小麦阿拉伯木聚糖的性质及在饲料中的应用

小麦阿拉伯木聚糖的性质及在饲料中的应用

近年来，由于农业生产水平的提高，小麦产量显著增加，超过了人们食用谷物的需求。一方面,人们对小麦品质要求越来越高;另一方面,随着中国加入WTO的日益临近,小麦价格会越来越低,现在有一些地区接近或低于玉米价格,有待饲养畜禽就地转化,用作饲料从经济角度看比较合算,这也是扩大饲料资源和降低饲料成本的重要研究课题之一。但是,在包括小麦在内的谷物中,都含有多种抗营养因子(antinutritionalfactors,ANFs)。小麦中主要是木聚糖,此外还有少量β-葡聚糖。含有这些抗营养物质的饲料被动物食用后,可影响其对养分的利用率,并降低其生长率,甚至产生有害作用。虽然ANFs在其他作物中已有报道,但对小麦ANFs地报道甚少,因此,对小麦ANFs问题地研究,就成了营养学家及小麦专家所关注的重要问题。1小麦糖anfs早在1952年,PreeceI.A.和MacrenzieK.G.就证实了谷物饲料中主要含有两类ANFs-木聚糖和β-葡聚糖。在小麦中木聚糖占整粒的6.6%,β-葡聚糖仅0.6%。它们都是聚粘性的非淀粉多糖(NonstarchPolysaccharides,NSP)。所谓ANFs是指存在于小麦籽粒中,阻碍营养物质消化、吸收和利用的物质,称之为抗营养因子。ANFs的最新定义是“一些对人和动物的生长和健康有不利影响的非纤维性天然物”。1.1木聚糖戊聚糖Annison等在1992年提出了木聚糖的结构。由于它是由阿拉伯糖和木糖两种单糖组成的,故称之为阿拉伯木聚糖或戊聚糖。这种物质是一类由D-木糖单位主干(由-1,4-木吡喃糖残基组成)和L-阿拉伯糖分枝(带有1-2,1-3阿拉伯呋喃残基)所组成具分枝结构的聚合物。木聚糖在黑麦中又有两种类型。木聚糖Ⅰ中有单个阿拉伯糖单位(1-3)糖苷键连接的聚合物,木聚糖Ⅱ是由系列的木聚糖残基,在位点2,3相互连接成的许多的分枝结构。1.2理化属性小麦中的木聚糖是NSP的一种,所以它也具有NSP的粘度表面活性、持水性等理化特性。这些特性表现有溶液中,并可影响消化过程。1.2.1溶液粘度的测定具多糖性质的木聚糖在水中溶解后,都变成有粘性的溶液。随浓度的增加,溶液粘度会大增。用肉用仔鸡研究表明,采食小麦阿拉伯木聚糖,增加了消化物的粘度。1.2.2表面活动木聚糖的表面具电荷,在溶液中趋于与其它物质表面结合。饲料消化时,可与肠道中饲料颗粒、脂类、蛋白质表面相结合。1.2.3系水力,还是可溶性水无论是可溶性的还是不溶性的木聚糖,都具有持水活性。不溶性的,具有海绵一样的功能,而可溶性的则通过网状结构的形成而吸收水分子,这种能力称为系水力。浓度较高时,该种特性表现尤为显著,因为此时可以形成凝胶。这些效应能从根本上改变消化物的物理特性,并从而改变肠道的生理活性(即增强对肠蠕动的抵抗力)。1.2.4关于“外部因素”的时域组合:强调以美国为代表的“美国救济”的“数值”以上所述木聚糖的特性都可能影响动物的消化过程。对此,Annison以在最近作了综述。应注意的是,木聚糖在复杂的混合物(即消化物)中才具有活性,其它成分可能调节着它的作用方式。1.3小麦-阿拉伯糖苷的抗营养作用机制主要体现在抗剂效果上1.3.1小鼠肠道粘稠度小麦含有的木聚糖为大分子物质,它可吸收大量水分,或溶于水后产生粘性溶液,增加消化道内容物的粘稠度。小肠内容物粘稠度增加后,会显著增加食糜在肠道的停留时间。一方面,造成肠粘膜上不动水层加厚,内源氮排除增加;另一方面,引起营养物质在肠道内积累,降低单位时间内养分的同化作用,使饲料脂肪、蛋白质和碳水化合物消化作用降低,导致畜禽的生产性能下降。1.3.2清生物过程,因能量木聚糖含量的多少,直接影响到饲料中的表观代谢能(ApparentMetabolizationEnergy,AME)。小麦中的木聚糖是组成NSP的主要成分。Choct等检测了NSP含量和AME的关系,当小麦阿拉伯木聚糖添加到肉用仔鸡日粮中时,它的AME呈线性降低,这是木聚糖引起的淀粉回肠消化率(ISD)、蛋白回肠率(IPD)脂类消化率(ILD)降低而直接导致的。1.3.3木聚糖对脂肪的影响木聚糖能使脂肪消化吸收降低,特别是引起饱和长链脂肪酸吸收不良,这种影响在大麦、燕麦、黑麦日粮中均有发现。由于木聚糖能相互结成网状物,降低饲料的扩散率,阻止脂肪形成脂肪微粒,导致胆汁酸盐降低而影响脂肪消化。同时也阻止了内源酶与肠道内容物接触,并伴随产生有毒、有害物质。1.3.4降脂酶系统法小麦中的木聚糖能直接结合消化道中胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶,使其活性降低。由于代谢补偿作用,从而显著增加蛋白质、脂类和电解质等内源物质的分泌,降低了它们在体内的贮备。1.3.5有利于微生物的增殖用木聚糖含量高的小麦喂小鸡,其肠内的微生物明显增加,其中用黑麦饲喂小鸡,微生物数目更高。由于木聚糖能使食糜在消化道内的停留时间延长,Patel等在1980年的研究中发现,它将更有利于微生物的增殖,微生物的增殖是动物消化吸收养分减少。家禽饲喂小麦日粮比喂玉米日粮(可溶性NSP低),更容易感染球虫和发生坏死性肠炎。1.3.6比淀粉和蛋白质氨基酸由木聚糖所引起的消化道粘度的增加对脂肪消化的影响要比淀粉和蛋白质(氨基酸)大。此外,高粘度也影响家禽日粮中添加脂肪的消化,从而影响整个日粮的消化,对产蛋鸡而言,还会产生脏蛋。2糖苷键1-4与木聚糖相比,在小麦中β-葡聚糖含量居其次地位,而在大麦中则含量较高。1977年,Flemling等阐述了β-葡聚糖的结构中含有(1-3)和(1-4)两种糖苷键。这两种糖苷键线性连接形成β-葡聚糖聚合物。β-葡聚糖理化特性与木聚糖很相似,由于(1-3)和(1-4)混合键的存在,影响分子内的联系,使其内部结构较为松散,使β-葡聚糖部分溶于水,产生较高的粘性。而含长链(1-4)键较多的葡聚糖则不溶于水。Buliga等又指出,在同一抽提条件下,大麦β-葡聚糖产生粘性的大小与其分子量大小密切相关。β-葡聚糖抗营养作用机理和木聚糖类似,这里不再重复。3不同麦间-葡聚糖含量的比较受品种、生长环境、不同生长阶段、加工、储存条件等因素的影响,不同麦类中,β-葡聚糖和木聚糖在总含量上和在水溶性含量上差异较大,见表1。从总木聚糖含量看,黑麦最高,其次为燕麦、小黑麦、小麦和大麦。大麦和燕麦中的β-葡聚糖含量远远高于其它麦类。从总木聚糖与β-葡聚糖比较看,大麦和燕麦的NSP含量以β-葡聚糖为主,而黑麦、小黑麦和小麦以木聚糖为主。从水溶性木聚糖看,黑麦、小黑麦和小麦中的水溶性木聚糖含量高于大麦和燕麦;而大麦和燕麦中的水溶性β-葡聚糖较高。Macleod和Preece的研究也发现,黑麦的水溶性木聚糖所占比例最高;小麦的大部分β-葡聚糖溶于水,而大麦、燕麦和黑麦含有一些不溶于水的β-葡聚糖。小麦作为一种谷物饲料,其抗营养特性不仅与总木聚糖和β-葡聚糖含量相关,更与水溶性木聚糖和水溶性β-葡聚糖含量相关。因为水溶性的木聚糖和β-葡聚糖具有高度的亲水力,从而增加了动物场内食糜的粘稠度。4木聚糖和-葡聚糖不同麦类饲料胚乳中木聚糖和β-葡聚糖含量差异较大,从而其副产品的ANF