本帖最后由 mche2005 于 2009-5-4 14:55 編輯
轉(zhuǎn)載自博仕奧通訊
這個(gè)資料挺好的。
飼用β-甘露聚糖酶的選用
陳權(quán)軍
李偉
(北京博仕奧生物技術(shù)有限公司,北京 102434)
甘露聚糖是以1, 4-β-D-吡喃甘露糖苷鍵連結(jié)而成的線狀多糖,如果主鏈某些殘基被葡萄糖取代,或半乳糖通過(guò)1, 6-α-糖苷鍵與甘露糖殘基相連形成分枝,則稱之為異甘露聚糖,主要有半乳甘露聚糖(galactomannan)、葡甘露聚糖(glucomannan)、半乳葡甘露聚糖(galactoglucomannan)(龍健兒等,1998)。豆粕中甘露聚糖屬于半乳甘露聚糖(galactomannan)。上述物質(zhì)構(gòu)成了植物半纖維素的第二大組份,這些物質(zhì)的降解主要依靠的酶就是β-甘露聚糖酶(β- mannanase;endo-1, 4-β-D-mannan mannohydrolaser ,EC 3 .2 .1. 78 )。
β-甘露聚糖酶是一種新型的工業(yè)酶制劑,她的研制是生物技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的重要課題;她可廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、造紙、飼料、石油開(kāi)采及精細(xì)化工等行業(yè),對(duì)于自然資源的高附加值開(kāi)發(fā)、發(fā)展生物技術(shù)改造化學(xué)工業(yè),滿足資源、環(huán)境、能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域內(nèi)的需求具有重要意義。β-甘露聚糖酶應(yīng)用在飼料工業(yè)中,提高飼料消化率,特別是改善玉米豆粕型日糧的能量利用率,得到廣泛的應(yīng)用。但由于飼料中組成成分(即酶的作用底物),動(dòng)物消化道環(huán)境(即酶的作用條件——溫度、pH值)等因素決定了飼用酶與工業(yè)用酶有很大的區(qū)別,也就是說(shuō),:hehes: 工業(yè)用酶可以調(diào)整溫度、pH值等因素來(lái)適應(yīng)酶的最佳作用條件;但飼用酶只能選擇適應(yīng)于動(dòng)物消化道內(nèi)起作用的酶。所以為減少使用的盲目性,提高β-甘露聚糖酶在飼料中應(yīng)用效果,需要從飼料類型、動(dòng)物消化道生理特點(diǎn)來(lái)選擇一個(gè)高效的酶。
1
影響酶的作用三個(gè)最重要因子:底物、溫度、pH值
1.1
酶具有高度的專一性
酶促反應(yīng)非常高效、但也具高度的專一性的特點(diǎn),如木聚糖酶只分解木聚糖、葡聚糖酶只分解葡聚糖,同樣甘露聚糖酶只分解甘露聚糖。但是同樣是甘露聚糖,也有半乳甘露聚糖(galactomannan)、葡萄甘露聚糖(glucomannan)、半乳葡萄甘露聚糖(galactoglucomannan)之分,也有水溶、水不可溶的差異。豆粕中甘露聚糖屬于水溶性半乳甘露聚糖(galactomannan)。
測(cè)定飼用酶時(shí)選用的底物應(yīng)接近飼料中的,這樣的酶在飼料中使用才有意義。如測(cè)定木聚糖酶用燕麥木聚糖要優(yōu)于樺木木聚糖,豆粕中甘露聚糖屬于水溶性半乳甘露聚糖,故測(cè)定飼用β-甘露聚糖酶應(yīng)選用水溶性的半乳甘露聚糖如sigma G0753,而不要用魔芋膠(一種水溶的葡甘露聚糖)。據(jù)我們實(shí)驗(yàn)室測(cè)定表明,一種進(jìn)口的飼用半乳糖苷酶用化學(xué)合成底物(p-NPGal)測(cè)定也許有活性,但用棉籽糖作底物時(shí)竟然沒(méi)活性,但用半乳糖苷酶的目的就是分解飼料中如棉籽粕、豆粕中含的棉籽糖和其衍生物水蘇糖等,這樣的酶就不能選擇用作飼用酶。
1.2
溫度對(duì)酶活力有很大影響
酶促反應(yīng)和大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)一樣,在一定范圍內(nèi),溫度越高反應(yīng)越快,也就是酶活性越高。但不同來(lái)源的酶,對(duì)溫度的適應(yīng)性不一樣,但大多在30-60℃間。:hehes: 但在測(cè)定飼料用酶時(shí)應(yīng)選擇接近動(dòng)物體溫的溫度作為選擇飼料酶的測(cè)定依據(jù)(如表1)。不同的測(cè)定溫度,酶活力差異很大,圖1所示是測(cè)定某一β-甘露聚糖酶的溫度特性,從中可以看出以40℃作為100%時(shí),50℃是40℃的169%,60℃活力更是40℃的259%,增加了2倍多!
![]()
1.3
pH值是影響酶活力的重要因素
pH值也就是酸堿度,是酶起作用的重要外部環(huán)境。有些酶pH值范圍廣、有些窄,有酸性的、中性的、堿性的。從圖2可以看到,3種β-甘露聚糖酶在不同的pH值條件下有非常大的差異,究竟選擇哪個(gè)pH值高的酶來(lái)用作飼料用酶呢?這要根據(jù)目標(biāo)動(dòng)物的消化道pH值來(lái)定。
![]()
2
動(dòng)物生理與對(duì)飼料用酶的關(guān)系
2.1
不同恒溫動(dòng)物的體溫
恒溫動(dòng)物指在一定范圍內(nèi)通過(guò)自身調(diào)節(jié)保持相對(duì)恒定的體溫,在自然界中只有哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類,其他大部分包括魚(yú)類都是變溫動(dòng)物。恒溫動(dòng)物的體溫詳見(jiàn)表1,:hehes: 從表中可以看出,除草食動(dòng)物馬、牛、騾等體溫在37-39℃之間,豬、雞、鴨的體溫在40℃左右,所以選取40℃的反應(yīng)溫度做為測(cè)定飼料用酶的標(biāo)準(zhǔn)溫度是較為合適的。較之現(xiàn)在飼料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中使用37℃會(huì)更恰當(dāng)些。:hehes: :hehes: :hehe: 當(dāng)前某些廠家飼料用酶仍然采用50℃甚至55℃作為測(cè)定飼用酶的溫度,這種脫離使用對(duì)象套用工業(yè)用酶標(biāo)準(zhǔn)的方法是很不科學(xué)的!不管酶的最適反應(yīng)溫度是多少,但在40℃左右的活性才是更接近畜禽體內(nèi)能發(fā)揮的的活性,我們可以稱之為有效酶活力,就象維生素和藥物的效價(jià)類似。
![]()
2.2
魚(yú)蝦等水生動(dòng)物用酶的溫度選擇
魚(yú)蝦等水生動(dòng)物屬于變溫動(dòng)物,受水體溫度影響,以采食較為活躍的溫度如25-30℃作為選擇測(cè)定恰當(dāng)些。
2.3
飼用酶在動(dòng)物體消化道內(nèi)作用位點(diǎn)及pH值要求
2.3.1
豬的消化道、pH值與外加酶的作用位點(diǎn)
![]()
食物先進(jìn)入豬口腔短暫咀嚼后進(jìn)入胃中,在有食物存在時(shí)胃pH值約為3.0,在胃中停留約1-2小時(shí)后,進(jìn)入小腸,十二指腸至空腸段小腸平均pH值為6.4(Makkink等1994),通過(guò)胃及小腸時(shí)間大約為4-5小時(shí)(Dierick和Decuypere 1994),但Mahsn(1982)研究的結(jié)果為7.5小時(shí),這種變化與日糧組成、纖維水平、動(dòng)物年齡等有關(guān)。
從消化過(guò)程可以看出,豬的消化特性與雞不一樣,食糜在消化道內(nèi)停留位點(diǎn)首先是胃部,第二位點(diǎn)在小腸段,所以外加酶制劑起作用的位點(diǎn)要么在胃起作用,但要求在pH3.0時(shí)有較高的活性,要么在小腸段起作用,要求在pH6.4時(shí)有較高的活性,但因?yàn)橐谖覆客A?,所以也要求有較強(qiáng)的耐酸性和對(duì)抗胃蛋白酶的能力。
2.3.2
家禽消化道、pH值及外加酶的作用位點(diǎn)
對(duì)雞來(lái)說(shuō)食物經(jīng)口腔進(jìn)入嗉囊(鴨鵝的食道膨大部)作短暫的貯存,嗉囊pH約為4.5,嗉囊會(huì)分泌一些粘液濕潤(rùn)飼料,但一般認(rèn)為不含消化酶,一些細(xì)菌如乳酸菌在此處對(duì)飼料起一定的發(fā)酵作用。之后食物進(jìn)入腺胃和肌胃磨碎并與消化液混合消化,與豬類似,此pH在2.5左右,消化液主要是胃酸和胃蛋白酶,但停留時(shí)間很短(約0.3小時(shí)),很快食糜便進(jìn)入小腸作進(jìn)一步消化,小腸至空腸段pH值大約在5.8-6.0(Makkink等1994)。其它家禽胃腸道pH值見(jiàn)表2
![]()
:hehes: :hehes: :buyao: 肉仔雞食糜通過(guò)胃腸道上部(嗉囊、肌胃和小腸)可溶性標(biāo)記物的平均停留時(shí)間(MRT)分別為2.8,0.3和1.0小時(shí)(約需4小時(shí)到達(dá)小腸后部,Dierick和Decuypere,1994),停留時(shí)間最長(zhǎng)的位點(diǎn)是嗉囊,小腸次之,肌胃時(shí)間最短。由此可見(jiàn)對(duì)雞來(lái)說(shuō)嗉囊是外加酶的第一個(gè)理想作用位點(diǎn),由于雞嗉囊pH為4.5,要求在此作用的酶在pH 4.5時(shí)有較高的活力,而肌胃停留的時(shí)間非常短,所以第二個(gè)外加酶的作用位點(diǎn)則應(yīng)在小腸段,此處食糜停留約1小時(shí),pH5.8-6.0,故要求外加的酶在pH5.8-6.0時(shí)有較高活力。
![]()
3
飼用β-甘露聚糖酶的要求與選用
3.1
飼用β-甘露聚糖酶的要求
從以上對(duì)豬雞消化道生理的分析可以看出,要用在豬飼料中的β-甘露聚糖酶,應(yīng)選擇pH3.0(胃)、pH6.4(小腸)作為酶活力的測(cè)定pH值,只有這兩個(gè)pH之一有較高活性的酶才可以使用,當(dāng)然測(cè)定的溫度可選擇38-40℃。對(duì)雞來(lái)說(shuō)有2個(gè)作用位點(diǎn)pH4.5(嗉囊)、pH6.0(小腸),同樣只有在這2個(gè)位點(diǎn)之一有較高的活性的β-甘露聚糖酶才可以用到雞上。
3.2
要清楚外加酶廠家的酶活力定義的測(cè)定條件
由于酶的測(cè)定沒(méi)有相對(duì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),β-甘露聚糖酶也是這樣,即使像植酸酶、纖維素酶 、β-葡聚糖酶等有飼料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),但使用的pH均為5.5,也是值得商討的,原因從上面分析可以知道,最典型的例子(見(jiàn)圖5),像國(guó)產(chǎn)的某一植酸酶(基因工程菌生產(chǎn)),實(shí)測(cè)最高活性pH在4.2(4692U/g),在pH5.5時(shí)只有(979U/g),但在pH3.0時(shí)有3357U/g,pH6.0時(shí)有2933U/g,在pH5.8時(shí)已沒(méi)有活性,說(shuō)明該酶作用位點(diǎn)在胃或嗉囊,如果以pH5.5來(lái)作為測(cè)定標(biāo)準(zhǔn),很難來(lái)評(píng)價(jià)該酶的有效性。
![]()
但很多商業(yè)廠家標(biāo)示的酶活力測(cè)定條件,并非考慮動(dòng)物的需要。定義的條件五花八門(mén),如有的pH用7.5,有的用5.3,溫度有的用50℃,有的甚至用55℃,多數(shù)出于自身的市場(chǎng)需要,這是一種不負(fù)責(zé)任的行為!表3就是對(duì)市場(chǎng)上2種β-甘露聚糖酶分析,從表3 看出在pH7.5酶1的活力最高,但pH6.0(小腸作用點(diǎn))活力以酶2高得多,而且pH4.5時(shí)仍然有較高的活力,表明對(duì)雞來(lái)說(shuō)嗉囊、小腸都可以起作用,所以用作飼料上酶2的效率要比酶1高得多,也就是說(shuō)有效酶活力以酶2是最高。
![]()
3.3
小結(jié):必須要重視外加酶對(duì)動(dòng)物體的有效酶活力,而不要被廠家標(biāo)示活性而誤導(dǎo)
在相應(yīng)動(dòng)物消化道內(nèi)表現(xiàn)出來(lái)的活性,我們可以稱之為有效酶活力,而不是廠家標(biāo)示的活力或按廠家提供標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的酶活力,只有有效酶活力高的外加酶才會(huì)有好的效果。
要比較有效酶活力的高低,首先要模仿酶在動(dòng)物消化道內(nèi)的作用主要條件——底物、溫度、pH值。對(duì)于飼用β-甘露聚糖酶來(lái)說(shuō),底物應(yīng)選用水溶性半乳甘露聚糖(接近豆粕),溫度使用40℃,禽用酶使用pH4.5(嗉囊)和pH6.0(小腸),豬用酶用pH3.0(胃),pH6.4(小腸)來(lái)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定酶活來(lái)作出初步評(píng)價(jià),只有這樣測(cè)定出來(lái)酶活高的才有可能有好的使用效果,然后再用嚴(yán)密的動(dòng)物試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。
|