微生物酶制劑的研究生產始于19世紀末。但直到20世紀70年代,酶制劑才應用于飼料,隨著現代生物技術,尤其是微生物的基因改造和發酵技術的迅速發展,生物酶制劑的生產成本越來越低。自20世紀90年代以來,已有多種酶制劑能夠廉價地應用在飼料工業中。飼料用酶現有近20種。
飼用酶的研究開發和推廣應用已成為生物技術在飼料工業中應用的重要領域。酶作為一種新型高效飼料添加劑,它可以提高畜禽生產性能,提高畜牧業經濟效益。飼用酶制劑逐步取代飼用抗生素,從而緩解并解決使用抗生素在生產和消費中帶來的問題。酶制劑緩解了因玉米使用量緊張而形成的能量危機。酶制劑還可以消除一些常規飼料中的抗營養因子,充分利用農業副產品,為開辟新的飼料資源提供了可能性。總之酶制劑的應用,充分體現了科技在生產中的優勢,從而使飼料工業高效、環保和可持續發展成為可能。
目前普遍使用的分析木聚糖酶的方法,主要包括還原糖法、黏度法和以染色底物為基礎的方法。①還原糖和黏度分析法:還原糖分析法沒有專一性,不能用來測定飼料中少量木聚糖酶的活性。但Nelson/Somogyi還原糖法仍然不失為測定純木聚糖酶制劑的標準方法。黏度分析法的底物通常是小麥木聚糖(黏度為20cSt~30cSt),也有用其他的,如來源于燕麥和樺木的木聚糖底物的。黏度分析法主要用來分析內切酶的活性。②可溶性的顯色底物法:已有各種染色底物用來分析內切1,4-β-D-木聚糖酶。這些底物包括染色的燕麥木聚糖、樺木木聚糖、山毛櫸木聚糖和小麥木聚糖。比較三種可溶性染色木聚糖底物的相對靈敏度,azo-小麥阿拉伯木聚糖的靈敏度是最高的。③不可溶顯色底物法:通過染色和交鏈制備不可溶的木聚糖,這些木聚糖包括燕麥木聚糖、樺木木聚糖和小麥阿拉伯木聚糖,用這些木聚糖制備水不溶的有色底物。④酶聯吸附劑分析法:用來分析飼料中β-葡聚糖酶和木聚糖酶活力的酶聯吸附劑分析法(ELSA)。這種分析法的靈敏度比前面描述的所有方法都高。
β-葡聚糖酶活性的檢測
可以作用于β-葡聚糖的酶很多,包括內切真菌纖維素酶和細菌β-葡聚糖酶。①還原糖法:采用還原糖法和黏度法,以純的β-葡聚糖(從大麥或燕麥中提取)為底物可以直接用來測定β-葡聚糖酶和纖維素酶。通常是比色法(即Nel-son/Somogyi法),顯色反應與不同聚合度的同源寡糖的還原性末端的含量成比例,由此可以測量酶活。②黏度分析法:Nelson/Somogyi還原糖法是測定較純的β-葡聚糖酶活性的理想方法。對于飼料中的酶活,需要使用黏度法和以使用染色多聚糖作為分析底物的方法,這兩種方法能特定地測定內切水解酶活力,能夠在還原糖本底較高的情況下測定酶活。③瓊脂平板擴散法:將酶樣添加在平板的孔穴中,在含有特定底物的平板上擴散。酶活是通過跟蹤平板上特定的染色多糖底物的顏色變化來測定的,但是只能是半定量的。④可溶性染色底物法:可溶性底物包括azo-CMC和azo-大麥葡聚糖。azo-大麥葡聚糖的靈敏度大約是azo-CMC的3倍。但是該方法并不適于測定動物飼料中微量纖維素酶的活力。⑤不可溶解的染色底物法:不可溶解的染色底物是通過染色和交鏈可溶性的多糖產生染色的交鏈多糖凝膠物。用這些底物進行分析,靈敏度要比使用azo-大麥葡聚糖和azo-CMC高3倍~10倍。α-半乳糖苷酶活性的測定
α-半乳糖苷酶作用水解半乳糖—蔗糖形式的寡糖(棉子糖、水蘇糖和毛蕊花糖)產生半乳糖和蔗糖。α-半乳糖苷酶的優選底物是p-硝基苯酚-α-半乳糖苷(10mM)。對于特定的α-半乳糖苷酶,水解p-硝基苯酚-α-半乳糖苷、棉子糖、水蘇糖和毛蕊花糖的相對速度以便確定這些酶確實對需要作用的組分發生作用。α-半乳糖苷酶水解半乳糖—蔗糖結構的寡糖的活力也可以通過Nelson/Somogyi還原糖分析法進行測定。
蛋白酶活性的檢測
用于測定蛋白酶的底物和分析方法有很多種,許多是用天然蛋白質,如酪蛋白、凝乳蛋白和血紅蛋白作為底物。這種分析方法是基于用三氯乙酸(TCA)沉淀未水解的底物,然后在235納米處測定離心獲得的上清液的吸光度。采用染色標準的或染色交鏈的蛋白作為底物專一性更好。目前已經有幾種染色的蛋白質底物,包括用磺胺酸染色的白蛋白、酪蛋白和膠原蛋白(azo-白蛋白、azo-酪蛋白和azo-膠原蛋白),膠原蛋白用燦爛藍染色。另外有一種廣泛使用的內切蛋白酶底物,稱為cowhide苯胺藍(用燦爛藍染色的膠原蛋白)。還有一種以膠原蛋白為基礎的底物,它是用通過染色和交鏈從魚鰭中提取的膠原蛋白制備的,其膠原蛋白的結構與cowhide中的組分很相似。以Prota-zymeAK作為測活底物,靈敏度要比azo-酪蛋白高4倍~5倍。即使采用更高靈敏度的底物,要準確分析配合飼料混合物中的酶活仍然是很困難的。采用熒光底物可以滿足所需要的靈敏度,然而仍然需要解決飼料成分對酶蛋白的吸附和特定酶蛋白抑制物對酶活力的抑制等問題。
植酸酶活性的檢測
測定植酸酶的活力,通常是測定在一定的作用時間內,從植酸溶液中水解釋放出的正單磷酸量。一個單位的植酸酶活力定義為:在測定條件下(pH值5.5,37℃),1分鐘內水解植酸釋放1μmol無機磷所需要的酶量。
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