复合酶应用焦点剖析

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   复合酶应用焦点剖析

    1复合酶提高饲料营养价值的机理

    复合酶可以提高饲料营养价值，改善饲养效果的主要原因并非是NSP被大量水解成动物可利用的单糖而提高了饲料的营养价值，而是因为复合酶作用于饲料原料时，首先破坏植物细胞壁的胞间层，植物细胞壁结构被破坏，细胞内容物裸露并释放被包裹的蛋白和淀粉等营养物质，与动物内源消化酶接触并被降解，同时改变了肠道黏性，减少了食糜粘度对养分利用及吸收所带来的负面影响。

    2酶活评价体系的缺陷

    2．1单一pH值下测定酶活

    由于动物消化道食糜的pH值变化范围比较大，所以单纯考虑在某一pH值条件下的酶活值并不全面，最好能测定该酶在比较广泛的pH值范围内的表现活力。试验室中测定了特节@磷植酸酶和其他来源的植酸酶活性，尽管在pH5．5检测时酶活相同，但在其他pH值下进行测定，特节⑧磷植酸酶的酶活明显高于其他酶的活性，由于动物肠道不同部位pH值存在明显差异，所以尽管按国标测定酶活相同，但来源不同的酶在饲料中添加后生物活性的发挥存在较大差异，使用效果也不尽相同。复合效应，比较符合纤维素酶的实际使用效果。以羟甲基纤维素为底物测定酶活(CMCase)没有体现C1酶把天然的结晶纤维素分解为可溶性的游离纤维素，以FPA作为选择饲料纤维素酶的依据比CMCase更合理。例如，用羟甲基纤维素作为底物对纤维素酶A和B进行质量评价时，纤维素酶A活性(酶活为 200)高于纤维素酶B(酶活为140)，但采用滤纸作为底物时，纤维素酶B酶活(酶活为20)高于纤维素酶A(酶活为12)。

    测定木聚糖酶时选择的底物一般用桦木木聚糖(适用于造纸)。从饲料酶角度考虑，应采用燕麦木聚糖(表1)。但即使选择燕麦木聚糖作为底物，也存在一定问题，因为燕麦木聚糖(SigmaX0627)可以溶于水，而饲料中的木聚糖绝大多数是不溶于水的。

    燕麦木聚糖和桦木木聚糖对酶活的影响

    燕麦木聚糖活力 桦木木聚糖活力

    木聚糖酶A 4 500 1 200

    木聚糖酶B 2 300 6 700

    (陆文清，2005)

    3水分对酶活的影响

    水分对酶制剂的影响存在两面性：反应介质中水分必须达到一定比例，酶制剂才能充分发挥对底物的酶解作用，当植酸酶所处介质的含水量为零时，植酸酶完全没有活性。体外试验中，介质含水量至少达到25％左右，反应才能进行。但同时环境中存在水分时，酶活稳定性的保持又受到影响。在一定温度下，样品水分含量越高，酶蛋白的变性会越显著。例如当样品水分含量降为10％时，直至温度提高到60~C，脂酶才开始失活；而水分含量提高到23％时，在常温下便出现明显的失活现象。

    4矿物元素对酶活的影响

    特定的金属离子可以作为电子转移载体对酶制剂起到激活作用。如芽孢杆菌中植酸酶对Ca2+具有较强的依赖性，将植酸酶培育在含有Ca2的环境中，部分失活的酶蛋白可重新回复酶的活性(Kerovuo等，2000)。酶的来源及金属离子浓度不同，同一金属离子对酶活的影响程度和效应也不尽相同。Ca2+是芽孢杆菌植酸酶的竞争性抑制剂，Ca2+过量将预先占据底物的活性位点从而抑制酶与底物的结合，因此Ca>过量会抑制植酸酶的活性(Oh等，2001)，Fe2+、Zn2+、M广、Cu2+等金属离子与植酸络合也抑制植酸酶的活力。针对李氏木霉GXG"—葡聚糖酶而言，Cu2‘、Mn2+有抑制酶活作用，Zn2’、C02+有激活作用，其他离子Ca2’、M广、 K’在不同浓度条件下有不同的作用(李卫芬等，2001)。5．0mmol／L以下的Ca2+、Zn2’以及10．0mmol／L以下的C02+对"—葡聚糖酶活性有激活作用，而Cu2+具有抑制作用(孙建义等，2004)。

    5酶制剂的剂型

    酶制剂可以通过一些物理处理提高对高温的耐受性，主要包括添加载体对原酶进行吸附以及对原酶进行包被。酶制剂包被处理可以一定程度地提高酶的热稳定性。 Pichford(1992)报道，酶的稳定化处理可以将酶在75~C制粒后的存留率由48％提高到76％，而95qC制粒后酶活的存留率由12％提高至 34％。

    酶发挥作用的前提是到达消化道作用部位的酶具有活力，因此要注意包被酶是否能在合适的消化道部位进行释放，达到对底物进行催化的目的。Guss(2000)测试了肉用仔鸡缺磷的玉米—豆粕型日粮中分别添加3种类型植酸酶(粉末型、颗粒型和包被型)，试验结果是包被型植酸酶组日增重低于其他两组。其原因可能是包被型植酸酶在动物肠道中活性释放的速度变慢。

    6消化道内环境

    酶制剂作为一种具有生物活性的蛋白，其作用受到消化道内环境的影响，整个消化道形成一条生理空间的pH谱线(表2)。酶活特征与动物胃肠道生理特点特别是同 pH值相吻合，才能充分发挥酶的催化活性。外源酶能否与消化道内pH谱线相适应，是否引起酶蛋白可逆或不可逆变性，都是使用复合酶时需要考虑的因素。比如胃蛋白酶在pH6~7时很快失活，pHl．0~5．0时却十分稳定。一般真菌纤维素酶的最适pH在4．0~6．0，而细菌纤维素酶的最适pH为6． 0~7．0(Wood，1995)。消化道前段的酸性条件适合来自真菌的酶，饲用纤维素酶多为真菌来源的酸性酶。
    一般而言，猪胃采食后食糜pH值在4．7左右。但目前市场上的商品植酸酶大都在pH值5．5时活性最高，在pH值4．5时酶活显著降低。农科院饲料所成功地对植酸酶基因进行修饰改造，开发的特节R磷猪用植酸酶在4．0-5．0间酶活最高，同原有植酸酶相比，显著提高了在猪料中的添加效果。

    7不同动物对酶的反应差异

    动物种类不同，酶制剂的使用效果存在差异，家禽饲料中添加酶制剂的效果稍好于在猪料中的效果，主要原因有：(1)禽类嗉囔相对高的pH对多数酶的活性发挥有利，酶制剂在猪胃中酸性环境下的失活多于禽。(2)猪肠道内容物中水分含量高于家禽，干物质含量(10％)明显低于家禽(20％)，其肠道内容物黏度比家禽低，所以禽料中添加复合酶对食糜黏度的降低更有效，而黏度的降低使得营养物质的吸收更加迅速。(3)猪后肠道容量占总肠道的比例远高于禽，猪肠道中微生物种类和数量也高于家禽，后肠道微生物的发酵可以释放一些脂肪酸从而提供部分能量。

    随着对各种单酶的酶学特征研究的深入，以及复合酶的组合配制更加科学合理，都有助于提高酶制剂在饲料中的添加效果，促进酶制剂在饲料中的推广使用。但同时也需要认识到酶制剂的应用仍有众多内容需要进一步研究，对酶制剂的内在特征和外部联系需要进行更深入地研究探讨，才能促进饲料养分的有效吸收利用，推动健康绿色环保畜牧业的发展。