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小麥的營養特性及其抗營養因子——木聚糖的研究進展
文章來源:中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所 作者: 更新時間:2025年6月16日

  小麥作為飼料有很多優點:1)小麥的蛋白質,賴氨酸含量高于玉米,蘇氨酸含量與玉米相當,用小麥替代玉米作為能量飼料,可降低配合飼料中的豆粕用量;2)小麥中的總磷含量高于玉米,而且利用率高,這是由于小麥中含有植酸酶,能分解植酸而獲得無機磷(魏鳳仙等,2002);3)小麥含B族維生素和維生素E較多,銅、錳、鋅較高,維生素A、D、E、K略少。目前,限制小麥大量應用以及引起小麥營養價值變異較大的主要原因是小麥中含有抗營養因子,研究表明小麥中的抗營養因子是可溶性非淀粉多糖(SNSP),主要包括阿拉伯木聚糖和 β-葡聚糖,分別占小麥(干物質基礎)的1.8%和0.4%(吳孝兵等,2001)。采用經濟有效的加工手段和生物技術來提高小麥的飼用價值,同時研究小麥在動物飼料中使用的合理比例,是目前國內外動物營養界需要深入研究的課題。小麥營養含量見表1。

  小麥種皮中纖維素和阿拉伯木聚糖分別占其總非淀粉多糖的65%和31%,而胚乳細胞中 88%的非淀粉多糖是阿拉伯木聚糖,其中1/3是可溶性的,小麥中非淀粉多糖的結構和含量,隨產地、品種和自然地理條件的不同而變化。非淀粉多糖含量與組成是影響營養價值的重要因素,對小麥代謝能影響尤為顯著(Sarah,1990;朱天欽,1998)。由于小麥的高粘度,使溶質的擴散速度下降,食糜流動性降低,食糜內各組分混合不勻,從而妨礙食糜內的糖、氨基酸和其他養分向黏膜運動,養分吸收減少,在腸道內蓄積,為腸道微生物的繁殖提供了有利條件,使病原性微生物大量繁殖,改變了腸道內的微生物區系。同時,水溶性的非淀粉多糖(NSP)可通過水分、蛋白質、電解質等的內源分泌而改變消化道的功能,導致消化器官增大,增加消化液分泌,影響營養物質的吸收率。

  近些年來,國外許多研究只是初步認定了某些抗營養因子及其抗營養性質,尚未建立抗營養因子降解的有效技術方案。而國內則很少涉及到小麥抗營養因子的研究。因此,研究我國主要小麥品種、主要生態環境影響下的小麥抗營養因子將具有重大意義。

  1 小麥飼用的優勢

  小麥作為飼料資源開發利用具有巨大的市場潛力和開發前景:

  1)小麥是高產作物,也是溫涼地區的主要作物,種植面積大,產量高,具有充足的來源,價格低廉,用作飼料成本低。春小麥開發為飼料,將彌補飼料主要原料品種少,大量依賴和調運玉米的缺陷,減少運輸環節,提高經濟效益。

  2)小麥營養豐富,其營養成分與玉米、豆餅有互補作用。小麥粗纖維含量稍高于玉米而低于豆餅;無氮浸出物略低于玉米而高于豆餅;能值略低于玉米而高于豆餅;粗蛋白質高于玉米而低于豆粕;粗脂肪均低于玉米、豆餅。用小麥作育肥豬飼料;可利用飼料原料品種間的營養互補性;提高配合飼料的質量;可代替部分玉米和豆粕喂育肥豬;節省豆粕等相對比較缺乏的蛋白質資源;降低飼料成本;提高畜產品質量;改善屠體品質。

  3)加工方便;用途廣泛;適用于各種飼料;尤其是在顆粒飼料中使用小麥可提高飼料的黏度易于成粒。國外將小麥用作飼料已有很長時間了;并對小麥用于飼喂反芻家畜和禽類進行了大量研究。

  2 影響小麥飼用的主要因素

  2.1 國內對小麥用作飼料缺乏足夠的認識

  長期以來;我國由于糧食緊缺;小麥基本上用于口糧;而極少作飼料使用。在觀念上形成了小麥就是口糧;特別是北方春小麥生產地區;把小麥作為飼料;在觀念上很難接受。因此;國內很少對小麥用于飼料進行研究和探討。

  2.2 小麥飼用的技術難題

  用小麥取代玉米飼喂禽時,飼喂效果差,產蛋雞飼料轉化率下降,容易產臟蛋;肉用仔雞常引起墊料過濕,氨氣過多,生長受抑制,跗關節損傷和胸部水腫發病率增加,宰后等級下降等。原因是小麥中含有抗營養因子非淀粉多糖,非淀粉多糖的最大特點是黏性大,不易被分解吸收,在胃腸道中與水形成膠狀溶液,逐漸形成大分子,進而與食糜形成大凝膠團,阻礙營養物質與消化液接觸,減慢了養分消化吸收的速度,同時與消化酶結合,形成復合物,降低消化酶的活性。這些膠狀物質不僅降低營養物質的吸收率,而且也增加畜禽消化系統的負擔,進而降低采食量和生產效率(Huisman等,1991)。而玉米與小麥相比僅含有少量非淀粉多糖,生產實踐中表現為小麥的營養價值不如玉米。因此,對小麥中的非淀粉多糖的抗營養機理進行研究,降低其抗營養特性,成為開辟飼料新來源的關鍵。

  3 小麥的主要抗營養因子--阿拉伯木聚糖

  早在1952年,Preece和Macrenzie 就證實了谷物飼料中主要含有兩類抗營養因子-木聚糖和β-葡聚糖。在小麥中,木聚糖占整粒的6.6%,β-葡聚糖僅占0.1%,它們都是聚黏性的非淀粉多糖。這些存在于小麥籽粒中阻礙營養物質消化、吸收和利用的物質,稱之為抗營養因子。

  3.1 阿拉伯木聚糖的結構

  Annison等(1992)提出了木聚糖的結構。由于它是由阿拉伯糖和木糖兩種單糖組成的,故稱之為阿拉伯木聚糖或戊聚糖。這種物質是一類由D-木糖聚合成的主干(由1,4-木吡喃糖殘基組成)和L-阿拉伯糖分枝(帶有1-2,1-3阿拉伯呋喃殘基)所組成具有分枝結構的聚合物。木聚糖在黑麥中又有兩種類型,木聚糖工是由系列阿拉伯糖單位(1-3)糖苷鍵連接的聚合物,木聚糖Ⅱ是由系列木聚糖殘基,在位點2,3相互連接成的許多分枝結構。

  3.2 理化特性

  小麥中的木聚糖是非淀粉多糖的一種,所以它也具有非淀粉多糖的黏度、表面活性、持水性等理化特性,并在溶液中影響消化過程。

  3.2.1黏度

  具多糖性質的木聚糖在水中溶解后都變成有黏性的溶液,隨濃度的增加,溶液黏度會大增。研究表明,肉用仔雞采食小麥阿拉伯木聚糖,增加了消化物的黏度(Choct和Annison,1992)。對大麥β-葡聚糖的研究,也得出相似的結果。

  3.2.2 表面活性

  木聚糖的表面帶電荷,在溶液中趨于與其他物質表面結合。小麥消化時木聚糖可與腸道中飼料顆粒、脂類、蛋白質表面相結合。

  3.2.3持水性

  無論是可溶性的還是不溶性的木聚糖都具有持水活性。不溶性的具有海綿一樣的功能,而可溶性的則通過網狀結構的形成而吸收水分子,這種能力稱為系水力。濃度較高時該種特性表現尤為顯著,因為此時可以形成凝膠。這些效應能從根本上改變消化物的物理特性,并改變腸道的生理活性(即增強對腸蠕動的抵抗力)。

  3.3 小麥阿拉伯木聚糖抗營養作用機理

  3.3.1對消化道黏度的影響

  小麥含有的木聚糖為大分子物質,持水力強,它可以吸收大量水分或溶于水后產生黏性溶液,增加消化道內容物的黏稠度。小腸內容物黏稠度增加后,會顯著增加食糜在腸道的停留時間,一方面造成腸黏膜上不動水層加厚,內源氨排除增加,另一方面引起營養物質在腸道內積累,降低單位時間內養分的同化作用,使飼料脂肪、蛋白質和碳水化合物消化作用降低,導致畜禽生產性能下降。

  3.3.2 對飼料表觀代謝能的影響

  木聚糖含量的多少直接影響到飼料中的表觀代謝能(ApparenMetabolization Energy,AME)。小麥中的木聚糖是組成非淀粉多糖的主要成分。Annison等(1991)檢測了非淀粉多糖含量和表觀代謝能的關系,當小麥阿拉伯木聚糖添加到肉用仔雞日糧中時,日糧的表觀代謝能呈線性降低,這是木聚糖引起淀粉回腸消化率(ISD)蛋白質回腸消化率(IPD)脂類消化率(ⅡD)降低而直接導致的。

  3.3.3對脂肪和維生素D消化吸收的影響

  木聚糖能使脂肪消化吸收降低,特別是引起飽和長鏈脂肪酸吸收不良,這種影響在大麥、燕麥、黑麥日糧中均有發現。由于木聚糖能相互結成網狀物,降低飼料的擴散率,阻止脂肪形成脂肪微粒,導致膽汁酸鹽降低而影響脂肪消化;同時也阻止內源酶與腸道內容物接觸,并伴隨產生有毒、有害物質。木聚糖在降低脂肪消化吸收率的同時,也降低脂溶性維生素 A、D、E、K的吸收。

  3.3.4 對消化道酶活性的影響

  小麥中的木聚糖能直接結合消化道中胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶,使其活性降低(Ikeda和Kusano,1983);同時和膽汁鹽、脂類、膽固醇結合,影響小腸脂類代謝。由于代謝補償作用,從而顯著增加蛋白質、脂類和電解質等內源物質的分泌,降低了它們在體內的貯備(Low,1989)。

  3.3.5 對腸道微生物的影響

  肉雞日糧中添加水溶性非淀粉多糖顯著增加了小腸內的發酵,而添加木聚糖酶可克服這一現象。用木聚糖含量高的小麥飼喂小雞,其腸內的微生物顯著增加,其中用黑麥飼喂小雞微生物數目更高。由于木聚糖能使食糜在消化道內的停留時間延長,Patel等(1980)研究發現,它將更有利于微生物的增殖,微生物的增殖使動物消化吸收養分減少。家禽飼喂小麥日糧比飼喂玉米日糧(可溶性非淀粉多糖低)更容易感染球蟲和發生壞死性腸炎。由此可見,水溶性非淀粉多糖對腸道微生物菌群有影響。由于水溶性非淀粉多糖延長了消化物在小腸內滯留時間,減少消化道內的氧氣,有助于厭氧微生物菌群生長。

  4 展望

  目前,酶制劑日益廣泛地用于飼料,隨著酶制劑研究的深入,開發高效木聚糖酶用于小麥,小麥完全可以作為飼料,以增加飼料原料來源。同時要打破小麥只用作糧食作物的觀念,針對我國的具體國情,對小麥用于飼料進行產業化開發,從而優化飼料資源結構。

  
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