飼用β-甘露聚糖酶的選用

mche2005

轉(zhuǎn)載自博仕奧通訊
這個資料挺好的。

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；她可廣泛應用于食品、醫(yī)藥、造紙、飼料、石油開采及精細化工等行業(yè)，對于自然資源的高附加值開發(fā)、發(fā)展生物技術(shù)改造化學工業(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，得到廣泛的應用。但由于飼料中組成成分（即酶的作用底物），動物消化道環(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，:hehes: 工業(yè)用酶可以調(diào)整溫度、pH值等因素來適應酶的最佳作用條件；但飼用酶只能選擇適應于動物消化道內(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用效果，需要從飼料類型、動物消化道生理特點來選擇一個高效的酶。

1
影響酶的作用三個最重要因子：底物、溫度、pH值

1.1
酶具有高度的專一性

酶促反應非常高效、但也具高度的專一性的特點，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）。

測定飼用酶時選用的底物應接近飼料中的，這樣的酶在飼料中使用才有意義。如測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，故測定飼用β-甘露聚糖酶應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)我們實驗室測定表明，一種進口的飼用半乳糖苷酶用化學合成底物（p-NPGal）測定也許有活性，但用棉籽糖作底物時竟然沒活性，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
溫度對酶活力有很大影響
酶促反應和大多數(shù)化學反應一樣，在一定范圍內(nèi)，溫度越高反應越快，也就是酶活性越高。但不同來源的酶，對溫度的適應性不一樣，但大多在30-60℃間。:hehes: 但在測定飼料用酶時應選擇接近動物體溫的溫度作為選擇飼料酶的測定依據(jù)（如表1）。不同的測定溫度，酶活力差異很大，圖1所示是測定某一β-甘露聚糖酶的溫度特性，從中可以看出以40℃作為100%時，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pH值高的酶來用作飼料用酶呢？這要根據(jù)目標動物的消化道pH值來定。




2
動物生理與對飼料用酶的關(guān)系
2.1
不同恒溫動物的體溫
恒溫動物指在一定范圍內(nèi)通過自身調(diào)節(jié)保持相對恒定的體溫，在自然界中只有哺乳動物和鳥類，其他大部分包括魚類都是變溫動物。恒溫動物的體溫詳見表1，:hehes: 從表中可以看出，除草食動物馬、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℃的反應溫度做為測定飼料用酶的標準溫度是較為合適的。較之現(xiàn)在飼料行業(yè)標準中使用37℃會更恰當些。:hehes: :hehes: :hehe: 當前某些廠家飼料用酶仍然采用50℃甚至55℃作為測定飼用酶的溫度，這種脫離使用對象套用工業(yè)用酶標準的方法是很不科學的！不管酶的最適反應溫度是多少，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類似。




2.2
魚蝦等水生動物用酶的溫度選擇


魚蝦等水生動物屬于變溫動物，受水體溫度影響，以采食較為活躍的溫度如25-30℃作為選擇測定恰當些。


2.3
飼用酶在動物體消化道內(nèi)作用位點及pH值要求


2.3.1
豬的消化道、pH值與外加酶的作用位點







食物先進入豬口腔短暫咀嚼后進入胃中，在有食物存在時胃pH值約為3.0，在胃中停留約1-2小時后，進入小腸，十二指腸至空腸段小腸平均pH值為6.4（Makkink等1994），通過胃及小腸時間大約為4-5小時（Dierick和Decuypere 1994），但Mahsn（1982）研究的結(jié)果為7.5小時，這種變化與日糧組成、纖維水平、動物年齡等有關(guān)。



從消化過程可以看出，豬的消化特性與雞不一樣，食糜在消化道內(nèi)停留位點首先是胃部，第二位點在小腸段，所以外加酶制劑起作用的位點要么在胃起作用，但要求在pH3.0時有較高的活性，要么在小腸段起作用，要求在pH6.4時有較高的活性，但因為要在胃部停留，所以也要求有較強的耐酸性和對抗胃蛋白酶的能力。



2.3.2
家禽消化道、pH值及外加酶的作用位點



對雞來說食物經(jīng)口腔進入嗉囊（鴨鵝的食道膨大部）作短暫的貯存，嗉囊pH約為4.5,嗉囊會分泌一些粘液濕潤飼料，但一般認為不含消化酶，一些細菌如乳酸菌在此處對飼料起一定的發(fā)酵作用。之后食物進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，但停留時間很短（約0.3小時），很快食糜便進入小腸作進一步消化，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值見表2






:hehes: :hehes: :buyao: 肉仔雞食糜通過胃腸道上部（嗉囊、肌胃和小腸）可溶性標記物的平均停留時間（MRT）分別為2.8，0.3和1.0小時（約需4小時到達小腸后部，Dierick和Decuypere，1994），停留時間最長的位點是嗉囊，小腸次之，肌胃時間最短。由此可見對雞來說嗉囊是外加酶的第一個理想作用位點，由于雞嗉囊pH為4.5，要求在此作用的酶在pH 4.5時有較高的活力，而肌胃停留的時間非常短，所以第二個外加酶的作用位點則應在小腸段，此處食糜停留約1小時，pH5.8-6.0，故要求外加的酶在pH5.8-6.0時有較高活力。













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，應選擇pH3.0（胃）、pH6.4（小腸）作為酶活力的測定pH值，只有這兩個pH之一有較高活性的酶才可以使用，當然測定的溫度可選擇38-40℃。對雞來說有2個作用位點pH4.5（嗉囊）、pH6.0（小腸），同樣只有在這2個位點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定條件




由于酶的測定沒有相對統(tǒng)一的標準，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)標準，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（見圖5），像國產(chǎn)的某一植酸酶（基因工程菌生產(chǎn)），實測最高活性pH在4.2（4692U/g），在pH5.5時只有（979U/g），但在pH3.0時有3357U/g，pH6.0時有2933U/g，在pH5.8時已沒有活性，說明該酶作用位點在胃或嗉囊，如果以pH5.5來作為測定標準，很難來評價該酶的有效性。
















但很多商業(yè)廠家標示的酶活力測定條件，并非考慮動物的需要。定義的條件五花八門，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)出于自身的市場需要，這是一種不負責任的行為！表3就是對市場上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）活力以酶2高得多，而且pH4.5時仍然有較高的活力，表明對雞來說嗉囊、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動物體的有效酶活力，而不要被廠家標示活性而誤導






在相應動物消化道內(nèi)表現(xiàn)出來的活性，我們可以稱之為有效酶活力，而不是廠家標示的活力或按廠家提供標準測定的酶活力，只有有效酶活力高的外加酶才會有好的效果。







要比較有效酶活力的高低，首先要模仿酶在動物消化道內(nèi)的作用主要條件——底物、溫度、pH值。對于飼用β-甘露聚糖酶來說，底物應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）來通過實驗室測定酶活來作出初步評價，只有這樣測定出來酶活高的才有可能有好的使用效果，然后再用嚴密的動物試驗來驗證。

mche2005

這個帖子的黑色加重部分很有用的（標題除外）。對于飼料酶制劑配方師和飼料配方師都是有很幫助的。
對于一些飼料酶業(yè)務(wù)員也有幫助，可以給飼料廠解釋的更清楚些。
這些加重的部分，也可以說明為什么總是會有飼料廠埋怨飼料酶效果不好的原因了。飼料酶的ph譜線和畜禽的ph譜線是否相符合，再就是外源酶是否耐內(nèi)源蛋白酶的酶解（仔豬、仔雞不用考慮內(nèi)源酶解），如果不能的話，自然就達不到所承諾的效果了。
要用這樣的飼料酶，增強飼料利用率，促進吸收應該是毋庸置疑的。

akenuma

相關(guān)資料很少，很珍貴

as1985323123

學習學習