡萄糖。有研究表明，酶的催化方式主要受酶受体种类的影响，当酶受体是水时，就发生水解反应，产物是葡萄糖和半乳糖两种单糖；当酶的受体是乳糖时会生成一个三糖即低聚半乳糖；当酶的受体是其他的糖类或者醇类时，则发生转糖基反应，且该反应受pH值、温度和反应时间的影响。乳糖酶上Cys的巯基和His的咪唑基两个重要功能基团可影响乳糖的水解，巯基使半乳糖苷键的氧原子质子化，而咪唑基则进攻半乳糖分子的第一位碳原子，形成一个含碳氢键的中间物，可进一步水解乳糖。在这些反应过程中，水解产物的构型并没有发生变化，依旧是β-构型。通常情况下，机体内由于水的浓度相对较高，则主要水作为酶的受体，发生水解反应，生成单糖以供机体吸收，很少生成低聚半乳糖[17-21]。

4 动物体内乳糖酶活性变化及其影响因素

在自然条件下，乳糖是大多数幼龄动物的能量来源，断奶以后，基本不会再摄取乳糖。但乳糖却难以被动物消化吸收，这严重影响幼龄动物的生长和发育，乳糖酶可以把乳糖分解为葡萄糖和半乳糖两种单糖供机体吸收。因此，探究动物体内乳糖酶的活性也极为重要。

4.1 日粮对乳糖酶活性的影响

刘文宗等[22]给断奶仔猪分别饲喂不含乳糖的玉米-豆粕型饲料和高乳糖含量的乳清粉日粮，发现乳糖酶主要分布于十二指肠段、空肠前段和空肠后段，且乳糖酶属于诱导酶即乳糖能诱导断奶仔猪小肠产生乳糖酶。Pieper R等[23]给新生仔猪（每组n=8）喂养基于牛奶的配方（FO）或允许其哺乳[母乳（SM）]2周，随后通过定量实时PCR分析细菌群的酶活性，细菌代谢物和16S rRNA转录物。与SM组相比，FO组的空肠和结肠中空肠乳糖酶活性较低，乳糖浓度较高（P＜0.05）；除了乳糖，矿物质浓度也可以改善FO饲养的仔猪的胃肠道中的微生物群落。牛越峰等[24]用两种不同代乳料（牛奶粉代乳和鱼粉代乳）饲喂羔羊，结果表明，在14日龄前，饲喂牛奶粉代乳羔羊的十二指肠乳糖酶活性和mRNA表达量显著高于饲喂鱼粉代乳的羔羊，但之后乳糖酶活性变化基本相同且趋于稳定，mRNA表达量增加。李凤鸣等[25]研究发现饲喂牛奶粉代乳料羔羊的乳糖酶活性最高在空肠前段，其余依次是空肠中段、十二指肠、空肠后段，最低则在回肠；饲喂鱼粉代乳料时羔羊小肠乳糖酶活性规律与饲喂牛奶粉代乳料相似，但活性显著降低，平均是饲喂牛奶粉代乳料的46.0%。刘飞飞等[26]研究发现断奶仔猪小肠黏膜二糖酶活性及其基因表达量受不同能源结构的影响，且小肠黏膜蔗糖酶/异麦芽糖复合物（SI）mRNA表达随着碳水化合物与植物油脂能值比（CEV/FEV）的降低而显著降低；小肠黏膜中乳糖酶活性随着CEV/FEV的降低呈现下降趋势。

4.2 日龄对乳糖酶活性的影响

高振华等[27]对不同日龄，不同肠段的獭兔消化酶活性进行测定。结果表明，乳糖酶活性随着日龄的增大逐渐降低，相同日龄比较时发现空肠乳糖酶活性最高，其次是十二指肠和回肠，盲肠最低。张英杰等[28]测定了小尾寒羊羔羊小肠pH值及主要消化酶的活性，结果表明羔羊十二指肠和回肠乳糖酶活性显著低于空肠，且乳糖酶活性随着羔羊日龄的增长逐渐降低。兰云贤等[29]测定了不同日龄荣昌乳仔猪小肠二糖酶的活性，发现十二指肠在15日龄，空肠前段和中段分别在15日龄和11日龄时，乳糖酶活性显著高于其余日龄。大多数哺乳动物乳糖酶活性从出生到断奶前后持续降低，之后一直稳定地保持一个较低的水平。

4.3 其他因素对乳糖酶活性的影响

乳糖酶活性在动物体内不断变化，其他因素也会影响乳糖酶活性。冯俊等[30]分别在断奶仔猪基础日粮中添加谷氨酰胺、壳聚糖及其二者复合物，研究结果表明复合组（1.00%谷氨酰胺+0.04%壳聚糖）断奶仔猪小肠乳糖酶活性得到显著提高。张晓利等[31]建立小鼠腹泻模型，探究四君子汤对腹泻小鼠肠道黏膜乳糖酶活性的影响，结果发现小肠前段乳糖酶活性最高，小鼠腹泻时小肠各段乳糖酶活性降低；给小鼠灌胃1 ml/d的四君子汤在3 d后可显著提高小肠各段乳糖酶的活性。孙哲等[32]通过体内和体外实验证明，小麦可溶性非淀粉多糖（SNSP)可显著抑制肉仔鸡小肠黏膜乳糖酶的活性。

5 小结

随着对乳糖酶不断深入的研究，乳糖酶也逐渐步入人们的视野中，乳糖酶不仅在食品、乳制品工业得到广泛应用，而且在治疗人类乳糖不耐症上也有突出表现。但是乳糖酶作为饲用酶制剂添加剂在动物生产上的应用与研究却很少。乳糖是幼龄哺乳动物主要的能量来源，如果动物体内乳糖酶缺乏，乳糖消化吸收会发生障碍，将会导致幼龄哺乳动物腹泻，胃肠道功能紊乱等，甚至导致动物死亡，这会直接影响经济效益。乳糖酶作为一种新型饲用酶制剂添加剂可改善这一现状，提高生产效益。随着技术的不断发展，乳糖酶将会在动物生产上得到广泛应用。