目前,關于飼料酶的生產和應用的報道很多,每年數以干計,從報道的內容分析,無論是生產水平還是質量鑒別能力都比以前有很大提高,但是目前還有很多問題需要研究。?
目前廣泛使用的植酸酶、木聚糖酶、葡聚糖酶和果膠酶都有很多同功酶。只要產酶的微生物不同(工程菌除外),酶蛋白的結構通常也是不同的。根據最近的研究發現,植酸酶(可能是結構最簡單的飼料酶)至少有30種的同功酶,它們的活力表現隨pH值的變化情況都是不同的。至于其它飼料酶,例如木聚糖酶,至少有 200種同功酶。
很多飼料酶使用者希望能有一套類似NR.C的飼料酶使用標準或模版,供行業參考。事實上這幾乎是不可能的,至少在最近的數十年內這種設想還不成熟。飼料酶的質量評判和選用涉及很多因素,遠比普通的工業用酶復雜。一般的工業用酶,如淀粉酶和糖化酶,它們的使用場合比較固定,有比較確定的pH值、溫度、底物和作用時間,而且酶活成分也比較單一明確。但是對于飼料酶,由于飼料原料、加工要求和動物消化道pH的多樣性,需要考慮的因素很多、很復雜。
pH值對酶活力的影響
由于動物消化道食糜的pH值變化范圍很大,所以單純考慮在某個pH值條件下的酶活表現值是不全面的,最好能測定該酶活組分在比較廣泛的pH值范圍內的活力表現。?
植酸酶A在pH5.5時有一個高峰值,而在其他pH條件下表現活力都很低。當pH值低于3.5以后基本沒有活力。但是植酸酶B不僅在pH5.5有一個峰值,在pH2.5時也有一個峰值,其作用范圍要比植酸酶A寬泛得多,使用效果也要優于A。顯然,要想達到同樣的使用效果,植酸酶A的添加量必須高于B。
酶反應底物的影響
木聚糖酶是第二大飼料用酶,對它的研究也多。相對而言,木聚糖酶的結構要比植酸酶復雜,影響的因素也更多。木聚糖酶主要有二大類:造紙用木聚糖酶和飼料用木聚糖酶。造紙用的木聚糖酶的測定底物是樺木木聚糖,而飼料用木聚糖酶的測定底物是燕麥木聚糖選擇木聚酶糖酶A作為飼料用梅比較合理。
那么如果都采用燕麥木聚糖作為底物,其他測定條件也一樣。比較二種木聚糖酶C和D在pH值2.0的范圍內,木聚糖酶C的表現值始終高于木聚糖酶D,是否就可以確定木聚糖酶C優于D呢?
用無淀粉麥麩作為實際作用底物進行試驗,發現結果木聚糖酶D優于C在200ml醋酸一醋酸鈉緩沖液(pH5.5)中加入10.0g無淀粉麥麩和0.50g 木聚糖酶,在40℃保溫8.0h。木聚糖酶D可以降解20.5%的麥麩而木聚糖酶C只能降解18.7%,其原因與纖維素酶的情況類同。飼料用木聚糖酶也是一個復合酶,燕麥木聚糖是溶于水的,而在飼料中存在的木聚糖絕大多數是不溶于水的。
酶蛋白的耐酸穩定性
飼料酶的耐酸穩定性也是考察飼料酶質量的一個指標。筆者曾使用二種飼料用木聚糖酶進行動物飼養試驗,一種是黑曲霉發酵產物,另一種是米曲霉發酵產物。使用在仔豬料和牛料中,黑曲霉發酵物的效果要優于米曲霉發酵物;但是添加在生長豬料中發現米曲霉發酵物要優于黑曲霉發酵物。筆者通過酶活分析發現,在中性和偏酸r生條件下(pH4.5~7.0),黑曲霉發酵物中的酶活力要高于米曲霉發酵物(高出65%左右),但是米曲霉發酵物中酶蛋白的耐酸性要明顯優于黑曲霉發酵物。在pH值2.5的條件下40℃保溫2h,米曲霉發酵物中的木聚糖酶活力損失不超過20%,而黑曲霉發酵物中的木聚糖酶活力損失超過了70%。顯然,在生長豬的胃酸環境下,黑曲霉發酵物中的活力損失較大,進入腸以后酶活存留很少。但是米曲霉發酵物中的酶活損失較少,發揮作用的時間和區段對要大得多。
關于液態發酵和固態發酵產品的分析
目前,國內幾乎所有液態發酵生產飼料酶的企業都宣傳液態發酵的產品優于固態發酵的產品,很多從事動物營養學研究的科研工作者也贊同這個觀點。事實上這個論點有很大的偏面性。固態發酵生產在中國、印度、巴西等發展中國家存在,在日本、荷蘭等一些發達國家也很受重視(主要是能耗低和污染掃放少),固態發酵產品的質量也很好。如果產酶菌是霉菌(事實上天然的酶制劑高產菌大多數是霉菌),相對液態發酵而言,固態發酵的產品有以下二個方面的優勢:
酶蛋白屬于次緩代謝產物霉菌的次級代謝產物通常是在霉菌進行分化時形成的。 液態培養抑制霉菌分化,所以霉菌固態發酵單位體積的酶產量往往比液態發酵高5~10倍。
固態發酵的原料比較粗放,終產物往往含有多種酶活性,很適合于用作飼料添加劑而液態發酵的酶系往往比較單一,往往只有一種酶活比較高,而其它組分的酶活很小。?
飼料原料中含有很多非淀粉多糖,分解這些非淀粉多糖需要一組或多組酶系的共同協作才能完成。固態發酵生產的非淀粉多糖酶通常都含有多個亞基甚至多個酶系,固態發酵的底物基本上都是農副產品(主要是麥麩),底物的誘導效應使得發酵產生的酶系有很好的針對性。在酶活測定值相等的條件下,固態發酵生產的酶在飼料中顯示的效果往往要比液態發酵生產的酶更為顯著。
耐熱和儲存穩定性
耐熱穩定性需要考察二種情況,一種是干物質的耐熱性能,另一種是在水溶液中(或高水分條件下)的穩定性。筆者發現有些報道說某種飼料酶耐熱性能很好,可以耐受飼料的高溫制粒而
不失活。這種說法是不全面的,有些酶在干物質條件下有很好的穩定性,但是在高溫水溶液中(或含水量很高的物料中)會很快失活。筆者曾測試一種木聚糖酶,在干粉(含水量不超過10.0%)條件下,105℃保溫2h,酶活損失不超過10.0%;但是在80℃水溶液中保溫5分鐘,酶活損失超過40.0%。進一步試驗發現這種木聚糖酶在飼料的高溫制粒(85-90℃)過程中活力損失通常要超過24.0%。當然,如果不考慮高溫制粒,筆者建議優先選擇價格比較低廉而且活力比較高的粉狀飼料酶。
飼料酶質量的評價涉及很多因素,很多科研工作者在這個領域進行了大量工作,積累了很多經驗。但是由于問題的復雜性,目前還沒有成型的公式可以參考。以前筆者曾設想通過實驗室的酶活分析來推算其使用效果,并發表了一些這方面的言論,現在看來,有些觀點是偏面的、甚至是錯誤的。關于飼料酶的研究,我們僅僅處于起步階段,不知道的遠多于知道的。
目前廣泛使用的植酸酶、木聚糖酶、葡聚糖酶和果膠酶都有很多同功酶。只要產酶的微生物不同(工程菌除外),酶蛋白的結構通常也是不同的。根據最近的研究發現,植酸酶(可能是結構最簡單的飼料酶)至少有30種的同功酶,它們的活力表現隨pH值的變化情況都是不同的。至于其它飼料酶,例如木聚糖酶,至少有 200種同功酶。
很多飼料酶使用者希望能有一套類似NR.C的飼料酶使用標準或模版,供行業參考。事實上這幾乎是不可能的,至少在最近的數十年內這種設想還不成熟。飼料酶的質量評判和選用涉及很多因素,遠比普通的工業用酶復雜。一般的工業用酶,如淀粉酶和糖化酶,它們的使用場合比較固定,有比較確定的pH值、溫度、底物和作用時間,而且酶活成分也比較單一明確。但是對于飼料酶,由于飼料原料、加工要求和動物消化道pH的多樣性,需要考慮的因素很多、很復雜。
pH值對酶活力的影響
由于動物消化道食糜的pH值變化范圍很大,所以單純考慮在某個pH值條件下的酶活表現值是不全面的,最好能測定該酶活組分在比較廣泛的pH值范圍內的活力表現。?
植酸酶A在pH5.5時有一個高峰值,而在其他pH條件下表現活力都很低。當pH值低于3.5以后基本沒有活力。但是植酸酶B不僅在pH5.5有一個峰值,在pH2.5時也有一個峰值,其作用范圍要比植酸酶A寬泛得多,使用效果也要優于A。顯然,要想達到同樣的使用效果,植酸酶A的添加量必須高于B。
酶反應底物的影響
木聚糖酶是第二大飼料用酶,對它的研究也多。相對而言,木聚糖酶的結構要比植酸酶復雜,影響的因素也更多。木聚糖酶主要有二大類:造紙用木聚糖酶和飼料用木聚糖酶。造紙用的木聚糖酶的測定底物是樺木木聚糖,而飼料用木聚糖酶的測定底物是燕麥木聚糖選擇木聚酶糖酶A作為飼料用梅比較合理。
那么如果都采用燕麥木聚糖作為底物,其他測定條件也一樣。比較二種木聚糖酶C和D在pH值2.0的范圍內,木聚糖酶C的表現值始終高于木聚糖酶D,是否就可以確定木聚糖酶C優于D呢?
用無淀粉麥麩作為實際作用底物進行試驗,發現結果木聚糖酶D優于C在200ml醋酸一醋酸鈉緩沖液(pH5.5)中加入10.0g無淀粉麥麩和0.50g 木聚糖酶,在40℃保溫8.0h。木聚糖酶D可以降解20.5%的麥麩而木聚糖酶C只能降解18.7%,其原因與纖維素酶的情況類同。飼料用木聚糖酶也是一個復合酶,燕麥木聚糖是溶于水的,而在飼料中存在的木聚糖絕大多數是不溶于水的。
酶蛋白的耐酸穩定性
飼料酶的耐酸穩定性也是考察飼料酶質量的一個指標。筆者曾使用二種飼料用木聚糖酶進行動物飼養試驗,一種是黑曲霉發酵產物,另一種是米曲霉發酵產物。使用在仔豬料和牛料中,黑曲霉發酵物的效果要優于米曲霉發酵物;但是添加在生長豬料中發現米曲霉發酵物要優于黑曲霉發酵物。筆者通過酶活分析發現,在中性和偏酸r生條件下(pH4.5~7.0),黑曲霉發酵物中的酶活力要高于米曲霉發酵物(高出65%左右),但是米曲霉發酵物中酶蛋白的耐酸性要明顯優于黑曲霉發酵物。在pH值2.5的條件下40℃保溫2h,米曲霉發酵物中的木聚糖酶活力損失不超過20%,而黑曲霉發酵物中的木聚糖酶活力損失超過了70%。顯然,在生長豬的胃酸環境下,黑曲霉發酵物中的活力損失較大,進入腸以后酶活存留很少。但是米曲霉發酵物中的酶活損失較少,發揮作用的時間和區段對要大得多。
關于液態發酵和固態發酵產品的分析
目前,國內幾乎所有液態發酵生產飼料酶的企業都宣傳液態發酵的產品優于固態發酵的產品,很多從事動物營養學研究的科研工作者也贊同這個觀點。事實上這個論點有很大的偏面性。固態發酵生產在中國、印度、巴西等發展中國家存在,在日本、荷蘭等一些發達國家也很受重視(主要是能耗低和污染掃放少),固態發酵產品的質量也很好。如果產酶菌是霉菌(事實上天然的酶制劑高產菌大多數是霉菌),相對液態發酵而言,固態發酵的產品有以下二個方面的優勢:
酶蛋白屬于次緩代謝產物霉菌的次級代謝產物通常是在霉菌進行分化時形成的。 液態培養抑制霉菌分化,所以霉菌固態發酵單位體積的酶產量往往比液態發酵高5~10倍。
固態發酵的原料比較粗放,終產物往往含有多種酶活性,很適合于用作飼料添加劑而液態發酵的酶系往往比較單一,往往只有一種酶活比較高,而其它組分的酶活很小。?
飼料原料中含有很多非淀粉多糖,分解這些非淀粉多糖需要一組或多組酶系的共同協作才能完成。固態發酵生產的非淀粉多糖酶通常都含有多個亞基甚至多個酶系,固態發酵的底物基本上都是農副產品(主要是麥麩),底物的誘導效應使得發酵產生的酶系有很好的針對性。在酶活測定值相等的條件下,固態發酵生產的酶在飼料中顯示的效果往往要比液態發酵生產的酶更為顯著。
耐熱和儲存穩定性
耐熱穩定性需要考察二種情況,一種是干物質的耐熱性能,另一種是在水溶液中(或高水分條件下)的穩定性。筆者發現有些報道說某種飼料酶耐熱性能很好,可以耐受飼料的高溫制粒而
不失活。這種說法是不全面的,有些酶在干物質條件下有很好的穩定性,但是在高溫水溶液中(或含水量很高的物料中)會很快失活。筆者曾測試一種木聚糖酶,在干粉(含水量不超過10.0%)條件下,105℃保溫2h,酶活損失不超過10.0%;但是在80℃水溶液中保溫5分鐘,酶活損失超過40.0%。進一步試驗發現這種木聚糖酶在飼料的高溫制粒(85-90℃)過程中活力損失通常要超過24.0%。當然,如果不考慮高溫制粒,筆者建議優先選擇價格比較低廉而且活力比較高的粉狀飼料酶。
飼料酶質量的評價涉及很多因素,很多科研工作者在這個領域進行了大量工作,積累了很多經驗。但是由于問題的復雜性,目前還沒有成型的公式可以參考。以前筆者曾設想通過實驗室的酶活分析來推算其使用效果,并發表了一些這方面的言論,現在看來,有些觀點是偏面的、甚至是錯誤的。關于飼料酶的研究,我們僅僅處于起步階段,不知道的遠多于知道的。