饲用纤维素酶热稳定性的研究

饲用纤维素酶热稳定性的研究 饲用纤维素酶热稳定性的研究 纤维素酶是能够水解β-1，4葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的酶。它是一个复合酶系，至少包括3类不同性质的酶：C1酶、CX酶和β-葡萄糖苷酶。C1酶能将天然纤维素水解成无定形纤维素；CX酶的作用是将无定形纤维素继续水解成纤维寡糖；β-葡萄糖苷酶的作用是将纤维寡糖水解成葡萄糖。由此可见，C1酶和CX酶对纤维素酶系的质量起决定性作用。由于纤维素酶水解纤维素产生的纤维二糖、葡萄糖等还原糖能将碱性条件下的3,5-二硝基水杨酸（DNS）还原，生成棕红色的氨基化合物，在540nm波长处有最大吸光值，在一定范围内还原糖的量与反应液的颜色强度呈一定比例关系，因此，利用比色法测定其还原糖生成的量就可测定纤维素酶的活力。 用于工业化生产纤维素酶的微生物有木霉、黑曲霉、镰刀霉、根霉、青霉、真菌以及反刍动物瘤胃菌丛培养物。 纤维素酶的热稳定性因酶的菌种来源不同而差异明显[1]，各种常用纤维素酶的性质见1[2]。 研究发现，纤维素酶能补充动物内源酶的不足，激活内源酶的分泌，促进养分的消化吸收，减轻或消除饲料中抗营养因子的影响，改善动物健康和肠道形态结构等功效。近年来，纤维素酶在饲料工业上的应用已受到饲料界和生物人士的高度重视。由于纤维素酶的最适温度较低，热稳定性较差，在调质、制粒和挤压膨化过程中温度可达到60～130℃，而温度的升高将导致酶活力的损失甚至完全失活。本试验的目的是就不同温度和不同处理时间对纤维素酶活力的影响进行研究，了解其活性变化规律，为酶制剂的后喷涂工艺提供理论依据。 1 材料与 1.1 主要试验材料与仪器 1.1.1 纤维素酶制剂 购自无锡酶制剂厂，最适温度范围50～60℃，最适pH值范围4.5～5.5。 1.1.2 主要仪器 VIS-732G分光光度计、恒温水浴锅、万分之一分析天平。 1.1.3 试验试剂 3,5-二硝基水杨酸（DNS）、氢氧化钠、酒石酸钾钠、苯酚、无水亚硫酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、羧甲基纤维素钠、无水葡萄糖。 1.2 试验方法 1.2.1 CX酶活力的测定 采用DNS法[3]。 1.2.2 纤维素酶的热处理（湿法） 将一定量的纤维素酶溶解后，使酶液在60、70、80、90、100℃的温度下分别保持30、60、90、120、150s，然后迅速冷却，测定此时CX酶的活力，计算与常温下的相对活力。 2 实验结果与分析 2.1 DNS法测定常温下酶活力及热处理后酶液相对活力 酶活力单位（U/g）定义：在pH值5.0、50℃的条件下，每小时由底物生成1μmol葡萄糖所需的酶量。常温下纤维素酶的CX酶活力为1.44×104U/g。 2.2 热处理后酶液的相对活力（见表2、图1） 根据表2和图1可以得到热处理后纤维素酶CX酶活力的变化情况。从中可以看出，随着温度的升高和热处理时间的延长，CX酶活力均呈现下降趋势；并且随着温度的升高和时间的延长，下降的幅度越大。70℃时经150s热处理后，酶活力降低了45.8%；而80℃和90℃分别降低了59%和87.7%；100℃时处理90s以上酶活力几乎降为零。不同处理温度对酶活力的影响极显著(P<0.01)，而处理时间对酶活力也有显著的影响（P<0.05）。可以认为，在挤压膨化工艺中，纤维素酶经过120℃的高压挤压处理是难以保留的。 本试验仅是考察了温度和时间两个因素对纤维素酶活力变化的影响，而在实际的生产过程即饲料的制粒或膨化时的影响因素更多，如更高的加工温度、机械作用力、高压蒸气等，而这些因素综合作用的结果对酶活力的影响可能更为严重。因此，必须采用有效的方法保证酶制剂的稳定性。目前已采取几种途径来克服这一难，最基本的酶活保护方法就是Pettersson和Rasmussen所建议的方法[4]，即从耐热性的微生物体中分离生产耐热性的酶类。另一种就是在制粒冷却后在饲料颗粒上喷涂（常压或真空）酶制剂，但这需要额外增加某些加工设备及加工工序。