目前世界上許多國家,常向單胃動物的飼料中添加酶。這顯然是由于酶對單胃動物的生產性能有確定的改善作用,但要證實在商品飼料中有酶存在并非易事,對此,至今已進行了許多研究。酶是蛋白質,它與所有其他的飼料蛋白質一樣,對飼料加工處理非常敏感。但飼料蛋白質是以氨基酸為單位而發揮作用的,所以無需維持構型,而飼料酶在飼料加工過程中要么發生不可逆的變性,要么不再發揮作用。因此,有必要檢測配合飼料中酶的活性。本文的重點不是討論現有的酶活的測定方法,而是闡述飼料中所用酶的特性,包括不同來源酶對體外熱穩定性之間的差異、因酶與飼料基質的互作而給分析帶來的難題(及消除這種效應的方法)、飼料加工試驗的有關數據以及未來的發展趨勢。
大多數豬禽配合飼料均需要進行一定程度的加工處理。有些飼料需要制成顆粒,其加工過程是先通過蒸汽,對飼料混合物進行調質,然后經壓摸擠壓成顆粒。制粒可以提高飼料的營養濃度,改善飼料的儲藏特性,并減少飼料中的微生物含量。制粒溫度一般為65~90攝氏度(Gibson,1995),這樣高的溫度可以破壞對熱敏感的營養素(包括酶)。
在過去幾年中,人們對飼料源病原體以及影響制粒質量的因素的關心,促使飼料生產商提高飼料加工的溫度、時間和壓力,并將飼料進行二次制粒或膨化(Pickford,1992)。飼料加工處理程度的加強使酶的穩定性更加重要。目前已采取幾種途徑來克服這難題,包括通過在飼料顆粒冷卻后添加液態酶以避免一起加工處理對酶活性的影響。盡管可以在制粒后加酶,但飼料酶一般還是在加工處理前添加到粉狀飼料中。通過使用疏水性包被保護層或選用耐熱性更強的酶,可以降低熱處理的對酶活的影響。
至今公開發表的有關飼料酶活性保存率的研究資料仍然有限(Chesson,1993)。然而,酶的穩定性對于飼料生產商來說極其重要,必須保證在酶制劑銷售之前進行酶的實驗室評定。1993年以來,在報刊或會議論文集上已有多項研究成果報道。在評論性的科技文獻中也有幾項試驗結果。顯然,活體外測定酶活,無論是在溶液中還是在飼料中,都是極其重要的。最近的研究表明,體外酶活的測定值必須通過體內效應的檢測結果來驗證。
植酸酶
由于植酸酶使用量約占商品酶制劑用量的20%,所以有關植酸酶熱穩定性的研究報道相當多(Bedford和Schulze,1998)。之所以如此受到關注,可能是由于許多植物性的飼料原料中均含有植酸,由于植酸的存在使得磷和其他營養素難以吸收利用(Cheryan,1980;Eeckhout和dePaepe,1994;Ravindran等,1995)。然而,單胃動物體內的內源性植酸酶缺乏活性或活性很低(Pallauf和Rimbach,1997)。更為復雜的是,同一植酸來源的植物還含有相當數量的植酸酶,并且磷消化的營養性問題與因磷在土壤中的富積而引起的環境污染問題相互交織。磷污染已成為集約化畜禽產區生產的限制因素。
植酸酶的來源廣泛,其特性也各不相同。Liu等(1998)綜述了1998年之前的文獻。結果表明,來自細菌、真菌、酵母和植物的植酸酶的最適活性溫度為45~77攝氏度,其差異高達32攝氏度。Dvorakova等(1997)描述了從黑曲霉(Aspergillusniger)中分離到的植酸酶特性。該植酸酶在25~65攝氏度的溫度范圍內具有活性,其最適溫度為55攝氏度;其在60攝氏度下培養10分鐘可使最初活性喪失5%,而在80攝氏度下培養10分鐘可使最初活性喪失80%。作為尋找耐熱性酶類的部分工作,Wyss等(1998)對從煙曲霉(A.fumigatus)和黑曲霉(A.nige)中分離到的純化植酸酶的熱變性進行了研究。這兩種來源的植酸酶在低至55攝氏度時就會發生變性。然而,在溫度提高到90攝氏度時,來自煙曲霉(A.fumigatus)的植酸酶再次折疊成一種活性構型,但來自黑曲霉(A.nige)的植酸酶不會發生這種變化。無疑,某些耐熱性的植酸酶類在不久的將來將投入商業使用。
溶液中的酶遇熱失活,并不表明飼料中的酶遇熱也失活,這是因為飼料中的酶與飼料基質存在互作。實際上,飼料原料在短時間內能夠保護酶免受蒸汽或高溫的破壞(Chesson,1993)。測定顆粒飼料中的植酸酶活性為商業上評價飼料中植酸酶失活的程度提供了更準確的數據。Simons等(1990)將植酸酶添加到“通用豬飼料”中,該飼料在制粒前被加熱至50攝氏度或65攝氏度。結果表明,加熱至50攝氏度時使顆粒溫度達到78攝氏度或81攝氏度,此時并未使酶的活性降低;但加熱至65攝氏度時使顆粒溫度達到84攝氏度或87攝氏度,此時則使酶的活性喪失17%或54%。Gibson(1995)在小麥基礎日糧中添加3種植酸酶制劑,并在65~95攝氏度溫度下制成顆粒飼料。結果表明,其中2種植酸酶制劑在65攝氏度制粒溫度下就已失活了,僅剩下1種植酸酶制劑在85攝氏度以上制粒溫度下還保留相當數量的活性。除了研究酶在溶液中的穩定性之外,Wyss等(1998)還在制粒(75攝氏度或85攝氏度)前將從煙曲霉和黑曲霉中分離到的植酸酶添加到商品飼料中。結果表明,在制粒溫度為75攝氏度時,這兩種植酸酶在顆粒飼料中的活性回收率是相似的;但在制粒溫度為85攝氏度時,來自黑曲霉的植酸酶活性比來自煙曲霉的植酸酶活性要喪失得更多,這也支持了他們有關變性動力學的研究結果。Eeckhout等(1995)將商品植酸酶制劑添加到飼料中,結果表明,制粒溫度為69~74攝氏度時可使植酸酶活性喪失50%~65%。
失活不僅影響添加到飼料中的微生物酶類的作用,而且也影響到飼料原料中天然存在的酶類的作用。Gibson(1995)發現,在85攝氏度以上溫度下制粒將使小麥中的內源調查性植酸酶活性大量失活。Eeckhout和dePaepe(1994)在對不同飼料中植酸酶活性的調查報告中報道,小麥麩富含植酸酶,但其制粒樣品的植酸酶活性僅為未制粒樣品的56%。Jongbloed和Kemme(1990)通過3個試驗發現,在接近80攝氏度下制粒可使豬飼料中的植酸酶活性降低,其中豬飼料是以富含或缺乏植酸酶活性的飼料原料為基礎配制的。他們還進一步進行了試驗,以測定制粒對磷的表觀吸收率的影響。他們在其中兩個試驗發現,對富含植酸酶的飼料制粒使磷的吸收率降低,該結果與內源性植酸酶失活的結果一致。
研究機構與飼料工業對有關植酸酶穩定性研究的關注,是由于目前所用的加工溫度越來越高,以及因營養與環境因素使得磷的吸收率越來越重要。對外源性酶類增加包膜或制成顆粒,為目前保護酶類免受熱破壞提供了一種方法。更為基本的方法可能就是耐熱性酶類的分離或者在酶變性后再次還原到活性構型。另人遺憾的是,這些方法都不能防止高溫對飼料原料中含有的內源性酶類的破壞。