α-淀粉酶在畜禽生產(chǎn)中的作用機(jī)理及應(yīng)用進(jìn)展.doc

-淀粉酶在畜禽生產(chǎn)中的作用機(jī)理及應(yīng)用進(jìn)展摘 要隨著近代酶技術(shù)及生物技術(shù)的發(fā)展，高效能生物活性物質(zhì)酶制劑已能大規(guī)模地工業(yè)化生產(chǎn)，并被應(yīng)用于飼料工業(yè)中，許多實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)果都表明，飼用酶制劑作為一種飼料添加劑能有效地提高飼料的利用率、促進(jìn)動(dòng)物生長和防治動(dòng)物疾病的發(fā)生，與抗生素和激素類物質(zhì)相比，具有卓越的安全性，引起了全球范圍內(nèi)飼料行業(yè)的高度重視。飼用酶種類繁多，淀粉酶作為其中的一種，在畜禽生產(chǎn)中取得了相當(dāng)好的效果。本文主要介紹淀粉酶的組成、基本性質(zhì)以及在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用。關(guān) 鍵 詞：-淀粉酶 畜禽生產(chǎn) 作用機(jī)理 應(yīng)用進(jìn)展正 文：1、-淀粉酶的簡介1.1 -淀粉酶的定義淀粉酶是一類能分解淀粉糖苷鍵的酶的總稱，廣泛存在于動(dòng)植物和微生物中，是利用最早、用途最廣、工業(yè)產(chǎn)量最大的酶制劑品種。按照水解淀粉酶的方式，淀粉酶主要可分為四大類：-淀粉酶（-amylase）、-淀粉酶（-amylase）、葡萄糖淀粉酶（glucoamylase）和異淀粉酶（isoamylase）。1其中，-淀粉酶（-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶，EC3.2.1.1）多是胞外酶，其作用于淀粉時(shí)可從分子內(nèi)部隨機(jī)地切開淀粉鏈的-1，4糖苷鍵，而生成糊精和還原糖，產(chǎn)物的末端殘基碳原子構(gòu)型為-構(gòu)型，故稱-淀粉酶。2-3 1.2 -淀粉酶的分類和結(jié)構(gòu) 依-淀粉酶產(chǎn)物不同可將它們分為糖化型和液化型兩種：液化型-淀粉酶，能將淀粉酶快速液化，其終產(chǎn)物為寡聚糖和糊精：糖化型-淀粉酶有較強(qiáng)的酶切活性，在水解可溶性淀粉時(shí)，隨著水解時(shí)間的延長而產(chǎn)生寡聚糖，麥芽糖直至葡萄糖。按照其使用條件可以分為低溫型、中溫型、高溫型、耐酸耐堿型。按產(chǎn)生菌不同又可以分為細(xì)菌、真菌、植物和動(dòng)物淀粉酶。4研究表明所有-淀粉酶均為分子量在50ku左右的單體，由經(jīng)典的三個(gè)區(qū)域（A、B、C）組成：中心區(qū)域A由一個(gè)（/）8圓筒構(gòu)成；區(qū)域B由一個(gè)小的-折疊突出于3和3之間構(gòu)成；而C-末端球型區(qū)域C則由一個(gè)Greek-key基序組成，為該酶的活性部位，負(fù)責(zé)正確識(shí)別底物并與之結(jié)合。為保持-淀粉酶的結(jié)構(gòu)完整性和活性，至少需要一個(gè)能與之緊密結(jié)合的Ca2+，而Cl-往往是-淀粉酶的變構(gòu)激活因子，并且在所有Cl-依賴性的-淀粉酶中，組成催化三聯(lián)體的殘基都是嚴(yán)格保守的。5-6 具有淀粉結(jié)合位點(diǎn)（SBD）的-淀粉酶的三維模型圖71.3 -淀粉酶的基本性質(zhì) 微生物-淀粉酶在pH 5.5-8穩(wěn)定，pH 4以下容易失去活性，酶活性的最適pH為5-6，每分子酶含1克原子Ca2+，Ca2+對(duì)淀粉酶有穩(wěn)定作用，可減少因加熱、加酸所引起的變性，還可保護(hù)淀粉酶不受蛋白酶的水解，但Ca2+濃度過高對(duì)酶的活性有抑制作用。-淀粉酶中含一定量的糖類殘基，對(duì)維持酶的穩(wěn)定性有重要影響；一些微生物酶蛋白中缺乏暴露的SH鍵或二硫鍵，這可能使酶具有耐熱、耐酸堿的特性。82、-淀粉酶的作用機(jī)理-淀粉酶（-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶，EC3.2.1.1），以糖原或淀粉為底物，從分子內(nèi)部切開-1，4鍵而生成糊精和還原糖，產(chǎn)物的末端的葡萄糖殘基C1碳原子為-構(gòu)型。-淀粉酶對(duì)于直鏈淀粉的作用，第一步是將直鏈淀粉任意地迅速降解為小分子糊精、麥芽糖和麥芽三糖，第二步緩慢地將第一步生成的低聚糖水解為葡萄糖和麥芽糖。由于-淀粉酶不能切開支鏈淀粉分支點(diǎn)-1，6鍵，也不能切開-1，6鍵附近的-1，4鍵，但能越過分支點(diǎn)而切開內(nèi)部的-1，4鍵，因此水解產(chǎn)物中除了含葡萄糖、麥芽糖以外，還殘留系列具有-1，6鍵的極限糊精和含四個(gè)或更多葡萄糖殘基的-1，6鍵的低聚糖。93、-淀粉酶在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用 畜禽生產(chǎn)實(shí)際上是高度組織化了的體內(nèi)合成和分解的結(jié)果，它包含消化、吸收、代謝、同化等一系列生理生化現(xiàn)象。因此，在畜牧業(yè)生產(chǎn)中，首先面臨著如何解決營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)后，盡可能多的被機(jī)體所消化、吸收。近年來，酶制劑的應(yīng)用被看做是提高畜牧業(yè)生產(chǎn)效率的有效手段之一。3.1 -淀粉酶在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用3.1.1 -淀粉酶在斷奶仔豬中的應(yīng)用斷奶仔豬體內(nèi)消化酶系統(tǒng)尚未發(fā)育成熟，斷奶后從吸收易消化的初乳，轉(zhuǎn)為以谷物為主的日糧，常造成消化不良引起的腹瀉，因此，在仔豬飼料中添加以淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶為主的外源酶制劑，對(duì)內(nèi)源酶進(jìn)行調(diào)整。彌補(bǔ)仔豬早期各種消化酶的缺乏，保證仔豬正常消化吸收功能。前蘇聯(lián)科學(xué)家在早期斷奶仔豬日糧中添加淀粉糊精酶，使得日增重提高14.6%，碳水化合物消化率提高77.2%。據(jù)美國有關(guān)資料報(bào)道，Collier在早期斷奶仔豬日糧中補(bǔ)充酶制劑（含蛋白酶、淀粉酶、葡聚糖酶）。結(jié)果實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組日增重提高了25%，飼料轉(zhuǎn)化率提高了15.5%。103.1.2 -淀粉酶在育肥豬中的應(yīng)用在生長肥育豬飼料中添加以淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶為主的外源酶制劑，其主要作用是改善飼料的營養(yǎng)價(jià)值。西德學(xué)者曾多次進(jìn)行育肥豬添加復(fù)合酶制劑的實(shí)驗(yàn)研究，在以大麥為主的日糧中，添加0.1%的復(fù)合酶制劑，結(jié)果為：實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組生長速度提高5.1%，飼料利用率提高4.1%。3.2 -淀粉酶在養(yǎng)禽業(yè)中的應(yīng)用3.2.1 -淀粉酶在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用在中國，肉雞飼料以玉米和豆粕為主，玉米豆粕型日糧屬于低粘度日糧。過去多數(shù)的研究認(rèn)為玉米較其他禾谷類飼料容易消化吸收，且不會(huì)引起肉雞食糜粘度升高，因而其在肉雞中不存在消化不良的問題，研究認(rèn)為玉米中淀粉消化率高達(dá)98%。但Pack（1995）測定玉米淀粉、脂肪在肉雞回腸消化率時(shí)發(fā)現(xiàn)其淀粉消化率只有82%（421日齡），同時(shí)發(fā)現(xiàn)玉米中許多營養(yǎng)物質(zhì)的消化發(fā)生在后腸，而后腸養(yǎng)分的吸收率較低，只能提供少量可利用能量。Noy（1995）在顯微鏡下觀察到肉雞回腸末端存在大量未消化的玉米胚乳微粒，這說明肉雞對(duì)玉米的消化率并不象想象中的那么高。豆粕中除含蛋白酶抑制劑、植物凝集素之外，還含有約7%的非淀粉多糖，如：阿拉伯木聚糖、果膠以及-半乳糖苷類寡聚糖，這些物質(zhì)不能被家禽消化道酶消化。在IRTA，S進(jìn)行的一個(gè)肉雞實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)肉雞日糧中豆粕含量為40%時(shí)，添加-半乳糖苷酶（5009/t），豆粕的代謝能提高了11%。Fransiseo等（1999）在飼料中添加-半乳糖苷酶，家禽對(duì)大豆粕中氨基酸和蛋白質(zhì)消化率提高了35%，可消化氨基酸提高了68%。生產(chǎn)型日糧中添加有淀粉酶、中性蛋白酶和脂肪酶組成的復(fù)合酶制劑，提高日糧總能代謝率37%，粗蛋白代謝率1622%，肉雞日增重提高5.713.5%，飼料轉(zhuǎn)化率改善2.358.63%。歐洲51個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明玉米豆粕型日糧中添加一種叫“愛維生1500”的商品酶制劑（含蛋白酶、淀粉酶和木聚糖酶）可使肉雞的體增重提高2.2%，F(xiàn)CR改善2.8%。123.2.2 -淀粉酶在蛋雞生產(chǎn)中的應(yīng)用在蛋雞日糧中添加適量的酶制劑，有利于雞體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的沉積，提高蛋雞的生產(chǎn)性能。在蛋雞日糧中添加一定比例的酶制劑（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶）能使可溶性非淀粉多糖（NSP），如纖維素、半纖維素、-葡聚粉、木聚粉、果膠分解成可利用的多糖類，并能有效破壞細(xì)胞壁中非水溶性屏障性抗?fàn)I養(yǎng)因子，進(jìn)而有利于細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，同時(shí)有效緩解水溶性NSP導(dǎo)致的食糜粘度過大，從而提高飼料利用率，降低糞便粘度，有效減少臟蛋數(shù)量，腸道內(nèi)有害微生物的繁殖及降低排泄物中有機(jī)物的含量，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。133.3 -淀粉酶在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用粗飼料是全世界反芻動(dòng)物生產(chǎn)的支柱，但由于粗飼料細(xì)胞壁消化率的限制，由粗飼料轉(zhuǎn)化為肉和奶制品的效率有限。植物細(xì)胞壁占常規(guī)粗飼料干物質(zhì)含量的4070%。即使在非常理想的飼喂條件下，細(xì)胞壁在整個(gè)消化消化道的降解率仍低于65%。因此，粗飼料消化率低下是限制反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能充分發(fā)揮的一個(gè)重要因素。14從20世紀(jì)60年代開始，人們就試圖通過添加外源酶制劑來改善粗飼料的消化率。現(xiàn)如今，取得了比較顯著的效果。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐已表明，在飼料中添加外源酶制劑（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等）可改善肉牛的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，明顯提高奶牛的產(chǎn)奶量，對(duì)反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能的提高有明顯的促進(jìn)作用。但是，由于反芻動(dòng)物消化道內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)消化和代謝的復(fù)雜性，這些結(jié)果具有很大的不穩(wěn)定性。3.4 -淀粉酶在水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用目前，酶制劑的研究主要集中在外源酶在畜禽飼料中的應(yīng)用，在水產(chǎn)動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用還處于摸索階段。魚類對(duì)蛋白質(zhì)的要求特別高，蛋白質(zhì)水平一般要求在4050%，這是因?yàn)轸~類體內(nèi)蛋白酶的活性高，淀粉酶的活性低。據(jù)營養(yǎng)學(xué)方面的研究，魚類對(duì)蛋白質(zhì)的消化利用率為7893%，對(duì)淀粉的消化利用率只有2646%。因此，大多數(shù)魚類不能充分利用淀粉作為能量，于是蛋白質(zhì)除了構(gòu)成魚體蛋白以外，還要作為能源消耗掉，會(huì)造成蛋白質(zhì)的浪費(fèi)，由于蛋白質(zhì)是昂貴的飼料原料，因此魚蝦飼料價(jià)格都比較昂貴。在飼料中添加淀粉酶和糖化酶后，可以補(bǔ)充水產(chǎn)動(dòng)物嚴(yán)重缺乏的淀粉酶，將淀粉的消化吸收率提高到80%以上，從而起到增加飼料能量、提高飼料利用率、減少蛋白質(zhì)作為能量消耗的作用，進(jìn)而達(dá)到降低飼料成本的目的。154、-淀粉酶的發(fā)展前景我國人均占有糧食不足400kg，糧食的短缺是困擾我國飼料工業(yè)發(fā)展的主要因素。因此，要選擇有利于節(jié)約糧食資源的畜牧業(yè)發(fā)展道路，提高飼料利用率，充分利用有限的糧食資源獲得盡可能多的畜產(chǎn)品。-淀粉酶等酶制劑的使用，能有效的解決這個(gè)問題，從目前在生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用效果可以看出，其作為飼料添加劑用于畜牧業(yè)生產(chǎn)中已成為必然。近年來我國酶制劑工業(yè)蓬勃發(fā)展，品種和產(chǎn)量也在不斷增加。但是同國外酶制劑行業(yè)相比尚有一定的差距。國外-淀粉酶發(fā)酵水平達(dá)到900U/ml，而我國常溫-淀粉酶活力為300500U/ml，并且我國-淀粉酶劑型、品種和生產(chǎn)菌株都很單一。為適應(yīng)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，應(yīng)加強(qiáng)-淀粉酶以下幾個(gè)方面的研究：-淀粉酶下游工程的研究，研制不同酶制以及不同劑型的酶制劑；加強(qiáng)菌種的篩選和誘變育種工作；加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的研究，如-淀粉酶的飼喂方式及最佳用量與其他添加劑間的相互作用等。15小結(jié)：在畜禽飼料中添加-淀粉酶，能顯著提高畜禽對(duì)飼料的消化吸收，促進(jìn)生長，降低飼料成本，并且作為一種綠色飼料添加劑，它的使用具有安全性，有利于畜牧業(yè)生產(chǎn)走上經(jīng)濟(jì)節(jié)約型的發(fā)展道路，在畜牧業(yè)生產(chǎn)中具有里程碑式的意義。參考文獻(xiàn)：1 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