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1、费淀粉多糖的抗营养作用乔炯2009061034 - 1 - 抗营养作用摘要：非淀粉多糖 (NSP)是饲料纤维的主要成分，这些纤维将饲料营养物质包围在细胞壁里面， 部分纤维可溶解于水并产生粘性物质。这些粘性物质抑制动物的正常消化功能，妨碍动物吸收营养。如将这些 NSP去除，营养物质就能从细胞壁里释放出来，从而提高代谢能和蛋白质的利用率。玉米、小麦中均含有大量的NSP ，许多植物蛋白源，如大豆粕，同样含有 NSP 。在饲料中添加酶制剂， 可将这些 NSP去除，如大豆粕中被细胞结构包围的淀粉和蛋白就可释放，从而提高了大豆粕的代谢能和蛋白质的利用率。关键字：非淀粉多糖抗营养作用饲料 消化 营养1. 非
2、淀粉多糖 (NSP)的概念和分类非淀粉多糖 (non- starch polysaccarides, NSP)是由若干单糖通过糖苷键连接成的多聚体，包括除- 葡聚糖以外的大部分多糖分子。NSP 最初是根据提取和分离多糖所采用的方法进行分类的。细胞壁经一系列碱提取后剩余的不溶物叫纤维素，溶在碱液中的物质称为半纤维素。考虑到非淀粉多糖的化学结构及生物功能， 人们发现依据其溶解度分类有失精准。 通常非淀粉多糖一般分为3 大类，即纤维素、非纤维多糖 ( 半纤维素性聚合体 ) 和果胶聚糖。 其中非纤维多糖又包括木聚糖、 - 葡聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等。按照水溶性的不同，非淀粉多糖又可分为可溶性非淀粉多
3、糖(SNSP)和不可溶性非淀粉多糖 (INSP) ， 这是因为在谷物细胞壁中，一些非淀粉多糖以氢键松散地与纤维素、木质素、蛋白质结合，故溶于水，称为可溶性非淀粉多糖。2. NSP 的物理特性NSP 对畜禽生产性能的影响大多是由可溶性多糖引起的。多糖在溶液中将会呈现许多特性 , 而这些特性可能会影响消化过程。2.1 粘度1 费淀粉多糖的抗营养作用乔炯2009061034 - 2 - , 其粘度依赖于许多因素 , 包括多糖分子的大小、是分枝结构还是直链结构、 荷电基团的存在以及多糖的浓度。一般来说 ,NSP 的分子量愈大、分子愈复杂 , 对消化道中液体的粘稠度的增加愈明显, 对畜禽的抗营养作用也更
4、加突出。 多糖在低浓度时 , 因与水分子直接互作而增加了溶液的粘度 2 。 随着多糖浓度的增加 , 多糖分子本身相互作用 , 从而缠绕成网状结构 , 这种作用过程的相互作用极大时, 可能会形成凝胶。研究表明, 肉用仔鸡采食阿拉伯木聚糖 , 增加了消化物的粘度。 Choct 等(1992) 3 对大麦 - 葡聚糖的研究 , 亦得出了相似的结果。2.2 表面活性多糖的表面具有电荷 (一般是负电荷 ) , 并有弱的亲水性与疏水性, 因此多糖在溶液中趋于与其他物质表面相结合。在饲料消化时, 多糖可以与肠道中的饲料颗粒表面 , 脂类微团表面及多糖 - 蛋白质复合物表面相结合。2.3 持水性无论是 SNS
5、P 还是INSP 都具有持水性。 INSP如纤维素 , 具有海绵样的功能 ,而SNSP 则通过网状结构的形成而吸收水分子。这在多糖浓度较高时变得尤其显著, 因为此时可以形成凝胶。 这些效应能根本上改变消化物的物理特性, 并从而改变肠道的生理机能 , 即增强对肠蠕动的抵抗力。2.4 离子和小分子与 NSP 的结合除了阳离子与一些 NSP 中带负电基团结合外 , 多糖的立体结构也使多糖与离子发生螯合作用。事实上 , 阳离子能在 NSP 分子间形成离子桥 , 这将大大影响其粘度和凝胶的形成特性。小分子通过疏水键与亲水键的相互作用, 也可能与多糖发生微弱的结合。2.5 溶解度大小的影响因素NSP 溶解
6、度大小除与 NSP 和细胞壁其他成分结合的化学键类型有关外, 还取决于下列各种因素 : (1)分子中侧链的多少 , 侧链越多 , 越易溶解 ; (2) 溶液中是否有某种离子螯合 NSP , 而使之不溶 ; (3) 溶液温度愈高 , 愈易溶解 ; (4) 溶解极性的大小 , 如水溶液中加入 80 %乙醇使极性降低 ,SNSP 则变为沉淀而不溶 ; (5)NSP 分子量大小 , 分子量愈小 , 愈易溶解。3. 非淀粉多糖的抗营养作用麦类饲料中一般含有较多的可溶性非淀粉多糖，主要包括阿拉伯木聚糖、 费淀粉多糖的抗营养作用乔炯2009061034 - 3 - 葡聚糖、 -半乳糖苷、果胶聚糖等，其中前两
7、者占SNSP 的 30% 。单胃动物不能分解 SNSP ，所以它不具备营养作用。而且因为SNSP 本身能结合大量的水，使采食动物消化道的食糜体积增大，黏度增加， 并形成凝胶， 这会干扰消化酶的功能和吸收作用， 影响食糜在小肠中的滞留时间，引起微生物异常繁殖， 造成动物生长受阻， 降低饲料消化率和代谢能， 所以它不仅是一种非营养因子，还是一种抗营养因子。3.1 使食糜黏稠度升高麦类饲粮中所含有的可溶性非淀粉多糖( 小麦、黑麦、麦麸中主要是木聚糖；大麦、燕麦中主要是 - 葡聚糖 )进入畜禽消化道后会部分溶解，吸水膨胀， 极大地增加了消化道内容物的黏稠度，从而导致一系列负面效应： 肠内容物黏稠度升高
8、，导致养分溶出速度减缓， 养分和内源消化酶的扩散速度减慢，肠道机械混合食糜的能力减弱，因而内源消化酶对养分的消化作用减弱，养分消化率降低；黏稠度升高使已消化的养分向肠黏膜扩散的速度减缓，加之黏性的SNSP 使肠黏膜上不动水层加厚， 这样使已消化的养分通过肠黏膜时受阻，降低了养分的吸收率和利用率； 黏稠度升高显著增加食糜在肠道中停留的时间，降低了单位时间内养分的同化作用。3.2 使内源酶活性降低非淀粉多糖与消化酶或消化酶必需的其他成分( 如胆汁酸、无机离子 ) 结合会影响内源酶活性。大量试验证明，SNSP 在体外和体内均可降低脂肪酶、淀粉酶和胰蛋白酶的活性。3.3 改变肠道微生物菌群非淀粉多糖在
9、上部肠道不被消化， 进入下部肠道成为厌氧微生物发酵繁殖的碳源，故在后肠道产生大量生孢梭菌等厌氧微生物。其中某些生孢梭菌会产生毒素，从而影响动物的健康，抑制动物生长。另外，非淀粉多糖能使食糜在消化道内停留的时间延长， 减缓食糜在消化道中的排空速度，这也直接导致了有害微生物的大量繁殖。3.4 形成物理屏障植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素构成。SNSP 就是半纤维素的重要组分，含有阿拉伯木聚糖和- 葡聚糖的细胞壁会对动物内源消化酶产生屏蔽作用，包裹着蛋白质、淀粉等内容物，阻止其与消化酶相互作用，从而形成坚固的物理屏障，降低饲料消化率及利用率。费淀粉多糖的抗营养作用乔炯2009061034 -
10、 4 - 对脂肪消化吸收的不良影响养分的分子量越大， 黏稠度效应对其影响也越大， 尤其是脂肪。 黏稠度增加阻碍了肠道内容物的机械混合，减缓了乳化作用， 阻止了脂肪形成脂肪微粒。 另外，SNSP 表面带有的负电荷能与脂类、胆固醇和胆盐结合，使胆酸的粪便损失率增加，同时也增加了来自胆固醇的胆酸肝脏合成物。胆酸和脂类的持续排泄和粪酸及中性固醇的快速消除最终可能影响到脂类和胆固醇在小肠的消化吸收。4. 降低饲料中非淀粉多糖含量的方法4.1 添加酶制剂降低饲料 NSP 含量目前最行之有效的方法是在饲料中添加酶制剂如木聚糖内切酶或 - 葡聚糖内切酶 , 以破坏 NSP 的大分子结构降低其粘度4 。许多实验
11、证明 , 日粮中添加这类酶制剂可明显改善大麦、小麦等饲料对畜禽生长的不利影响。 大麦日粮中添加酶制剂饲喂肉鸡, 其生产性能可同玉米日粮相比5 。 Juin 等(1995) 研究显示 , 小麦加酶日粮的肉鸡生长或饲料转化率与玉米相同, 甚至超过玉米日粮 6 。在肉鸡和蛋鸡上的实验也证实, 日粮添加酶制剂可改善饲料转化率7 。4.2 水处理Fermandez 等(1973b) 报道饲喂水处理的黑麦比未经处理的黑麦显著提高鸡的生长速度和饲料转化率8 。Ward 和Marquarkt (1988) 9报道饲喂水处理的黑麦提高鸡的增重4.3 添加抗生素MacAuliffe 等(1971) 10 、Mis
12、ir 等(1978a ,b) 11 12 在黑麦基础日粮中添加抗生素显著提高鸡的生长速度、 饲料转化率、采食量和所有养分存留率。添加抗生素的效果和日粮的组成, 特别是和日粮蛋白质的质量有关, 对黑麦日粮的效果往往比对小麦日粮的效果大4.4 磨碎、碾压、冷制粒和辐射Lawrenence 等(1970) 报道, 磨碎大麦喂猪的饲养效果超过整粒大麦18 %。碾压与冷制粒可改善猪对大麦蛋白质和能量的消化率。辐射可部分降解大麦中的NSP , 提高大麦的营养价值 ( Tomas 等,13 。由于 NSP 的抗营养作用主要来自可溶性 NSP 即非淀粉多糖 ( 如阿拉伯木聚糖、 - 葡聚糖、甘露聚糖等 ) 和
13、果胶多糖(半乳糖醛酸聚合物 ) 。从现有情况来看 , 我国大约每年有 100 万麸皮和次粉 ,费淀粉多糖的抗营养作用乔炯2009061034 - 5 - , 其中均含有不同含量的可溶性NSP , 消除其抗营养作用意义重大。因此, 开展对不同饲料中 NSP 定量定性研究以及 NSP 的抗营养机制的深入研究 , 进而找到一些消除 NSP 抗营养作用的有效途径 , 是营养学家们今后要努力的方向。5. NSP 酶制剂的作用5.1 分解抗营养因子，降低肠道食糜黏度NSP 的黏度与其分子量有很大的关系，分子量越大其黏性就越高。日粮中添加酶制剂后，分子量大于5 万 Da的葡聚糖组分明显减少，而小分子量的阿拉
14、伯木聚糖和 - 葡聚糖的黏性和水溶性大大降低，降低了对肠道的副作用，使食糜在消化道内更易于转运和消化吸收。5.2 激活内源酶的分泌，提高饲料利用率在富含 NSP的饲粮中添加一定量的NSP酶制剂，能激活内源酶的分泌， 提高内源消化酶的活性， 从而促进了养分的消化吸收。研究表明， 高麦麸日粮中添加NSP酶制剂，十二指肠内容物中总蛋白水解酶和-淀粉酶活性分别提高了20.96%和 5.66%，饲料粗蛋白质、粗脂肪和粗纤维的表观消化率分别提高了10.49%、30.83%和 66.13%。5.3 减少有害菌的繁殖，改善肠道结构NSP 酶制剂的添加，降低了肠道内容物的黏性，促进养分的消化吸收，从而改变了肠道
15、微生物生长繁殖的环境，减少了病原微生物的数量， 降低了对养分的竞争性吸收。另外， NSP 酶制剂的添加减少了NSP对肠道的副作用，改善肠道结构，促进肠绒毛的生长。参考文献： 1 雷丽. 木聚糖酶对小麦日粮非淀粉多糖降解规律及其对肉仔鸡肠道组织形态的影响研究 D . 南京: 南京农业大学 , 2007 2 TheanderO, Aman P, Westerlund E, et al. Total dietary fiber determined as neutral sugar residues, uric acid residues, and Klason lignin( the Upp sa
16、la method) : collaborative study J . The Journal of AOAC International, 1995, 78 (4) : 103021044 3 Meng X, Slominski B A, Nyachoti CM, et al. Degradation of cellwall 费淀粉多糖的抗营养作用乔炯2009061034 - 6 - on nutrient utilization and broiler chicken performance J . Poultry Science, 2005, 84 (1) : 37247 4 姜锡瑞 . 酶制剂应用手册 M . 北京: 中国轻工业出版社 , 1999 5 许梓荣 , 钱利纯 , 孙建义 , 等. 高麸饲粮中添加 2葡聚糖酶、木聚糖酶和纤维素酶对肉鸡生长和消化的影响 J . 浙江农业学报 , 1999,
