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酶在饲料高温加工过程中发挥催化作用的科学

发布时间:2018-1-23 12:29:27   点击数:

众所周知,饲料加工工艺中对酶制剂起破坏作用的主要是制粒和膨化过程,这两个方面涉及高温、高湿及挤压等综合作用。饲料高温加工对酶活都有不同程度的破坏,但是根据酶学原理和一些试验数据证明,饲料酶存在发挥作用位置的二元说,即酶不仅在动物消化道中发挥效能,而且酶在饲料高温加工过程中也可部分发挥催化作用。

一酶在饲料高温加工过程中发挥催化作用的主要科学依据有如下几方面:

1酶的作用原理表明,适当环境条件下,特别是一定的温度、pH和离子环境等条件下,酶制剂可催化相应底物的水解。食品酶、啤酒酶、纺织酶、皮革酶和纸浆酶等就是在加工过程中发挥作用的。饲料原料的酶制剂前处理也表明,饲料可在体外条件下被酶作用变得易消化利用。所以,动物消化道并不是酶发挥催化作用的唯一场所。另外,酶解处理大豆或豆粕生产特殊仔猪蛋白原料或生产小肽就是在体外条件下应用蛋白酶处理生产的。

2根据酶学原理,酶在无水的溶剂中不表现活性,但也不引起变性,水分使酶和底物接近和结合,加水后可使反应加快,说明水对酶的催化起着十分重要的作用。

一般认为,酶分子的水合包括几个过程:1)水分子首先和酶分子表面的带电基团结合。2)水分子和酶分子表面的极性基团结合。3)水分子凝集于蛋白质表面,以弱的作用力和酶分子结合。4)酶分子表面完全水合。水的作用是增大酶分子的柔顺性,并以非共价作用力维系形成的活性结构,这部分水称为“必需水“,饲料调质加工必须加入水蒸气,使物料含有一定水分,满足酶发生催化作用的基本条件。一般饲料调质物料含水分16%~18%,达到酶作用的水活性度要求。

3酶在含水的有机溶剂系统中,酶的活性甚至高出在单一水溶液中的活性,表现出“超活性”,而加入水蒸气调质的物料不仅有水,而且还有饲料本身含有的油脂,就是一个含水的有机溶剂系统,可能在调质加工过程中,酶的催化作用表现出这种“超活性”,从而使酶在短时或瞬间就能发挥作用。

4饲料调质加工的温度上升中,一定会有一个温度点符合该酶的最适温度,某种程度上讲,比在动物消化道内发挥作用更好。因为动物消化道内的温度较恒定,不一定符合某一特定酶的最适温度,即使酶活没有被破坏,也未必能很好地发挥作用。

5由于物料的导热性能特点,饲料调质加工的温度上升有一个过程,是一个从常温到高温渐进的上升过程。另外,一般酶的最适温度有一个范围,范围大小与该酶学特性有关。因此,温度上升过程结合一定范围最适温度,使酶的作用可能有足够的催化反应时间,如McCracken等()试验发现,制粒前于85℃温度下加热15min,那么,酶可能已经在加温调质的过程中,实现或部分实现了对饲料大分子底物(营养性或抗营养性底物)水解。

6有些酶制剂的最佳活性温度较高,适当的高温条件更有利于酶催化作用的发挥,如来自嗜温和嗜热微生物的纤维素酶的最佳活性温度分别为60~80℃和90~℃。

7溶液中的酶遇热失活,并不表明饲料中的酶遇热也失活,这是因为饲料中的酶与饲料成分存在互作。实际上,饲料原料在短时间内能保护酶免受蒸气或高温的破坏。说明会有部分酶能耐过热的破坏,在加工过程中条件合适的情况下,就有机会发挥酶的催化作用。

二结语

酶在饲料高温加工过程中部分发挥催化作用能得到进一步证实,那么,这不仅在饲料酶制剂理论探讨上有很大的空间,而且在新型酶制剂的开发上也大有作为。更重要的是为酶在饲料加工中应用解决了技术上的部分疑惑,酶制剂在饲料中推广应用将有更广阔的前景。

本文参考冯定远教授研究成果。

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