新一代飼用酶制劑-細(xì)菌性木聚糖酶

kiroco

摘要：近年來(lái)，細(xì)菌性木聚糖酶由于其良好的熱穩(wěn)定性和酶解效率等特點(diǎn)，展示了其在飼料及養(yǎng)殖業(yè)中廣泛的應(yīng)用前景，引起了國(guó)內(nèi)外業(yè)界的關(guān)注。本文就細(xì)菌性木聚糖酶的結(jié)構(gòu)特征、生化特性及其作用特點(diǎn)作一簡(jiǎn)要探討，為細(xì)菌性木聚糖酶的應(yīng)用提供理論參考。  
  關(guān)鍵詞：術(shù)聚糖；細(xì)菌性木聚糖酶；穩(wěn)定性；酶解效率；飼料  
  阿 拉伯木聚糖(Arabinoxylan，AX)是廣泛存在于常用植物性飼料原料(玉米、小麥、菜粕和棉粕)中的非淀粉多糖(Non- starch polTsaccharides． NSP)，是限制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有效利用的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子。木聚糖酶以其可有效降解阿拉伯木聚糖，消除阿拉伯 木聚糖對(duì)動(dòng)物的抗?fàn)I養(yǎng)作用．已成為一種在養(yǎng)殖業(yè)中廣泛應(yīng)用的酶制劑。以往主要采用真菌性木聚糖酶，近年來(lái)，細(xì)菌性木聚糖酶以其穩(wěn)定性好、酶解效率高等特點(diǎn) 引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。以下就細(xì)菌性木聚糖酶的結(jié)構(gòu)特征、生化特性、作用特點(diǎn)及其在飼料中的應(yīng)用作一簡(jiǎn)要探討，為細(xì)菌性木聚糖酶的應(yīng)用提供理論參考。  
  1細(xì)菌性木聚糖酶的生化特征  
  1．1酶源菌株  
  生命活動(dòng)的過(guò)程就是酶促反應(yīng)，而酶的耐溫性能往往與酶源菌株生活 的適宜溫度相關(guān)。目前，木聚糖酶主要來(lái)源于細(xì)菌和真菌。大多細(xì)菌屬于體溫型微生物，適宜生長(zhǎng)溫度在35～400C左右，比一般真菌(20~25℃)高．所 以在細(xì)菌更易于篩選出耐熱性能好的產(chǎn)酶菌株。并且．細(xì)菌屬于原核微生物，其細(xì)胞結(jié)構(gòu)及基因重組簡(jiǎn)單，易于利用基因工程及誘變育種篩選出高產(chǎn)菌株。  
  1．2結(jié)構(gòu)特征  
  在分子水平上，木聚糖酶由功能或非功能結(jié)構(gòu)域和連接區(qū)組成，功能結(jié)構(gòu)域又可進(jìn)一步分為催化結(jié)構(gòu)域和纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域fcellulose bind—  
mg domain，CBD) (Gilkes等，1991)。木聚糖酶的催化結(jié)構(gòu)域決定酶的水解特性，并作為該酶分類(lèi)的基礎(chǔ)。木聚糖酶的氨基酸組成在數(shù)量上變化很大，但其催化結(jié)構(gòu)域趨 向一致。CBD存在于許耋木聚糖酶分子中，它在功能和氨基酸組成上與纖維素酶分子中的CBD相似。非功能結(jié)構(gòu)域主要是連接序列。連接區(qū)連接在催化結(jié)構(gòu)域和 CBD之間，并賦予了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的柔韌性。  
    1 3生化特性  
    細(xì)菌和真菌來(lái)源的木聚糖酶只含一個(gè)亞基(sunna等，1997)，對(duì)于不同生物來(lái)源的木聚糖酶，分子量范圍為8M45kD，pH范圍為pH 3．10．5，穩(wěn)定pH范圍為3～10。大多數(shù)酶反應(yīng)的最適 pH范圍為4-7，最適溫度為40~60~C。  
    根 據(jù)酶的理化特性，可分為兩大類(lèi)．即分子量小于30kD的酶和分子量大于30kD的酶，前者通常為堿性蛋白，后者通常為酸性蛋白(Wood等，1988)。 通常細(xì)菌可產(chǎn)生兩種木聚糖酶．即低分子量的堿性木聚糖酶和高分子量的酸性木聚糖酶，但真菌一般只產(chǎn)生低分子量的堿性木聚糖酶。  
    2木聚糖酶學(xué)特性  
    很 多學(xué)者對(duì)內(nèi)切木聚糖酶的酶解作用模式進(jìn)行了廣泛的研究(Coughlan，1992；Coughlan 和 Hazlewood，1993；Biely，1997)，通常，木聚糖酶對(duì)多聚木聚糖的內(nèi)部口一l，4鍵有活性，這種木聚糖酶稱(chēng)為內(nèi)切木聚糖酶。根據(jù) 其對(duì)不同多糖的活性，內(nèi)切木聚糖酶又可分為特異性和非特異性木聚糖酶(coughlan，1992；Coughlan等，1993)。特異性?xún)?nèi)切木聚糖酶 僅對(duì)木聚糖的口一l，4鍵有活性．而非特異性?xún)?nèi)切木聚糖酶可以水解以口一1．4鍵連接的木聚糖、混合木聚糖的口一1，4鍵及其他以口一1，4連接的其它多 糖。一般來(lái)說(shuō)，有效而徹底的分解木聚糖需要有不同特性的主鏈裂解酶和支鏈裂解酶的協(xié)同作用(coughlan等，1993；Cough．1an和 Hazlewood．1993)。  
    3細(xì)菌性木聚糖酶作為飼用酶的特點(diǎn)  
    3．1熱穩(wěn)定性及貯存穩(wěn)定性  
    穩(wěn) 定性對(duì)酶制劑特別是飼用酶制劑至關(guān)重要，是影響酶制劑使用效果的關(guān)鍵因素。目前，從嗜熱性微生物如細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌中均發(fā)現(xiàn)了許多木聚糖酶，它們具有很 高的熱穩(wěn)定性。但是真菌來(lái)源的木聚糖酶的熱穩(wěn)定性沒(méi)有細(xì)菌來(lái)源的木聚糖酶高。在嗜熱性細(xì)菌中，屬于第10家族的木聚糖酶中普遍含有增加熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)域， 它們與木聚糖酶的催化結(jié)構(gòu)域緊密連接在一起。屬于第10家族的木聚糖酶中由于普遍含有增加熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)域，因而在熱穩(wěn)定性上要好于來(lái)自真菌、屬于第11 家族的木聚糖酶。Himmelstein(1985)比較了一種細(xì)菌性木聚糖酶和一種真菌性木聚糖酶的熱穩(wěn)定性，結(jié)果表明在80℃的制粒溫度下，細(xì)菌性木 聚糖酶的活性保留值為80％；而真菌性木聚糖酶僅保留5％左右f圖1)。
圖l細(xì)菌性和真菌性木聚糖酶活性與溫度的關(guān)系  
    筆者在對(duì)不同酶種進(jìn)行包被制粒工藝的試驗(yàn)中，也明確地觀察到細(xì)菌木聚糖酶酶活完全沒(méi)有損失，而其它酶種都有程度不同的損失。  
    3．2較高的內(nèi)切木聚糖酶比例．酶解效率高  
    細(xì) 菌性木聚糖酶主要由內(nèi)切性木聚糖酶組成，分解木聚糖的效率高。細(xì)菌性木聚糖酶大多屬于10族內(nèi)切酶，由10族和11族內(nèi)切酶的酶學(xué)特征比較可知，大多屬于 10族的細(xì)菌性木聚糖酶的酶解效率要高于屬于11族的真菌性木聚糖酶。Ingelbrecht等(2000)比較了分別來(lái)自枯草桿菌、曲霉菌和木霉菌的3 種木聚糖酶的水解效  
率，結(jié)果表明來(lái)自枯草桿菌的細(xì)菌性木聚糖酶的水解效率最高，能高效降解底物。此外，與真菌通常只產(chǎn)生低分子量的堿性木聚 糖酶不同，細(xì)菌一般既可產(chǎn)生低分子量的堿性木聚糖酶，也可產(chǎn)生高分子量的酸性木聚糖酶。因此，細(xì)菌性木聚糖酶相對(duì)具有更廣的活性pH值范圍，可更加有效地 在不同動(dòng)物的胃腸道中發(fā)揮作用。  
    3．3徹底降解木聚糖  
    不但可作用于可溶性木聚糖(WEAX)，而且可作用于不 溶性木聚糖(WUAX)，進(jìn)一步釋放細(xì)胞壁中包裹的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，顯著提高飼料中能量和蛋白質(zhì)的利用率。在各種植物原料中都存在 WUAX，他們和纖維素相互 作用包裹營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)形成營(yíng)養(yǎng)屏障，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。細(xì)菌性木聚糖酶不但可應(yīng)用于小麥型日糧，而且可廣泛應(yīng)用于豆粕、玉米、餅粕等植物原料為主的飼料 中。  
    3．4對(duì)酶活抑制劑不敏感  
    酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，從理論上講會(huì)受到內(nèi)源性蛋白酶及其他酶抑制劑的影響。國(guó)外相關(guān)研究報(bào)道，細(xì)菌性木聚糖酶對(duì)于他們都不太敏感，當(dāng)與這些抑制劑接觸后，仍保留較高活性(圖2、圖3)。

圖2內(nèi)切木聚糖酶與抑制劑接觸后保留活性(Debyser,1999）  

圖3不同玉米提取物濃度對(duì)華揚(yáng)一Nutrex—SM和酶R活性的抑制作用  
    酶R發(fā)生的抑制反應(yīng)說(shuō)明玉米中含有木聚糖酶的抑制劑，它對(duì)真菌性木聚糖酶抑制性很強(qiáng)．但華揚(yáng)-Nutrex-SM的活性在玉米提取物中反而被進(jìn)一步激活。  
    從 圖3看出．植物籽實(shí)體中存在著對(duì)真菌性木聚糖酶的抑制劑．但對(duì)細(xì)菌性木聚糖酶不太敏感．這可能是植物體在幾億年的進(jìn)化過(guò)程中形成的，即植物籽實(shí)體易受到自 然界真菌霉變感染，并受到真菌性酶的攻擊，故產(chǎn)生相應(yīng)的抑制劑以阻抑其活性，而植物的細(xì)菌性感染相對(duì)較少、就不產(chǎn)生相應(yīng)抑制劑對(duì)其防備．故植物籽實(shí)體中的 抑制劑對(duì)細(xì)菌性木聚糖酶不太敏感，這實(shí)際是植物的一種特異性的保護(hù)機(jī)制。在飼料中使用木聚糖酶的效果將受到原料中抑制劑的影響，故選用  
對(duì)抑制劑敏感度低的酶很有意義。  
    3 5 pH適應(yīng)范圍廣  
    細(xì)菌性木聚糖酶pH適應(yīng)范圍廣，pH6．5左右呈現(xiàn)最高的活性．在胃部未達(dá)到最高值．但其穩(wěn)定性很好，進(jìn)入腸道后酶被進(jìn)一步激活并呈現(xiàn)更高的酶活，使食糜在動(dòng)物腸道內(nèi)更好地被降解消化吸收。  
    隨著我國(guó)養(yǎng)殖規(guī)?；陌l(fā)展，充分利用非常規(guī)飼料資源，解決我國(guó)飼料資源匱乏和進(jìn)一步提高養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益已成為我國(guó)畜牧業(yè)長(zhǎng)期、持續(xù)和健康發(fā)展的關(guān)鍵。細(xì)菌性木聚糖酶作為新一代酶制劑以其良好的熱穩(wěn)定性和酶解效率等特點(diǎn)必將在飼料及養(yǎng)殖業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。  

lmstdd

產(chǎn)品需要推廣，知識(shí)需要普及！

kiroco

普及度還明顯不夠，很多養(yǎng)殖戶(hù)還是不夠重視啊。