樓立峰，范京輝

（杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江杭州 310024）

飼料用葡萄糖氧化酶的功效綜述

樓立峰，范京輝

（杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江杭州 310024）

就葡萄糖氧化酶的基本屬性、作用機理、在食品工業(yè)中的成熟應(yīng)用、添加于飼料對動物生產(chǎn)性能影響等內(nèi)容進行文獻綜述。探討提高飼料用葡萄糖氧化酶功效的開發(fā)、研究方向。

葡萄糖氧化酶；基本屬性；作用機理；功效

文獻著錄格式：樓立峰，范京輝.飼料用葡萄糖氧化酶的功效綜述 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（12）：2075-2078.

1　葡萄糖氧化酶功能

1.1葡萄糖氧化酶基本屬性

葡萄糖氧化酶 （GOD），系統(tǒng)名為β-D-葡萄糖氧化還原酶 （EC1.1.3.4），具有高度專一催化β-D-葡萄糖功能。在有氧條件下，GOD能催化β-D-葡萄糖反應(yīng)，生成葡萄糖酸 （酯），過氧化氫，同時消耗氧氣。

GOD的穩(wěn)定性。GOD是一種典型的氧化還原酶，分子量約160 ku，由2條 （或4條）多肽鏈構(gòu)成。酶反應(yīng)的最適 pH值 5～7，最適溫度30～40℃。在反應(yīng)體系中，表面活性劑、高分子聚合物對GOD起激活作用，受到重金屬汞、銀、銅離子等抑制［1］。葡萄糖對酶活力起保護作用，但受其濃度的影響較小。葡萄糖濃度為5%～20%，反應(yīng)速度幾乎不變。當(dāng)pH值 ＜2或 ＞8時，酶活力明顯受到抑制。溫度超過40℃時酶活力明顯下降，60℃維持30 min活力僅存20%?？梢?，在動物腸道，尤其是后段，GOD與葡萄糖有適宜的反應(yīng)條件。當(dāng)然，除溫度、pH等因素外，體系溶解氧也是前提條件。處于高溫時，反應(yīng)變慢，另一因素是體系溶解氧的降低。

GOD來源。多數(shù)細菌均能產(chǎn)生。很早就發(fā)現(xiàn)蜂蜜中含有GOD，由蜜蜂腺體分泌。蜂蜜GOD與植物源過氧化氫酶 （CAT）組成酶系。經(jīng)稀釋的蜂蜜，GOD活性有數(shù)百、上千倍的增長。稀蜂蜜中產(chǎn)生足量的過氧化氫，是形成抑菌功能的主要物質(zhì)。

1.2GOD催化機理與反應(yīng)過程

通常GOD制品中含有CAT，二者組成一個氧化、還原酶系統(tǒng)。GOD的催化反應(yīng)，按反應(yīng)條件的不同，存在2種途徑。1）體系不含過氧化氫酶（CAT）時，1 mol.L-1的葡萄糖，生成物葡萄糖酸和過氧化氫各1 mol.L-1。2）有CAT存在，1 mol.L-1的葡萄糖生成2 mol.L-1葡萄糖酸和1 mol.L-1水。CAT活性越強，體系中過氧化氫濃度越低，葡萄糖酸濃度越高。當(dāng)體系中CAT、乙醇同時存在時，產(chǎn)物為葡萄糖酸、乙醛與水。

1.3過氧化氫抑菌機理

蜂蜜GOD產(chǎn)生的過氧化氫濃度影響其殺菌、抑菌、氧化性等功效［2］。過氧化氫極不穩(wěn)定，但抗微生物起作用的濃度極低。當(dāng)然，若過氧化氫分解產(chǎn)生過高濃度的氧自由基，會對組織細胞、蛋白質(zhì)造成損傷。大腸桿菌培養(yǎng)時給予恒定濃度的過氧化氫，在濃度為0.02～0.05 mmol.L-1時，大腸桿菌生長即受抑制。該濃度不傷害人皮膚的成纖細胞，也遠遠低于現(xiàn)行過氧化氫消毒液。在白細胞的吞噬細胞液泡中，加入過氧化氫濃度大于2.0 mmol. L-1，髓過氧化物酶失去活性。過氧化氫濃度在0.03～0.10 mmol.L-1時，能激活淋巴細胞中Nf-kB轉(zhuǎn)錄因子，使基因表達產(chǎn)生免疫反應(yīng)。低于0.1μmol.L-1過氧化氫可影響細胞生長與分化，促進機體多種細胞增殖。促進細胞生長與過氧化氫氧化有關(guān)蛋白、引起蛋白質(zhì)分子構(gòu)形的改變有關(guān)。

蜂蜜用作創(chuàng)傷和潰瘍治療時，經(jīng)體液稀釋，所含GOD產(chǎn)生過氧化氫一般只有1 mmol.L-1。該濃度相當(dāng)于3%過氧化氫殺菌劑溶液濃度的0.1%，產(chǎn)生明顯的抑殺菌效果，而對皮膚細胞不足以造成傷害。與使用過氧化氫殺菌劑溶液不同的是，蜂蜜過氧化氫具有緩慢釋放、持久低濃度特性。這得益于蜂蜜中黃酮、多酚、維生素等成分與對CAT具有激活作用的金屬離子形成絡(luò)合物，并有效淬滅過氧化氫形成的氧自由基。

濃度由低至高，過氧化氫的功效依次表現(xiàn)為刺激細胞增殖、刺激免疫反應(yīng)、抑菌與殺菌、損傷細胞或組織。

2　GOD在食品工業(yè)上的應(yīng)用

雞蛋液脫葡萄糖。蛋液在脫水之前，添加GOD，將游離葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟撬?。該工藝有效解決蛋液在脫水、成品貯存過程中因美拉德反應(yīng)而導(dǎo)致的產(chǎn)品褐變。

消除包裝食品、飲料中溶解氧。GOD與CAT協(xié)同作用，除去飲料、酒類、包裝食品中的溶解氧，保持食品原有風(fēng)味并延長保存期。最終產(chǎn)物為葡萄糖內(nèi)酯，穩(wěn)定性強、無氧化性、無異味。食品中若存在多酚氧化酶、過氧化物酶，貯存過程中會產(chǎn)生游離氧，GOD同樣可以消除。瓶裝啤酒中添加15 U.L-1，可使0.08 mmol.L-1的溶解氧去除率達80%。

牛奶保鮮。牛奶處理時加入過氧化氫殺菌后，加入GOD/CAT酶系，除去過氧化氫殘留量。此反應(yīng)過氧化氫酶的作用在先。

面粉發(fā)酵。GOD產(chǎn)生過氧化氫，發(fā)揮氧化劑功能，氧化面粉中的色素，起增白作用；其次將面筋分子中的巰基氧化生成雙硫鍵，增強面粉韌性。添加GOD處理的效果優(yōu)于添加過氧化氫。

GOD應(yīng)用于食品工業(yè)，主要功能為消除葡萄糖與氧氣，產(chǎn)生氧化劑，很少有抑菌功能的單獨應(yīng)用。同樣，近年來GOD被用于鮮肉、水果保鮮的表面涂膜，僅是其復(fù)合材料型的成分之一。

3　GOD對動物生產(chǎn)性能、理化指標(biāo)的影響

GOD能有效提高生產(chǎn)性能。1）產(chǎn)生過氧化氫，殺滅、抑制病原菌。2）產(chǎn)生葡萄糖酸、葡萄糖酸內(nèi)酯，降低腸道酸度，增殖有益菌。經(jīng)腸道菌發(fā)酵，葡萄糖酸經(jīng)腸道菌群發(fā)酵，生成短鏈脂肪酸，進一步降低腸道酸度，并為腸細胞供能。3）降解微生物毒素，如黃曲霉素等。

3.1GOD在雞飼料中的添加效果

趙國先等［3］以含0.15%～0.5%GOD的日糧飼喂肉仔雞，結(jié)果表明，GOD能不同程度降低空腸、回腸pH值，對胃、十二指腸影響不明顯；腸道大腸桿菌數(shù)量減少，而盲腸乳酸桿菌、雙歧桿菌數(shù)量增加。宋海彬等［4］試驗結(jié)果與前者相似，肉雞飼喂含0.4%～0.5%GOD日糧，血清總蛋白提高23%，血清尿素氮值降低21%，白蛋白值提高14%，說明試驗雞的蛋白質(zhì)合成代謝加速。試驗肉雞胸腺、脾臟、法氏囊指數(shù)，血清IgG、球蛋白含量增加，血清超氧化物歧化酶活力提高，血清丙二醛水平下降，體現(xiàn)出試驗肉雞免疫機能、抗氧化與抗應(yīng)激能力得到加強。飼喂GOD的試驗肉雞在21 和42日齡時，十二指腸和空腸絨毛高度增加、隱窩深度降低、絨毛高度/隱窩深度 （V/C）明顯提高，小腸淀粉酶、胰蛋白酶的活性增強，達到顯著水平［5］。說明GOD對腸道健康、飼料利用效率均有明顯改善功效。

孫春陽等［6］以 GOD和酵母硒2種成分制成0.2%復(fù)合飼料添加劑，試驗雞1～42日齡日增重、采食量均顯著高于對照組；料重比降低 3.85%，差異顯著；死淘率較對照組下降；盲腸食糜pH值顯著降低。21日齡時試驗肉雞血清超氧化物歧化酶 （SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶 （GSH-Px）活性和總抗氧化能力 （T-AOC）比對照組顯著提高。肉仔雞飼料中添加GOD、復(fù)合酶制劑及二者同時添加，日糧中添加不同劑量GOD、復(fù)合酶均能提高肉雞生長性能，在后者基礎(chǔ)上添加GOD能進一步有效改善肉雞生長性能［7］。上述文獻均證實，GOD與其他添加劑復(fù)合應(yīng)用，存在協(xié)同，或者是疊加效應(yīng)。

趙國先等［8］在26周齡海蘭蛋雞日糧中分別添加0.10%～0.40%的GOD，各試驗組產(chǎn)蛋率提高11百分點。其中0.3%組的生產(chǎn)性能改善幅度最大，產(chǎn)蛋率提高16百分點，破蛋率降低33百分點，料重比指標(biāo)明顯降低。添加0.4%組的血清總蛋白含量明顯提高，0.2%～0.4%各組白蛋白含量顯著提高。0.4%添加組顯著降低肌酸激酶活性。生化指標(biāo)結(jié)果能較好說明蛋雞生產(chǎn)性能提高的原因。

上述多個文獻飼養(yǎng)試驗，所采用的GOD材料或制品，含量為15 U.kg-1。當(dāng)材料的添加量為0.1%時，試驗日糧中GOD含量為15 U.kg-1。忽略GOD添加成本，每噸飼料添加1～2 kg的GOD制品，家禽生產(chǎn)性能得到明顯的改善。

3.2GOD在豬飼料中的添加效果

楊久仙等［9］研究結(jié)果，日糧含0.3%GOD，仔豬日增重顯著提高 8.2%，飼料轉(zhuǎn)化效率提高。0.1%試驗組、0.2%試驗組豬的增重，與對照組間無明顯差異，與0.3%試驗組亦無差異。張宏宇等［10］在斷奶仔豬21～63日齡日糧中添加 100和200 U.kg-1GOD，2個試驗組增重量與對照組相比均有提高和顯著提高；試驗組間無明顯差異，對料重比均無影響。試驗組仔豬腹瀉率降低、經(jīng)濟效益提高明顯。GOD在豬飼料中的應(yīng)用效果，沒有在雞上明顯。

3.3飼料脫毒

胡常英等［11］研究結(jié)果，在含黃曲霉毒素 B1 7.2μg.kg-1（A組）、19.5μg.kg-1（B組）的玉米飼料中添加0.5%固體葡萄糖氧化酶制劑，連續(xù)飼喂奶牛10 d。與相應(yīng)的對照組比較，A組牛奶中黃曲霉毒素未檢出，B組牛奶中減少76.47%；尿中黃曲霉毒素分別減少75%和70.5%；試驗組牛奶產(chǎn)量、牛奶中蛋白質(zhì)及脂肪含量無變化。

趙艷姣等［12］對小鼠分別飼喂添加含0，10%，20%，30%霉變玉米面的飼料，并添加0，0.1%，0.3%，0.5%GOD制劑，試驗期60 d。添加GOD后均能提高日增重，提高腸道乳酸桿菌數(shù)量、降低大腸桿菌數(shù)量，日增重以0.3%GOD添加組最為明顯。添加GOD能有效緩解霉變飼料對動物生長性能的不利影響；GOD在催化反應(yīng)過程中生成H2O2同時消耗大量的氧氣，H2O2可以抑制霉菌，降低霉菌毒素的含量，同時低氧的環(huán)境可減少飼料營養(yǎng)的損失。

4　小結(jié)與展望

4.1添加GOD的功效

在飼料中添加15 U.kg-1GOD，能明顯改善動物生長性能；GOD添加量增加，生產(chǎn)性能遞增效果并不十分突出；無結(jié)果顯示高劑量組對動物存在負(fù)面影響。說明GOD功效可能受到腸道中的葡萄糖、溶解氧濃度制約。動物腸道后段的葡萄糖濃度應(yīng)該不會很低。腸液的溶解氧濃度，無文獻資料可查。通常飲用水的溶解氧濃度僅為0.07～0.22 mmol.L-1，推測溶解氧可能是GOD活性的受制因素。當(dāng)然，參照體外試驗得到的結(jié)果，極低濃度的溶解氧也會生成足量抑菌的過氧化氫。

個別文獻中GOD的有效用量，高出15 U. kg-1的10倍。這可能是試驗酶來源、活性評定方法差異所致。部分報道GOD添加量僅標(biāo)示出重量，以致文獻之間無法進行效果比對。作為一個安全、具有前景的飼料添加劑產(chǎn)品，若統(tǒng)一規(guī)范酶活性定義，研究結(jié)果對產(chǎn)品開發(fā)與推廣具有更高的參考價值。

4.2GOD與CAT的協(xié)同作用

多篇文獻提到，試驗產(chǎn)品（添加劑）含有CAT成分，并且分析認(rèn)為對GOD的功效有益。這與體外試驗、工業(yè)應(yīng)用結(jié)果相悖。若反應(yīng)體系中CAT濃度越高，過氧化氫濃度越低，葡萄糖酸濃度則越高。較多的研究者認(rèn)為，葡萄糖酸能有效降低腸道酸度，對動物有利。而事實上，產(chǎn)物葡萄糖酸的濃度以mmol.L-1計，與腸道pH、緩沖能力相比，顯得微不足道。添加GOD，過氧化氫起主要作用，腸道降低酸度可能僅是一個間接結(jié)果。當(dāng)葡萄糖酸在日糧中添加量為1.5～2.0 g.kg-1，才會對腸道酸度產(chǎn)生影響，并提高動物的生產(chǎn)性能［13］。另外，不能忽視的是，腸道中GOD與CAT本該同時存在，由微生物產(chǎn)生或者源于日糧原料。

4.3添加GOD的非過氧化物作用

文獻證實，氧化葡萄糖生產(chǎn)的過氧化氫、游離氧，可以使黃曲霉毒素氧化失活、乙醇氧化為乙醛。由此推測，食糜中含有的低分子醇、芳香醇、酚類物質(zhì)，有GOD參與，會被氧化成揮發(fā)性醛、酮類物質(zhì)。此類產(chǎn)物可能比過氧化氫具有更強、更低濃度起作用的抑菌、殺菌性能。這種非過氧化物抑菌功效是否存在，需要進一步研究驗證。如GOD添加于不同類型日糧，對動物生產(chǎn)性能的差異評價等。這些研究，有助于我們對GOD有更深入了解，開發(fā)出更好的復(fù)合型飼料添加劑。

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（責(zé)任編輯：盧福莊）

S 816.79

A

0528-9017（2015）12-2075-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20151252

2015-08-03

樓立峰 （1961-），男，浙江義烏人，高級畜牧師，從事家禽營養(yǎng)、育種研究工作。E-mail：lflou@hz.cn。