溶菌酶的應用研究

溶菌酶（Lysozyme）又稱胞壁質酶或N-乙酰胞質聚糖水解酶，是動物體內一種非特異性免疫因子，具有抗菌消炎、抗病毒、增強免疫力、促進雙歧桿菌等有益菌增殖的作用。本文介紹了溶菌酶的特性、分類和作用機理，重點綜述了溶菌酶作為飼料添加劑在豬、雞、鴨、反芻動物以及水產動物等飼料中的應用。

　　溶菌酶廣泛存在于鳥類和家禽的蛋清中，亦存在于哺乳動物的淚液、唾液、血漿、乳汁、胎盤、體液及組織細胞內，其中以蛋清中含量最豐富。溶菌酶對革蘭氏陽性菌有抗菌作用，而對沒有細胞壁的動物體細胞不會產生不利影響，因而安全性很高。口服溶菌酶，可阻止流感和腺病毒繁殖 。作為抗生素的替代品，溶菌酶被WHO和許多國家認定為無毒、無害、安全的應用于食品和飼料添加劑領域，2010年被我國衛生部批準為食品添加劑。

　　1 溶菌酶的特性

　　溶菌酶， 又稱胞壁質酶或N-乙酰胞壁質聚糖水解酶，能水解肽聚糖中的N-乙酰葡萄糖和N-乙酰胞壁酸之間的β-1,4糖苷鍵，以此破壞細菌的細胞壁，具有較強的抑菌抗菌活性。溶菌酶是一種白色、微白色結晶型或無定型粉末,無臭、味甜且易溶于水，不溶于丙酮和乙醚等有機溶劑，在干燥室溫可長期保存。化學性質非常穩定，對熱也極為穩定。當pH在1.2-11.3范圍內劇烈變化時，其結構幾乎不變。在酸性環境中，溶菌酶對熱的穩定性很強,在pH4-7范圍內，100℃處理1 min仍能保持原酶活性，pH3時能耐100℃加熱處理45 min,但在堿性環境中溶菌酶對熱穩定性較差。最適pH為6.6，作用的最適溫度為45～50℃，等電點pH10.5-11。

　　2 溶菌酶的分類

　　2.1 c型溶菌酶, 主要分布在脊椎動物和昆蟲中, 大部分蝦溶菌酶屬于c型,如凡納濱對蝦、日本囊對蝦、斑節對蝦、羅氏沼蝦、日本沼蝦的溶菌酶。

　　2.2 g型溶菌酶, 分布在鳥類和魚類，雞蛋清中溶菌酶含量為2%～4%。其他鳥類的蛋清、哺乳動物的乳汁中和鯉魚也含有溶菌酶。

　　2.3 i型溶菌酶, 主要分布在無脊椎動物中, 海洋貝類、蝦、海星、海膽、海參各組織均存在溶菌酶,海參屬于棘皮動物門, 如東方牡蠣和海灣扇貝,溶菌酶存在于海參的各個組織,甚至在海參無細胞腔腸液體中也發現了溶菌酶。

　　2.4 植物源溶菌酶，目前發現含溶菌酶的植物有近170種，在木瓜、無花果、胡蘿卜、大麥等植物中均能分離出溶菌酶。植物源溶菌酶分子量較大，對革蘭氏陽性菌的抑菌活性較強，但對膠體狀甲殼質的分解活性則比雞蛋清溶菌酶強10倍。

　　2.5 微生物源溶菌酶，微生物產生的溶菌酶主要有:蛋白酶與內肽酶、酸胺酶、N-乙酰已糖胺酶、β-1，3與β-1，6-葡聚糖酶、甘露糖酶、殼聚糖酶、磷酸甘露糖酶、脫乙酸殼多糖酶。目前商業化應用的多數溶菌酶來源于微生物。

　　2.6 噬菌體產生的溶菌酶該酶具有特異性，由噬菌體感染、誘導宿主細胞產生，未被感染細胞中則不存在。

　　通過基因工程，利用基因重組技術將人溶菌酶基因克隆到原核或者真核生物中進行表達，這也是目前商業化應用最多的一種方式。

　　3 溶菌酶的作用機理

　　溶菌酶具有抗菌消炎、抗病毒、增強機體免疫力和抑菌作用。細菌的細胞壁由胞壁質組成，胞壁質是由 N-乙酰氨基葡萄糖及 N-乙酰胞壁酸交替組成的多聚物，胞壁酸殘基上可以連接多肽，稱為肽聚糖。溶菌酶能有效地水解細菌細胞壁的肽聚糖，降低細菌細胞壁的穩定性，隨后細菌因細胞內外滲透壓不平衡而引起細胞破裂、細胞質外泄，最終導致菌體細胞死亡。溶菌酶能與帶負電荷的病毒蛋白直接作用與DNA、RNA、脫輔基蛋白形成復合鹽使侵入體內的病毒失去活性。溶菌酶能激活宿主的免疫系統增強腫瘤細胞的免疫源性,從而具有抗腫瘤作用。其作為機體非特異性免疫因子之一,參與機體多種免疫反應,在機體正常防御功能和非特異免疫中,具有保持機體生理平衡的重要作用 。溶菌酶具有溶菌活性，作為非特異性生物防御因子能對某些細菌發揮先天抵抗作用，可誘導其他免疫因子的合成和分泌。

　　溶菌酶對革蘭氏陽性菌的抑菌效果最為顯著，已有研究證實它對溶壁微球菌、黃色八疊球菌、巨大芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、丁酸梭菌、生孢梭菌、酪丁酸梭菌等有良好溶菌作用。溶壁微球菌是目前用來檢測溶菌酶生物活性的模式試驗菌株。革蘭氏陰性菌因其肽聚糖外面多了一層脂蛋白，溶菌酶單獨使用對革蘭氏陰性菌的抑制作用并不明顯。對埃希氏大腸桿菌有一定的破壞作用（Alexander J 等，1980）。如果將溶菌酶與乳酸鏈球菌素、卵運鐵蛋白、葡聚糖、甘氨酸或 EDTA 等結合使用，則對抑制或殺滅單核細胞增生李氏菌、大腸桿菌、普通變形桿菌，副溶血孤菌等也有顯著作用。

　　研究還發現，溶菌酶對仔豬腹瀉有防治作用，邵春容等報道，仔豬飼喂溶菌酶制劑，腹瀉率顯著降低，對引起仔豬腹瀉的埃希氏大腸桿菌和輪狀病毒有較強的抑制作用。Nyachoti等研究用Escherichiacoli K88+感染斷奶仔豬后，口服溶菌酶溶液，發現使用溶菌酶的仔豬腸道生長情況良好，腸粘膜上Escherichia coli K88+和血清炎性細胞因子數量減少，表明溶菌酶能有效抑制Escherichia coli K88+的生長，有維持仔豬腸道健康的功能。同時，研究還發現，溶菌酶具有多種藥理作用，它可與各種誘發炎癥的酸性物質結合，使其失活，并能增強機體的免疫力，改善組織基質的粘多糖代謝，從而達到消炎，修復組織，改善胃腸道功能的目的。

　　4溶菌酶在飼料中的應用

　　4.1 溶菌酶在仔豬飼料中的應用

　　溶菌酶在仔豬飼料中使用，可以提供日增重和采食量，降低料肉比和腹瀉率，改善仔豬健康水平。王曉可等研究表明，日糧中添加300 g/t和500 g/t溶菌酶使斷奶仔豬日增重分別提高8.88%和16.68%，料肉比降低 6.00%和 12.00%，腹瀉率降低 77%和 92%。盧亞萍和潘宏濤研究顯示，日糧中添加溶菌酶200 g/t腹瀉率比空白對照組和抗生素組分別降低81.37%和 79.73%，平均日增重提高16.9%和10.22％，料肉比降低8.33%和 4.86%，與抗生素組相比溶菌酶能有效改善淋巴細胞的轉化率。沈彥萍等研究結果說明，添加溶菌酶50g/t和100g/t平均日增重比藥物對照組分別提高5.41%和5.65%，仔豬腹瀉率分別下降86.37%和93.06%，料肉比分別降低7.56%和6.40%。臨產母豬飼料中添加20g/t、10g/t、5g/t溶菌酶，60日齡仔豬增重較空白對照組分別增加1.59kg、1.45kg和1.26kg，產仔數增加13頭、14頭和10頭，腹瀉率降低100%、94.18%和90.94%。同時試驗用大腸桿菌感染仔豬，并用溶菌酶對發病仔豬進行治療，結果發現，高、中、低劑量組治愈率分別為90%、90%、80%。李鑫等（2012）研究表明，添加溶菌酶250g/t、溶菌酶500g/t和溶菌酶+抗生素組與空白對照組相比腹瀉率分別明顯降低61.33%、56.75%和59.04%，且差異顯著（P<0.05）。溶菌酶高劑量組(500g/t)的炎癥指數明顯低于溶菌酶低劑量組(250g/t)和抗生素組，且差異顯著（P<0.05），說明溶菌酶在一定程度上可以提高仔豬的健康水平。

　　美國農業部的農業研究服務（ARS）上報道，研究人員試驗選擇10日齡斷奶仔豬，分為3組，分別添加顆粒溶菌酶、新霉素和土霉素。結果表明，添加溶菌酶與添加常規的抗生素相比，仔豬的增長率是相似的，且溶菌酶和抗生素同樣可以減少病原體數量。奧利弗和微生物學家杰姆斯威爾斯，在分析肉類安全和質量的研究中，還研究了溶菌酶對仔豬生長發育及24日齡豬胃腸道健康的影響，與卡巴氧加硫酸銅對比，溶菌酶是有效的“抗生素”，能提高仔豬的生長性能，飼料效率，增強腸胃健康。

　　4.2 溶菌酶在家禽飼料中的應用

　　研究顯示，溶菌酶在家禽飼料中使用，可以改善禽類生長性能，降低發病率，提高成活率，同時還能提高血清中的溶菌酶含量和免疫功能，對家禽抵御疾病有著積極的作用效果。盧亞萍等研究表明，在基礎日糧中添加100 g/t溶菌酶比對照組增重提高7.79 %，飼料報酬提高3.93 %。在肉仔雞生長前期日糧中添加溶菌酶，血清中的溶菌酶含量比對照組、益生菌組和黃芪多糖組分別提高43.16 %、34.36 %和22.84 %，血清中的總蛋白含量提高41.58 %。同時日糧中添加溶菌酶，可提高肉仔雞血清中的溶菌酶含量33.3 %，降低血清中的膽固醇含量11.4 %。邵春榮等研究，在不用任何抗生素的情況下，添加4-10Og/t的飼用溶菌酶制劑，試驗組平均日增重比對照組提高2～2.8%，飼料消耗降低2.1～5.2%，存活率提高14～17%。沈彥萍等研究結果顯示，飼料中添加4000g/t、2000g/t和1000g/t溶菌酶提高肉雞成活率分別為98.15%、97.84%、92.90%，均優于空白對照組與藥物對照組，增重提高29.04%、28.24%、20.25%，料肉比降低16.23%、14.41%、13.06%，而且溶菌酶可溶性粉劑可明顯降低因呼吸道、腸胃道疾病死亡數。張世卿等研究報道，飼料中添加適量溶菌酶后，肉仔雞日增重提高了5.08%，料肉比降低了8.99%，胸腺相對重量增加16.89%，法氏囊相對重量較對照組增加16.16%，提高肉仔雞血清抗體IgG含量7.35%。

　　顧維智和張國基研究發現，日糧添加70g/t溶菌酶可提高肉鴨日增重6.0%，顯著降低料肉比和飼料增重成本，有提高法氏囊指數的趨勢，提高胸腺指數和脾臟指數分別達到53.8%和 29.4%。孫小青等 研究表明，添加200g/t溶菌酶在肉鴨日糧中，溶菌酶可提高櫻桃谷肉鴨的日增重2.33%，耗料量降低了2.32%，料肉比降低了2.56%。同時溶菌酶能提高櫻桃谷肉鴨法式囊指數14.02%，提高胸腺指數81.94%，提高脾臟指數29.42%。研究還發現，溶菌酶對大腸桿菌明顯抑菌效果，溶菌酶對大腸桿菌的抑制作用比那西肽的抑制作用增加了13.44%，比吉他霉素的抑制作用增加了14.92.%，比金霉素的抑制作用增加了4.56%。

　　4.3溶菌酶在反芻動物飼料中的應用

　　溶菌酶在反芻動物飼料中使用，可以有效改善其奶質水平，減少藥物使用量，降低奶中的藥物殘留，減少耐藥性的形成，同時溶菌酶還作為一種藥治療奶牛的隱性乳房炎和子宮內膜炎，效果顯著。盧亞萍和潘宏濤[11]研究結果表明，溶菌酶治療奶牛隱性乳房炎效果15 d，平均治愈率為 88.89%，有效率為100%。溶菌酶治療奶牛隱性乳房炎后，在7d和15d，乳汁中乳脂含量分別提高了 12.17%和 13.33%，蛋白含量分別提高 4.39%和 4.70%，乳糖的含量提高2.65%和4.29%，干物質含量提高21.53%和20.85%，而且治療后，奶樣中的細菌總數明顯下降。可見溶菌酶可提高了奶的品質,提高奶牛飼養經濟效益。劉絞芳等[研究雞蛋清溶菌酶和中草藥的復合制劑對引起乳房炎的致病菌（葡萄球菌和大腸桿菌）做抑菌試驗發現,溶菌酶試驗獲得良好的抑菌效果。楊為榮經臨床136例病例觀察，溶菌酶對奶牛子宮內膜炎的總治愈率和治療后子宮恢復程度均優于杭生素組和空白對照組。治療子宮內膜炎的治愈率在82.35%～88.24%，明顯好于金霉素組的治愈率56.25%。溶菌酶試驗組平均受胎率為75.38%，明顯高于抗生素對照組的56.25%，空白對照組的15.63%。

　　4.4溶菌酶在其他動物飼料中的應用

　　溶菌酶在其他動物上的應用相對較少，其中郭志強等研究顯示，在2～3 月齡肉兔日糧中添加100g/t溶菌酶，與空白對照組相比，日增重提高8.6%，料肉比降低8.5%，胸腺指數提高11.98%脾臟指數提高4.84%，全凈膛重增加4.14%，半凈膛重增加6.5%。溶菌酶這類先天性免疫在水產動物抵抗病原微生物感染中具有重要作用，水產動物溶菌酶與陸生動物溶菌酶有所不同，它不但能溶解革蘭氏陽性菌，還能溶解革蘭氏陰性菌。因此，溶菌酶可應用于水產動物的病害防治，減少或替代水產養殖中使用化學藥物。

　　溶菌酶在水產動物飼料中應用目前還停留在水產動物溶菌酶的提取、分離表達以及特性研究。王秀霞等研究結果表明，將對刺參溶菌酶在大腸桿菌中進行表達,表達產物對革蘭氏陽性菌和陰性菌均有抑制作用,尤其對常見的海洋致病菌副溶血弧菌和銅綠假單胞菌具有很強的抑菌活性，說明溶菌酶是一種表達譜很廣的免疫效應分子。

　　5 溶菌酶在飼料中的發展前景

　　溶菌酶本身是一種天然蛋白質, 無毒性, 是一種安全性高的飼料添加劑。溶菌酶可促進飼料中營養物質的消化、吸收飼用，可以促進飼料中營養物質的消化、吸收, 提高飼料的轉化率, 最大限度地提高飼料原料的利用率。大量研究與應用表明,在飼料中添加溶菌酶，可以有效提高動物的生長性能,預防疾病的發生，尤其是防治仔豬腹瀉效果，提高機體免疫機能，提高動物健康效果顯著。因此，溶菌酶作為一種安全高效的綠色添加劑，在目前食品安全越來越重視的背景下，將在畜牧生產中發揮越來越重要的作用。