绿色饲料添加剂-果胶酶的研究
日期：2007-11-21 17:48:00 来源：不详 主题：绿色饲料添加剂-果胶酶的研究
荊麗珍,王寶維, 魏笑笑, 馮 強, 于世浩, 王亞超, (荊麗珍，萊陽農學院优質水禽研究所， ２６６１０９， 山東青島市城陽區長城路。王寶維（通訊作者）、魏笑笑、馮強、于世浩、王亞超， 單位及通訊地址同第一作者。)
摘要: 果膠酶是降解飼料抗營養因子——果膠的有效酶，它作為一种綠色飼料添加劑在畜牧業生產中的應用越來越廣泛。文章針對這一現狀，主要對果膠 的性質、分類、作用机理作一闡述， 并對其研究前景進行簡要概括。
關鍵詞:果膠酶﹔性質﹔分類﹔作用机理﹔應用前景
果膠（Ｐｅｃｔｉｎ）[１]是植物組織中与纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質等結合的不溶于水的一類物質。果膠廣泛存在于高等植物， 如水果、蔬菜、大豆以及玉米等植物中， 主要是由 Ｄ－半乳糖醛酸以 α－L４， 糖苷鍵連接形成的直鏈狀聚合物， 是非淀粉多糖（ＮＳＰ）的成分之一。由于動物体內缺乏降解果膠的酶類， 因而果膠被認為是動物飼料中的抗營養因子。果膠酶（Ｐｅｃｔｉｎａｓｅ，ＰＥ）[２]是一個多酶复合体系，是所有能夠分解果膠質的酶的總稱。它是最早在人們生活中得到應用的酶類之一，商業應用最早見于 １９３０年，用來制備酒水和果汁[３]。２０世紀６０年代，由于科學家對植物組織成分的化學性質已經有了比較清楚的認識，因此使人們能夠更廣泛、更有效地利用果膠酶，也正因為這樣，果膠酶成為當今极具商業前景的類之一。
１ 果膠酶的研究現狀
近年來， 畜禽飼料中添加酶制劑越來越受到人們的重視。酶是一种具有高度催化活性的蛋白質， 机体內的所有反應几乎都是在酶的催化下進行的。飼料中添加酶制劑既可補充幼齡動物內源酶的不足，又可消除飼料中的某些抗營養因子， 提高飼料利用率。非淀粉多糖（ＮＳＰ）酶制劑能降低食糜的粘度， 這些酶包括葡聚糖酶、阿拉伯木聚糖酶、甘露聚糖酶和果膠酶[４]。
果膠酶能夠水解果膠中以α－L４糖苷鍵結合的半乳糖醛基，產生還原糖， 提高營養物質的利用率。果膠酶在食品工業上，特別是水果加工和麻料脫膠工藝中具有重要作用。目前由微生物發酵生產的果膠酶已作為綠色飼料添加劑應用到動物養殖業中。王春林[５]等研究果膠酶對肉仔雞生長性能及屠体性狀的影響，試驗結果表明，在玉米—豆粕型日糧中添加果膠酶制劑，能顯著提高 ２１ 日齡肉雞的平均日增重和采食量， 并且提高飼料轉化率， 与添加金霉素有相當的促生長作用﹔ 但是后期（２１ 日齡后）添加酶制劑的效果并不明顯， 并認為飼料中果膠酶制劑的添加量以 ５００ ｍｇ／ｋｇ為宜。
Ｋｏｃｈｅｒ[６]用含有較高劑量的半纖維素酶、果膠酶和蛋白酶的酶制劑飼喂肉仔雞時能顯著提高豆粕型日糧的表觀代謝能，減少肉仔雞糞便含水量，提高回腸蛋白質消化率。Ｐａｔｅｌ 等[７]研究表明， 果膠酶能防止果膠類物質引起的仔雞生產性能下降， 并且降低了肝臟脂肪和血清膽固醇的濃度。果膠 和植酸酶聯合使用能更有效地提高飼喂小麥型日糧肉仔雞的增重和
采食量， 果膠酶（１ ９００ Ｕ／ｇ）、酸性磷酸酶（１００ Ｕ／ｇ）和酸
性蛋白酶（４２ Ｕ／ｇ）等的复合物能提高火雞生產性能、骨骼礦物化和鈣磷存留量。
近 １０ 年來， 關于果膠 分子生物學的研究取得了重大進展， 從 １１ 個真菌屬克隆了 ５０ 個以上的基因并進行了測序，并對果膠 基因的結构、功能、調控、轉錄、翻譯及后加工等方面進行深入探討?１０?。因為果膠酶家族中內切 工業价值最大，所以，果膠 的分离純化研究也主要集中在內切酶，基因工程研究也首先在內切酶上獲得進展。
２ 果膠酶的分類及作用机理
２﹒１ 果膠酶的分類
按不同的標准對果膠酶有不同的划分方法。美國果膠酶術語制定委員會按照作用底物的不同將果膠分為 ３ 類﹕果膠酯酶（Ｐｅｃｔｉｎｅｓｔｅｒｓａｓｅ）、果膠酶（Ｐｅｃｔｉｎａｓｅ）和原果膠酶（Ｐｒｏｔｏｐｅｃｔｉｎａｓｅ）。由于果膠類物質本身成分就比較复雜， 此种分類方法不能很好地反映各种酶在酶解過程中的作用。
按照作用方式的不同果膠 可以分為兩大類﹕酯（Ｐｅｃｔｉｎｅｓｔｅｒａｓｅ） 和解聚酶（Ｄｅｐｏｌｙｍｅｒｉｚｉｎｇ ｅｎｚｙｍｅｓ），后者包括水解酶（Ｈｙｄｒｏｌａｓｅｓ）和裂解 （Ｌｙａｓｅｓ）。解聚[１１，１２]根据解聚作用方式的不同分類見表 １。
２﹒２ 果膠酶的作用机理
果膠酯酶（ＰＥ﹒ＥＣ３﹒１﹒１﹒１１）可隨机切除甲酯化果膠中的甲基產生甲醇和游离羧基， 其作用机理為﹕ 從果膠質中除去甲基基團以產生果膠酸， 可分解果膠鏈上的小分支， 但對果膠鏈長度無影響。果膠水解酶是通過加入一個水分子使 α－ １，４ 糖苷鍵斷裂， 釋放出單体的半乳糖醛酸， 果膠聚甲基半乳糖醛酸 （ＰＭＧ） 和聚半乳糖醛酸 （ＰＧ） 是兩种分別以果膠質和果膠酸為基質的水解酶。果膠裂解酶（ＰＬ） 又叫轉移消除酶， 通過除去一個分子使 α－ １，４ 糖苷鍵斷裂， 釋放出含雙鍵的產物。聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（ＰＭＧＬ） 和聚半乳糖醛酸裂解酶（ＰＧＬ）是分別以果膠質和果膠酸為基質的兩种裂解酶。水解酶的作用不需要 Ｃａ２＋參与，而裂解酶的作用需要 Ｃａ２＋參与。
可用于發酵生產果膠酶的菌种主要有曲霉菌（Ａ﹒ｎｉｇｅｒ）、灰霉菌（Ｂｏｒｉｙｔｉｓ ｃｉｎｅｒｅａ）、鐮孢菌（ Ｆｕｓａｕｉｕ ｓｐｐ）
及其它真菌（如菜豆炭疽病菌、核盤菌、北方核盤菌、玉米圓斑病菌、青霉菌、啤酒酵母、脈孢菌、栗疫菌、榆枯萎病菌）。
３ 果膠酶的性質与生物學功能
３﹒１ 果膠酶的性質
３﹒１﹒１ 果膠酶的酶學特性
國內外學者利用層析、電泳等手段對果膠酶的酶學性質進行了廣泛研究， 明确了一些果膠酶的分子量、動力學性質及其影響因素，常用的果膠酶純化方法有硫酸銨沉淀、丙酮沉淀、离子交換層析以及凝膠過濾色譜等。果膠酶分子量一般在２０～６０ｋＤ之間，主要以單体形式存在， 個別以多聚体形式存在。通常果膠酶的活性范圍在ｐH值３﹒０～９﹒０之間，等電點在 ｐＨ值４﹒０～９﹒０之間，其中，最适ｐＨ 值在４﹒０～６﹒５之間的為水解酶， 其作用不需要 Ｃａ２＋參与， 而裂解酶的作用需要 Ｃａ２＋參与， 最适 ｐＨ 值在 ８﹒０～１０﹒０ 之間。不同菌种所產果膠酶的性質有所不同。
３﹒１﹒２ 果膠酶的分子生物學性質
近年來，果膠酶分子生物學研究取得了重大進展，已從許多种屬微生物中克隆了果膠酶基因并測序， 對果膠酶基因的結构、功能、調控等方面進行了深
入探討。已克隆的微生物以黑曲霉和歐文氏菌為主，克隆的果膠 基因以多聚半乳糖醛酸 基因和果膠裂解酶基因為主。果膠酶前体一般都含有 Ｎ 端信號區和糖基化位點 Ｎ 端信號區，一般由 １６～２７ 個氨基酸組成， 個別的如地衣芽孢杆菌 １４Ａ 的果膠酸裂解酶基因ｐｅｌＡ 有一較長的信號（３９ 個氨基酸）[１３]。果膠酶多為糖蛋白， 低聚糖以糖苷鍵的形式与酶蛋白的 Ｎ 端結
合。Ｇａｉｎｖｏｒｓ Ａ 等[１４]研究發現， 酵母屬果膠 （Ｓａｃｃｈａ－ｒｏｒｎｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ） 的基因 ＰＧＬ１－１ 編碼的聚半乳糖醛酸酶有兩個糖結合位點， 并經 β－Ｎ－乙酰葡糖胺糖苷酶Ｈ作用于該酶蛋白后，分子量由 ４２ ｋＤ 減小到３７ ｋＤ。
果膠酶一般為分泌型胞外酶， 且多為誘導酶， 即有誘導物存在時菌株才能分泌果膠酶， 可作為誘導物的有果膠、聚半乳糖醛酸、低濃度的半乳糖醛酸及其寡聚体﹔ 而受葡萄糖、較高濃度的半乳糖醛酸、抗体等的抑制。
３﹒２ 果膠酶的生物學功能
要使植物細胞壁徹底裂解，需要能分解纖維素、半纖維素、果膠類物質和蛋白質的４种類的協同作用，但作為細胞壁及其細胞壁間質成分的果膠顯然是外源酶首先作用的底物。果膠酶能分解植物的細胞壁，造成質壁分离，液泡、內質网受損，使線粒体內部空泡化， 造成質膜嚴重受損。
經細胞壁降解酶處理后，植物細胞中膠層分解，細胞壁變薄，相鄰細胞壁消失， 原生質体流失， 周圍有大量分散的細胞壁碎屑和纖維絲，細胞壁電子密度分布不均﹔ 質壁分离嚴重， 原生質体凝集，細胞器分辨不清，細胞壁粗細不均， 排列疏松，局部變形、斷裂。４ 果膠酶的研究前景及意義
目前 制劑的研究多集中在纖維素酶和淀粉酶上，對飼用果膠酶并沒有進行深入的研究。果膠酶可為其它的酶解反應提供作用底物，其作用在酶解反應開始階段顯得尤為重要。在目前的复合酶制劑中，果膠酶与其它酶類相比，單位酶活力相對較高，且都取得較好的應用效果。由于复合酶內部存在互作效應，不同配比或不同濃度的复合酶產生的效果可能有很大差异， 因此為充分發揮复合酶制劑的作用，亦應考慮果膠酶与其它酶類的協同效應。
在發酵生產飼用复合酶時，果膠酶活性應為一個指標，采用果膠酶發酵條件优選結果作為复合酶制劑研制的工藝條件。在動物生產上复合酶制劑的作用顯
然要大于單体酶， 但單体酶作用效果的研究毫無疑問將直接對复合酶的研究起指導作用。粗酶制劑在生產上的應用效果基本上已經得到肯定，但為進一步發揮其作用效果或提高其應用价值，就有必要更清楚地了解單体酶的作用机理。目前复合酶制劑發酵生產工藝主要針對菌种的選育和生產工藝參數的优化，而缺乏足夠的數据來确定發酵終產品的目標特性，這也直接約束著發酵產品的使用范圍和效果。這些都需要進一步深入研究。
參考文獻
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１３ Ｂｅｒｅｎｓｍｅｉｅｒ Ｓ， Ｓｉｎｇｈ Ｓ Ａ， Ｍｅｅｎｓｎｓ Ｊ， ｅｔ ａｌ﹒ Ｃｌｏｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅｐｅｌＡｇｅｎｅ ｆｒｏｍ Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ １４Ａ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ， ｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｌｅ，ｈｉｇｈ－ ａｌｋａｌｉｎｅ ｐｅｃｔａｔｅ ｌｙａｓｅ[Ｊ]﹒Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４， ６４﹕５６０-５６７
１４ Ｇａｉｎｖｏｒｓ Ａ， Ｎｅｄｊａｏｕｍ Ｎ， Ｇｏｇｎｉｅｓ Ｓ， ｅｔ ａｌ﹒ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｉｄｉｃ ｅｎｄｏ － ｐｏｌｙｇａｌａｃａｕｒｏｎａｓｅ ｅｎｃｏｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅＰＧＬ１－ ｇｅｎｅ ｆｒｏｍ Ｓａｃｃｈａｒｏｎｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ [Ｊ]﹒ ＦＥＭＳ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏ－ｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ２０００， １８３﹕１３１-１３５
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