饲料加工工艺对酶制剂活性的影响

                                                                       许毅 周岩民 王恬
　　                                                  南京农业大学动物科技学院 210095
　　　　摘要：酶制剂作为一种高效饲料添加剂，已日益为人们所重视。现代配合饲料加工工艺趋于颗粒化，使酶制剂有可能参与饲料热加工过程，而酶作为一种生物蛋白对诸多环境因素，如温度、水分、压力等条件敏感，因此饲料加工工艺对酶制剂活性的影响就必须加以考虑。本文结合现行的饲料加工工艺及部分试验的结果，就饲料加工工艺对酶制剂活性的影响进行分析。
　　关键词：饲料加工 酶制剂 酶活 影响因素
　　前言
　　酶是一种催化效率极高的生物催化剂，其催化效率比无机催化剂高107~1013倍，但酶的催化活性极易受到多种物理与化学因素的调控，如温度、pH值、水分、压力、紫外线等条件都会对酶活产生很大的影响。目前颗粒饲料、膨化饲料的大规模生产已经成为世界饲料工业的一个发展趋势，据不完全统计，国外饲料产品的70%以上是经过热加工(调质、制粒或膨化)处理的。饲料在制粒、挤压和膨化过程中受温度、压力和湿度的强烈作用，对饲料成品中酶制剂的活性提出了挑战。酶制剂虽可在制粒后喷涂[1]或饲喂前进行预酶解[2]，但在饲用酶制剂成本不断下降的现状下，增大其添加量以获得最终产品中足够活性可能是酶制剂最简单经济的使用方法，因此必须就饲料加工工艺对酶制剂活性的影响这一问题加以研究，确定其影响的原因及程度才能更精确的保证酶制剂的添加量。
　　一. 影响酶活工序的特点
　　目前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工序。这两个涉及高温、高湿及挤压的综合作用对饲用酶制剂的活性是一个严峻的考验。
　　1.1制粒工序
　　在制粒过程中，需要加入4~5%的蒸汽进行调质，从而使物料升温50℃左右。另外，物料与压辊、压模与模孔之间的摩擦，也可使物料升温5~20℃，从而使制粒后颗粒温度达到70~90℃，甚至100℃左右。一般来说，调质的温度不低于70℃，才能使粉料比较充分的糊化，另外还需一定的糊化时间，如果条件允许，最好使粉料在调质中滞留15s以上，一般也不低于6s，而达到最佳制粒效果所需的物料水分含量在15.5~17.5%之间[3]。
　　1.2膨化工序
　　在挤压膨化工艺中，温度可高达200℃，但是饲料在如此高的温度下的滞留时间很短(5~10s)。在加工浮性饲料时，蒸汽和水的添加量达干饲料的 8%，挤出物在达到模头时具有以下性质：最终压力为3.45×103~3.75×103kPa、温度125~138℃、水分25~27%。在沉性饲料的生产中，在调质器内先加入少量的蒸汽，然后加入水。混合料离开调质器时的最终水分通常为20~24%。混合料的温度在调质筒的出口处达到70~90℃，挤出物的水分含量达到28~30%。生产鱼饲料时，挤压机模头处的压力通常是2.63×103~3.04×103kPa。非膨化的完全熟化水产饲料，挤压机模头外的挤出物温度为120℃[4]。
　　二. 影响酶活的因素
　　酶是一种生物催化剂，与其它蛋白质一样对温度、湿度、压力等因素比较敏感(Guus等，2000)。制粒膨化过程中的温度可达100~200℃，并伴有高湿(引起饲料中较高的水分活度)、高压(改变酶蛋白的空间多维结构而变性)，在该条件下，大多数酶制剂的活性都将受到不同程度的影响。
　　2.1温度
　　温度对酶活性影响有两个方面：一方面温度升高可使底物分子的键能增加，分子碰撞概率提高，从而加快反应速度;但温度升高到一定的程度，酶蛋白逐渐变性，活性丧失。常用饲用酶制剂的主要来源与最适温度，如下表1所示。
　　表1 常用饲用酶制剂的主要来源与最适温度[5][6][7]
　　酶的种类 来源 最适温度/℃
　　非消化酶 纤维素酶 绿色木霉 45~65
　　木霉 45~50
　　康宁木霉 45~50
　　黑曲霉 45~55
　　半纤维素酶 枯草芽胞杆菌 40~55
　　木霉 40~50
　　果胶酶 根霉 40~50
　　黑曲霉 40~50
　　植酸酶 黑曲霉 40~50
　　米曲霉 40~50
　　丹宁酶 无花果曲霉 40~50
　　黑曲霉 40~50
　　β-葡聚糖酶枯草芽胞杆菌 55~70
　　木霉 50~60
　　消化酶 蛋白酶 AS1398枯草芽胞杆菌 35~40
　　枯草杆菌 45~50
　　糖化酶 黑曲霉 50~60
　　根霉 55~65
　　淀粉酶 黑曲霉 55~70
　　大麦和小麦基础日粮经过热加工，其中植酸酶在经过各个加工工序的相对活性如表2所示[8]。Israelsen(1995)报道，110℃时植酸酶的活性存留率为零。Vanderpoel报道，110℃时β-葡聚糖酶和纤维素酶的活性已无法检测到;Gradient报道，淀粉酶在80℃时活性显著下降。Clayton(1999)认为，如制粒温度超过85℃，就应采用液体酶制剂喷涂到冷却后的颗粒料上，从而避免高温蒸汽对酶活性的不利影响[9]。
　　表 2　大麦和小麦基础的猪饲料在膨胀加工过程中植酸酶的相对活性
　　工序 温度 /℃
植酸酶的相对活性
　　调质前 27.9 100%
　　调质后 80.5 76%
　　制粒后 70 47%
　　膨胀后 102 18%
　　膨胀制粒后 79 12%
　　P.Spring(1996)测定了不同制粒温度对纤维素酶、细菌淀粉酶、真菌淀粉酶和戊聚糖酶活性的影响。试验样品为含有不同酶制剂的大麦-小麦- 豆饼型饲料，制粒温度分别为60℃、70℃、80℃、90℃和100℃。结果表明纤维素酶、戊聚糖酶和真菌淀粉酶在80℃时仍稳定，但在90℃时活性丧失 90%(P<0.05)。细菌淀粉酶更稳定些，在100℃时仍具有60 %的活力[10]。Cowan和Rasmussen(1993)测定了不同酶制剂在溶液中酶活的稳定性，其中戊聚糖酶的测定结果与P. Spring(1996)的结果相似[11]。但制粒条件下和溶液条件下都有不同结果的报道，Gadient等(1993)报道，在热溶液处理过程中，如果临界温度不超过75℃，碳水化合物酶的活性不受影响[12]。Nunes(1993)报道，制粒蒸汽温度高于60℃时，显著降低戊聚糖酶的活性 [13]。这种结果的差异可能是由于酶活的测定方法不同或不同菌种来源的酶制剂耐热性差异所导致的。制粒后酶活的测定是一个尚具争议的问题，因为目前尚未出现统一的测定加酶饲料中被高度稀释的酶活方法。