纤维素酶在猪生产中的应用研究进展

纤维素酶（Cellulase）是降解纤维素β -1,4- 葡萄糖苷键的一类酶的总称[1]，通常认为主要包括C1 酶、Cx 酶和β - 葡萄糖苷酶。C1 酶主要作用于天然纤维素，将其转变成水合非结晶纤维素。Cx 酶又可分为Cx1 酶和Cx2 酶，Cx1 酶是内断型纤维素酶，它从水合非结晶纤维素分子内部作用β -1,4- 糖苷键，生成纤维糊精和纤维二糖；Cx2酶为外断型纤维素酶，它从水合非结晶纤维素分子的非还原性末端作用于β -葡萄糖苷键，主要可使纤维二糖生成葡萄糖。β - 葡萄糖苷酶将纤维二糖、纤维三糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖[2]。这3 种酶协同作用可将纤维素降解为葡萄糖，破坏植物细胞壁，释放出细胞内容物，消除饲料中非淀粉多糖的抗营养作用，降低肠道内容物黏度，可提高饲料利用率和畜禽的生产性能[3]。
    1· 纤维素酶的来源和生产
    纤维素酶来源广泛，自然界分解纤维素的细菌、真菌，均能分泌纤维素酶。目前用于生产的主要是真菌源，如木霉、曲霉、青霉等。细菌分泌纤维素酶量少（低于0.1 g/L），且产生的酶属胞内酶或黏附在细胞壁上，难以进行工业化生产，所以很少用细菌作为纤维素酶的生产菌种[4]。反刍动物瘤胃内微生物也能分泌纤维素酶，可以考虑利用瘤胃液获得纤维素酶的粗酶制剂。现在已有这方面的研究，但尚未应用到规模生产上。目前所用菌种主要是绿色木霉、李氏木霉、根霉、青霉、反刍动物瘤胃细菌和真菌、嗜纤细菌、产黄单孢菌、侧孢菌等，其中绿色木霉应用最广。现在多采用液体深层发酵技术生产纤维素酶。在此基础上又出现了流加培养法、分批发酵法、连续发酵法、二次发酵法及细胞循环法等。
    2 ·纤维素酶的作用机理及应用方法
    在动物消化道内，纤维素交错、缠绕、黏附，且在半纤维素和果胶部分水解后产生黏性溶液，增加了消化道的黏度，降低动物对饲料养分的利用率，不利于有益菌群的定植，阻碍了微生物的生长繁殖。纤维素酶在半纤维素酶、果胶酶、β - 葡聚糖酶等共同作用下，可将植物性饲料中的纤维素、半纤维素、果胶等大分子物质降解为单糖和寡糖[5]，降低消化道内容物黏稠度，促进内源酶的扩散[6]，增加酶与营养物质的接触面积[7]。单胃动物猪体内由于缺乏内源性纤维素酶，不能消化纤维素[8]，在猪日粮中添加纤维素酶后，可补充内源酶的不足，将纤维素降解为葡萄糖，水解细胞壁的纤维素晶体结构，摧毁细胞壁，释放细胞内容物（蛋白质，淀粉，脂肪等养分），增加了可溶性物质的含量，为微生物生长繁殖提供了养料，且使养分和酶充分接触，提高营养物质的消化率[9]。同时可以改善消化道酶系组成、酶量及活性[10]。纤维素酶还具有维持小肠绒毛形态完整，促进小肠对营养物质吸收，可提高饲料利用率和猪的生产性能。纤维素酶产生菌所形成的其他一些物质可调整胃肠道菌群平衡生长，从而促进了有益微生物生长，改善了消化道菌群关系，同时也增加消化道内单细胞蛋白含量，提高了饲料的营养价值[11]。
    目前，纤维素酶的应用方法主要有2 种：1) 体外酶解法：把纤维素酶与秸秆或其他粗饲料拌匀后，在一定的温度、湿度和pH 值下堆积或密封发酵一定时间后，晾干或直接饲喂动物；2) 体内酶解法：把纤维素酶以添加剂的形式加入饲料中拌匀后饲喂动物，借助动物消化道的内环境而发挥作用。
    3 ·纤维素酶在猪生产中的应用
    仔猪体内的消化酶类不能充分分解果胶质、纤维素和半纤维素；给予相应的酶制剂则可改变这种情况，使纤维素、淀粉及蛋白质实现充分利用。大量试验表明，在猪日粮中添加纤维素酶可以提高日增重、日采食量，降低料重比，提高饲料报酬。
    任继平等研究表明，在含鲁梅克斯K-1 草粉 6％的日粮中添加纤维素酶 0.15%， 可提高生长猪前2 周的日增重（P <0.05）和日粮中干物质、有机物、总能和酸性洗涤纤维的消化率（P <0.05）[12]。孙守田等试验研究也表明，添加纤维酶的试验组平均日增重比对照组多0.145 5 kg， 差异极显著（P <0.01），对腹泻的断乳仔猪饲料中添加纤维素酶效果良好，起到防病治病的效果 [13]。王振来等试验表明，添加纤维素酶为主的复合酶显著地提高了仔猪对能量、干物质、粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、粗灰分的表观消化率[14]。郭小权等试验表明，在仔猪日粮中添加0.04% ～ 0.06% 的纤维素酶， 不仅提高了增重速度和饲料报酬，同时使成活率提高3.1% ；血液指标测定发现，仔猪血液中免疫球蛋白的含量得到了提高，增强了仔猪的抗病力[15]。王尧等研究表明，育肥猪试验组获得较对照组每头日增重多0.255 g，料肉比下降0.24，每头每日增加纯效益0.95 元的效果[16]。张绍君等研究表明，日粮中添加纤维素复合酶 0.1%，仔猪日增重可提高 8.68%，料肉比降低 8.24%，发病率降低12.5%，消化吸收率明显增强，减少了环境污染，从而提高了仔猪的增重率[17]。王振来等研究表明，添加纤维素酶组较对照组日增重提高15.25%（P <0.05），采食量提高5.34%（P <0.05），料重比降低8.50%（P <0.01）[18]。
    4 ·纤维素酶利用过程中的问题
    国内外有关纤维素酶的报道很多，但众说纷纭，差异较大。总的说来主要有以下几个问题。
    4.1 日粮类型对纤维素酶作用效果的影响
    Li 和Sauer(1997) 报道，添加纤维素酶制剂，除能提高大麦- 豆粕型日粮中蛋白质和能量的消化利用率外，其他日粮如典型的玉米- 豆粕日粮，对猪的生长性能没有影响[19]。同时，李宝玉等研究表明在以玉米- 豆粕为基础的日粮中，添加纤维素酶制剂对生长猪生产性能无改善作用[19]。因此，纤维素酶的效果可能与其作用的日粮类型有关。纤维素酶的选择应与日粮类型、动物种类及消化生理特点相适应。
    4.2 纤维素酶添加量没有确切规定
    虽然关于纤维素酶添加量的报道有很多，但也是众说纷纭，添加水平和结论并不一致。对于不同酶活性的产品、不同动物种类、不同生理阶段以及不同饲料品种的适宜添加量并没有明确，因此在实际应用中往往因用量不当而影响应用效果。
    4.3 纤维素酶的稳定性问题
    纤维素酶是一种微生物制剂，对温度、湿度、酸、碱等敏感，加工、贮存和运输过程中尽量避免酶失活，处理不当易失活，而对其进行稳定化处理的研究还不多，导致饲用效果不稳定。
    4.4 纤维素酶添加方式有差异
    目前在猪日粮中纤维素酶的添加方式主要有2 种：一种是将纤维素酶制剂加入日粮中，人工控制酶解所需的温度、湿度、pH 值等适宜条件，酶解达到要求的时间后直接饲喂猪，此法效果尚好，但费工、费时，不易推广应用[20]。另一种是将纤维素酶制剂添加到日粮中直接饲喂猪，在消化道内发挥酶解作用。此法操作简单，易于掌握，效果也好，具有较大的推广应用价值[20]。有时为了提供酶作用的最佳环境条件，会采用湿拌料效果比较理想。不管是哪种方法有其优点，也有其缺点，在应用过程中必须权衡利弊做到正确使用纤维素酶。
    5· 小结
    如今，猪生产行业饲料成本不断升高，市场竞争日趋激烈，纤维素酶能够提高饲料的消化率，降低饲料成本，成为了猪生产行业的重要研究目标。随着对纤维素酶作用机制、酶系组成、耐热性、作用温度、pH、添加方式等方面的深入研究，纤维素酶的添加量、作用条件、酶稳定性差等问题将得到解决，可以在畜牧业生产中广泛应用，对我国的饲料工业及养殖业具有重大的意义。