纤维素酶在畜牧生产中的应用进展

廖 奇，江书忠，曹 霞，肖淑华，燕富永

（ 湖南九鼎科技有限公司，长沙 410000）

纤维素酶在畜牧生产中的应用进展

廖 奇，江书忠，曹 霞，肖淑华，燕富永*

（ 湖南九鼎科技有限公司，长沙 410000）

日粮纤维被称为第七大营养素，具有广泛的开发价值，大量研究表明纤维原料中添加纤维素酶能够促进畜禽的生产性能。为研究饲料配方中纤维素原料的使用及优化，文章基于纤维素酶的作用机理，阐述了纤维素酶在饲料、单胃动物及反刍动物生产中的应用。

日粮纤维；纤维素酶；单胃动物；反刍动物；饲料配方

纤维素酶来源非常广泛，环境微生物以及生物工程手段都可以获得纤维素酶粗产品。大多数的纤维素酶主要来自微生物，自20世纪60年代以来，国内外共记录了约53个属的上千种产纤维素酶的菌株，分布在不同的环境中，有来自海洋、肠道、食品等[1-3]。曲均革等通过羧甲基纤维素钠功能筛选培养基从宁波海域筛选到了27珠高产纤维素酶的细菌，纤维素酶活性比大于97%[4]。臧路平从烟台近海处采集样品，筛选到一株产纤维素酶的革兰氏阴性细菌[5]。徐庆强等从青岛近海海域海水中分离出一株产碱性纤维素酶的海洋细菌[6]。王平等从牛瘤胃内容物中筛选到产纤维素酶活相对较高的菌株，所产生的羧甲基纤维素酶和滤纸糖酶活力分别为6.01和1.15 U·g-1，最适pH为5.5~6.0，最适温度为50℃[7]。研究表明，在极端环境中存在大量嗜冷、嗜热、嗜盐、嗜碱、嗜酸的纤维素降解菌，为纤维素酶的研究提供及其丰富的资源。

1 纤维素酶作用机理

纤维素酶的催化机理目前有3种观点。第一种是C1-CX假说。假说认为，在与纤维素底物发生酶催化反应时，C1酶首先与纤维素晶体相结合，破环纤维素分子之间的氢键，使纤维素变成无定型的纤维素分子，然后由CX破坏可溶性纤维素和葡萄糖分子之间的β-1，4-糖苷键，最后在β-葡萄糖苷酶的作用下将纤维二糖或者纤维三糖水解成小分子的葡萄糖。第二种观点认为，纤维素酶水解纤维素的时是有规律可循的，首先由外切葡聚糖酶（CBHⅠ和CBHⅡ）水解结晶程度高、不溶性纤维素，生成可溶性的纤维二糖或者纤维糊精，然后在内切葡聚糖酶（EGⅠ和EGⅡ）的作用下将维二糖或者纤维糊精分解成纤维二糖，最后由β-葡萄糖苷酶将纤维二糖分解成为单分子的葡萄糖。但是，顺序作用假说在后续的实验中没有得到证明[8]。目前，普遍认同的是第三种纤维素酶协同作用假说，认为在纤维素酶降解纤维素的过程中，首先由CX酶与纤维素的非结晶区域进行反应，产生还原端，然后在C1酶的作用下生成纤维二糖，最后由β-葡萄糖苷酶催化生成葡萄糖。有研究发现，在用木霉、青霉分泌的纤维素酶水解纤维素时，两种外切纤维素酶具有协同作用。研究表明，对于不同作用机理的纤维素酶在水解纤维素的时也表现出协同作用[9]。

2 纤维素酶在畜牧行业中的应用

2.1 饲料生产

在纤维饲料中添加纤维素酶，能够优化饲料的营养结构，提高畜禽对饲料营养物质的利用效率。研究表明，制作刈割鲜大黍青贮饲料的过程中，与对照组相比，添加纤维素酶的试验组中青贮料的粗蛋白质含量显著高于对照组，粗纤维含量显著低于对照组，中性洗涤纤含量维随着稻草和纤维素酶的添加而显著降低，酸性洗涤纤维含量随着纤维素酶的添加而显著降低（P<0.05）[10]。席兴军等研究表明，添加纤维素酶的玉米秸秆青贮饲料中氨态氮与总氮质量比（VBN/TN）以及丁酸与总酸的摩尔比分别下降28%和100%，酸性洗涤纤维（ADF）质量分数下降20%，pH降低13%，显著提高玉米秸秆青贮饲料的发酵品质及营养价值[11]。在小麦秸秆青贮中添加纤维素酶，饲料中水溶性碳水化合物的含量明显增加，pH、NDF和ADF明显下降，粗蛋白含量增加。赵丽媛等研究表明，添加纤维素酶具有提高玉米秸秆消化率的潜在效应，同时能够降低甲烷气体的排放[12]。而陈兴等研究表明，在玉米青贮饲料发酵过程中，添加纤维素酶不仅能够降低甲烷气体的排放量，同时增加甲烷气体排放的速率，这种变化在发酵前期尤为明显[13]。研究表明，在三叶草、紫花苜蓿和黑麦草的青贮饲料中添加纤维素酶0.4%后，可以有效提高青贮饲料的营养价值，其中禾本科牧草中纤维素降解率大于豆科植物，不同切碎程度的牧草原料影响纤维素酶与牧草接触的有效面积，从而影响纤维素降解的效率[14]。兴丽等研究表明，在玉米青贮饲料中添加纤维素酶发酵后，ADF与NDF的含量分别下降6.09%和5.28%，氨态氮与总氮比下降18.8%[15]。研究表明，在青贮牧草中添加纤维素酶除了氨态氮与总氮百分比下降外，丁酸与总酸含量也会下降，显著提高青贮饲料的营养价值[1]。研究表明，在青贮饲料中添加纤维素酶能够有效破坏植物细胞壁成分，增加青贮饲料的营养价值。

2.2 反刍动物

反刍动物日粮中添加适量的纤维素酶，可以提改善瘤胃的发酵功能，加强机体对营养物质的吸收，从而提高饲料的利用率，增加反刍动物日增重同时还可以改善产奶量和奶品质[16]。瘤胃微生物区系的变化直接影响反刍动物的生长性能，当瘤胃微生物菌落结构正常时，纤维素酶的添加可以提高粗纤维的降解率和一些营养物质的吸收效率，并且在微生物区系失去平衡的状态下，高活性纤维素酶会迅速发挥作用，通过对纤维素的降解减少抗营养因素，促进微生物的良好发育，使得微生物区系达到稳定健康的状态。呼和等研究表明，在泌乳奶牛日粮中添加纤维素酶后泌乳量显著增加，同时乳脂率与乳蛋白的含量并不会随泌乳量的增加而减少[17]。邓玉英等研究表明，在断奶羔羊的日粮中添加纤维素酶0.5%，与对照组相比，试验羔羊平均日增重升高4.22%，料重比降低5.20%，还可降低消化道疾病的发生率[18]。李晓东等研究表明，在羔羊低能日粮中添加纤维素酶，脂肪以及钙离子的吸收率显著增强，但干物质、粗纤维以及磷的吸收率没有显著变化，可能是因为反刍动物在不同生理生长阶段机体对营养物质吸收的能力不同造成的[19]。祁宏伟等研究表明，在阉牛基础日粮中添加纤维素酶0.2%，日增重效果明显[20]。王平等研究表明，在育肥绵羊基础日粮中添加纤维素酶饲喂，日增重可提高43.98%[21]。金加明等研究表明，用纤维素酶处理过的小麦秸秆饲喂小尾寒羊，与对照组相比，其日增重提高68.2%[22]。研究表明，在绵羊的日粮中添加纤维素酶3%，用青绿牧草和枯萎牧草饲喂绵羊，日增重分别提高153.41%和4.91%，同时羊毛产量提高5.04%，可能是由于青绿牧草中纤维素含量远高于枯萎牧草，木质素远低于枯萎牧草[23]。

2.3 单胃动物

与反刍动物相比，单胃动物因体内缺乏纤维素酶难以消化纤维素含量高的饲料，但合理添加日粮纤维和纤维素酶可以降低单胃动物日粮配方成本，增加饱腹感，减少便秘，改善肠道健康，提高生产性能。研究表明，在妊娠期的母猪日粮中适量添加纤维素和纤维素酶3.5%，能够提高挥发性脂肪酸（VFA）的含量，为胚胎的发育提供生酮基质，并且可以减少泌乳期间母猪体重下降，但是过多的纤维素会导致母猪的热激效应以及食欲不振、消化不良症状的发生[24]。陈晓春等研究表明，在肉鸡基础饲料中添加纤维素酶饲喂肉鸡，为达到较好的料肉比，低能组和高能组饲粮中添加纤维素酶0.3%为宜[25]。夏素银等研究表明，用添加纤维素酶的苜蓿草粉饲粮饲喂蛋鸡，与对照组相比，添加苜蓿草粉和纤维素酶对蛋鸡的产蛋率、蛋重均无显著影响，但是蛋黄中丙二醛（MDA）含量显著下降，粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、酸性洗涤纤维消化率分别增加了 14.79%（P>0.05）、8.48%（P>0.05）、15.91%（P>0.05）和4.17%（P>0.05），表明在蛋鸡饲粮中添加苜蓿草粉对生产性能、蛋品质无显著影响，但能在一定程度上改善蛋品质，使蛋黄颜色得到极显著提高，高水平的苜蓿草粉组添加纤维素酶后，对蛋鸡的粗蛋白质、钙和粗纤维消化率有所改善[26]。

3 小结

日粮纤维在肠道中可促进肠道蠕动，调节后肠道微生物平衡，减少肠道排空时间，预防营养性便秘，其在单胃动物的限饲阶段能够增强采食后的饱腹感，减少便秘，改善肠道健康。在反刍动物方面，日粮纤维原料能够被瘤胃微生物充分利用，但是在单胃动物应用上，有研究认为高纤维饲料可减少消化能，影响饲料中能量和其他养分的利用效率。高纤维日粮会抑制磷元素的吸收，增加植酸磷生成。因此，在单喂动物饲料中使用高纤维原料可适当添加植酸酶和纤维素复合酶，消除纤维的负面作用，发挥纤维的有益功效，提高饲料的性价比。

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Application Progress of Cellulase in Livestock Production

LIAO Qi,JIANG Shuzhong,Cao Xia,Xiao Shuhua,Yan Fuyong*

（Hunan Jiuding Science and Technology Co.,Ltd.,Changsha 410000,China）

Dietary fiber is known as the seventh largest nutrition,which has a wide range of development value.Many studies have shown that adding celluase in fiber materials can improve the production performance of livestock and poultry.This article based on the mechanism of the cellulase and discussed the application of celluase in production of feed,single stomach animals and ruminants,thus having provided reference of the use and optimization of fiber materials in feed formulations.

dietary fiber;celluase;single stomach animals;ruminant;feed formulations

S814；TQ925

A

1001-0084（2017）11-0017-03

2017-09-25

廖奇（1989-），男，湖北赤壁人，硕士，主要从事母猪营养研究。

*

E-mail:353597352@qq.com。