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新型饲料添加剂—葡萄糖氧化酶
葡萄糖氧化酶(Glucose Oxidase,简称GOD)是一种需氧脱氢酶,能专一地氧化β-D-葡萄糖成为葡萄糖酸和过氧化氢。1928年首先在黑曲霉的无细胞提取液中发现,我国自 1986 年开始研究GOD的制备提纯工艺,1998 年正式投入生产,1999 年农业部将其定为 12 种允许使用的饲料酶制剂添加剂之一 。GOD具有抑菌、促生长作用且绿色、安全、无毒、无抗药性,作为一种替代抗生素的新型添加剂,近年来在饲料工业中得到了广泛应用。
 
1 葡萄糖氧化酶的理化性质
 
高纯度葡萄糖氧化酶为淡黄色粉末,易溶于水,不溶于乙醚、氯仿、丁醇、吡啶、甘油、乙二醇等有机溶剂,50%丙酮、60%甲醇能使其沉淀。一般制品中均含有氧化氢酶,酶的最大光吸收波长为377~455 nm。在紫外光下无荧光,但在热、酸或碱处理后具有特殊的绿色。固体葡萄糖氧化酶制剂在0℃下保存至少稳定2年,在-15℃下则可稳定8年。葡萄糖氧化酶稳定的pH值范围为3~4,最适pH值为5,如果没有葡萄糖等保护剂的存在,pH值大于8或小于3葡萄糖氧化酶将迅速失活。葡萄糖氧化酶的作用温度为30~60℃ ,该酶不受乙二胺四乙酸、氰化钾及氟化钠抑制,但受氯化汞、氯化银、对氯汞苯甲酸和苯肼抑制。
 
2 葡萄糖氧化酶的催化反应机理
 
葡萄糖氧化酶是与过氧化氢酶组成一个氧化还原系统发挥作用。首先,β-D-葡萄糖在有氧环境下被GOD 氧化,生成D-葡萄糖酸-δ-内酯, 并产生过氧化氢; 然后,过氧化氢酶将过氧化氢分解生成水和氧;最后, 水与D-葡萄糖酸-δ-内酯结合产生葡萄糖酸。
 
 
葡萄糖氧化酶的催化反应,按条件不同有如下三种形式:
 
Ø  在没有过氧化氢酶存在下,每1moL葡萄糖氧化时消耗1moLO2。
 
    C6H12O6 + O2 → C6H12O7 + H2O2
 
Ø  在有过氧化氢酶存在下,每1moL葡萄糖氧化时消耗1/2 moLO2(1克原子氧)。
 
    C6H12O6 + 1/2O2 → C6H12O7
 
Ø  在有乙醇和过氧化氢酶存在下,过氧化氢同时被用于乙醇的氧化作用,此时,每1moL葡萄糖氧化时消耗1moLO2。
 
       C6H12O6 + C2H5OH + O2 → C6H12O7 + CH3CHO + H2O
 
3 葡萄糖氧化酶的作用机理
 
葡萄糖氧化酶一方面通过与饲料中葡萄糖作用而产生的葡萄糖酸来发挥作用,另一方面,葡萄糖氧化酶在与葡萄糖作用过程中消耗氧气,使消化道更易形成厌氧环境,促进厌氧有益菌的增殖。 葡萄糖氧化酶通过在肠道中的作用可能起到酸化剂和益生菌的作用。
 
 
4 葡萄糖氧化酶的生物学功能
 
4.1保持肠道菌群生态平衡
 
GOD催化反应可消耗肠道内的氧气,为厌氧有益双歧杆菌的增殖制造厌氧环境;反应产物葡萄糖酸可降低胃肠内 pH 值为乳酸菌生长制造酸性环境;有益菌大量增殖形成微生态竞争优势,抑制了大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌存活,从而控制有害菌的感染,提高机体免疫力;反应产物过氧化氢具有灭菌作用,当过氧化氢积累到一定浓度时,直接抑制大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌、弧菌的生长繁殖。
 
4.2保护肠道上皮细胞完整
 
畜禽处于应激状态时,机体会发生一系列氧化,产生大量的“自由基”,当产生的自由基超过机体自身的清除能力时,就会破坏肠道上皮细胞。GOD具有抗氧化作用,清除自由基,保护肠道上皮细胞完整,阻挡大量病原体的侵入。
 
4.3改善胃肠道酸性消化环境
 
GOD进入胃肠道后,葡萄糖酸不断产生,在胃肠道内发挥酸化剂的作用,pH值降低。偏酸的环境有利于保持各种消化酶的活性,有助于饲料的消化。此外,GOD还能改善饲料的适口性,在动物出现拒食、厌食、消化不良、腹泻时,添加可使动物迅速恢复正常采食。
 
4.4保证原料、饲料的品质
 
添加GOD的青贮饲料对育肥牛十分有利,其原因是GOD可以消耗青贮饲料的氧气,提高青贮内的缺氧程度,有利于厌氧性乳酸菌的增殖,加快了乳酸菌的发酵过程,迅速产生大量乳酸,使青贮的 pH 值很快下降,抑制了有害细菌的繁殖,避免了异常发酵,最终保证青贮质量。油脂中添加葡萄糖氧化酶,可消耗其中的氧气,抵制微生物的生长,防止油脂酸败变质。
 
4.5消除霉菌毒素中毒及其症状
 
葡萄糖氧化酶直接抑制黄曲霉、黑根霉、青霉等多种霉菌,对黄曲霉毒素B1中毒症有很好的预防效果。此外,GOD也能解除药物中毒,其作用原理是GOD进入消化道,其中一部分进入肝脏,催化肝脏内的氧化还原反应的发生,加速了毒性成分的分解代谢,使畜禽药物中毒症状得以解除,更好地保护肝脏的健康。
 
5葡萄糖氧化酶在畜牧生产中的应用
 
5.1 葡萄糖氧化酶在养猪业上的应用
 
葡萄糖氧化酶能降低猪胃肠道内大肠杆菌数量,提高乳酸杆菌数量,提高胰岛素水平,促进机体营养物质合成。同时,偏酸环境有利于保持消化酶活性,激活胃蛋白酶,促进矿物质和维生素A、D吸收,从而提高日增重和饲料转化效率。
 
殷骥等(2012)试验了日粮中添加饲用葡萄糖氧化酶对生长猪生产性能的影响。试验组在基础日粮中添加0.05%饲用葡萄糖氧化酶(45 U/g)。结果表明,与对照组相比,日粮中添加葡萄糖氧化酶,日增重提高7.03%(P<0.05),料重比降低2.75(P<0.05),头均毛利润增加16.35元,增幅10.08%。说明日粮中添加饲用葡萄糖氧化酶可显著提高猪生产性能。
 
5.2 葡萄糖氧化酶在养鸡业上的应用
 
在肉鸡生产中应用葡萄糖氧化酶,可以改善其肠道形态,显著提高肉鸡生产性能、饲料转化率、抗病能力和成活率。庞家满等(2013)研究葡糖糖氧化酶对快大黄羽肉鸡生产性能和养分代谢的影响,结果表明,葡萄糖氧化酶制剂对36~70日龄肉鸡日增重和料重比有显著影响(P<0.05);对45日龄肉鸡干物质、有机物质、粗蛋白质、粗脂肪消化代谢有显著影响(P<0.05)。宋海彬等(2010)选用300只1日龄罗斯308肉鸡为研究对象,分别在玉米-豆粕型日粮基础上添加0、0.15%、0.3%、0.4%、0.5%葡萄糖氧化酶。结果表明:日粮中添加葡萄糖氧化酶,可提高肉鸡十二指肠和空肠绒毛高度、降低隐窝深度、增加绒毛高度/隐窝深度(V/C),显著提高肉鸡小肠淀粉酶、胰蛋白酶活性(P<0.05)。
 
在蛋鸡生产中应用葡萄糖氧化酶,可以提高产蛋率,降低鸡蛋软、破损率,提高鸡蛋品质。赵国先等(2007)分别在基础日粮中添加0(对照组)、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%葡萄糖氧化酶研究其对产蛋鸡生产性能的影响。结果表明:与对照组相比,试验组产蛋率分别提高11.01%(P>0.05)、12.34%(P>0.05)、16.06%(P<0.01)和13.79%(P<0.05);破(软)蛋率分别降低32.77%(P>0.05)、33.45%(P>0.05)、49.66%(P<0.05)和33.11%(P>0.05)。0.3%和0.4%葡萄糖氧化酶添加组显著提高了饲料转化率(P<0.05),降低了死淘率(P<0.01)。0.2%葡萄糖氧化酶添加组获得最高经济效益(P<0.05)。
 
5.3 葡萄糖氧化酶在养牛业上的应用
 
葡萄糖氧化酶能有效解除奶牛围产期、犊牛换草和疾病所引起的常见食欲不振现象,还具有预防胎衣不下、减少代谢性疾病发生和改善奶牛长期消化不良等作用。葡萄糖氧化酶进入瘤胃后,迅速恢复瘤胃内正常厌氧环境,增殖有益微生物,恢复菌群平衡,促进粗饲料发酵分解,减少了有毒物质产生。同时,作为氧化还原酶协助肝脏代谢毒素,解除有毒物质对消化道反射性活动的抑制,促使前胃恢复正常蠕动。
 
6 结语
 
葡萄糖氧化酶是一种绿色、安全的酶制剂,具有消除肠道病原菌生存环境,保持肠道菌群生态平衡、保护肠道上皮细胞完整、改善胃肠道酸性消化环境、解除霉菌毒素及药物中毒、保证饲料品质等功能。随着人们对其作用效果和机理研究的不断深入,葡萄糖氧化酶将在畜牧业中发挥越来越重要的作用。
 
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