木聚糖酶在制粒工艺中热稳定性的研究
摘 要 试验研究了不同制粒工艺参数（温度和时间）条件下饲料中木聚糖酶在制粒前后的活性变化。试验结果表明：木聚糖酶在75℃、85℃和95℃温度条件下，制粒5min，酶活性的损失率分别为15.58％、24.54％和59.96％；制粒10min，酶活性的损失率分别为19.80％、27.40％和61.93％。不同制粒温度间，酶活性损失率差异极显著（P＜0.01），不同制粒时间，酶活性损失率差异显著（P＜0.05）。
Cox等（1986），Bjiorck等（1984）及D.Pettersson等（1990）的研究表明，制粒可以破碎细胞壁（Saunder等，1969），促进粗纤维、粗蛋白等营养物质的消化吸收，提高饲料转化率。但是在制粒过程中，由于蒸汽的输入和压模机处理时的摩擦，温度可达到60～100℃，而温度的升高将导致酶的失活。F.G.Silversides和M.R.Bedford（1999）的研究表明，制粒使木聚糖酶活性损失很大，其中90℃下制粒55s和140s后，酶活性损失率分别高达79.0％和82.5％。以上试验还证实了，制粒导致了酶活性的损失，而且随着温度的升高和时间的延长，酶活损失有增加的趋势。
本试验就添加木聚糖酶的玉米—豆粕型日粮在不同制粒温度和时间对酶活性的影响进行研究。试验结果将对添加酶制剂饲料的制粒工艺及其参数的确立提供必要的参考，最大限度地降低制粒过程中酶制剂活性的损失，保证酶制剂在动物日粮中发挥其最佳功效。
1 材料与方法
1.1 试验日粮
日粮采用玉米—豆粕型日粮，日粮配制参照NRC（1994）肉鸡营养需要，日粮配方见表1，木聚糖酶在试验日粮中的添加量为1g/kg。
1.2 试验设计及样品分析
试验采用2×3两因素设计，制粒温度分别为75℃、85℃和95℃，制粒时间为5min和10min。试验日粮在实验室中用小型2.5mm孔径的制粒机制粒，每次制粒20kg，各处理组采集3个子样本（约200g），混合均匀后贮存于室温下，待分析。木聚糖酶的活性采用Khan A.W.,Tremblay D., LeDuy A.（1986）方法测定。酶活单位（U/g）定义：在pH值5.5、50℃条件下，1min内能催化产生1μmol还原糖（木糖）的酶量。
1.3 试验结果统计分析
试验结果利用SAS8.2统计软件进行ANVOA分析，并用LSD方法进行差异显著性检验。
2 试验结果
木聚糖酶在75℃、85℃和95℃温度条件下，制粒5min，酶活性的损失率分别为15.58％、24.54％和59.96％；制粒10min，酶活性的损失率分别为19.80％、27.40％和61.93％。不同制粒温度，酶活性损失率差异极显著（P＜0.01），不同制粒时间，酶活性损失率差异显著（P＜0.05），详见表2。
3 讨论
体外酶活检测是确定酶活损失的有价值的手段。试验结果表明，制粒过程中高温挤压会导致酶活发生明显的损失，而且随着制粒温度的升高和时间的延长，损失率相应增加，特别是在95℃下，酶的活性几乎损失殆尽。不过，体外检测仅仅是其中的一种手段。显然，在饲料的处理与消化条件下，缓冲液中的酶制剂在最适pH值下的活性仅仅提供非常有限的酶活信息。事实上，大多数研究人员（Pettersson和Rasmussen，1997；Perez-Vendrell等，1999）已经认识到酶与饲料之间互作的重要性，饲料对酶制剂的活性具有一定的保护作用，并且测定了配合饲料中的酶活。饲料浸提液粘度的测定（Spring等，1996；Bedford等，1997）为在饲料被家禽采食前评定酶活的效应提供了一种指标。Preston等（1999）研究证实了这种效应的存在。其结果表明，即使在其饲料终产品中完全丧失酶活，补充酶制剂仍可使家禽生产性能明显改善。
为了弄清饲料加工处理对酶作用的影响，必须通过家禽生产性能来测定饲料中酶的添加效应与热处理效应。酶的失活并不总是通过家禽生产性能的差异直接得到反映（Bedford等，1997；Perez-Vendrell等，1999；Silversides和Bedford，1999）。Bedford等（1997）发现，随着加工温度从65℃增加到105℃，酶的失活百分率呈线性变化，而肉鸡的生产性能（体增重、耗料增重比）是在81~83℃的加工温度时达到最佳。
随体外酶活的下降而提高家禽的生产性能，预示着仅仅依赖酶活测定的危险性，但也许并不像显示的那样矛盾。加热除了影响酶外，还影响其它许多方面（Pickford，1992）。适度加热可以促进淀粉的凝胶化，加速细胞壁的破碎，提高营养素的利用率，从而改善家禽的生产性能，这也是对饲料进行制粒处理的基本原因之一。较高的加工温度也会使非淀粉类多糖的溶解度增加，从而增加了家禽肠道内容物的粘度，降低了家禽的生产性能，这实际上又增加了对外源性酶的需要。Silversides和Bedford（1999）研究表明，在小麦基础日粮中未添加外源性木聚糖酶的情况下，肉鸡肠道内容物的粘度随加工温度的增加而显著增加。而在日粮中添加木聚糖酶时，即使在较高的加工温度下，也可使肉鸡肠道内容物的粘度下降，并且在最高温度下，其粘度实际降低量最大。在较高的加工温度下，酶仍可发挥较大的作用，这可能是由于酶在此时可获得较多的底物。酶在加工前或加工期间可能具有活性，从而降低了体内外的粘度测值。较高的加工温度使家禽的生产性能下降，这不仅是由于肠道内容物粘度的增加以及外源性酶的作用减弱，而且是由于维生素和其它酶类的失活，以及淀粉与蛋白质消化率的下降。随着耐热性或稳定化处理的酶制剂的商品化，加热对维生素及其它营养物质的破坏也可能限制生产上所用的加工温度。
在过去几年中，人们对饲料源病原体以及影响制粒质量的因素的关心，促使饲料生产商提高饲料加工的温度、时间和压力，并将饲料进行二次制粒或膨化（Pickford，1992）。饲料加工处理程度的加强使 酶的稳定性更加重要。目前已采取几种途径来克服这难题，最基本的酶活保护方法就是Pettersson和Rasmussen（1997）在其研究中所建议的方法，即从耐热性的微生物体内中分离生产耐热性的酶类。另一种酶活保护方法就是在制粒冷却后在其饲料颗粒上喷涂酶制剂，但这需要额外增加某些加工设备及加工工序（Perez-Vendrell等，1999b）。
纤维素酶和半纤维素酶是目前饲用酶制剂中的主要成分，根据其菌种来源，大致分为真菌类和细菌类，而且酶的热稳定性因酶的菌种来源不同而差异明显（Godfrey,T.和Reichelt,J. 1983）。Pettersson和Rasmussen（1997）研究证实，由高温霉（Thermomyces）、腐质霉（Humicola）和木霉（Trichoderma）分离到的木聚糖酶在热稳定性上存在差异。由木霉（Trichoderma）分离到的木聚糖酶在75℃调质温度下明显失活；而由高温霉与腐质霉分离到的木聚糖酶在85℃调质温度下可保留80%以上的活性。其中由高温霉分离到的木聚糖酶，即使在95℃的调质温度下仍可保留70%以上的活性。
4 小结
饲料酶在动物采食饲料前可能具有一些活性，因此体外酶活的总损失可能并不总是意味着收益的总损失。这似乎部分依赖于酶及其分析方法。在一些情况下，体外的分析值就是一种误导；而在另一些情况下，酶的含量与动物的生产性能具有明显的相关关系。进一步开发耐热性的酶类及在饲料加工或被动物采食前发挥酶的作用，可能是通过添加酶类而获得最大收益的途径。
参考文献
1 Bedford, M.R., Pack, M. and Wyatt, C.L. Relevance of in feed analysis of enzyme activity for prediction of bird performance in Wheat-based diets. Poultry Science, 1997, 76 (Suppl. 1): 39
2 Collmer, A., J. L. Ried, and M. S. Mount. Methods in Enzymology. 1988, A 161: 329~334
3 Cox, N. A., Burdick, D., Bailey, J. S. and Thomson, J. E. Effect of the steam conditioning and pelleting process on microbiology and quality of commercial-type poultry feeds. Poultry Science, 1986, (65): 704~709
4 D. Pettersson, H. Graham and P. Aman. The nutritive value for broiler chicken of pelleting and enzyme supplementation of a diet containing barley, wheat and rye. Animal Feed Science and Technology, 1990, (33): 1~14
5 D. Pettersson, and P. B. Rasmussen. Improved heat stability of xylanases. Proceedings of the Australian Poultry Science Symposium, 1997, (9): 119~121
6 F. G. Silversides, and M. R. Bedford. Effect of pelleting temperature on the recovery and efficacy of a xylanase enzyme in wheat-based diets. Poultry Science, 1999, (78): 1 184~1 190
7 Godfrey, T. , and Reichelt, J. Industrial Enzymology. The application of enzymes in industry. Macmillan Publishers. Chippenham, UK, 1983, 582pp
8 John, M., and J. Schmidt. Xylanases and β-xylosidases of Trichoderma longinorum. Methods in Enzymology., 1988, A (160): 662~670
9 J. Inborr, and M. R. Bedford. Stability of feed enzymes to steam pelleting during feed processing. Animal Feed Science and Technology, 1994, (46): 179~196.
10 Khan A.W.,Tremblay D., and LeDuy A. Enzyme Microb.Tech., 1986, 8：373~377
11 Perez-Vendrell, A.M., Fish, N.M., Sabatier, A.M., Frapin, D. and Geraert, P.A. Thermostability of powder enzymes: in vitro recoveries and in vivo efficiencies. Proceedings of the Australian Poultry Science Symposium, 1999a, 72
12 Perez-Vendrell, A.M., Brufau, J., Uzu, G. and Geraert, P.A. Spraying enzyme before or after fat coating: in vitro recoveries and in vivo efficiencies. Proceedings of Australian Poultry Science symposium.1999b, pp. l05~l07
13 Pickford, J.R. Effects of processing on the stability of heat labile nutrients in animal feeds. In: Garnsworthy, P.C., Haresign, W. and Cole, D.J.A. (eds) Advances in Animal Nutrition.1992, pp. l77~l92
14 Preston, C.M., Ellis, S., Bedford, M.R. and McCracken, K.J. Effects of feed enzymes during heat processing on diet characteristics and subsequent broiler performance. World Poultry Science Association,1999
15 Saunders, R. M., Walker, Jr., H. G. and Kolher, G. O. Aleurone cells and the digestibility of wheat mill feeds. Poultry Science, 1969, (48): 1 497~1 503
16 Silversides, F.G. and Bedford, M.R. Effect of pelleting temperature on the recovery and effectiency of a xylanase enzyme in Wheat based diets. Poultry Science, 1999, 78: l l84~l l90
17 Spring, P., Newman, K.E., Wenk, C., Messikommer, R. and Vukie Vranjes, M. Effect of pelleting temperature on the activity of different enzymes. Poultry Science, 1997, (75):357~36l
饲料工业
