飼料加工對酶制劑熱穩(wěn)定性的影響

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       1975年，美國飼料工業(yè)首次將微生物酶作為添加劑應(yīng)用于配合飼料中。20世紀80年代，國外配合飼料中已普遍使用酶制劑，90年代初，開始引入我國。酶制劑是由微生物產(chǎn)生的生物制品。飼用酶制劑包括單一酶制劑和復(fù)合酶制劑。復(fù)合酶制劑按日糧類型可分為小麥型、大麥型和玉米-豆粕型日糧等酶制劑。一般酶制劑在60~65℃以下的制粒過程中，經(jīng)穩(wěn)定載體處理的酶制劑可保持約80%左右活性，某些經(jīng)特殊包被處理的酶制劑在75℃以下可保持較高的活性。但考慮到沙門氏菌的滅活，制粒溫度一般達到90℃以上，此時最穩(wěn)定的酶制劑也將變得無效。因此，通常我國對酶制劑產(chǎn)品耐熱性能要求比國外要高得多。能否提高酶制劑的耐熱性能是我國飼用酶制劑進一步推廣的關(guān)鍵之一。

　　可能影響酶制劑耐熱性能的因素：

　�。�1）菌種，飼用酶制劑是由微生物如細菌、酵母和真菌通過發(fā)酵生產(chǎn)的生物制品，不同菌種發(fā)酵生產(chǎn)的酶耐熱性能不同。目前用于飼料工業(yè)的大多數(shù)酶菌種來自真菌類，很少來自細菌類。細菌類酶制劑比真菌類酶制劑具有更多的優(yōu)點。如細菌木聚糖酶，來源于枯草桿菌，近中性pH值，熱穩(wěn)定性好于真菌類木聚糖酶，對木聚糖酶抑制劑不敏感，對不溶性木聚糖有較高活性；

　�。�2）包被技術(shù)和顆粒化生產(chǎn)工藝，采用包被技術(shù)和顆粒化生產(chǎn)工藝可提高酶的耐熱性能。但是采用包被處理來防止酶制劑被破壞會對其生物利用率產(chǎn)生很大的負面影響。顆粒狀植酸酶和包被型植酸酶生物利用率不同的原因是：包被型植酸酶在動物胃腸道中釋放的速度更慢；

　�。�3）載體，酶制劑的不同載體可能對酶的耐熱性能有影響。理想的載體應(yīng)有助于酶與飼料中營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)合，降低營養(yǎng)小分子或內(nèi)源性酶的抑制作用，能將表現(xiàn)最適pH值改變到理想值，不利于微生物生長，不產(chǎn)生免疫反應(yīng)和凝血反應(yīng)等。至于選擇哪一種載體，要綜合考慮酶活和成本等各方面的因素。

　　但不管采用什么菌種、工藝，酶制劑對高溫的耐受性能都有一定的限度。

　　由于酶是一種生物催化劑，如同其他蛋白質(zhì)一樣對溫度比較敏感。因此，飼料加工過程對酶制劑的活性有重要影響。一般酶的最適溫度在35~40℃之間，最高不超過50℃，但制粒膨化過程中的溫度可達120~150℃，或更高，并伴有高濕（引起飼料中較高的水分活度）、高壓（改變酶蛋白的空間多維結(jié)構(gòu)而變性），在這樣的條件下，大多數(shù)酶制劑的活性都將損失殆盡。一般情況下，非淀粉多糖酶（NSP酶）、木聚糖酶的熱穩(wěn)定性高于葡聚糖酶；植酸酶比NSP酶更易受溫度的影響。

　　1  制粒

　　1.1  制粒常用條件

　　制粒工藝大體分為3類，即干法制粒、蒸汽制粒和二次制粒。國內(nèi)顆粒飼料生產(chǎn)多采用蒸汽制粒工藝。目前常用的制粒條件為：制粒溫度為77~88℃，調(diào)質(zhì)時間為1~2min，最近幾年來，有些飼料廠為了生產(chǎn)出高衛(wèi)生指標、無病原菌（尤其是無沙門氏菌）的飼料產(chǎn)品，已呈現(xiàn)提高制粒溫度的趨勢，以利于更有效地滅菌。這些飼料常用制粒溫度一般規(guī)定在85℃以上，這是有效殺死沙門氏菌的示值溫度。目前西歐已開始采用二次制粒工藝，其制粒溫度達到90℃。實際生產(chǎn)測定結(jié)果表明，應(yīng)用這種制粒技術(shù)能有效地滅菌。

　　1.2  制粒對酶制劑熱穩(wěn)定性的影響

　　制粒過程（調(diào)質(zhì)、擠壓）中涉及到的溫度、濕度均容易使酶類具有催化活性的特殊蛋白質(zhì)變性失活，同時酶活性損失的程度明顯受到酶制劑類型的影響，溫度對酶制劑的影響包括兩個方面：（1）當(dāng)溫度升高時，反應(yīng)速度也加快；（2）隨溫度升高，引起酶蛋白分子中一些疏水鍵斷裂，從而改變了分子的構(gòu)象，喪失酶活性。未經(jīng)處理的β-葡聚糖酶經(jīng)70℃制粒后在飼料中的存活率僅為10%；由Trichoderma生產(chǎn)的β-葡聚糖酶在料溫為75℃時調(diào)質(zhì)30s，其存活率為64%，而再經(jīng)90s的制粒其存活率僅為19%；淀粉酶在80℃下活力明顯大幅度下降。植酸酶經(jīng)70~90℃制粒后活力下降也在50%以上。

　　需要指出的是制粒時的濕度對酶制劑的活性也有很大的影響。在一定溫度下，飼用復(fù)合酶添加劑及配合飼料中水分含量與水分活度的關(guān)系用水的吸附等溫線表示。雖然這種關(guān)系不是一級直線關(guān)系，但總的趨勢是：樣品水分含量越高，水分活度越大。在較高的水分活度下，酶蛋白的變性會顯著地增強。例如樣品水分含量降為10%時，直至溫度提高到60℃，脂酶才開始失活；而水分含量提高到23%時，在常溫下便出現(xiàn)明顯的失活現(xiàn)象。對于大多數(shù)酶制劑，在接近中性的pH和較低溫度下將水分活度降到0.3以下，能防止因酶蛋白變性和微生物生長引起的變質(zhì)，從而保持較高的酶活力。

　　2  擠壓膨化

　　2.1  擠壓膨化常用條件

　　20世紀80年代后，擠壓膨化技術(shù)已成為國外發(fā)展速度最快的飼料加工新技術(shù)。擠壓膨化包括干法擠壓膨化和濕法擠壓膨化，它主要應(yīng)用于特種動物飼料（如寵物飼料）、水產(chǎn)飼料、早期斷奶仔豬料和飼料資源開發(fā)方面。擠壓技術(shù)在我國飼料工業(yè)中的應(yīng)用尚屬起步，20世紀90年代才開始在我國得到廣泛應(yīng)用。但近幾年來，隨著研究手段的不斷改進，膨化設(shè)備的巨大進步，膨化技術(shù)在飼料生產(chǎn)中不斷得到廣泛的應(yīng)用。擠壓膨化是一個高溫、高壓、高濕的過程。其工作條件一般為：擠壓腔內(nèi)工作壓力為3.0~10.0 Mpa；筒體內(nèi)溫度為120~200℃；物料在筒內(nèi)停留時間為10~30s；擠壓膨化原料水分含量為12~18%；原料通蒸汽后水分含量為20~30%。

　　2.2  擠壓膨化對酶制劑活性的影響

　　膨化過程涉及到高溫、高濕及擠壓的綜合作用。高濕引起較高的水分活度，對酶制劑的影響如制粒，已述及。通常膨化溫度可達120~150℃，在這么高的溫度條件下大多數(shù)酶制劑都將完全喪失其活性。110℃條件下，植酸酶的活性存留率為零，β-葡聚糖酶和半纖維素酶的活力已經(jīng)無法測得。經(jīng)過對以大麥和小麥為主要原料的豬飼料進行上述膨化加工，其中熱敏性較高的植酸酶在經(jīng)過各個加工工序后的相對活性如表1所示。

　　飼料加工過程中高溫、高濕對飼用酶制劑的熱穩(wěn)定性影響很大。為了提高飼料加工過程中飼用酶制劑的熱穩(wěn)定性，筆者認為可以從兩個主要途徑入手：

　�。�1）篩選優(yōu)良菌種。目前許多研究主要集中于耐高溫菌種的篩選，但筆者認為還可以從菌種種類入手。據(jù)報道，細菌類酶制劑作用效果好于真菌類；內(nèi)切酶應(yīng)用效果優(yōu)于外切酶；

　�。�2）優(yōu)化加工工藝。目前大量研究主要集中在酶制劑包被處理上。包被型酶制劑固然可以保護酶制劑免遭制粒時高溫的影響，但是當(dāng)溫度達到90℃后，包被型酶制劑也不能經(jīng)受住如此高的溫度，而且包被型酶制劑在動物體內(nèi)的生物利用率下降。目前許多動物營養(yǎng)學(xué)家把目光轉(zhuǎn)移到液體酶制劑的后噴涂技術(shù)上來。這樣可以很好解決酶制劑的熱穩(wěn)定性問題，是一項很有發(fā)展前景的飼料加工保真新技術(shù)。

　　當(dāng)前，如何解決好酶制劑加工過程中的熱穩(wěn)定性問題已成為酶制劑應(yīng)用中十分關(guān)鍵的問題和研究熱點。如果能夠很好地解決酶制劑的熱穩(wěn)定性問題將對飼料工業(yè)產(chǎn)生巨大的促進作用，從而使得酶制劑有可能替代抗生素等抗菌藥物的使用，提高畜禽的生產(chǎn)性能和健康水平，無毒、無害、無殘留，并能顯著地減少畜禽糞便中的氮、磷的排泄和對環(huán)境的污染，真正成為一種名副其實的安全、有效、不污染環(huán)境的“綠色飼料添加劑”。

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飼料加工行業(yè)的前景如何呢？