α-半乳糖苷酶在畜禽中的研究进展_朱安南.pdf

综述NO.02 2023157饲料研究 FEED RESEARCH-半乳糖苷酶在畜禽中的研究进展朱安南 刘欢 孟勇 杨滔 张扬*（绵阳禾本生物工程有限公司，四川 绵阳 621000）摘要：-半乳糖苷酶是催化水解-半乳糖苷末端半乳糖残基的酶类，能够催化棉籽糖、水苏糖水解等，在自然界中广泛存在。-半乳糖苷可以分解饲料原料中的抗营养因子，显著提高畜禽对豆粕以及豆类原料的养分利用率，改善畜禽生产性能。文章就-半乳糖苷酶的结构、酶学特性、其作用机制以及在畜牧业中的应用进行阐述，为畜禽饲料添加剂的开发提供参考。关键词：-半乳糖苷酶；畜禽业；饲料添加剂中图分类号：S 816.7 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）02-0157-04 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.02.033Research progress on-galactosidase in livestock and poultry productionZHU An-nan LIU Huan MENG Yong YANG Tao ZHANG YangAbstract:-galactosidase is an enzyme that catalyzes the hydrolysis of-galactosidase terminal galactosidase residue,and it can catalyze the hydrolysis of raffinose,stachyose,etc.,which exists widely in nature.-galactoside can decompose the anti-nutrient factors in feed materials,significantly improve the nutrient utilization rate of soybean meal and legumes,and improve the performance of livestock and poultry.The paper discusses the structure,enzymatic characteristics,mechanism of -galactosidase and its application in animal husbandry,to provide reference for the development of additives for livestock and poultry.Key words:-galactosidase;livestock and poultry industry;feed additive-半乳糖苷酶（-galactosidase）又称为蜜二糖酶，可以催化含有-1,6键末端的半乳糖苷残基（包括棉籽糖、水苏糖、蜜二糖等）1。-半乳糖苷酶在自然界中广泛存在，从细菌、真菌、酵母等微生物中均可提取-半乳糖苷酶。但直接提取的-半乳糖苷酶存在酶活性不高、耐热性差及发酵产量较低的缺点，造成-半乳糖苷酶的应用受到一定的限制2。我国畜禽业使用的豆粕、棉粕、葵花粕等原料中含有大量的-半乳糖苷，而-半乳糖苷进入畜禽胃肠道后，发酵产生的各种气体（CO2、NH3等），造成畜禽胀气、恶心、腹泻，对畜禽的健康和生产性能产生了一定的影响3。研究报道，-半乳糖苷酶可以促进-半乳糖苷进行分解，改善和消除饲料及豆制食品中的抗营养成分，改善畜禽生产性能。因此开发耐热性好、产量高、酶活高、工业化生产的-半乳糖苷酶，对饲料添加剂的开发具有重要意义。1-半乳糖苷酶的简介1.1-半乳糖苷酶的结构酶的空间结构往往决定其催化机制以及特点，-半乳糖苷酶其本质是一种糖蛋白，通过乙酰葡萄糖胺和天冬氨酸残基将糖基与蛋白质结构相连4。-半乳糖苷酶通常由3个部分组成，分别为N端结构域、C端结构域以及催化结构域，少部分的-半乳糖苷酶还存在额外的结构域（反向平行果冻卷结构域、-片层结构域等）5。由于存在不同的结构组成，-半乳糖苷酶存在不同的催化特点，如第一类-半乳糖苷酶（GH36家族）适用于水解无分支的蜜二糖和棉籽糖，第二类-半乳糖苷酶（GH27家族）适用于水解半乳糖以及甘露糖，但催化残基一般为谷氨酸或天冬氨酸残基6。1.2-半乳糖苷酶的来源-半乳糖苷酶广泛存在于植物的叶片和种子中（如葡萄、发芽的咖啡豆、椰子胚乳、甘蔗茎等），豆类植物中含量较高。豆粕中90%以上的游离糖为棉籽糖以及水苏糖。-半乳糖苷酶属于糖苷水解酶（GH）家族中的第4、第27、第36、第57和第97家族，大多数存在于第27家族（真核生物）和第36家族（原核生物）7。-半乳糖苷酶由于来源不同，存在酸碱差异。Gote等8研究发现，可以从嗜热芽孢杆菌中提取-半乳糖苷酶。Fredslund等9研究发现，可以从嗜酸乳酸杆菌提取-半乳糖苷酶。Shankar等10认为，-半乳糖苷酶可以从米曲霉中提取。Gurkok等11认为，-半乳糖苷酶可以从烟曲霉中提取。由于微生物发酵的-半乳糖苷酶，具有代谢能力强、繁殖快、易调控、成本相对较低等特点，目前实际生产中，第一作者：朱安南，硕士，研究方向为动物营养与饲料科学。通信作者：张扬，硕士，中级畜牧师。收稿日期：2022-07-22综述NO.02 2023158饲料研究 FEED RESEARCH大多数-半乳糖苷酶通过Aspergillus niger（黑曲霉）进行发酵生产12。1.3-半乳糖苷酶的酶学特性不同来源的-半乳糖苷酶其酶学特性相差较大，一般细菌来源的-半乳糖苷酶最适pH值为68，最适温度为3545；而真菌来源的-半乳糖苷酶最适温度范围在4080，最适pH值为48。各种-半乳糖苷酶对金属离子的抗性也各不相同13。刘小丹等14研究发现，一种来自短状杆菌的-半乳糖苷酶其最适pH值为6.0，最适温度为40。赵晴潇等15研究发现，从泡菜汁中筛选的-半乳糖苷酶其最适pH值为5.5，最适温度为50。周峻沛等16研究发现，从黑颈鹤粪便分离菌Arthrobacter sp.GN14的-半乳糖苷酶，其最适温度为45。最适pH值为6.5，而Ag+、Hg2+可完全或几乎完全抑制该种酶；K+、Ca2+、Mn2+、Fe3+、Ni2+、Cu2+对该种-半乳糖苷酶具一定的抑制作用。董岩岩等17研究发现，一种来源黑曲霉的-半乳糖苷酶，其最适温度为55，最适pH值为5.0，Mg2+、Na+、Pb2+、K+、Mn2+、Co2+、Al3+对该种-半乳糖苷酶均有抑制作用，Ca2+、Zn2+对该种-半乳糖苷酶有一定的促进作用。周晶辉等18研究发现，一种来源于球形细菌的-半乳糖苷酶，其最适温度为45，最适pH值为5.5。左宁柯等19研究发现，从鳞杯伞菌中提取的-半乳糖苷酶，其最适 pH 值为 3.0，最适温度为50，在pH值2.27.0和温度范围430 具有较好的稳定性；而Mn2+、Cd2+、Cu2+对该种有-半乳糖苷酶存在抑制作用。刁文涛等20发现，从链球菌中提取的一种-半乳糖苷酶，其最适温度为50，最适pH值为6.5。2-半乳糖苷酶的作用机制2.1-半乳糖苷的抗营养作用常见植物原料中-半乳糖苷含量见表121。-半乳糖苷又被称作“胀气因子”，具有抗营养作用，如-半乳糖苷可以增加畜禽肠道内容物，增强肠道蠕动，加快肠道饲料运转速度，从而降低畜禽对内容物的营养吸收；-半乳糖苷经过后肠微生物发酵，产生大量CO2和CH4，引起畜禽胀气、腹痛、腹泻、恶心等症状，降低畜禽采食量，降低生产性能22。许多学者通过转基因育种、乙醇浸泡试图消除-半乳糖苷，但普遍存在成本较高或效果不佳，导致其他营养物质消除等问题23。2.2-半乳糖苷酶的作用效果在饲粮中添加-半乳糖苷酶可以分解-半乳糖苷，从而消除-半乳糖苷的抗营养作用，降低肠道渗透压，降低食糜黏度，提高肠道水分通过率；破坏植物细胞壁，促进细胞内营养成分释放，增加畜禽养分利用率，改善生产性能24，抑制有害菌发酵，减少有害气体产生，防止病原菌累积，增加有益菌数量，维护畜禽肠道健康25。3-半乳糖苷酶在畜禽生产中的应用3.1-半乳糖苷酶在家禽生产中的应用目前，-半乳糖苷酶在家禽中研究主要集中于肉鸡。Amer等26发现，在降低120 kcal/kg的饲粮中添加-半乳糖苷酶，能够显著提高肉鸡养分的表观利用率，增加肠道杯状细胞数量，维护肠道健康。Liu 等27研究表明，-半乳糖苷酶显著增加了钙和氨基酸的表观利用率；在降低营养成分（降低2%的代谢能以及粗蛋白水平）的饲粮中添加-半乳糖苷酶，显著提高了肉鸡粗蛋白、总能的利用率，提高了棉籽糖、水苏糖的消化率，降低空肠食糜黏度。Jasek等28研究发现，-半乳糖苷酶显著增加了肉鸡回肠总氨基酸消化率，提高了粗蛋白以及能量利用率。Ghazi等29研究发现，-半乳糖苷酶显著提高了肉鸡的养分利用率。Kidd等30研究表明，-半乳糖苷酶显著提高了饲料转换效率以及屠体重，降低了腹脂率。王春林等31研究发现，-半乳糖苷酶能够提升肉鸡对干物质、有机物、钙磷的利用率，提高免疫球蛋白数量以及免疫器官重量。戴求仲等32研究发现，-半乳糖苷酶能够显著降低了肉鸡的全期料重比，提高肉鸡养分利用率，增加了血清免疫球蛋白含量以及双歧杆菌、乳酸杆菌数量。马慧慧等33研究发现，添加 0、0.05、0.10、0.15、0.2 g/kg-半乳糖苷酶能够显著增加肉鸡142日龄的平均体增重，降低了料重比；降低总胆固醇、甘油三酯含量，增加乳酸杆菌数量，降低大肠杆菌数量，与高木珍等34的研究结果类似。刘树栋等35通过比较微生物来源的-半乳糖苷酶和转基因玉米来源的-半乳糖苷酶，发现肉鸡的平均日增重、采食量等差异不显著，但转基因玉米来源的-半乳糖苷酶具有更好的饲料转化率和更低的粪便水苏糖、棉籽糖含量。王苑等36研究表明，甘露聚糖酶、-半乳糖苷酶、木聚糖酶显著增加了肉鸡的采食量及平均日增重，干物质、总能、粗蛋白消化率分别提高8.93%、5.00%、4.45%。林谦等37-38发现，在负对照（降低0.21 MJ/kg代谢能）基础上添加75、150、300、600 g/t-半乳糖苷酶（400 U/g），对肉鸡的生长性能无显著影响，且 150 g/t-半乳糖苷酶组显著提高了干物质以及粗蛋白的表观利用率以及十二指肠绒隐比。师昆景等39研究发现，在降表1常见原料中-半乳糖苷的含量 单位：%原料大豆棉籽粕小麦大麦麦麸棕榈粕菜籽粕葵花粕国产DDGS含量5.403.600.700.700.901.502.903.000.80综述NO.02 2023159饲料研究 FEED RESEARCH低50 kal/kg的负对照中添加-半乳糖苷酶，可以显著增加能量以及粗蛋白的表观利用率。Bun等40研究发现，在豆粕以及棉粕饲粮中添加-半乳糖苷酶，显著提高42日龄肉鸡体增重；豆粕饲粮中添加-半乳糖苷酶可以显著提高蛋公鸡色氨酸真消化率。Igbasan等41研究发现，在豌豆饲粮中添加-半乳糖苷酶显著增加了肉鸡的体增重，降低了料重比。缪志军等42发现，代谢能降低了209 kJ/kg但添加了-半乳糖苷酶与不降低代谢能组的番鸭具有相当的生产性能。3.2-半乳糖苷酶在猪生产中的应用Kitt等43研究表明，-半乳糖苷酶具有显著降低母猪料重比和降低轻体重仔猪比例的趋势，可以提高母猪的产仔效率，增加仔猪的平均断奶体重。Rackis等44研究发现，饲粮中添加-半乳糖苷酶可以降低猪肠道食糜黏度。Veldman等45研究发现，-半乳糖苷酶可将-半乳糖苷的消化率提升 36%，从而改善猪的营养吸收。Baucells等46研究发现，-半乳糖苷酶显著增加了育肥猪的平均日增重，显著降低了料重比，提高了干物质、粗蛋白以及中性洗涤纤维的利用率，提高了半乳糖、甘露糖、鼠李糖的回肠消化率。潘宝海等47研究发现，水苏糖会显著降低断奶仔猪的生长性能；但在水苏糖处理中加入-半乳糖苷酶，可以显著改善水苏糖造成的负面影响，显著提高水苏糖、棉籽糖、总能和粗蛋白的表观消化率。许尧兴