复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品非淀粉多糖各组成单糖真代谢率的影响

2017-05-22吴端钦蒋桂韬戴求仲

中国畜牧杂志 2017年5期

林谦，张旭，吴端钦，蒋桂韬，戴求仲*

（1. 中国农业科学院麻类研究所，湖南长沙 410205；2. 湖南省畜牧兽医研究所动物营养与饲养技术研究室，湖南长沙 410131；3. 湖南农业大学动物科学技术学院，湖南畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙 410128）

林谦1,2,3，张旭1,2，吴端钦1，蒋桂韬1,2，戴求仲1,2,3*

为研究非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品非淀粉多糖（NSP）各组成单糖真代谢率的影响，试验将56只平均体重（2.5±0.2）kg的健康成年黄羽肉公鸡随机分为7组，每组8个重复，每个重复1只鸡，采用绝食强饲法测定玉米及其加工副产品中添加复合非淀粉多糖酶前后的NSP各组成单糖真代谢率。结果表明：加酶后各原料黄羽肉鸡不溶性木糖、可溶性木糖、不溶性阿拉伯糖、可溶性阿拉伯糖、不溶性甘露糖、可溶性甘露糖、不溶性半乳糖、可溶性半乳糖、不溶性葡萄糖和可溶性葡萄糖真代谢率较加酶前分别提高了3.73～21.31、-1.66～12.64、3.56～27.01、-1.30～14.71、2.76～14.19、-1.91～55.29、1.22～11.38、-5.47～39.82、-2.57～23.72、2.68～16.17个百分点。综合认为，复合非淀粉多糖酶的添加能改善玉米及其加工副产品的NSP各组成单糖的真代谢率。

非淀粉多糖酶；玉米加工副产品；木糖；阿拉伯糖；甘露糖；半乳糖；葡萄糖；非淀粉多糖真代谢率；黄羽肉鸡

非淀粉多糖酶制剂作为饲料添加剂在当今畜牧业中的应用日益增加，而其提高畜禽养分利用率、改善能量利用状况、促生长等作用效果亦逐渐为大家所认可，但由于不同类型饲料原料或同类型不同产地原料间非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides，NSP）的组成、含量、结构等特性存在差异，同时，缺乏非淀粉多糖酶制剂在动物体内对不同饲料原料NSP各组成单糖具体消化代谢作用效果及机制的深入研究数据，使得该类酶制剂进一步的精准应用受到限制。另外，我国每年有数千万吨玉米用于制取淀粉和酒精，在玉米深加工过程中会产生玉米蛋白粉、玉米皮、玉米胚芽饼/粕、玉米干酒糟及其可溶物（DDGS）等副产品，均可作为饲料资源[1]，但不同类型、不同来源的玉米加工副产品原料NSP组成复杂且差异较大。而目前，需要使用何种非淀粉多糖酶或如何添加非淀粉多糖酶来改善它们的利用及具体作用效果如何均未可知。仅见Olukosi等[2]报道以罗斯308肉鸡为试验动物研究在玉米-豆粕型基础日粮中添加不同浓度的外源性复合酶制剂（含有蛋白酶、木聚糖酶和淀粉酶）对肉鸡NSP代谢率的影响，结果表明含有非淀粉多糖酶的外源性复合酶制剂显著降低了回肠水平的不溶性木糖和阿拉伯糖含量以及前肠段的不溶性和总葡萄糖及半乳糖含量，提示该试验中使用的含有非淀粉多糖酶的外源性复合酶制剂能促进阿拉伯木聚糖等NSP的酶解。为此，本试验以黄羽肉鸡作为试验动物，旨在通过代谢试验系统评价复合非淀粉多糖酶对玉米加工副产品中NSP各组成单糖真代谢率的影响，为玉米及其加工副产品乃至非淀粉多糖酶制剂在饲料工业中的精准应用提供参考和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验原料从吉林、山东、江苏等省区共采集1种玉米和14种玉米加工副产品，共15种饲料原料（表1）。样品粉碎后过40目筛，用自封袋封存。

1.1.2 酶制剂本次试验用的复合非淀粉多糖酶制剂的主要成分为纤维素酶（1 000 IU/g）和木聚糖酶（12 000 IU/g）。

1.2 试验动物与分组选择平均体重（2.5±0.2）kg、采食正常、无怪癖、健康的成年黄羽肉公鸡56只，随机分成7组，每组8个重复，每个重复1只鸡。每组强饲1种原料，同一原料进行加酶和不加酶2组试验，每批次测定3种原料及设置1个内源组，总共进行5批次代谢试验。加酶组强饲的原料系在待测原料中添加250 mg/kg酶制剂（试验添加酶制剂量是根据该复合酶体外降解评价结果及酶制剂公司建议用量而确定）混匀所得。试验用黄羽肉鸡来自湖南省畜牧兽医研究所试验鸡场，试验在湖南省畜牧兽医研究所家禽代谢试验间内进行。试验鸡采用多层单笼饲养，24 h光照，自由饮水。

1.3 测试指标与方法采用绝食强饲法，代谢试验包括预试期、禁食排空期、强饲期、尿排泄物收集期和体况恢复期5个阶段。代谢试验开始前，每个试验组先预试待测原料3 d。正试期4 d，前2天为禁食排空期，禁食期间自由饮水并通过饮水每只试验鸡每日补充葡萄糖50 g，第3天强饲，每次准确强饲40 g各组相应待测原料，内源组不强饲，每日于饮水补充葡萄糖50 g。采用全收粪法分别收集每只鸡48 h内的粪便，每12 h收集1次，每次收集后，加0.1 mol/L HCl搅拌均匀，置于-20℃冰箱保存，全部粪尿收集完毕，解冻干燥备测。60～65℃干燥至恒重，置室内回潮24 h，称重、记录，作为风干粪重，粉碎，过40目筛，混匀，装袋封存备测。试验采用糖醇乙酯衍生物制备气相色谱法（岛津 GC- 2010气相色谱仪，DB- 225毛细色谱柱：30 m×0.25 mm×0.25 μm）对上述样品NSP的单糖组成进行测定，具体测定流程及计算方法参照龚敏等[3]的研究方法进行。而原料样品中的NSP含量及单糖组成则参考本研究室获得的前期研究结果进行[4]。NSP真代谢率计算公式如下：

NSP各单糖真代谢率（%）＝100×[NSP各单糖摄入量-（NSP各单糖排泄量－内源NSP各单糖损失量）]/NSP各单糖摄入量。

1.4 统计分析采用SPSS 19.0 统计软件进行独立样本t检验比较添加酶效果的影响，显著水平为0.05。试验结果以平均值±标准差表示。

表 1 玉米加工副产品的来源及简介

2 结果

2.1 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品NSP组成木糖真代谢率的影响由表2可见，加酶后各原料黄羽肉鸡不溶性木糖真代谢率较加酶前提高了3.73～21.31个百分点，而可溶性木糖真代谢率较加酶前则提高了-1.66～12.64个百分点。复合非淀粉多糖酶制剂的添加显著提高了玉米、不喷浆玉米皮、喷浆玉米皮（山东济宁、江苏徐州）、玉米胚芽粕、玉米胚芽饼、玉米纤维饲料、玉米糖化粕、（国产）DDGS及玉米糖渣（山东沛县、江苏徐州）中不溶性木糖的真代谢率（P＜0.05或P＜0.01），而玉米、不喷浆玉米皮、玉米蛋白粉（江苏徐州、吉林松原）和玉米糖渣（山东沛县、江苏徐州）的可溶性木糖真代谢率在加酶后亦得到明显升高（P＜0.05或P＜0.01）。

表 2 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品木糖真代谢率的影响

表 3 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品阿拉伯糖真代谢率的影响

2.2 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品NSP组成阿拉伯糖真代谢率的影响由表3可见，加酶后各原料黄羽肉鸡不溶性阿拉伯糖真代谢率较加酶前提高了3.56～27.01个百分点，而可溶性阿拉伯糖真代谢率较加酶前则提高了-1.30～14.71个百分点。复合非淀粉多糖酶的添加明显提高了除喷浆玉米皮（江苏徐州）、玉米胚芽粕、玉米胚芽饼、玉米蛋白粉（江苏徐州）和玉米糖渣（江苏徐州）外的其他10种原料的不溶性阿拉伯糖真代谢率（P＜0.05或P＜0.01），而不喷浆玉米皮、玉米纤维饲料、玉米蛋白粉（江苏徐州）、玉米糖化粕、玉米蛋白饲料、DDGS（国产、进口）和玉米糖渣（山东沛县、江苏徐州）的可溶性阿拉伯糖代谢率在酶制剂添加后得到显著提高（P＜0.05或P＜0.01）。

2.3 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品NSP组成甘露糖真代谢率的影响从表4可以看出，加酶后各原料黄羽肉鸡不溶性甘露糖真代谢率较加酶前提高了2.76～14.19个百分点，而可溶性甘露糖真代谢率较加酶前则提高了-1.91～55.29个百分点。玉米、喷浆玉米皮（江苏徐州）、玉米纤维饲料、玉米糖化粕、玉米蛋白饲料和DDGS（进口）的不溶性甘露糖代谢率在酶制剂添加后得到极显著提高（P＜0.01），而不喷浆玉米皮、喷浆玉米皮（山东济宁）、玉米纤维饲料、DDGS（国产）以及玉米糖渣（山东沛县）的不溶性甘露糖代谢率在酶制剂添加后亦得到显著提高（P＜0.05）；同时各原料可溶性甘露糖代谢率加酶后亦在一定程度上得到提高，在喷浆玉米皮（江苏徐州）、玉米胚芽粕、玉米蛋白粉（江苏徐州、吉林松原）等原料中加酶后的可溶性甘露糖真代谢率更是提升显著（P＜0.05或P＜0.01）。

2.4 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品NSP组成半乳糖真代谢率的影响由表5可见，加酶后各原料黄羽肉鸡不溶性半乳糖真代谢率较加酶前提高了1.22～11.38个百分点，而可溶性半乳糖真代谢率较加酶前则提高了-5.47～39.82个百分点。加酶后，玉米、喷浆玉米皮（山东济宁）、玉米胚芽饼、玉米蛋白饲料、DDGS（国产）和玉米糖渣（山东沛县）的不溶性半乳糖较加酶前分别提高了7.13%（P＜0.05）、13.86%（P＜0.05）、19.30%（P＜0.05）、29.77%（P＜0.01）、26.99%（P＜0.01）、16.50%（P＜0.01）；另外，复合非淀粉多糖酶制剂的添加亦显著提高了玉米、喷浆玉米皮（江苏徐州）、玉米胚芽粕、玉米胚芽饼、玉米蛋白粉（江苏徐州）以及玉米蛋白饲料的可溶性半乳糖代谢率（P＜0.05或P＜0.01）。

2.5 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品NSP组成葡萄糖真代谢率的影响由表6可见，加酶后各原料黄羽肉鸡不溶性葡萄糖真代谢率较加酶前提高了-2.57～23.72个百分点，而可溶性葡萄糖真代谢率较加酶前则提高了2.68～16.17个百分点。加酶后，玉米、玉米胚芽饼、玉米纤维饲料、玉米蛋白饲料和DDGS（国产）的不溶性葡萄糖较加酶前分别提高了12.57%（P＜0.01）、13.73%（P＜0.01）、69.88%（P＜0.01）、69.24%（P＜0.01）和8.53%（P＜0.05）；另外，复合非淀粉多糖酶制剂的添加亦显著提高了玉米、喷浆玉米皮（山东济宁）、玉米胚芽粕、玉米胚芽饼、玉米纤维饲料、玉米蛋白粉（江苏徐州、吉林松原）、DDGS（国产）以及玉米糖渣（山东沛县、江苏徐州）的可溶性葡萄糖真代谢率（P＜0.05或P＜0.01）。

表 4 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品甘露糖真代谢率的影响

表 5 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品半乳糖真代谢率的影响

表 6 复合非淀粉多糖酶对玉米及其加工副产品葡萄糖真代谢率的影响

3 讨论

NSP是指原料中除淀粉以外的其他多糖成分，包括纤维素、非纤维素多糖（如阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖等）以及糖醛酸，分为可溶性非淀粉多糖（SNSP）和不溶性非淀粉多糖（INSP），而NSP的抗营养作用一般认为由SNSP造成，INSP则被认为仅具有营养稀释作用[5]。不过Choct等[6]和Steenfeldt等[7]则报道INSP的存在会明显降低家禽的养分代谢率和生产性能，说明无论是SNSP还是INSP，作为NSP成分均具有一定程度的抗营养效应。而根据本研究室前期研究结果，本试验中所测定的15种玉米及其加工副产品均含有相当数量的NSP，且主要由木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖和葡萄糖5种单糖组成，其中含量较高的单糖主要是阿拉伯糖、木糖和葡萄糖。从总体上看，多数玉米加工副产品的INSP含量高于其SNSP含量[4,8]。

许多学者研究表明，添加非淀粉多糖酶可以提高畜禽对饲粮的NSP消化代谢率，进而改善畜禽对养分的利用效率及生产性能[9-10]。Juanpere等[11]研究表明，在玉米型饲粮中添加α-半乳糖苷酶、在小麦型饲粮中添加木聚糖酶、在大麦型饲粮中添加β-葡聚糖酶均能降低相应饲粮的肠道食糜粘度，同时或多或少地相应提高饲粮的（氮校正）表观代谢能或干物质、淀粉、粗脂肪、钙等的利用率；Brenes等[12]研究表明，在羽扇豆饲粮中添加一定量的商用酶制剂显著提高了试验鸡的日增重和耗料增重比，对试验鸡的干物质、粗蛋白质和NSP代谢率以及棉子糖、水苏糖和总低聚糖的回肠消化率亦有显著提高作用。在本试验研究中，复合非淀粉多糖酶制剂的添加对15种玉米及其加工副产品的NSP组成单糖（木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖）代谢率均有一定程度的提高，多数原料的单糖真代谢率提高幅度达到显著甚至极显著水平，这与Olukosi等[2]以及施传信等[13]研究结果相似。

同时，在本研究中，酶制剂对木糖、阿拉伯糖以及葡萄糖的代谢率改善效果优于其他单糖成分，这与本研究使用的复合非淀粉多糖酶制剂的成分及各原料中NSP的结构组成类型有关。本研究使用的是主要成分为纤维素酶和木聚糖酶的复合NSP酶，而纤维素是由β-1,4-糖苷键连接而成的葡聚糖链，其单体是葡萄糖，主要存在于谷物籽实的种皮层，木聚糖则是通过β-D-1,4-木糖苷键连接起来，带有多种取代基，其中阿拉伯木聚糖可通过酯键交联固定在细胞壁中，故大多数不溶于水，但若非细胞壁成分的阿拉伯木聚糖又会形成高黏性的水溶物，（阿拉伯）木聚糖彻底降解则得到木糖、阿拉伯糖、阿魏糖等单糖[14-15]，因此本试验中酶制剂对木糖、阿拉伯糖、葡萄糖的代谢率改善效果较为突出。值得一提的是，在本试验中，某些原料的可溶性单糖代谢率低于相应的不可溶性单糖代谢率，而在加酶后多种原料的可溶性单糖代谢率低于加酶前的值，甚至为负值，这与雷丽等[16]和Pettersson等[17]的报道相似，原因可能是通常被认为的添加较高剂量的酶会使 INSP变得可溶，而这种可溶性NSP含量出现的“伪升高”等现象导致了上述情况的发生。

4 结论

在玉米及其加工副产品中添加复合非淀粉多糖酶能不同程度地提高黄羽肉鸡对其中NSP各组成单糖（木糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖）的真代谢率，有效改善玉米及其加工副产品的营养效价。

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Effects of True Complex NSP Enzymes Metabolic Rate of NSP's Monosaccharide of Corn By-products

LIN Qian1,2,3, ZHANG Xu1,2, WU Duan-qin1, JIANG Gui-tao1,2, DAI Qiu-zhong1,2,3*
(1. Institute of Bast Fiber Crops, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hunan Changsha 410205, China; 2. Department of Animal Nutrition and Feeding Technology, Hunan Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Hunan Changsha 410131, China; 3. Hunan Collaborative Innovation Center of Animal Production Safety, College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Hunan Changsha 410128, China)

In order to study the effects of complex non-starch polysaccharide (NSP) enzymes on true metabolic rate of NSP's monosaccharide of corn by-products, 56 healthy adult Chinese yellow-feather roosters with body weight (2.5±0.2) kg were randomly divided into 7 groups, 8 replicates in each group and 1 rooster in each replicate. A force feeding method was taken to investigate the true metabolic rates of monosaccharide of NSP before and after adding composite nonstarch polysaccharide enzymes. Results showed that compared with the previous enzymes addition, the true metabolic rates of insoluble xylose, soluble xylose, insoluble arabinose, soluble arabinose, insoluble mannose, soluble mannose, insoluble galactose, soluble galactose, insoluble glucose, and soluble glucose were respectively increased 3.73～21.31, -1.66～12.64, 3.56～27.01, -1.30～14.71, 2.76～14.19, -1.91～55.29, 1.22～11.38, -5.47～39.82, -2.57～23.72 and 2.68～16.17 percentage points after NSP enzymes was added. Generally speaking, complex NSP enzymes can improve the true metabolic rates of NSP's monosaccharide of corn and its by-products.

Non-starch polysaccharides enzyme; Corn by-products; Xylose; Arabinose; Mannose; Galactose; Glucose; True NSP availability; Yellow broiler

S831.5

10.19556/j.0258-7033.2017-05-078

2016-09-29；

2016-11-07

中国农业科学院科技创新工程（ASTIP-IBFC）；国家水禽产业技术体系建设专项资金（CARS-43）；湖南畜禽安全生产协同创新中心专项资金（CICAPS）

林谦（1986-），男，湖南长沙人，博士研究生，研究方向为动物营养、生理，E-mail: kingllli@sina.com；并列第一作者：张旭（1979-），女，黑龙江齐齐哈尔人，副研究员，硕士，从事饲料营养价值评定和饲料资源研究与利用工作，E-mail：zhx.f2002@163.com

* 通讯作者：戴求仲，研究员，博士生导师，E-mail:daiqiuzhong@ gmail.com