調(diào)質(zhì)對飼料中酶制劑活力的影響

后 衛(wèi) 劉海英 過世東

(江南大學(xué)食品學(xué)院，無錫 214122)

調(diào)質(zhì)對飼料中酶制劑活力的影響

后 衛(wèi) 劉海英 過世東

(江南大學(xué)食品學(xué)院，無錫 214122)

從飼料在調(diào)質(zhì)過程中的調(diào)質(zhì)參數(shù)、酶制劑種類和酶制劑的加入形式對酶活的變化規(guī)律進行了研究。結(jié)果表明:①調(diào)質(zhì)過程中，酶活的損失隨著溫度、水分和時間的增加而加劇，而且，時間與酶活損失呈線性關(guān)系。調(diào)質(zhì)參數(shù)對蛋白酶影響大于淀粉酶的影響。調(diào)質(zhì)溫度為60～90℃，蛋白酶損失率為1.8%～18.0%、淀粉酶損失率為0%～3.8%;當水分質(zhì)量分數(shù)從15%增加至18%，蛋白酶活力損失率從7.3%增至18.0%，而淀粉酶活力損失率從0.5%增至6.1%;調(diào)質(zhì)240 s后，淀粉酶、蛋白酶活力分別損失5.2%、26.1%;②在相同調(diào)質(zhì)條件下，復(fù)合酶中蛋白酶損失率比單體蛋白酶要小;③在調(diào)質(zhì)過程中，添加的酶制劑粉碎越細，損失率就越大，耐熱性也越差。

飼料 酶制劑 調(diào)質(zhì) 酶活

飼料的調(diào)質(zhì)就是將蒸汽均勻地加入到混合后的粉狀飼料中，其目的是對飼料進行水熱處理，以殺滅飼料中的致病菌、昆蟲和昆蟲卵，使飼料的衛(wèi)生水平得到保證，并且具有促進淀粉糊化，提高蛋白質(zhì)消化率，增加飼料加工質(zhì)量，減少制粒能量損耗等作用［1－3］。因此，飼料調(diào)質(zhì)在飼料成型過程具有必不可少的作用。

飼用酶制劑是一種以酶為主要功能因子，通過特定生產(chǎn)工藝加工而成的飼料添加劑，具有高效環(huán)保等特性，不僅可以提高動物對飼料的消化利用率，降低動物排泄物中的養(yǎng)分含量，減少環(huán)境污染，而且還可以消除飼料中抗營養(yǎng)因子和擴大非常規(guī)性飼料原料的應(yīng)用［4］。目前，飼用酶制劑的應(yīng)用已成為提高飼料利用率和開發(fā)新型飼料源的有效措施。

然而，調(diào)質(zhì)過程中的水熱作用對酶制劑也造成了一定程度的損傷。在受熱情況下，酶制劑中的氫鍵和其他次級鍵遭到破壞，引起酶原有的空間構(gòu)象發(fā)生改變，致使酶失活［5］。調(diào)質(zhì)過程中溫度、飼料水分質(zhì)量分數(shù)和調(diào)質(zhì)時間都對酶的活力有著十分重要的影響，另外，酶的種類和酶制劑的加入形式受調(diào)質(zhì)過程的影響程度也不同。

對于酶制劑在飼料加工過程中的變化，國內(nèi)外已有一定的研究報道。Inborr等［6］研究發(fā)現(xiàn)，由木霉薯菌生產(chǎn)的β－葡聚糖酶，其在料溫為75℃，調(diào)質(zhì)時間為30 s的情況下，存活率為64%;Silversides等［7］制粒過程中木聚糖酶活性損失很大，其中制粒前在90℃下調(diào)質(zhì)55 s和140 s后，酶活性損失率分別達79.0%和82.5%。付生慧等［8］研究表明，木聚糖酶在75、85、95℃條件下制粒5 min，酶制劑的活力損失率分別為 15.58%、24.54% 和 59.96%，而制粒 10 min時，酶制劑的活力損失率分別為 19.80%、27.40%和61.93%;另外 Simons等［9］研究發(fā)現(xiàn)顆粒溫度達到84℃或87℃時，飼料中的植酸酶的活性喪失17%或54%。

雖然國內(nèi)外對于酶制劑在飼料制粒過程中的活力變化進行了大量的研究，但是在飼料的調(diào)質(zhì)過程中卻鮮有報道，而且多集中在纖維素酶和植酸酶［6－9］，因此，研究蛋白酶和淀粉酶在調(diào)質(zhì)過程中的活力變化具有十分重要的意義。

試驗以基礎(chǔ)飼料為原料，通過單因素試驗，研究了在調(diào)質(zhì)過程中的調(diào)質(zhì)參數(shù)、酶制劑種類和酶制劑的加入形式對飼料中酶活的影響，以使飼用酶的使用更加科學(xué)合理化。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

復(fù)合酶制劑:含中性耐高溫蛋白酶、中性耐高溫淀粉酶;蛋白酶制劑:含中性耐高溫蛋白酶;基礎(chǔ)飼料，其組成為:魚粉5%、豆粕25%、棉籽粕20%、菜籽餅15%、小麥粉29.7%、豆油2%、大豆磷脂1%、氯化膽堿0.1%、維生素預(yù)混料0.2%、礦物質(zhì)預(yù)混料0.5%和磷酸二氫鈣1.5%;自配福林試劑和磷酸緩沖液(pH 6.0和 pH 7.0);另外，碳酸鈉、酪氨酸、酪蛋白、三氯乙酸、碘、碘化鉀、可溶性淀粉和鹽酸均為分析純。

AB104－N型分析天平:梅特勒－托(上海);UV－2100型紫外可見分光光度計:尤尼柯(上海)儀器有限公司;HH－2數(shù)顯恒溫水浴鍋:江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;移液槍;秒表;試管;10 mL離心管;DL－5型低速大容量離心機:上海安亭科學(xué)儀器廠;全套標準篩:上虞市五四紗篩廠;9FQ－20型高速錘式粉碎機:北京燕京牧機公司二廠;HJJ－20型螺帶混合機:無錫中亞糧機廠;LDR立式電熱蒸汽鍋爐:張家港市威孚熱能科技有限公司;GZX－9140 MBE型電熱鼓風干燥箱:上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。1.2 試驗方法

1.2.1 飼料水分質(zhì)量分數(shù)測定

采用烘干恒重法GB 6435—1986進行測定。

1.2.2 飼料中淀粉酶活力測定方法

稱取1.000 g含酶飼料，加入到10 mL pH 6.0的緩沖液中，攪拌使其充分溶解，按工業(yè)酶制劑通用試驗方法 QB/T 1803—1993，測定淀粉酶活力，以1.000 g含酶飼料的干重計算得出飼料酶活力。

1.2.3 飼料中蛋白酶活力測定方法

取樣1.000 g含酶飼料，加入到10 mL pH 7.0的緩沖液中，攪拌使其充分溶解。按工業(yè)酶制劑通用試驗方法QB/T 1803—1993，測定蛋白質(zhì)酶活力，以1.000 g含酶飼料的干重計算得出飼料酶活力。在過濾這一步驟中，離心改用10 mL的離心管。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)質(zhì)參數(shù)對酶活力影響

2.1.1 調(diào)質(zhì)溫度對酶活力影響

在4份基礎(chǔ)飼料中，加入相同量的復(fù)合酶制劑，充分混合，分別用60、70、80、90 ℃溫度調(diào)質(zhì)180 s，調(diào)質(zhì)后飼料水分質(zhì)量分數(shù)控制在17%左右。分別在調(diào)質(zhì)前和調(diào)質(zhì)后取樣，測定飼料中2種酶的活力。

不同調(diào)質(zhì)溫度對于復(fù)合酶中蛋白酶和淀粉酶活力影響，結(jié)果如圖1、圖2所示。

調(diào)質(zhì)前淀粉酶活力為501 U/g蛋白酶活力為2 440 U/g。

根據(jù)圖1、圖2所得，飼料在60、70℃溫度下調(diào)質(zhì)，淀粉酶活力幾乎不損失。當調(diào)質(zhì)溫度為80、90℃的時候，淀粉酶活力損失率為1.2%和3.8%。在60、70、80、90 ℃ 下，蛋白酶損失率分別為 1.8%、5.4%、10.7%、18.0%。

溫度對蛋白酶活力影響較大，對淀粉酶活力影響較小，淀粉酶的熱穩(wěn)定性高于蛋白酶;達到一定溫度后溫度對酶活力影響加劇，較高溫度條件下，更多酶分子獲取足夠的能量使改變構(gòu)型，致使酶失活加快［10］。

2.1.2 飼料中含水量對酶活力影響

在4份基礎(chǔ)飼料中，加入相同量的復(fù)合酶制劑，再加入不同量的水，充分混合，用90℃溫度調(diào)質(zhì)180 s，使得調(diào)質(zhì)后飼料水分質(zhì)量分數(shù)分別為15%、16%、17%、18%，分別在調(diào)質(zhì)前和調(diào)質(zhì)后取樣，測定飼料中兩種酶的活力。

調(diào)質(zhì)后不同含水量對于酶活力的影響結(jié)果如圖3、圖4所示。處理前淀粉酶活力為603 U/g、蛋白酶活力為2 939 U/g。

根據(jù)圖3、圖4可知，飼料的水分質(zhì)量分數(shù)分別為15%、16%、17%、18%，淀粉酶活力損失率為0.5%、1.7%、3.8%、6.1%。蛋白酶活力損失率為7.3%、11.9%、18.0%、28.1%。含水量越高，對酶的傷害越大，酶活力損失也越大，18%含水量的飼料淀粉酶損失率最大為6.1%，蛋白酶最大為28.1%。

含水量對蛋白酶的影響大于淀粉酶;調(diào)質(zhì)后含水量越高，蛋白酶、淀粉酶活力下降越快。這意味著隨含水量升高，酶分子結(jié)構(gòu)松弛，在惡劣條件下更易失活。

2.1.3 調(diào)質(zhì)時間對酶活力影響

在5份基礎(chǔ)飼料中，加入相同量的復(fù)合酶制劑，充分混合，在 90 ℃ 下分別調(diào)質(zhì) 30、60、120、180、240 s，調(diào)質(zhì)后飼料水分質(zhì)量分數(shù)為17%。分別在調(diào)質(zhì)前和調(diào)質(zhì)完成后取樣，測定2種酶的活力。淀粉酶、蛋白酶活力與調(diào)質(zhì)時間的關(guān)系如圖5、圖6所示。

圖5 調(diào)質(zhì)時間對淀粉酶活力的影響

圖6 調(diào)質(zhì)時間對蛋白酶活力的影響

根據(jù)圖5、圖6可知，淀粉酶、蛋白酶活力隨著調(diào)質(zhì)時間的變長，活力減小，調(diào)質(zhì)240 s后，淀粉酶活力損失了5.2%，蛋白酶活力損失26.1%。

調(diào)質(zhì)時間對蛋白酶的影響大于淀粉酶;淀粉酶、蛋白酶活力損失量和調(diào)質(zhì)時間成線性關(guān)系，調(diào)質(zhì)時間越長酶活力越小。由試驗結(jié)果可知，飼料調(diào)質(zhì)過程中，酶的失活速度遵循一級動力學(xué)方程［10］。

2.2 調(diào)質(zhì)過程對不同類型的酶制劑的影響

在2份基礎(chǔ)飼料中，分別添加相同粉碎程度的單體蛋白酶、復(fù)合酶，使蛋白酶活力為2 400 U/g，充分混合。在90℃下調(diào)質(zhì)180 s，調(diào)質(zhì)后飼料水分質(zhì)量分數(shù)為17%左右。分別在調(diào)質(zhì)前后取樣，測定蛋白酶的活力。結(jié)果如圖7所示。

圖7 調(diào)質(zhì)對不同類型蛋白酶酶制劑影響

根據(jù)圖7所得，單體蛋白酶和復(fù)合酶中蛋白酶經(jīng)調(diào)質(zhì)后，損失率分別為18.6%、22.3%。

復(fù)合酶中蛋白酶損失率小于單體蛋白酶，這個和酶制劑生產(chǎn)工藝有關(guān)，復(fù)合酶中蛋白酶固定化更好，更加穩(wěn)定，更耐高溫。

2.3 調(diào)質(zhì)過程對不同粉碎程度酶制劑影響

將復(fù)合酶制劑粉碎過20、40、60、80目，分別加入5份基礎(chǔ)飼料中，充分混合，使飼料淀粉酶活力為500 U/g，進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)溫度為90℃，調(diào)質(zhì)180 s，調(diào)質(zhì)后飼料水分質(zhì)量分數(shù)為17%左右，在調(diào)質(zhì)完成后取樣，測得淀粉酶活力。調(diào)質(zhì)前飼料淀粉酶活力500 U/g，結(jié)果如圖8所示。

圖8 調(diào)質(zhì)對不同粉碎程度酶制劑影響

根據(jù)圖8可知，加入飼料中的復(fù)合酶制劑粉碎程度為 20、40、60、80 目時，損失率分別為 1.0%、1.4%、2.2%、3.2%。

在飼料調(diào)質(zhì)過程中，添加的酶制劑粉碎越細，耐熱性就越差，調(diào)質(zhì)過程中損失率越大。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可從以下三個方面分析:①飼用酶制劑生產(chǎn)過程中，酶與載體形式，酶固定化結(jié)構(gòu)在粉碎時固定化結(jié)構(gòu)被部分破壞;②粉碎使得酶制劑相對表面積增大，在調(diào)質(zhì)過程中受到水熱影響也相應(yīng)增大;③在粉碎過程中酶制劑已經(jīng)受到損傷，但是未表現(xiàn)為活力損失，在水熱條件下，受傷的酶制劑更易失活。

3 討論

在水產(chǎn)飼料實際加工過程中，調(diào)質(zhì)溫度一般控制在80～90℃，而對于高蛋白質(zhì)與高纖維的畜禽飼料(25%～45%)來說，其調(diào)質(zhì)溫度通常在60～80 ℃［11－12］。通過本試驗發(fā)現(xiàn)，在水產(chǎn)飼料的調(diào)制過程中，蛋白酶損失率為10.7%～18.0%;而在畜禽飼料的調(diào)質(zhì)過程中，蛋白酶損失率僅為 1.8%～10.7%，蛋白酶在水產(chǎn)飼料調(diào)質(zhì)過程的失活損失比在畜禽飼料調(diào)質(zhì)過程的失活損失要大得多，因此，用于水產(chǎn)飼料的蛋白酶制劑需要具有更強的耐熱性。

淀粉糊化是指淀粉在糊化溫度下，經(jīng)過一定時間后，淀粉和水相互作用的結(jié)果。水分較低會限制淀粉的糊化，使淀粉難以溶脹，而且不同飼料中淀粉的糊化溫度不同，對于溫度敏感性也不同。另外，溫度對于淀粉糊化度貢獻小于水分和時間［13］。本研究表明，調(diào)質(zhì)過程中，含水量會對酶活力損失有影響。當調(diào)質(zhì)溫度為90℃，飼料水分質(zhì)量分數(shù)為15%時，蛋白酶活力損失為7.3%;當水分質(zhì)量分數(shù)為18%時，蛋白酶活力損失為18.0%;由此可知，含水量越高，蛋白酶酶活力損失就越大。因此，在飼料調(diào)質(zhì)中，要兼顧淀粉糊化和酶活力保存這兩方面因素，尋找最佳的含水量。

調(diào)質(zhì)溫度、含水量、調(diào)質(zhì)時間都會影響酶活力損失。調(diào)質(zhì)溫度是決定性參數(shù)，溫度越高，就有更多酶分子獲取足夠的能量以而構(gòu)型改變;含水量促進這一變化，含水量高，酶分子結(jié)構(gòu)容易打開，酶容易失活;溫度、含水量決定了酶活力損失的速度，溫度、含水量和時間決定了酶的失活總量。

從安全衛(wèi)生的角度來說，調(diào)質(zhì)水分大于15%，調(diào)質(zhì)溫度在80℃左右，調(diào)質(zhì)時間大于20 s時，滅菌效果都在98%以上［14］。本研究表明，在這個條件下調(diào)質(zhì)，淀粉酶損失在5.2%以內(nèi)，蛋白酶損失率小于26.1%。

4 結(jié)論

試驗從調(diào)質(zhì)參數(shù)、酶制劑添加兩方面對酶飼料的調(diào)質(zhì)過程進行研究，得出了溫度、水分質(zhì)量分數(shù)、時間對酶制劑損傷程度的規(guī)律，調(diào)質(zhì)溫度為60～90℃，蛋白酶損失率為1.8%～18.0%、淀粉酶損失率為0%～3.8%;當水分質(zhì)量分數(shù)從15%增加至18%，蛋白酶活力損失率從7.3%增至18.0%而淀粉酶活力損失率從0.5%增至6.1%;調(diào)質(zhì)240 s后，淀粉酶、蛋白酶活力分別損失5.2%、26.1%;并得出淀粉酶的耐熱性大于蛋白酶，復(fù)合酶中蛋白酶耐熱性大于單體蛋白酶，添加的酶制劑粉碎越細調(diào)質(zhì)過程中損失率越大等結(jié)論。這些結(jié)論對不同酶制劑飼料調(diào)質(zhì)參數(shù)和如何添加酶制劑將有一定的參考價值。

志謝:感謝丹尼斯克公司為本研究提供飼用酶制劑。

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Effect of Conditioning on the Activity of Feed Enzyme Preparation

Hou WeiLiu Haiying Guo Shidong
(School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122)

This paper studied the influence of conditioning parameters，types of enzyme preparations and different ways of adding on the activity of feed enzyme preparation in the progress of conditioning.The results showed that:①During the preparation process，the losses of enzyme activity are enhanced with the increase of temperature moisture and time，furthermore ，time and the loss of enzyme activity exhibit a linear relationship.In addition，conditioning parameters showed more remarkable effect on the protease than amylase.When the condition temperature was 60～90℃，the activity losses of protease and amylase were 1.8%～18.0%and 0%～3.8%，respectively;As the moisture content increased from 15 to 18%，the activity loss of protease enzyme increased 7.3%to 18%，while amylase increases from 0.5%to 6.1%.After 240 s of conditioning，the loss of protease and amylase were 5.2%and 26.1%，respectively.②Under the same condition，the loss rate of protease in complex enzyme preparation was smaller than that in monomeric one;③The smaller the particle enzyme added，the greater the loss rate and the worse the heat resistance.

feed，enzyme preparations，condition，enzyme activity

S816.34

A

1003－0174(2012)03－0066－05

浙江省國內(nèi)科技合作與成果引進轉(zhuǎn)化項目(2007d 70SA450004)

2011－06－24

后衛(wèi)，男，1988年出生，碩士，動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)

過世東，男，1953年出生，教授，博士生導(dǎo)師，動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)