復(fù)合酶產(chǎn)品
——降解纖維的最佳選擇

復(fù)合酶產(chǎn)品
——降解纖維的最佳選擇

楊革玲 譯自International poultry production，Vol.24(2016)，№5：11，13～14
韓浩月 校 張配配 審 韓浩月 制圖表

添加酶制劑的效果取決于其與配合飼料中的底物在腸道中的相互作用。與植酸相反，日糧纖維本身是非常復(fù)雜和多樣的。

1 發(fā)酵產(chǎn)品中主要和次要的活性物質(zhì)

飼用酶大部分由真菌或細(xì)菌產(chǎn)生。這些有機(jī)體在代謝過(guò)程中產(chǎn)生多種不同的酶類蛋白質(zhì)。在商業(yè)性生產(chǎn)中，只有一小部分酶在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了活性分析。例如木聚糖酶活性的分析能使得木聚糖酶水平得到量化，然而并沒(méi)有提供發(fā)酵產(chǎn)品中其他活性物質(zhì)的信息。

在實(shí)際生產(chǎn)中，量化和標(biāo)準(zhǔn)化的酶活性被認(rèn)為是主要的活性部分，而尚未量化的酶活性則為次要活性部分。

對(duì)于工業(yè)酶來(lái)說(shuō)，如飼料產(chǎn)品，簡(jiǎn)單地去除次要活性部分并不是一個(gè)可行的方法。單種蛋白或主要活性成分的分離技術(shù)是非常昂貴的，并且眾所周知許多次要活性成分在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)上會(huì)產(chǎn)生有益作用。因此，木聚糖酶產(chǎn)品通常也包含次要活性物質(zhì)(如同其他酶類產(chǎn)品)，如β-葡聚糖酶，反之亦然。

選擇并修飾生產(chǎn)菌株可以增加主要活性物質(zhì)的水平，從而改變主要/次要活性物質(zhì)的比例。這種生產(chǎn)方式在植酸酶生產(chǎn)上有很高的效率：與幾十年前相比，目前植酸酶產(chǎn)品中的植酸酶/次要活性物質(zhì)比提高了幾百倍；由于植酸酶中的次要活性物質(zhì)可忽略不計(jì)，因此植酸酶制劑被認(rèn)為是單組分產(chǎn)品。對(duì)纖維降解酶而言也存在同樣的情況，采用相似的技術(shù)也可生產(chǎn)出一些單組分的木聚糖酶產(chǎn)品。越來(lái)越經(jīng)濟(jì)的發(fā)酵技術(shù)大大提高了酶生產(chǎn)商的利潤(rùn)，而飼料行業(yè)卻失去了次要活性物質(zhì)所帶來(lái)的效益。

與單組分木聚糖酶相反，其他產(chǎn)品——復(fù)合組分的酶產(chǎn)品則可確保有一種以上的酶活性。因此，飼料行業(yè)能夠確保購(gòu)買到多種酶的活性高于最低水平的主要酶活性物質(zhì)。

某些公司通過(guò)分析單一發(fā)酵產(chǎn)品中的多種活性成分物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。其他公司通過(guò)將多種不同的發(fā)酵產(chǎn)品結(jié)合進(jìn)一種單一成分商業(yè)產(chǎn)品來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)大酶活性物質(zhì)的范圍。歐盟注冊(cè)文件顯示一些單一產(chǎn)品被結(jié)合了2～5種發(fā)酵產(chǎn)品。

每一種主要活性成分的最小水平必須得到保證。例如：Zympex 008含有β-木聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶和α-半乳糖苷酶的最低保證水平，而它的次要活性成分只起到輔助性的作用(圖1)。

2 底物的變異性

比較底物可以很好地說(shuō)明為什么單組分的植酸酶是一種可行的選擇，而纖維酶更傾向于使用含多組分的復(fù)合酶產(chǎn)品。

3 植酸

植酸酶的作用底物是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的化學(xué)分子：六個(gè)磷酸基團(tuán)連接于一個(gè)六環(huán)結(jié)構(gòu)(圖2)。植酸酶可依次將磷酸基從環(huán)己醇上解離，(大腸桿菌類)植酸酶可水解所有磷酸基團(tuán)。一個(gè)單一的酶類蛋白質(zhì)能夠完成該過(guò)程中所有環(huán)節(jié)。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，植酸酶的分解底物環(huán)己醇-磷酸鹽不存在變異性：所有植物中的植酸都是一樣的。由于底物成分不存在變異性，對(duì)植酸酶而言，雖然與纖維降解酶結(jié)合也能夠釋放細(xì)胞壁中的植酸：Zympex結(jié)合磷，但次要活性物質(zhì)就沒(méi)有太大的意義。

已知植酸酶的空間位阻會(huì)降低它的消化效率。植酸會(huì)與離子(如鈣或鋅)結(jié)合形成復(fù)合物，這種復(fù)合物將阻礙植酸酶進(jìn)入磷酸-環(huán)己醇結(jié)構(gòu)中。

幸運(yùn)的是，在胃內(nèi)低pH環(huán)境下，該復(fù)合物可在不需要次要活性物質(zhì)的情況下會(huì)分解，自動(dòng)解除阻礙植酸酶進(jìn)入磷酸-環(huán)己醇結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)。這就是植酸酶活性主要在胃部起作用的原因。

由于單一組分的植酸酶能夠完成所需的全部工作，因此，通過(guò)選擇或修飾生產(chǎn)菌株來(lái)節(jié)約生產(chǎn)成本是有意義的。

4 阿拉伯木聚糖

與植酸不同，纖維并非是一種單一、有明確類型的底物。小麥中的阿拉伯木聚糖與玉米或其他農(nóng)作物中的阿拉伯木聚糖不同，同為小麥中的阿拉伯木聚糖，品種不同種類也不同，而氣候、土壤及其他外部因素對(duì)谷物中阿拉伯木聚糖的特性也會(huì)造成一定的影響。

阿拉伯木聚糖的主鏈結(jié)構(gòu)均是由木糖連接而成，其主鏈長(zhǎng)度可由幾千到幾百萬(wàn)單位(圖3)。主要的差異是其主鏈或側(cè)鏈集團(tuán)的取代。之所以稱為阿拉伯木聚糖是因?yàn)樵S多阿拉伯糖側(cè)鏈連接在木糖主鏈上。阿拉伯糖/木糖的比值可說(shuō)明替代的頻率和長(zhǎng)度具有高度變異性，該值介于0.30～1.40。

β-木聚糖酶可通過(guò)裂解主鏈對(duì)阿拉伯木聚糖的降解產(chǎn)生最大的影響，但側(cè)鏈能夠阻止其對(duì)主鏈的接觸。因此，酶產(chǎn)品中存在的次要活性物質(zhì)能夠增強(qiáng)β-木聚糖酶的降解作用；研究表明，阿拉伯糖苷酶通過(guò)初步降解阿拉伯糖側(cè)鏈能夠促進(jìn)阿拉伯木聚糖的降解。其他的次要活性物質(zhì)也具有同樣的作用，如阿魏酸酯酶、乙?；ッ讣捌咸翘侨┧狨ッ浮?/p>

次要活性物質(zhì)在纖維降解產(chǎn)品中起著至關(guān)重要的作用。因此，由固態(tài)發(fā)酵和多組分產(chǎn)品產(chǎn)生的復(fù)合纖維降解產(chǎn)品能夠分解多種不同的纖維成分。此類產(chǎn)品在飼料配方中具有很高的靈活性。

5 日糧纖維

更重要的是，日糧纖維是飼料原料中最為多變的成分(圖4)。日糧纖維被定義為是食品或飼料中不能被人類或動(dòng)物小腸消化的部分，因此包括能夠在大腸中被發(fā)酵的部分。

經(jīng)過(guò)20年的商議，國(guó)際食品法典委員會(huì)于2009年一致同意了日糧纖維的定義；但對(duì)于低聚糖(DP 3-9)是否屬于日糧纖維仍未達(dá)成一致意見(jiàn)，美國(guó)食品和藥品管理局依然執(zhí)行此定義。

在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)上，纖維相關(guān)酶被認(rèn)為是一類能夠降解纖維、細(xì)胞壁、非淀粉多糖、半纖維素等的酶，這說(shuō)明了底物的多樣性。雖然同屬相同的飼料組分，但這些名詞針對(duì)不同的東西。

時(shí)至今日，仍舊很難用不同的方法進(jìn)行定量和定性的描述：

●傳統(tǒng)意義上，用“近似分析法或溫德分析法”可以測(cè)定日糧粗纖維(Crude Fibre，CF)；由于這僅僅代表(部分)纖維素和木質(zhì)素，CF是一種在數(shù)量上非常小的酶底物。

●Van Soest法與上述方法相比得到了很大的改善。中性洗滌纖維(Neutral Detergent Fibre，NDF)、酸性洗滌纖維(Acid Detergent Fibre，ADF)及酸性洗滌木質(zhì)素(Acid Detergent Lignin，ADL)使得底物定量更佳準(zhǔn)確。

然而，由于這些數(shù)據(jù)與沉淀部分有關(guān)，與可溶性底物部分的相關(guān)性依然很低(不過(guò)對(duì)黏性非常重要)。

測(cè)定中性洗滌可溶性纖維(Neutral Detergent Soluble Fibre，NDSF)并非飼料部門的日常做法。

●有文獻(xiàn)更傾向于使用水不可溶性細(xì)胞壁(Water Insoluble Cell Walls，WICW)，但對(duì)可溶部分仍有類似的局限性。

●按國(guó)際食品法典委員描述的上文量化為總?cè)占Z纖維(Total Dietary Fibre，TDF)與酶活性最相關(guān)。區(qū)別不可溶性日糧纖維(Insoluble Dietary Fibre，IDF)和可溶性日糧纖維(Soluble Dietary Fibre，SDF)可進(jìn)一步提高酶作用效果的可預(yù)測(cè)性。

●確定單個(gè)單糖可以更具專一性(雖然還存在不足，例如葡聚糖可能與β-葡聚糖有關(guān)，還與纖維素和異木聚糖等有關(guān))。

雖然一種單組分的β-木聚糖酶能夠水解阿拉伯木聚糖，但其他的酶活性物質(zhì)如β-葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶及α-半乳糖苷酶，能夠擴(kuò)大纖維降解產(chǎn)品的作用范圍，同時(shí)又具有成本效應(yīng)。

6 纖維的溶解性、黏性及籠蔽效應(yīng)

除了在體外進(jìn)行量化外，纖維組分在腸道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)也是至關(guān)重要的。腸道內(nèi)容物的黏性與纖維組分的溶解性高度相關(guān)。

為了降低腸道內(nèi)容物的黏性，β-木聚糖酶和β-葡聚糖酶最初是因其會(huì)影響可溶性纖維組分而被挑選出來(lái)的。

雖然酶的這類降低黏性的特性使得小麥和大麥能夠在肉雞日糧中得到了應(yīng)用，然而對(duì)玉米纖維的影響仍很有限，因?yàn)檫@種纖維大多為不可溶性纖維(圖5)。

最初的β-木聚糖酶和β-葡聚糖酶對(duì)不溶性纖維的作用很有限，無(wú)法在經(jīng)濟(jì)上給玉米型日糧帶來(lái)有利的結(jié)果。這就產(chǎn)生了對(duì)不溶性纖維組分更有效的酶。因?yàn)橥暾募?xì)胞壁會(huì)起到籠子一樣的作用——將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包裹起來(lái)使它們無(wú)法被動(dòng)物利用，而酶能夠破壞細(xì)胞壁，使被其包裹的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放出來(lái)。

酶除了能夠降低腸道內(nèi)容物的黏性之外，重要的是它還能破壞細(xì)胞壁，以釋放出更多的能量和蛋白質(zhì)。因此，如今的酶產(chǎn)品在玉米和其他低黏性日糧中也能夠產(chǎn)生顯著的影響。

由于某些纖維降解酶能夠?qū)扇芾w維組分產(chǎn)生更好的作用，然而其他纖維降解酶對(duì)不溶性纖維表現(xiàn)出成倍的活性，因此有人建議將不同的木聚糖酶與不同的葡聚糖酶組合起來(lái)，以能夠?qū)Ω魇礁鳂拥娘暳辖M成產(chǎn)生最大的作用。

7 對(duì)動(dòng)物腸道微生物區(qū)系的影響

日糧纖維可在動(dòng)物的后部腸道中被微生物區(qū)系發(fā)酵，產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸可被動(dòng)物吸收并作為能量來(lái)源來(lái)利用。

水解的纖維組分也會(huì)在一定程度上影響動(dòng)物腸道微生物區(qū)系的組成。研究發(fā)現(xiàn)，不僅甘露糖寡糖(Mannan-oligosaccharides，MOS)具有益生元作用，聚木聚糖(Xylo-oligasaccharides，XOS)和半乳糖寡糖(Galacto-oligosaccharides，GOS)也具有益生元作用。雖然益生元作用多變，但這種作用有別于腸道內(nèi)容物黏性的下降和細(xì)胞壁籠蔽效應(yīng)的消除。

其中一個(gè)最穩(wěn)定的微生物區(qū)系作用可以通過(guò)除去植物性蛋白(如豆粕)中的棉子糖系列低聚糖來(lái)實(shí)現(xiàn)。

盡管這些低聚糖容易發(fā)酵，但它們能夠促進(jìn)產(chǎn)氣菌的生長(zhǎng)，因此會(huì)引起胃腸脹氣和動(dòng)物采食量的波動(dòng)。

由于α-半乳糖苷酶能夠?qū)⒚拮犹堑途厶欠纸獬煽晌盏奶?蔗糖和半乳糖)，動(dòng)物則能夠從這額外產(chǎn)生的能量中受益，同時(shí)前腸內(nèi)的微生物生長(zhǎng)被阻止。

谷物中的纖維不同于植物性蛋白中的纖維(圖6，表1)。除上述的棉子糖低聚糖外，豆類蛋白中的半乳甘露聚糖同樣需要其他類型的酶；半乳甘露聚糖完全水解是可行了，只需聯(lián)合使用β-甘露聚糖酶和α-半乳糖苷酶即可。

雖然豆粕中的半乳甘露聚糖含量相對(duì)適中，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)用作飼料植物性蛋白的其他豆科植物中的含量(圖7)，也高于其他作物副產(chǎn)物(如椰子核和辣木)中的含量。

因此，酶對(duì)于此類飼料原料的添加量具有非常重要的作用。

多組分的酶產(chǎn)品在飼料配方中的應(yīng)用具有更大的靈活性，同時(shí)可更加節(jié)約飼料成本。

8 結(jié)論

由于酶的效應(yīng)取決于底物的性質(zhì)，纖維降解酶的使用策略必然和植酸酶的截然不同。

因?yàn)樗兄参锞邢嗤闹菜?，因此含單一組分的植酸酶產(chǎn)品水解效果好且價(jià)格便宜。

相反，不同飼料原料之間以及同一飼料原料間所含的纖維特性存在很大的變異性，因此纖維降解酶產(chǎn)品最好既含有主要酶又含有次要酶。

因此，含多組分的酶產(chǎn)品是纖維降解制劑的最好選擇?！酢?/p>

原題名：Multi-component enzyme products: the best choice for fibre degradation(英文)

原作者：Dr Henk Ghesquiere (英文)

S816

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1001-0769(2016)12-0049-05就植酸酶產(chǎn)品而言，單一成分的產(chǎn)品就是一個(gè)很可行的選擇，而種類廣泛的各種纖維組分需要多種非淀粉多糖酶方能徹底降解。