葡萄糖氧化酶（糖酶宝）产品在饲料中的应用研究进展

葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，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。葡萄糖氧化酶广泛分布于动植物和微生物体内，微生物是其主要来源，主要生产菌株为黑曲霉和青霉[1]。产自特异青霉和黑曲霉的葡萄糖氧化酶已被列入农业部《饲料添加剂品种目录(2013)》第4大类酶制剂。葡萄糖氧化酶作为替代抗生素的新型饲料酶制剂，具有保护动物肠道，促进消化吸收，提高机体免疫力等多种功能。随着葡萄糖氧化酶与抗生素饲养动物对比试验的不断开展，葡萄糖氧化酶的应用研究也从单一酶制剂向复合添加剂发展，由鸡用配合饲料、猪用配合饲料向其它动物配合饲料发展。本文对葡萄糖氧化酶的催化反应机理、生理功能以及在饲料工业中的应用研究进展，特别是近年来在鸡用配合饲料、猪用配合饲料、牛羊配合饲料以及其他合饲料中的应用做了全面阐述。 

1 葡萄糖氧化酶的催化反应机理

1.1 葡萄糖氧化酶单一催化反应机理

葡萄糖氧化酶是同型二聚体结构，每个亚基分为两个不同的结构区域：一个区域主要由β-折叠组成，以非共价键与黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide，FAD)辅酶分子紧密结合;另一个区域则由4个α-螺旋支撑1个反平行的β-折叠组成，可与底物β-D-葡萄糖结合[2]。葡萄糖氧化酶对β-D-葡萄糖表现出强烈的特异性，比催化α-D-葡萄糖高约160倍，且对L-葡萄糖和2-O-甲基-D-葡萄糖完全没有催化活性[3]。

1.2 葡萄糖氧化酶的酶-过氧化氢酶联合催化反应机理

葡萄糖氧化酶通常与过氧化氢酶(hydrogenperoxidase，HPD)组成一个氧化还原酶系统。当反应体系中只有葡萄糖氧化酶时，葡萄糖氧化酶能够催化β-D-葡萄糖氧化生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢。当反应体系中葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶同时存在时，首先葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢，然后过氧化氢酶催化过氧化氢生成水和氧气，最后水与D-葡萄糖酸内酯结合生成葡萄糖酸。当反应体系中葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和乙醇同时存在时，首先葡萄糖氧化酶催化β-D-葡萄糖生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢，然后过氧化氢酶催化过氧化氢和乙醇生成水和乙醛，最后水与D-葡萄糖酸内酯结合生成葡萄糖酸[4]。

2 葡萄糖氧化酶的生理功能

目前，针对动物肠道疾病的主要治疗方法是在饲料中添加青霉素、土霉素、黄霉素等抗生素。抗生素的合理使用可以提高动物生产性能，改善饲料转化效率，预防动物疾病等。但长期或过量使用抗生素则会带来负面影响：一是促使致病菌产生耐药性;二是杀死肠道内有益菌，引起动物免疫机能下降;三是导致畜禽产品药物残留，危害人体健康。自1999年农业部批准使用以来，葡萄糖氧化酶作为替代抗生素的新型饲料酶制，其生理功能主要表现在以下几个方面。

2.1 消除肠道病菌生存环境，减少致病菌感染

葡萄糖氧化酶催化动物肠道内的葡萄糖产生葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢具有灭菌作用。当过氧化氢积累到一定浓度时，可以直接抑制大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌、弧菌等致病菌的生长繁殖[5]。李焰选用健康AA 出壳鸡为受试动物，试验组和对照组均从第7日龄开始发生大肠杆菌感染，对照组用氨苄青霉素饮水治疗，试验组不添加任何药物，而在基础日粮中添加0.15%萄萄糖氧化酶，最终试验组存活率为95%，比对照组高出5%[6]。袁松龄等选用雏鸡作为受试动物，进行葡萄糖氧化酶和常规抗菌素(氟哌酸)攻毒保护对比试验，结果表明，添加0.3%的葡萄糖氧化酶对沙门氏菌引起的鸡白痢病有明显的防治效果，与氟哌酸常规剂量的保护率67.86%基本相当[7]。

2.2 保持肠道菌群生态平衡，提高机体免疫力

葡萄糖氧化酶催化动物肠道内的葡萄糖产生葡萄糖酸过程中，可消耗大量氧气，为厌氧有益菌的增殖制造厌氧环境。同时，厌氧有益菌的大量增殖可形成微生态竞争优势，抑制有害菌存活，控制有害菌感染，从而提高机体免疫力。我公司的葡萄糖氧化酶含量为10000～60000U/g，将该保护剂添加到动物饲料中，添加量0.15%，可使断奶仔猪的腹泻率由25.6%下降到10.3%，肉鸡的腹泻率由13.2%下降到4.4%[8]。

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2.3 解除肠道霉菌毒素中毒，减少饲料霉菌超标危害

常用的饲料防霉剂只能抑制霉菌毒素生长，减少饲料霉变程度，不能消除已发生轻微霉变的饲料所产生的霉菌毒素危害;霉菌毒素吸附剂能吸附黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮等对种畜禽繁殖性能危害严重的霉菌毒素，但不能增强动物机体的抵抗力，对已受霉菌毒素毒害的动物机体无辅助性的治疗作用;而加入我公司的霉菌毒素分解酶（霉菌毒素生物降解产品，不但可以吸附饲料表面毒素，还可以降解动物体内外毒素、内毒素对动物肝脏、肾脏的侵害，产品详情可点击：霉菌毒素分解酶）和葡萄糖氧化酶的饲料添加剂配合则具有解除肠道霉菌毒素中毒，减少饲料霉菌超标危害的作用。葡萄糖氧化酶可直接抑制黄曲霉、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。高温季节，饲料发霉产生的毒素会使动物肝肿大、胸腺萎缩、巨噬细胞受到毒害，进而导致免疫抑制，添加葡萄糖氧化酶可防治这些症状[9]。以霉菌毒素分解酶、中药提取物和葡萄糖氧化酶为原料生产畜用饲料添加剂，在常规饲料中添加0.05%～0.30%，不仅可以吸附黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素、T-2毒素等多种危害畜禽健康的霉菌毒素，抑制饲料中霉菌、细菌的生长，使霉菌毒素无法在饲料中增殖，还能增强动物机体的抵抗力，清热解毒、保肝强肾，提高疫苗注射的免疫效果，对于繁殖的种畜能提高配种受胎率，提高产仔数和仔畜初生重，降低幼畜死亡率[10]。

2.4 改善肠道酸性消化环境，促进动物消化吸收

葡萄糖氧化酶催化动物肠道内的葡萄糖产生葡萄糖酸，葡萄糖酸可降低胃内食糜pH 值，有效抑制有害菌繁殖，促进有益菌生长，还能激活胃蛋白酶活性，有利于蛋白质、维生素、矿物质等营养成分的消化吸收，从而提高饲料转化效率。葡萄糖氧化酶还可改善饲料适口性，在动物出现拒食、厌食、消化不良、腹泻时添加，可以使动物迅速恢复正常采食。Biagi等开展的葡萄糖酸离体培养试验表明，葡萄糖酸能促进胃肠道食糜产生更多的短链脂肪酸，短链脂肪酸是肠道微生物的主要能量来源，从而显著提高断奶仔猪的日增重[11]。

2.5 保护肠道上皮细胞完整，控制球虫病爆发

畜禽处于应激状态时，机体会发生一系列氧化，产生大量自由基，当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。添加了葡萄糖氧化酶的畜禽饲料可以通过清除自由基，保护肠道上皮细胞完整，阻挡病原体入侵。梁振华选用金水乌鸡作为受试动物进行抗球虫育雏试验，对照组从15日龄起饮水添加球病灵至60日龄出舍，发生球虫病则饮水添加三维治球粉3天，试验组0～15日龄添加0.2%葡萄糖氧化酶，15～60日龄添加0.12%～0.16%葡萄糖氧化酶，发生球虫病则饮水添加球病灵1～3d，最终试验组的球虫病死亡率为0.12%，显著低于对照组的球虫病死亡率4.2%[12]。根据葡萄糖氧化酶的催化反应机理推断，这一作用可能是通过葡萄糖氧化酶的辅酶FAD清除自由基，也可能是在葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶组成的氧化还原酶系统中实现，通过过氧化氢酶清除了大量过氧化氢自由基，保持了肠道上皮细胞的高度物理完整性，降低了球虫侵入寄生部位的机会，从而达到控制球虫病爆发的目的。

3 葡萄糖氧化酶在饲料工业中的应用

葡萄糖氧化酶可以作为单一酶制剂添加到动物的基础日粮中，也可与其它功能成分组成复合添加剂，如饲用动物肠道益生菌产品－畜禽肠道用复合益生菌（合生元）、牛羊反刍瘤胃用复合益生菌（反刍合生元）、饲用动物营养补充剂、饲料霉菌毒素分解酶等。目前，葡萄糖氧化酶已被广泛应用于鸡用配合饲料、猪用配合饲料、牛羊配合饲料以及其他配合饲料。

3.1 葡萄糖氧化酶在鸡用配合饲料中的应用

目前已有葡萄糖氧化酶饲养肉鸡、蛋鸡及种鸡等方面的研究报道。葡萄糖氧化酶可以提高肉鸡的存活率和采食量，调控蛋鸡的产蛋性能和血液生化指标，还可使公鸡的羽毛格外有光泽。李靖等进行的肉鸡养殖试验结果显示，添加了0.2%葡萄糖氧化酶的试验组比不添加葡萄糖氧化酶的对照组肉鸡成活率提高了3.5%[13]。赵国先等选择26周龄海兰褐蛋鸡为受试动物，在基础日粮中添加不同浓度葡萄糖氧化酶进行饲养，结果发现葡萄糖氧化酶对蛋鸡的血液生化指标有调控作用，添加0.4%葡萄糖氧化酶可显著提高血清总蛋白含量和降低肌酸激酶活性，添加0.2%～0.4%葡萄糖氧化酶可显著或极显著提高白蛋白含量，添加0.1%～0.4% 葡萄糖氧化酶可提高球蛋白、钙、磷、碱性磷酸酶含量，降低总胆固醇和甘油三酯水平，提高谷丙转氨酶和谷草转氨酶活性[14]。葡萄糖氧化酶还可提高蛋鸡产蛋率、降低破软蛋率和改善鸡蛋品质，添加0.3%葡萄糖氧化酶能显著提高蛋壳厚度、哈氏单位和蛋比重，添加0.3%～0.4%葡萄糖氧化酶能显著降低蛋黄中胆固醇含量[15]。祁文有以迪卡褐父母代1日龄种雏为受试种鸡，7周龄时未添加葡萄糖氧化酶的对照组发生腹泻，而添加0.1%～0.2%葡萄糖氧化酶的试验组未发生腹泻，这表明葡萄糖氧化酶对大肠杆菌引起的腹泻具有明显地预防作用，此外，试验组内因性别鉴定错误而存在的公鸡羽毛颜色格外有光泽[16]。

3.2 葡萄糖氧化酶在猪用配合饲料中的应用

目前已有葡萄糖氧化酶饲养母猪、仔猪及有不良症状猪等方面的研究报道。葡萄糖氧化酶可加速葡萄糖氧化、耗氧和产酸，有利于控制感染和毒素排出，可以减少母猪围产期综合症，提高断奶仔猪增重速度，还可降低生猪患病率。肖淑华等在母猪围产期浓缩饲料中加入0.2%～0.4%葡萄糖氧化酶，弱仔比例由4.5%～5.8%下降到2.2%～3.6%[17]。

杨久仙等以健康断奶仔猪为受试动物，在基础日粮中添加不同比例葡萄糖氧化酶进行饲养，结果显示，添加0.1%～0.2%葡萄糖氧化酶能显著降低胃肠道内食糜pH 值，改善仔猪肠道形态结构，使日粮中干物质消化率由84.34% 提高到87.83% ～88.68%;添加0.2%和0.3%葡萄糖氧化酶可使仔猪胃大肠杆菌数量降低9.3%和8.4%，回肠大肠杆菌数量降低13.0%和11.7%，胃乳酸菌数量增加17.7%和25.8%，回肠乳酸菌数量增加16.2%和27.0%;添加0.2%～0.3%葡萄糖氧化酶可使断奶仔猪日增重提高4.9%～9.4%[18-20]。

3.3 葡萄糖氧化酶在牛羊配合饲料中的应用

葡萄糖氧化酶除了可用于奶牛围产前期专用预混料，还可用于有机肉牛核心预混料，而用于羊配合饲料的报道则较少。杨玉福等的发明专利表明，在奶牛围产前期专用预混料中添加葡萄糖氧化酶、酵母蛋白粉等微生物发酵物，可消除奶牛围产前的食欲不振，加强瘤功能，促进饲料的消化吸收[21]。魏成斌等的发明专利表明，在有机肉牛核心预混料添加2%葡萄糖氧化酶等复合酶制剂可提高饲料利用率，添加黑曲霉等复合微生态制剂可改善肉牛的肠道环境[22]。刘浩川发明了一种添加了葡萄糖氧化酶、中性蛋白酶、植酸酶等成分的羊营养补剂，在饲喂羊时，可使瘤胃pH 值相对稳定，降低瘤胃发病率，但对于葡萄糖氧化酶的具体功效没有阐述[23]。

3.4 葡萄糖氧化酶在其他配合饲料中的应用

葡萄糖氧化酶在其他配合饲料中的应用研究鲜有报道。赵权等对确诊为獭兔肝型球虫病的427只獭兔进行治疗试验，结果表明，同时采用0.002%地克珠利饮水和葡萄糖氧化酶拌料给药，连续使用5d，治愈率可达97.42%[24]。

4 结论与展望

葡萄糖氧化酶作为一种新型绿色的饲料酶制剂，已被广泛应用于鸡用配合饲料、猪用配合饲料、牛羊配合饲料以及其他配合饲料。然而，由于微生物发酵制备高产高活葡萄糖氧化酶还存在一定困难，从而制约了葡萄糖氧化酶在我国饲料工业中的规模化应用。目前国外研究者主要采用基因克隆等方式提高菌株产酶活力[25-26]。随着基因工程和酶分离技术的不断发展，葡萄糖氧化酶将在饲料工业中发挥越来越重要的作用。