飼料加工工藝對(duì)酶制劑活性的影響

                                                                       許毅 周巖民 王恬
　　                                                  南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 210095
　　　　摘要：酶制劑作為一種高效飼料添加劑，已日益為人們所重視。現(xiàn)代配合飼料加工工藝趨于顆粒化，使酶制劑有可能參與飼料熱加工過(guò)程，而酶作為一種生物蛋白對(duì)諸多環(huán)境因素，如溫度、水分、壓力等條件敏感，因此飼料加工工藝對(duì)酶制劑活性的影響就必須加以考慮。本文結(jié)合現(xiàn)行的飼料加工工藝及部分試驗(yàn)的結(jié)果，就飼料加工工藝對(duì)酶制劑活性的影響進(jìn)行分析。
　　關(guān)鍵詞：飼料加工 酶制劑 酶活 影響因素
　　前言
　　酶是一種催化效率極高的生物催化劑，其催化效率比無(wú)機(jī)催化劑高107~1013倍，但酶的催化活性極易受到多種物理與化學(xué)因素的調(diào)控，如溫度、pH值、水分、壓力、紫外線等條件都會(huì)對(duì)酶活產(chǎn)生很大的影響。目前顆粒飼料、膨化飼料的大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)成為世界飼料工業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外飼料產(chǎn)品的70%以上是經(jīng)過(guò)熱加工(調(diào)質(zhì)、制粒或膨化)處理的。飼料在制粒、擠壓和膨化過(guò)程中受溫度、壓力和濕度的強(qiáng)烈作用，對(duì)飼料成品中酶制劑的活性提出了挑戰(zhàn)。酶制劑雖可在制粒后噴涂[1]或飼喂前進(jìn)行預(yù)酶解[2]，但在飼用酶制劑成本不斷下降的現(xiàn)狀下，增大其添加量以獲得最終產(chǎn)品中足夠活性可能是酶制劑最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的使用方法，因此必須就飼料加工工藝對(duì)酶制劑活性的影響這一問(wèn)題加以研究，確定其影響的原因及程度才能更精確的保證酶制劑的添加量。
　　一. 影響酶活工序的特點(diǎn)
　　目前飼料加工工藝中對(duì)酶制劑起破壞作用的主要是制粒和膨化工序。這兩個(gè)涉及高溫、高濕及擠壓的綜合作用對(duì)飼用酶制劑的活性是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
　　1.1制粒工序
　　在制粒過(guò)程中，需要加入4~5%的蒸汽進(jìn)行調(diào)質(zhì)，從而使物料升溫50℃左右。另外，物料與壓輥、壓模與模孔之間的摩擦，也可使物料升溫5~20℃，從而使制粒后顆粒溫度達(dá)到70~90℃，甚至100℃左右。一般來(lái)說(shuō)，調(diào)質(zhì)的溫度不低于70℃，才能使粉料比較充分的糊化，另外還需一定的糊化時(shí)間，如果條件允許，最好使粉料在調(diào)質(zhì)中滯留15s以上，一般也不低于6s，而達(dá)到最佳制粒效果所需的物料水分含量在15.5~17.5%之間[3]。
　　1.2膨化工序
　　在擠壓膨化工藝中，溫度可高達(dá)200℃，但是飼料在如此高的溫度下的滯留時(shí)間很短(5~10s)。在加工浮性飼料時(shí)，蒸汽和水的添加量達(dá)干飼料的 8%，擠出物在達(dá)到模頭時(shí)具有以下性質(zhì)：最終壓力為3.45×103~3.75×103kPa、溫度125~138℃、水分25~27%。在沉性飼料的生產(chǎn)中，在調(diào)質(zhì)器內(nèi)先加入少量的蒸汽，然后加入水。混合料離開調(diào)質(zhì)器時(shí)的最終水分通常為20~24%。混合料的溫度在調(diào)質(zhì)筒的出口處達(dá)到70~90℃，擠出物的水分含量達(dá)到28~30%。生產(chǎn)魚飼料時(shí)，擠壓機(jī)模頭處的壓力通常是2.63×103~3.04×103kPa。非膨化的完全熟化水產(chǎn)飼料，擠壓機(jī)模頭外的擠出物溫度為120℃[4]。
　　二. 影響酶活的因素
　　酶是一種生物催化劑，與其它蛋白質(zhì)一樣對(duì)溫度、濕度、壓力等因素比較敏感(Guus等，2000)。制粒膨化過(guò)程中的溫度可達(dá)100~200℃，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)，在該條件下，大多數(shù)酶制劑的活性都將受到不同程度的影響。
　　2.1溫度
　　溫度對(duì)酶活性影響有兩個(gè)方面：一方面溫度升高可使底物分子的鍵能增加，分子碰撞概率提高，從而加快反應(yīng)速度;但溫度升高到一定的程度，酶蛋白逐漸變性，活性喪失。常用飼用酶制劑的主要來(lái)源與最適溫度，如下表1所示。
　　表1 常用飼用酶制劑的主要來(lái)源與最適溫度[5][6][7]
　　酶的種類 來(lái)源 最適溫度/℃
　　非消化酶 纖維素酶 綠色木霉 45~65
　　木霉 45~50
　　康寧木霉 45~50
　　黑曲霉 45~55
　　半纖維素酶 枯草芽胞桿菌 40~55
　　木霉 40~50
　　果膠酶 根霉 40~50
　　黑曲霉 40~50
　　植酸酶 黑曲霉 40~50
　　米曲霉 40~50
　　丹寧酶 無(wú)花果曲霉 40~50
　　黑曲霉 40~50
　　β-葡聚糖酶枯草芽胞桿菌 55~70
　　木霉 50~60
　　消化酶 蛋白酶 AS1398枯草芽胞桿菌 35~40
　　枯草桿菌 45~50
　　糖化酶 黑曲霉 50~60
　　根霉 55~65
　　淀粉酶 黑曲霉 55~70
　　大麥和小麥基礎(chǔ)日糧經(jīng)過(guò)熱加工，其中植酸酶在經(jīng)過(guò)各個(gè)加工工序的相對(duì)活性如表2所示[8]。Israelsen(1995)報(bào)道，110℃時(shí)植酸酶的活性存留率為零。Vanderpoel報(bào)道，110℃時(shí)β-葡聚糖酶和纖維素酶的活性已無(wú)法檢測(cè)到;Gradient報(bào)道，淀粉酶在80℃時(shí)活性顯著下降。Clayton(1999)認(rèn)為，如制粒溫度超過(guò)85℃，就應(yīng)采用液體酶制劑噴涂到冷卻后的顆粒料上，從而避免高溫蒸汽對(duì)酶活性的不利影響[9]。
　　表 2　大麥和小麥基礎(chǔ)的豬飼料在膨脹加工過(guò)程中植酸酶的相對(duì)活性
　　工序 溫度 /℃
植酸酶的相對(duì)活性
　　調(diào)質(zhì)前 27.9 100%
　　調(diào)質(zhì)后 80.5 76%
　　制粒后 70 47%
　　膨脹后 102 18%
　　膨脹制粒后 79 12%
　　P.Spring(1996)測(cè)定了不同制粒溫度對(duì)纖維素酶、細(xì)菌淀粉酶、真菌淀粉酶和戊聚糖酶活性的影響。試驗(yàn)樣品為含有不同酶制劑的大麥-小麥- 豆餅型飼料，制粒溫度分別為60℃、70℃、80℃、90℃和100℃。結(jié)果表明纖維素酶、戊聚糖酶和真菌淀粉酶在80℃時(shí)仍穩(wěn)定，但在90℃時(shí)活性喪失 90%(P<0.05)。細(xì)菌淀粉酶更穩(wěn)定些，在100℃時(shí)仍具有60 %的活力[10]。Cowan和Rasmussen(1993)測(cè)定了不同酶制劑在溶液中酶活的穩(wěn)定性，其中戊聚糖酶的測(cè)定結(jié)果與P. Spring(1996)的結(jié)果相似[11]。但制粒條件下和溶液條件下都有不同結(jié)果的報(bào)道，Gadient等(1993)報(bào)道，在熱溶液處理過(guò)程中，如果臨界溫度不超過(guò)75℃，碳水化合物酶的活性不受影響[12]。Nunes(1993)報(bào)道，制粒蒸汽溫度高于60℃時(shí)，顯著降低戊聚糖酶的活性 [13]。這種結(jié)果的差異可能是由于酶活的測(cè)定方法不同或不同菌種來(lái)源的酶制劑耐熱性差異所導(dǎo)致的。制粒后酶活的測(cè)定是一個(gè)尚具爭(zhēng)議的問(wèn)題，因?yàn)槟壳吧形闯霈F(xiàn)統(tǒng)一的測(cè)定加酶飼料中被高度稀釋的酶活方法。