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溶菌酶在饲料中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-08-19  浏览次数:606
核心提示:溶菌酶(Lysozyme)又称胞壁质酶或N-乙酰胞质聚糖水解酶,是动物体内一种非特异性免疫因子,具有抗菌消炎、抗病毒、增强免疫力、促进双歧杆菌等有益菌增殖的作用。本文介绍了溶菌酶的特性、分类和作用机理,重点综述了溶菌酶作为饲料添加剂在猪、鸡、鸭、反刍动物以及水产动物等饲料中的应用。
      溶菌酶(Lysozyme)又称胞壁质酶或N-乙酰胞质聚糖水解酶,是动物体内一种非特异性免疫因子,具有抗菌消炎、抗病毒、增强免疫力、促进双歧杆菌等有益菌增殖的作用。本文介绍了溶菌酶的特性、分类和作用机理,重点综述了溶菌酶作为饲料添加剂在猪、鸡、鸭、反刍动物以及水产动物等饲料中的应用。
     溶菌酶广泛存在于鸟类和家禽的蛋清中,亦存在于哺乳动物的泪液、唾液、血浆、乳汁、胎盘、体液及组织细胞内,其中以蛋清中含量最丰富。溶菌酶对革兰氏阳性菌有抗菌作用,而对没有细胞壁的动物体细胞不会产生不利影响,因而安全性很高。口服溶菌酶,可阻止流感和腺病毒繁殖 。作为抗生素的替代品,溶菌酶被WHO和许多国家认定为无毒、无害、安全的应用于食品和饲料添加剂领域,2010年被我国卫生部批准为食品添加剂。
     1 溶菌酶的特性
  溶菌酶, 又称胞壁质酶或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶,能水解肽聚糖中的N-乙酰葡萄糖和N-乙酰胞壁酸之间的β-1,4糖苷键,以此破坏细菌的细胞壁,具有较强的抑菌抗菌活性。溶菌酶是一种白色、微白色结晶型或无定型粉末,无臭、味甜且易溶于水,不溶于丙酮和乙醚等有机溶剂,在干燥室温可长期保存。化学性质非常稳定,对热也极为稳定。当pH在1.2-11.3范围内剧烈变化时,其结构几乎不变。在酸性环境中,溶菌酶对热的稳定性很强,在pH4-7范围内,100℃处理1 min仍能保持原酶活性,pH3时能耐100℃加热处理45 min,但在碱性环境中溶菌酶对热稳定性较差。最适pH为6.6,作用的最适温度为45~50℃,等电点pH10.5-11。
      2 溶菌酶的分类
      2.1 c型溶菌酶
     主要分布在脊椎动物和昆虫中, 大部分虾溶菌酶属于c型,如凡纳滨对虾、日本囊对虾、斑节对虾、罗氏沼虾、日本沼虾的溶菌酶。
      2.2 g型溶菌酶
     分布在鸟类和鱼类,鸡蛋清中溶菌酶含量为2%~4%。其他鸟类的蛋清、哺乳动物的乳汁中和鲤鱼也含有溶菌酶。
      2.3 i型溶菌酶
     主要分布在无脊椎动物中, 海洋贝类、虾、海星、海胆、海参各组织均存在溶菌酶,海参属于棘皮动物门, 如东方牡蛎和海湾扇贝,溶菌酶存在于海参的各个组织,甚至在海参无细胞腔肠液体中也发现了溶菌酶。
      2.4 植物源溶菌酶
     目前发现含溶菌酶的植物有近170种,在木瓜、无花果、胡萝卜、大麦等植物中均能分离出溶菌酶。植物源溶菌酶分子量较大,对革兰氏阳性菌的抑菌活性较强,但对胶体状甲壳质的分解活性则比鸡蛋清溶菌酶强10倍。
      2.5 微生物源溶菌酶
     微生物产生的溶菌酶主要有:蛋白酶与内肽酶、酸胺酶、N-乙酰已糖胺酶、β-1,3与β-1,6-葡聚糖酶、甘露糖酶、壳聚糖酶、磷酸甘露糖酶、脱乙酸壳多糖酶。目前商业化应用的多数溶菌酶来源于微生物。
      2.6 噬菌体产生的溶菌酶
     该酶具有特异性,由噬菌体感染、诱导宿主细胞产生,未被感染细胞中则不存在。
  通过基因工程,利用基因重组技术将人溶菌酶基因克隆到原核或者真核生物中进行表达,这也是目前商业化应用最多的一种方式。
      3 溶菌酶的作用机理
  溶菌酶具有抗菌消炎、抗病毒、增强机体免疫力和抑菌作用。细菌的细胞壁由胞壁质组成,胞壁质是由 N-乙酰氨基葡萄糖及 N-乙酰胞壁酸交替组成的多聚物,胞壁酸残基上可以连接多肽,称为肽聚糖。溶菌酶能有效地水解细菌细胞壁的肽聚糖,降低细菌细胞壁的稳定性,随后细菌因细胞内外渗透压不平衡而引起细胞破裂、细胞质外泄,最终导致菌体细胞死亡。溶菌酶能与带负电荷的病毒蛋白直接作用与DNA、RNA、脱辅基蛋白形成复合盐使侵入体内的病毒失去活性。溶菌酶能激活宿主的免疫系统增强肿瘤细胞的免疫源性,从而具有抗肿瘤作用。其作为机体非特异性免疫因子之一,参与机体多种免疫反应,在机体正常防御功能和非特异免疫中,具有保持机体生理平衡的重要作用 。溶菌酶具有溶菌活性,作为非特异性生物防御因子能对某些细菌发挥先天抵抗作用,可诱导其他免疫因子的合成和分泌。
  溶菌酶对革兰氏阳性菌的抑菌效果最为显著,已有研究证实它对溶壁微球菌、黄色八叠球菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、生孢梭菌、酪丁酸梭菌等有良好溶菌作用。溶壁微球菌是目前用来检测溶菌酶生物活性的模式试验菌株。革兰氏阴性菌因其肽聚糖外面多了一层脂蛋白,溶菌酶单独使用对革兰氏阴性菌的抑制作用并不明显。对埃希氏大肠杆菌有一定的破坏作用(Alexander J 等,1980)。如果将溶菌酶与乳酸链球菌素、卵运铁蛋白、葡聚糖、甘氨酸或 EDTA 等结合使用,则对抑制或杀灭单核细胞增生李氏菌、大肠杆菌、普通变形杆菌,副溶血孤菌等也有显著作用。
  研究还发现,溶菌酶对仔猪腹泻有防治作用,邵春容等报道,仔猪饲喂溶菌酶制剂,腹泻率显著降低,对引起仔猪腹泻的埃希氏大肠杆菌和轮状病毒有较强的抑制作用。Nyachoti等研究用Escherichiacoli K88+感染断奶仔猪后,口服溶菌酶溶液,发现使用溶菌酶的仔猪肠道生长情况良好,肠粘膜上Escherichia coli K88+和血清炎性细胞因子数量减少,表明溶菌酶能有效抑制Escherichia coli K88+的生长,有维持仔猪肠道健康的功能。同时,研究还发现,溶菌酶具有多种药理作用,它可与各种诱发炎症的酸性物质结合,使其失活,并能增强机体的免疫力,改善组织基质的粘多糖代谢,从而达到消炎,修复组织,改善胃肠道功能的目的。
      4 溶菌酶在饲料中的应用
      4.1 溶菌酶在仔猪饲料中的应用
     溶菌酶在仔猪饲料中使用,可以提供日增重和采食量,降低料肉比和腹泻率,改善仔猪健康水平。王晓可等研究表明,日粮中添加300 g/t和500 g/t溶菌酶使断奶仔猪日增重分别提高8.88%和16.68%,料肉比降低 6.00%和 12.00%,腹泻率降低 77%和 92%。卢亚萍和潘宏涛研究显示,日粮中添加溶菌酶200 g/t腹泻率比空白对照组和抗生素组分别降低81.37%和 79.73%,平均日增重提高16.9%和10.22%,料肉比降低8.33%和 4.86%,与抗生素组相比溶菌酶能有效改善淋巴细胞的转化率。沈彦萍等研究结果说明,添加溶菌酶50g/t和100g/t平均日增重比药物对照组分别提高5.41%和5.65%,仔猪腹泻率分别下降86.37%和93.06%,料肉比分别降低7.56%和6.40%。临产母猪饲料中添加20g/t、10g/t、5g/t溶菌酶,60日龄仔猪增重较空白对照组分别增加1.59kg、1.45kg和1.26kg,产仔数增加13头、14头和10头,腹泻率降低100%、94.18%和90.94%。同时试验用大肠杆菌感染仔猪,并用溶菌酶对发病仔猪进行治疗,结果发现,高、中、低剂量组治愈率分别为90%、90%、80%。李鑫等(2012)研究表明,添加溶菌酶250g/t、溶菌酶500g/t和溶菌酶+抗生素组与空白对照组相比腹泻率分别明显降低61.33%、56.75%和59.04%,且差异显著(P<0.05)。溶菌酶高剂量组(500g/t)的炎症指数明显低于溶菌酶低剂量组(250g/t)和抗生素组,且差异显著(P<0.05),说明溶菌酶在一定程度上可以提高仔猪的健康水平。
  美国农业部的农业研究服务(ARS)上报道,研究人员试验选择10日龄断奶仔猪,分为3组,分别添加颗粒溶菌酶、新霉素和土霉素。结果表明,添加溶菌酶与添加常规的抗生素相比,仔猪的增长率是相似的,且溶菌酶和抗生素同样可以减少病原体数量。奥利弗和微生物学家杰姆斯威尔斯,在分析肉类安全和质量的研究中,还研究了溶菌酶对仔猪生长发育及24日龄猪胃肠道健康的影响,与卡巴氧加硫酸铜对比,溶菌酶是有效的“抗生素”,能提高仔猪的生长性能,饲料效率,增强肠胃健康。
      4.2 溶菌酶在家禽饲料中的应用
     研究显示,溶菌酶在家禽饲料中使用,可以改善禽类生长性能,降低发病率,提高成活率,同时还能提高血清中的溶菌酶含量和免疫功能,对家禽抵御疾病有着积极的作用效果。卢亚萍等研究表明,在基础日粮中添加100 g/t溶菌酶比对照组增重提高7.79 %,饲料报酬提高3.93 %。在肉仔鸡生长前期日粮中添加溶菌酶,血清中的溶菌酶含量比对照组、益生菌组和黄芪多糖组分别提高43.16 %、34.36 %和22.84 %,血清中的总蛋白含量提高41.58 %。同时日粮中添加溶菌酶,可提高肉仔鸡血清中的溶菌酶含量33.3 %,降低血清中的胆固醇含量11.4 %。邵春荣等研究,在不用任何抗生素的情况下,添加4-10Og/t的饲用溶菌酶制剂,试验组平均日增重比对照组提高2~2.8%,饲料消耗降低2.1~5.2%,存活率提高14~17%。沈彦萍等研究结果显示,饲料中添加4000g/t、2000g/t和1000g/t溶菌酶提高肉鸡成活率分别为98.15%、97.84%、92.90%,均优于空白对照组与药物对照组,增重提高29.04%、28.24%、20.25%,料肉比降低16.23%、14.41%、13.06%,而且溶菌酶可溶性粉剂可明显降低因呼吸道、肠胃道疾病死亡数。张世卿等研究报道,饲料中添加适量溶菌酶后,肉仔鸡日增重提高了5.08%,料肉比降低了8.99%,胸腺相对重量增加16.89%,法氏囊相对重量较对照组增加16.16%,提高肉仔鸡血清抗体IgG含量7.35%。
  顾维智和张国基研究发现,日粮添加70g/t溶菌酶可提高肉鸭日增重6.0%,显著降低料肉比和饲料增重成本,有提高法氏囊指数的趋势,提高胸腺指数和脾脏指数分别达到53.8%和 29.4%。孙小青等 研究表明,添加200g/t溶菌酶在肉鸭日粮中,溶菌酶可提高樱桃谷肉鸭的日增重2.33%,耗料量降低了2.32%,料肉比降低了2.56%。同时溶菌酶能提高樱桃谷肉鸭法式囊指数14.02%,提高胸腺指数81.94%,提高脾脏指数29.42%。研究还发现,溶菌酶对大肠杆菌明显抑菌效果,溶菌酶对大肠杆菌的抑制作用比那西肽的抑制作用增加了13.44%,比吉他霉素的抑制作用增加了14.92.%,比金霉素的抑制作用增加了4.56%。
      4.3溶菌酶在反刍动物饲料中的应用
     溶菌酶在反刍动物饲料中使用,可以有效改善其奶质水平,减少药物使用量,降低奶中的药物残留,减少耐药性的形成,同时溶菌酶还作为一种药治疗奶牛的隐性乳房炎和子宫内膜炎,效果显著。卢亚萍和潘宏涛[11]研究结果表明,溶菌酶治疗奶牛隐性乳房炎效果15 d,平均治愈率为 88.89%,有效率为100%。溶菌酶治疗奶牛隐性乳房炎后,在7d和15d,乳汁中乳脂含量分别提高了 12.17%和 13.33%,蛋白含量分别提高 4.39%和 4.70%,乳糖的含量提高2.65%和4.29%,干物质含量提高21.53%和20.85%,而且治疗后,奶样中的细菌总数明显下降。可见溶菌酶可提高了奶的品质,提高奶牛饲养经济效益。刘绞芳等[研究鸡蛋清溶菌酶和中草药的复合制剂对引起乳房炎的致病菌(葡萄球菌和大肠杆菌)做抑菌试验发现,溶菌酶试验获得良好的抑菌效果。杨为荣经临床136例病例观察,溶菌酶对奶牛子宫内膜炎的总治愈率和治疗后子宫恢复程度均优于杭生素组和空白对照组。治疗子宫内膜炎的治愈率在82.35%~88.24%,明显好于金霉素组的治愈率56.25%。溶菌酶试验组平均受胎率为75.38%,明显高于抗生素对照组的56.25%,空白对照组的15.63%。
      4.4溶菌酶在其他动物饲料中的应用
  溶菌酶在其他动物上的应用相对较少,其中郭志强等研究显示,在2~3 月龄肉兔日粮中添加100g/t溶菌酶,与空白对照组相比,日增重提高8.6%,料肉比降低8.5%,胸腺指数提高11.98%脾脏指数提高4.84%,全净膛重增加4.14%,半净膛重增加6.5%。溶菌酶这类先天性免疫在水产动物抵抗病原微生物感染中具有重要作用,水产动物溶菌酶与陆生动物溶菌酶有所不同,它不但能溶解革兰氏阳性菌,还能溶解革兰氏阴性菌。因此,溶菌酶可应用于水产动物的病害防治,减少或替代水产养殖中使用化学药物。
  溶菌酶在水产动物饲料中应用目前还停留在水产动物溶菌酶的提取、分离表达以及特性研究。王秀霞等研究结果表明,将对刺参溶菌酶在大肠杆菌中进行表达,表达产物对革兰氏阳性菌和阴性菌均有抑制作用,尤其对常见的海洋致病菌副溶血弧菌和铜绿假单胞菌具有很强的抑菌活性,说明溶菌酶是一种表达谱很广的免疫效应分子。
      5 溶菌酶在饲料中的发展前景
  溶菌酶本身是一种天然蛋白质, 无毒性, 是一种安全性高的饲料添加剂。溶菌酶可促进饲料中营养物质的消化、吸收饲用,可以促进饲料中营养物质的消化、吸收, 提高饲料的转化率, 最大限度地提高饲料原料的利用率。大量研究与应用表明,在饲料中添加溶菌酶,可以有效提高动物的生长性能,预防疾病的发生,尤其是防治仔猪腹泻效果,提高机体免疫机能,提高动物健康效果显著。因此,溶菌酶作为一种安全高效的绿色添加剂,在目前食品安全越来越重视的背景下,将在畜牧生产中发挥越来越重要的作用。(来源:中国酶制剂网)
 


 
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