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抗生素是指由細(xì)菌、真菌或者其它微生物產(chǎn)生的具有抗病原體或者其他活性的一類物質(zhì)。
自被發(fā)現(xiàn)以來，抗生素得到了廣泛的使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)抗生素使用總量約為16.2萬噸，其中人用抗生素占到總量的48%，其余均為獸用抗生素。應(yīng)國(guó)光等人在調(diào)查中指出動(dòng)物大量服用的抗生素絕大部分以原形排出體外，進(jìn)入水環(huán)境中，再通過水產(chǎn)等食物進(jìn)入人體，最終還是增加了人體內(nèi)細(xì)菌的耐藥性并影響人體健康。中國(guó)已經(jīng)成為世界上抗生素濫用最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。近些年，超級(jí)細(xì)菌的出現(xiàn)使得人們對(duì)抗生素的使用有了更加全面的了解，國(guó)家對(duì)抗生素的使用越來越嚴(yán)格。
“飼料禁抗”是畜牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是保障食品安全、推動(dòng)健康養(yǎng)殖的必由之路。禁抗的同時(shí)，尋找抗生素的有效替代品也成為研究的熱點(diǎn)。以葡萄糖氧化酶(Glucose Oxidase，GOD)為代表的“第三代分解型酶制劑”，是一種潛力巨大的酶制劑，其通過非藥物性機(jī)制和途徑殺菌、抑菌改善動(dòng)物消化道的微生態(tài)及理化環(huán)境的作用，從而提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，為尋找抗生素替代品開辟了一個(gè)新的方向。
葡萄糖氧化酶(Glucose Oxidase, GOD)是一種氧化還原酶，能夠催化葡萄糖生成過氧化氫和D-葡萄糖。1928年，Detlev Muller教授首次從曲霉屬(Aspergillus niger)中分離得到葡萄糖氧化酶，并發(fā)現(xiàn)真菌產(chǎn)生的過氧化氫可以有效抑菌，而葡萄糖氧化酶能夠有效催化葡萄糖產(chǎn)生過氧化氫，從而起到一定的抑菌作用。多種真菌和昆蟲均可以生產(chǎn)葡萄糖氧化酶，并且也具有一定的抗菌活性。
GOD是同型二聚體分子，含有2個(gè)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)結(jié)合位點(diǎn)。每個(gè)單體含有2個(gè)完全不同的區(qū)域:一個(gè)與部分FAD非共價(jià)但緊密結(jié)合，主要為β折疊;另一個(gè)與底物β-D-葡萄糖結(jié)合，由4個(gè)α-螺旋支撐1個(gè)反平行的β折疊。與細(xì)胞外的許多蛋白質(zhì)一樣，這種酶也被碳水化合物鏈所覆蓋。
圖1葡萄糖氧化酶二聚體結(jié)構(gòu)
在氧氣存在的條件下，GOD氧化葡萄糖生成葡萄糖酸和過氧化氫，如圖2。酶解反應(yīng)產(chǎn)生葡萄糖酸內(nèi)脂以及過氧化氫，并且消耗氧氣。
圖2葡萄糖氧化酶催化作用
GOD抑菌作用主要通過以下三個(gè)方面:
第一，葡萄糖氧化酶在反應(yīng)過程中消耗氧氣。由于大多數(shù)腸道病原體是好氧細(xì)菌，最有益的微生物是厭氧或兼性厭氧菌。因此，腸道中的葡萄糖氧化酶消耗氧氣有助于有益細(xì)菌的增殖，抑制有害細(xì)菌，維持腸道菌群的平衡，保證動(dòng)物的健康;
第二，產(chǎn)生葡萄糖酸，改善腸道pH值。此外，葡萄糖酸可以到達(dá)大腸，刺激乳酸菌的生長(zhǎng)。當(dāng)葡萄糖酸到達(dá)腸道末端時(shí)，被定位的微生物群利用產(chǎn)生丁酸。丁酸是一種短鏈脂肪酸(scfa)，能被大腸粘膜迅速吸收，為腸上皮提供能量。丁酸能夠刺激腸上皮細(xì)胞增殖、促進(jìn)鈉和水吸收效率的最有效單鏈抗體;
第三，產(chǎn)生的過氧化氫本身具有廣譜的殺菌作用，能夠抑制大腸桿菌，沙門氏菌等細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。
圖3:GOD抑菌作用
3.1葡萄糖氧化酶在禽料中的研究
眾多的研究報(bào)道證明，GOD能夠促進(jìn)家禽的生長(zhǎng)性能。Li Jing等人添加0.2%的葡萄糖氧化酶制劑，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組肉雞的存活率顯著提高了3.5%個(gè)百分點(diǎn)，增重提高了6.23%。Pang等人的研究表明GOD能夠顯著改善36-70日齡黃羽肉雞的體重，料肉比和營(yíng)養(yǎng)成分的消化利用率。此外，也有眾多的研究表明GOD對(duì)血清指標(biāo)有顯著的影響，提高蛋雞總蛋白和白蛋白的含量，增加蛋白質(zhì)的合成;添加GOD可增加球蛋白、鈣、磷，降低總膽固醇和甘油三酯水平，提高丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和天門冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶的活性;添加0.4%的GOD組肌酸激酶活性顯著降低(P)，增強(qiáng)機(jī)體抵抗力。Wen Qi的研究報(bào)道中指出，前期按照0.2%的量添加，一周后按照0.1%的量添加GOD，有效預(yù)防大腸桿菌造成的腹瀉。
3.2葡萄糖氧化酶在豬料中的研究
Biage研究了GOD對(duì)豬盲腸菌群體外生長(zhǎng)，對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)性能、腸壁形態(tài)和腸道菌群的影響。在24小時(shí)體外盲腸發(fā)酵過程中，總產(chǎn)氣量和最大產(chǎn)氣量增加，盲腸液中的氨被還原。
發(fā)酵24h后，總短鏈脂肪酸、乙酸、丙酸、正丁酸等均顯著增加。Jiuxian Yang等研究了葡萄糖氧化酶對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能和胃腸道健康的影響。160只斷奶仔豬隨機(jī)分4組，每組5個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)8只。組1對(duì)照組，基礎(chǔ)日糧;組2，基礎(chǔ)日糧+100mg/kg生物素;組3，基礎(chǔ)日糧+0.1%的GOD;組4，基礎(chǔ)日糧+0.2%的GOD。試驗(yàn)周期為4周。結(jié)果表明:組4日增重顯著高于組1，組4的料肉比也有所降低;添加GOD的組十二指腸絨毛長(zhǎng)度顯著增加，絨毛高度/隱窩深度(VH/CD)之比增大，胃腸道pH降低;添加GOD的組與未添加GOD的組相比，干物質(zhì)和粗蛋白的消化率提高。通過這個(gè)試驗(yàn)可以證明GOD改善胃腸道結(jié)構(gòu)和環(huán)境，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，進(jìn)而提升斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能。Ji Yin等人的選擇66頭三元豬，均重17kg,隨機(jī)分為對(duì)照組和GOD試驗(yàn)組(0.5%添加量，45U/g)，試驗(yàn)周期40天。結(jié)果顯示GOD試驗(yàn)組日增重顯著增加了7.03%，料肉比降低2.75%。