新一代飼用酶制劑-細菌性木聚糖酶

kiroco

摘要：近年來，細菌性木聚糖酶由于其良好的熱穩定性和酶解效率等特點，展示了其在飼料及養殖業中廣泛的應用前景，引起了國內外業界的關注。本文就細菌性木聚糖酶的結構特征、生化特性及其作用特點作一簡要探討，為細菌性木聚糖酶的應用提供理論參考。  
  關鍵詞：術聚糖；細菌性木聚糖酶；穩定性；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)，是限制營養物質有效利用的主要抗營養因子。木聚糖酶以其可有效降解阿拉伯木聚糖，消除阿拉伯 木聚糖對動物的抗營養作用．已成為一種在養殖業中廣泛應用的酶制劑。以往主要采用真菌性木聚糖酶，近年來，細菌性木聚糖酶以其穩定性好、酶解效率高等特點 引起了業界的廣泛關注。以下就細菌性木聚糖酶的結構特征、生化特性、作用特點及其在飼料中的應用作一簡要探討，為細菌性木聚糖酶的應用提供理論參考。  
  1細菌性木聚糖酶的生化特征  
  1．1酶源菌株  
  生命活動的過程就是酶促反應，而酶的耐溫性能往往與酶源菌株生活 的適宜溫度相關。目前，木聚糖酶主要來源于細菌和真菌。大多細菌屬于體溫型微生物，適宜生長溫度在35～400C左右，比一般真菌(20~25℃)高．所 以在細菌更易于篩選出耐熱性能好的產酶菌株。并且．細菌屬于原核微生物，其細胞結構及基因重組簡單，易于利用基因工程及誘變育種篩選出高產菌株。  
  1．2結構特征  
  在分子水平上，木聚糖酶由功能或非功能結構域和連接區組成，功能結構域又可進一步分為催化結構域和纖維素結合結構域fcellulose bind—  
mg domain，CBD) (Gilkes等，1991)。木聚糖酶的催化結構域決定酶的水解特性，并作為該酶分類的基礎。木聚糖酶的氨基酸組成在數量上變化很大，但其催化結構域趨 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。非功能結構域主要是連接序列。連接區連接在催化結構域和 CBD之間，并賦予了蛋白質結構的柔韌性。  
    1 3生化特性  
    細菌和真菌來源的木聚糖酶只含一個亞基(sunna等，1997)，對于不同生物來源的木聚糖酶，分子量范圍為8M45kD，pH范圍為pH 3．10．5，穩定pH范圍為3～10。大多數酶反應的最適 pH范圍為4-7，最適溫度為40~60~C。  
    根 據酶的理化特性，可分為兩大類．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)。 通常細菌可產生兩種木聚糖酶．即低分子量的堿性木聚糖酶和高分子量的酸性木聚糖酶，但真菌一般只產生低分子量的堿性木聚糖酶。  
    2木聚糖酶學特性  
    很 多學者對內切木聚糖酶的酶解作用模式進行了廣泛的研究(Coughlan，1992；Coughlan 和 Hazlewood，1993；Biely，1997)，通常，木聚糖酶對多聚木聚糖的內部口一l，4鍵有活性，這種木聚糖酶稱為內切木聚糖酶。根據 其對不同多糖的活性，內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)。特異性內切木聚糖酶 僅對木聚糖的口一l，4鍵有活性．而非特異性內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。一般來說，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同作用(coughlan等，1993；Cough．1an和 Hazlewood．1993)。  
    3細菌性木聚糖酶作為飼用酶的特點  
    3．1熱穩定性及貯存穩定性  
    穩 定性對酶制劑特別是飼用酶制劑至關重要，是影響酶制劑使用效果的關鍵因素。目前，從嗜熱性微生物如細菌、真菌和放線菌中均發現了許多木聚糖酶，它們具有很 高的熱穩定性。但是真菌來源的木聚糖酶的熱穩定性沒有細菌來源的木聚糖酶高。在嗜熱性細菌中，屬于第10家族的木聚糖酶中普遍含有增加熱穩定性的結構域， 它們與木聚糖酶的催化結構域緊密連接在一起。屬于第10家族的木聚糖酶中由于普遍含有增加熱穩定性的結構域，因而在熱穩定性上要好于來自真菌、屬于第11 家族的木聚糖酶。Himmelstein(1985)比較了一種細菌性木聚糖酶和一種真菌性木聚糖酶的熱穩定性，結果表明在80℃的制粒溫度下，細菌性木 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細菌性和真菌性木聚糖酶活性與溫度的關系  
    筆者在對不同酶種進行包被制粒工藝的試驗中，也明確地觀察到細菌木聚糖酶酶活完全沒有損失，而其它酶種都有程度不同的損失。  
    3．2較高的內切木聚糖酶比例．酶解效率高  
    細 菌性木聚糖酶主要由內切性木聚糖酶組成，分解木聚糖的效率高。細菌性木聚糖酶大多屬于10族內切酶，由10族和11族內切酶的酶學特征比較可知，大多屬于 10族的細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，結果表明來自枯草桿菌的細菌性木聚糖酶的水解效率最高，能高效降解底物。此外，與真菌通常只產生低分子量的堿性木聚 糖酶不同，細菌一般既可產生低分子量的堿性木聚糖酶，也可產生高分子量的酸性木聚糖酶。因此，細菌性木聚糖酶相對具有更廣的活性pH值范圍，可更加有效地 在不同動物的胃腸道中發揮作用。  
    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)，進一步釋放細胞壁中包裹的營養物質，顯著提高飼料中能量和蛋白質的利用率。在各種植物原料中都存在 WUAX，他們和纖維素相互 作用包裹營養物質形成營養屏障，影響營養物質的吸收。細菌性木聚糖酶不但可應用于小麥型日糧，而且可廣泛應用于豆粕、玉米、餅粕等植物原料為主的飼料 中。  
    3．4對酶活抑制劑不敏感  
    酶的本質是蛋白質，從理論上講會受到內源性蛋白酶及其他酶抑制劑的影響。國外相關研究報道，細菌性木聚糖酶對于他們都不太敏感，當與這些抑制劑接觸后，仍保留較高活性(圖2、圖3)。

圖2內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華揚一Nutrex—SM和酶R活性的抑制作用  
    酶R發生的抑制反應說明玉米中含有木聚糖酶的抑制劑，它對真菌性木聚糖酶抑制性很強．但華揚-Nutrex-SM的活性在玉米提取物中反而被進一步激活。  
    從 圖3看出．植物籽實體中存在著對真菌性木聚糖酶的抑制劑．但對細菌性木聚糖酶不太敏感．這可能是植物體在幾億年的進化過程中形成的，即植物籽實體易受到自 然界真菌霉變感染，并受到真菌性酶的攻擊，故產生相應的抑制劑以阻抑其活性，而植物的細菌性感染相對較少、就不產生相應抑制劑對其防備．故植物籽實體中的 抑制劑對細菌性木聚糖酶不太敏感，這實際是植物的一種特異性的保護機制。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  
對抑制劑敏感度低的酶很有意義。  
    3 5 pH適應范圍廣  
    細菌性木聚糖酶pH適應范圍廣，pH6．5左右呈現最高的活性．在胃部未達到最高值．但其穩定性很好，進入腸道后酶被進一步激活并呈現更高的酶活，使食糜在動物腸道內更好地被降解消化吸收。  
    隨著我國養殖規模化的發展，充分利用非常規飼料資源，解決我國飼料資源匱乏和進一步提高養殖經濟效益已成為我國畜牧業長期、持續和健康發展的關鍵。細菌性木聚糖酶作為新一代酶制劑以其良好的熱穩定性和酶解效率等特點必將在飼料及養殖業中得到廣泛的應用。  

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產品需要推廣，知識需要普及！

kiroco

普及度還明顯不夠，很多養殖戶還是不夠重視啊。