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饲用脂肪酶在动物生产中的研究及应用现状

文章来源:夏盛集团发布时间:2017-02-22浏览量:


摘要

脂肪酶是脂肪代谢发挥着重要作用,同时也是一种重要的工业酶类,广泛存在于动植物以及微生物中,目前主要利用微生物进行制备和规模化生产。本文主要论述了微生物脂肪酶的酶学特性,在机体中的作用机理以及在动物生产中的应用效果,并针对目前的研究现状进行了探讨和展望。
关键词脂肪酶;酶学特性;动物;应用效果

饲用脂肪酶可以有效应用到饲料中
饲用脂肪酶可以有效应用到饲料中

前言

脂肪酶是一类能够催化长链脂肪酸甘油酯水解的酶,在脂质代谢过程中发挥着重要的作用。它广泛存在于动植物以及微生物中,由于微生物脂肪酶的资源极其丰富,种类繁多,且具有较宽的 pH 值作用范围和温度范围,因此,适于进行工业化规模生产脂肪酶和获取高纯 度制剂[1]。经研究发现,细菌、酵母及霉菌等均可大量产脂肪酶,现已公布的 36 种不同来源 的商业化脂肪酶中有 19 种来源于真菌,8 种来源于细菌[2]。随着生物技术和酶工程研究的突破性进展,微生物脂肪酶已成为重要的工业用酶,普遍用于制革、食品、医药、洗涤剂、化 工等传统工业领域,但在动物生产中的应用还处于初级阶段[3-5]。随着人们生活品质的提高和 畜牧业的快速发展,使得人们越来越多地关注食品安全问题,因此开发新型绿色饲料添加剂,提高饲料转化率,节约饲料资源等成为饲料行业发展的重中之重,因此,本文主要探讨饲用脂肪酶在畜禽养殖中的应用研究。

1 脂肪酶的酶学特性

1.1 脂肪酶的理化性质

脂肪酶(Lipase, EC 3.1.3.3)是催化甘油三酯水解的一类酶的总称,可催化甘油三酯水解 生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯。目前,已发现的脂肪酶相对分子质量大多在30kDa— 40kDa之间,等电点在3.7-9.7之间,酶蛋白分子含有一到几个亚基[6]。与动植物脂肪酶相比, 微生物脂肪酶来源丰富,且具有更宽的反应pH,适宜温度范围和更强的底物专一性[6]。然而, 微生物脂肪酶的来源不同,其最适PH和作用温度,PH稳定性以及耐热性也存在差异。一般来 说,微生物脂肪酶最适pH大多为中性,其最适pH范围与微生物种属无明显相关性,真菌脂肪 酶最适作用温度相对较低,而细菌脂肪酶则比较耐热[7]。

1.2 脂肪酶的催化特性

脂肪酶在常温常压温和的条件下就能催化不溶性酯的水解、醇解、酯化、转酯化以及酯 类的逆向合成等多种生化反应[8]。脂肪酶在催化过程中具有高效的催化活性和高度专一性,影 响酶催化效果的因素主要有底物、反应时间、温度、pH值、溶剂以及底物等。脂肪酶的来源不同,其最适的催化体系和活性也不同,目前研究比较多的是假丝褶皱酵母脂肪酶、假单胞 菌脂肪酶、猪胰脂肪酶、黑曲霉脂肪酶、异常毕赤酵母脂肪酶以及根霉菌脂肪酶等[9]。很多研究发现,脂肪酶具有界面催化特性,即在油水界面上能够催化酯水解或醇解、酯合成、酯交 换等多种有机合成反应[10、11],同时,这也是脂肪酶区别于其他生物酶的一个特征。

2 脂肪酶在机体中的作用机理

脂肪是动物体内主要的供能和储能物质,也是构成细胞膜的必需物质。它可以促进脂溶性维生素和某些激素的吸收和利用。同时,在脂肪酶的作用下,可分解产生甘油和脂肪酸供 机体利用[12],其中酶解产生的某些脂肪酸与动物大脑、免疫系统乃至生殖系统都息息相关。脂肪酶在生物体新陈代谢过程中发挥着重要作用,它可维持正常的脂肪沉积,参与脂肪代谢的整个过程,防止脂肪过剩或不足造成的代谢紊乱或病变。

3 在动物生产上的应用

3.1 增强幼龄动物消化能力,降低腹泻风险

脂肪酶是脂肪代谢最基本的酶,在饲料中添加外源脂肪酶酶可补充幼龄动物内源消化酶的不足,提高脂肪利用率,促进动物生长,降低腹泻率。有研究显示,幼龄畜禽动物胰腺脂肪酶分泌不足,可导致其对饲料中脂肪利用率较低,由此造成饲料浪费,增加生产成本。时 本利(2010)研究显示添加脂肪酶 200g/t(全价料)后可显著降低断奶仔猪料重比,降低仔 猪腹泻率[13]。许多研究报道显示,添加外源蛋白酶、脂肪酶及淀粉酶等消化酶科有效缓减仔 猪断奶营养应激。

3.2 提高饲料中油脂利用率,节约能量饲料资源

脂肪是动物生长过程中重要的能量来源,但动物体对常规能量饲料中脂肪利用率低下,且对外源油脂不能完全利用,因此造成资源浪费。在饲料中添加脂肪酶,可提高动物对饲料 中脂肪和油脂的利用率。有研究显示,在含有植物性油脂的断奶仔猪饲粮中添加 0.02%的脂 肪酶,可以显著提高仔猪日增重和日采食量[14]。秦鹏(2003)研究发现,添加乳化剂和脂肪 酶可以显著提高肉仔鸡平均日增重和粗脂肪利用[15]。杨新文等(2010)研究显示在 10%脂肪 含量的南方鲇饲料中添加 0.3g/kg 的脂肪酶,可显著提高机体胰脂肪酶活力,提高脂肪消化 率,改善饲料养分吸收[16]。但饲料中添加脂肪酶也会加快脂肪水解速度,降低饲料的贮藏稳 定性[17]。

3.3 提高动物生产性能,改善动物健康 脂肪酶能将脂肪水解为游离脂肪酸、甘油和甘油单酯供动物吸收利用。奚刚等(1999)

研究认为在饲粮中添加外源酶后可显著影响内源消化酶活性,且易受动物品种和饲粮类型的 影响[18]。Dierick 等(2002)在模拟体外试验中发现,适量添加脂肪酶能够部分释放中链脂肪酸,这些中链脂肪酸对一些消化道有害菌的生长具有显著的抑制作用,并起到类似抗生素的 作用[19]。也有研究认为,添加脂肪酶后可以提高油脂类饲料原料的能量利用率,改善饲料适 口性,增加畜禽的采食量,从而提高动物生产性能。

4 存在的问题及展望

随 着分子生物学和生物工程的快速发展,目前通过诱变,基因工程以及细胞融合等生物手段获得高产菌株,并对产酶菌株进一步改良和优化成为人们关注的焦 点。然 而,高产菌株的筛选,达到稳定高效的产酶工艺,实现规模化生产,还需更进一步的研究。近几年来,外源脂肪酶已广泛被人们使用到饲料中。与内源脂肪酶 相 比,其作用 pH 范围广,稳定性和活 性更高,能克服动物内源脂肪酶 PH 范围适应性不足,但如何确定外源脂肪酶在饲料中的合理添加量以及在肠道 中 的稳定性,其在动物体内发挥的作用机理和作用效果还需要大量的研究证实。在饲料和养殖业良性发展的情况下,合理开发和和利用新型饲用酶制剂将会是一个 更广 阔的发展前景。

 

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