抗生素是指由細菌、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，2013年我國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。應國光等人在調(diào)查中指出動物大量服用的抗生素絕大部分以原形排出體外，進入水環(huán)境中，再通過水產(chǎn)等食物進入人體，最終還是增加了人體內(nèi)細菌的耐藥性并影響人體健康。中國已經(jīng)成為世界上抗生素濫用最為嚴重的國家之一。近些年，超級細菌的出現(xiàn)使得人們對抗生素的使用有了更加全面的了解，國家對抗生素的使用越來越嚴格。
“飼料禁抗”是畜牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢，是保障食品安全、推動健康養(yǎng)殖的必由之路。禁抗的同時，尋找抗生素的有效替代品也成為研究的熱點。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，其通過非藥物性機制和途徑殺菌、抑菌改善動物消化道的微生態(tài)及理化環(huán)境的作用，從而提高動物的生產(chǎn)性能，為尋找抗生素替代品開辟了一個新的方向。
1.葡萄糖氧化酶介紹
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個黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)結(jié)合位點。每個單體含有2個完全不同的區(qū)域:一個與部分FAD非共價但緊密結(jié)合，主要為β折疊;另一個與底物β-D-葡萄糖結(jié)合，由4個α-螺旋支撐1個反平行的β折疊。與細胞外的許多蛋白質(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)
2.葡萄糖氧化酶的抑菌作用
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方面:
，葡萄糖氧化酶在反應過程中消耗氧氣。由于大多數(shù)腸道病原體是好氧細菌，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菌的增殖，抑制有害細菌，維持腸道菌群的平衡，保證動物的健康;
第二，產(chǎn)生葡萄糖酸，改善腸道pH值。此外，葡萄糖酸可以到達大腸，刺激乳酸菌的生長。當葡萄糖酸到達腸道末端時，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胞增殖、促進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，沙門氏菌等細菌的生長繁殖。
圖3:GOD抑菌作用
3.葡萄糖氧化酶研究進展
3.1葡萄糖氧化酶在禽料中的研究
眾多的研究報道證明，GOD能夠促進家禽的生長性能。Li Jing等人添加0.2%的葡萄糖氧化酶制劑，與對照組相比，試驗組肉雞的存活率顯著提高了3.5%個百分點，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，料肉比和營養(yǎng)成分的消化利用率。此外，也有眾多的研究表明GOD對血清指標有顯著的影響，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)，增強機體抵抗力。Wen Qi的研究報道中指出，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對豬盲腸菌群體外生長，對動物生長性能、腸壁形態(tài)和腸道菌群的影響。在24小時體外盲腸發(fā)酵過程中，總產(chǎn)氣量和產(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斷奶仔豬生長性能和胃腸道健康的影響。160只斷奶仔豬隨機分4組，每組5個重復，每個重復8只。組1對照組，基礎日糧;組2，基礎日糧+100mg/kg生物素;組3，基礎日糧+0.1%的GOD;組4，基礎日糧+0.2%的GOD。試驗周期為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。通過這個試驗可以證明GOD改善胃腸道結(jié)構(gòu)和環(huán)境，提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率，進而提升斷奶仔豬的生長性能。Ji Yin等人的選擇66頭三元豬，均重17kg,隨機分為對照組和GOD試驗組(0.5%添加量，45U/g)，試驗周期40天。結(jié)果顯示GOD試驗組日增重顯著增加了7.03%，料肉比降低2.75%。