详解：葡萄糖氧化酶的功能及作用机理

A宋金旭

一、葡萄糖氧化酶的性质及其作用机理

葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase,简称GOD），其系统命名为β－D－葡萄糖氧化还原酶（EC 1.1.3.4），它能高度专一性地催化β－D－葡萄糖与空气中的氧反应，使葡萄糖氧化成为葡萄糖酸和过氧化氢。该酶广泛分布于动物、植物及微生物体内, 葡萄糖氧化酶是用特异青霉等经过发酵后制得的高纯度酶制剂，特异青霉（P．notatum）的酶以其显有抗菌性而引人注意。因此，也有葡糖氧化酶（notatin）的称呼，现已清楚，抗菌性是由于反应生成的H2O2具灭菌作用。

1、葡萄糖氧化酶（GOD）的酶学性质

高纯度葡萄糖氧化酶为淡黄色粉末，易溶于水，分子量为150000D左右，最大光吸收波长为377nm和455nm。葡萄糖氧化酶的作用温度为30～60℃，固体酶制剂在0℃下保存至少稳定2年，在-15℃下稳定8年。

葡萄糖氧化酶稳定的pH范围为4.0～8.0，具有很好的稳定性。Ag＋、Hg＋、亚硫酸氢钠对酶有强烈的抑制作用，而Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋、Mn2＋对酶具有不同程度的激活作用。

2、葡萄糖氧化酶的作用机理

葡萄糖氧化酶通常与过氧化氢酶组成一个氧化还原酶系统。葡萄糖氧化酶在分子氧存在下能氧化葡萄糖生成D-葡萄糖酸内酯，同时消耗氧生成过氧化氢。过氧化氢酶能够将过氧化氢分解生成水和1/2氧，而后水又与葡萄糖酸内酯结合产生葡萄糖酸。在此过程中，葡萄糖氧化酶的特点是能够消耗氧气催化葡萄糖氧化；每克分子葡萄糖氧化酶在有过氧化氢酶存在下消耗1 g原子氧，没有过氧化氢酶存在下消耗1 g分子氧，在有乙醇和过氧化氢酶存在下,也消耗1 g分子氧。

3、葡萄糖氧化酶在动物体内的作用

葡萄糖氧化酶与生命的重要物质——葡萄糖和氧有密切关系，在动物体内发挥着重要作用。葡萄糖氧化酶能催化肠道内的葡萄糖产生葡萄糖酸和过氧化氢。当过氧化氢积累到一定浓度时，直接抑制大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌等有害菌的生长繁殖。它还能催化葡萄糖去除肠道内氧气，为厌氧有益菌的增殖创造厌氧环境。葡萄糖氧化酶作用于葡萄糖生成的葡萄糖酸可降低胃肠内pH值，为有益菌生长创造酸性环境，而有益菌大量增殖形成微生态竞争优势，抑制了大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌存活,控制感染,排除腐败物质，提高巨噬细胞活性，从而提高机体免疫力。

二、葡萄糖氧化酶在畜禽养殖业中的应用

1、控制肠道病菌生长繁殖-替代抗生素

1）催化反应生成的过氧化氢，直接抑制大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌、弧菌等有害菌

2）抑制致病性大肠杆菌在小肠内繁殖，阻止具有F4受体的大肠杆菌与肠细胞相互作用产生肠毒素。

3）作用机理完全不同于抗生素，控制病菌不以损害机体造血机能，肝肾功能为代价，无“耐药菌株”和“药物残留”的情况。

2、保护肠道上皮细胞完整－减缓疾病发作

1）肠道上皮细胞保持高度的物理完整，可以阻挡大量病原体的侵入。

2)可防御球虫卵囊侵入粘膜上皮细胞，控制球虫病爆发。

3)葡萄糖氧化酶具有抗氧化作用，清除自由基，保护上皮细胞完整，缓解应激对机体造成的损害。

4） 减缓病原体侵入细胞的速度，减轻侵害程度。

5） 该功效独特，是临床应用的大多数药品及保健品所不具备的。

3、调整肠道消化环境及菌群平衡-促进生长

1）催化过程生成的葡萄糖酸，在肠道内发挥酸化剂作用，降低肠道PH值，进而促进动物恢复食欲

2） 降低胃中PH值，激活胃蛋白酶，促进矿物质和维生素A、D的吸收，以及其他营养物质的吸收。

3）催化过程消耗肠道内氧气，形成肠道厌氧环境，为厌氧有益菌双歧杆菌增殖创造环境。效果等同于在饲料中直接添加芽孢杆菌

4）酸化作用为乳酸菌增殖创造酸性环境，效果等同于在饲料中直接添加乳酸菌。

5）利于控制感染，排除腐败物质，提高巨噬细胞活性，提高机体免疫力。

6）平衡肠道菌群作用，不受胃酸、抗生素药物影响，不同于益生素。

4、解除肠道霉菌及毒素中毒－解毒迅速，康复彻底

1）体外葡萄糖氧化酶直接抑制黄曲霉、黑根霉、青霉、棕曲霉等多种霉菌。

2）体内通过增进肝脏中微粒体的氧化作用，对霉菌毒素进行生物学转化，分解霉菌毒素功能型原子组，将毒素降解为无毒代谢物，被机体迅速排出。

3）霉菌及其毒素造成的肝肿大、胸腺萎缩、巨噬细胞受到毒害，进而导致的免疫抑制，均被解除。

4） 解除药物中毒。

三、小结

1、葡萄糖氧化酶作为一种新型的绿色添加剂有其独特的作用方式，与普通酶制剂不同，它并不是通过改善营养素的消化利用和减轻抗营养因子的方式来改善对其动物生产性能的影响。

2、其方式可能是一方面通过与饲料中葡萄糖作用而产生的葡萄糖酸来发挥作用，另一方面，葡萄糖氧化酶在与葡萄糖作用过程中消耗O2，使消化道更易形成厌氧环境，促使厌氧有益菌的增殖。综合起来，葡萄糖氧化酶通过在肠道中的作用而可能起到酸化剂和益生菌的作用。

3、葡萄糖氧化酶催化生成的葡萄糖酸是一种有机酸，它能够降低肠道pH值，提高饲料的酸结合力，增殖有益菌，抑制有害菌，并且低的pH可以促进肠道蠕动，提高营养物质的利用率。

4、G.Biage等（2006）[16]通过体外和体内试验报道了葡萄糖酸在仔猪上的应用，体外试验显示，经过4、8、24h的发酵试验，盲肠液中的氨显著减少；发酵24h后，总脂肪酸、乙酸、丙酸、n-丁酸、乙酸丙酸比、乙酸+丁酸与丙酸比都极显著的增加。

5、饲养试验结果表明，与对照组相比，添加3000ppm和6000ppm的葡萄糖酸使仔猪的平均日增重分别提高了13%和14%，并且葡萄糖酸增加了空肠的总短链脂肪酸量，葡萄糖酸可以改仔猪肠道健康状态，提高了其生产性能。葡萄糖酸能够到达大肠，刺激乳酸菌的生长。

6、Takamitsu Tsukahara等（2002）[17]应用葡萄糖酸及与其有相似结构的山梨醇和葡萄糖研究了葡萄糖酸的发酵模式，结果显示，葡萄糖酸较后两者发酵慢，其主要被乳酸菌所发酵并且刺激丁酸盐的产生，葡萄糖酸可能会像益生元一样发挥作用。葡萄糖酸具有类益生元的性质，在小肠中很少被吸收，但当它到达肠道后段时，能够被那里栖息的菌群所利用，生成丁酸，丁酸是一种短链脂肪酸（SCFA），SCFA能快速被大肠粘膜吸收，为大肠上皮细胞提供能量，其中丁酸又是对刺激肠上皮细胞生长、促进钠和水吸收效率最高的SCFA，而且众多报道证实丁酸盐能够抑制肠癌[18][19]。

7、因此，葡萄糖酸除了发挥酸化剂的作用外，可能还通过其在肠道后段的发酵产物——n-丁酸而发挥更为重要的作用。

8、葡萄糖氧化酶在作用过程中消耗氧气，由于大部分肠道病原菌都是耗氧菌，大部分有益微生物都是厌氧菌或兼性厌氧菌，因此，葡萄糖氧化酶在肠道中消耗氧气有助于增殖有益菌，抑制有害菌，达到维持肠道菌群平衡，保证动物健康的目的。

四、应用方法：

1、长期应用，每吨饲料添加葡萄糖氧化酶(10000U/克)30-50克。

2、饲料有可眼观霉变现象，每吨饲料添加葡萄糖氧化酶100-200克

五、葡萄糖氧化酶与复合酶的区别

1、葡萄糖氧化酶，属于氧化酶，葡萄糖氧化酶的消除肠道病菌生存环境、保护肠道上皮细胞完整、保持肠道菌群生态平衡、解除肠道霉菌毒素中毒这四项功效复合酶是不具备的。二者都具有促进消化的作用，不过作用机理不同，在实际应用中不能完全相互替代。

2、复合酶的成分是蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶等消化酶，属于水解酶，动物体内的消化器官本身就能够分泌，由于现在的养殖动物品种，生长迅速，日粮完全是人为控制，当动物采食量大或日粮中某些成分使得动物自身分泌的酶不足或不能能很好地消化的时候，通过给动物补充工业化生产的消化酶，就可以帮助动物进行更好的消化。

3、葡萄糖氧化酶改善消化的功效是通过酸化作用实现的，葡萄糖氧化酶进入肠道后，葡萄糖酸不断产生，从而使肠道PH值降低，酸性环境本身利于各种消化酶保持活性，消化酶的活性好，自然助于消化。

4、复合酶多用于饲料厂，葡萄糖氧化酶目前多用于养殖，复合酶一般不耐受制粒高温，葡萄糖氧化酶可耐受制粒高温。

六、葡萄糖氧化酶与益生素的区别

1、益生素是活菌制剂，成分为乳酸菌、芽孢杆菌等，不论哪一种，益生素的直接功效，只有一项，即改善肠道菌群平衡，其他方面的功效，如竞争性抑制有害菌增殖、提高免疫力、减少鸡舍内氨气味等功效，都是由改善肠道菌群平衡的直接功效间接产生的。

2、葡萄糖氧化酶改善肠道菌群平衡的作用也是直接的，葡萄糖氧化酶通过去氧增殖双歧杆菌，这类似于在饲料中直接添加芽孢杆菌；葡萄糖氧化酶通过酸化作用增殖乳酸菌，这类似于直接在饲料中添加乳酸菌。

3、葡萄糖氧化酶的其它几项直接功效，抑制肠道内沙门氏菌、大肠杆菌等有害细菌、保护肠道上皮细胞完整抗球虫、改善肠道酸性消化环境、解除霉菌毒素中毒等功效，是益生素所不具备的。

4、益生素是活菌制剂，不能与抗生素等药物配合使用，一般不耐制粒高温，葡萄糖氧化酶，不仅能够与抗生素等抗菌药物配伍，而且还有协同药物提高疗效的作用，能够耐受制粒高温。