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脂肪酶的研究进展及其在饲料中的应用


脂肪酶是广泛存在的一种酶,在脂质代谢中发挥着重要的作用。在油水界面上,脂肪酶催化三酰甘油的酯键水解,释放更少酯键的甘油酯或甘油及脂肪酸。脂肪酶反应条件温和,具有优良的立体选择性,并且不会造成环境污染,因此,在食品、皮革、医药、饲料和洗涤剂等许多工业领域中均有广泛的应用。

脂肪酶的来源

脂肪酶广泛地存在于动植物和微生物中。植物中含脂肪酶较多的是油料作物的种子,如蓖麻子、油菜子,当油料种子发芽时,脂肪酶能与其他的酶协同发挥作用催化分解油脂类物质生成糖类,提供种子生根发芽所必需的养料和能量;动物体内含脂肪酶较多的是高等动物的胰脏和脂肪组织,在肠液中含有少量的脂肪酶,用于补充胰脂肪酶对脂肪消化的不足,在肉食动物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。在动物体内,各类脂肪酶控制着消化、吸收、脂肪重建和脂蛋白代谢等过程;细菌、真菌和酵母中的脂肪酶含量更为丰富。由于微生物种类多、繁殖快、易发生遗传变异,具有比动植物更广的作用pH值、作用温度范围以及底物专一性,且微生物来源的脂肪酶一般都是分泌性的胞外酶,适合于工业化大生产和获得高纯度样品,因此微生物脂肪酶是工业用脂肪酶的重要来源,并且在理论研究方面也具有重要的意义。

脂肪酶的性质

脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶,可以催化三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯类的水解、醇解、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应,除此之外还表现出其他一些酶的活性,如磷脂酶、溶血磷脂酶、胆固醇酯酶、酰肽水解酶活性等。脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点,如在油水界面促进酯水解,而在有机相中可以酶促合成和酯交换。

脂肪酶的性质研究主要包括最适温度与pH值、温度与pH值稳定性、底物特异性等几个方面。迄今,已分离、纯化了大量的微生物脂肪酶,并研究了其性质,它们在分子量、最适pH值、最适温度、pH值和热稳定性、等电点和其他生化性质方面存在不同。总体而言,微生物脂肪酶具有比动植物脂肪酶更广的作用pH值、作用温度范围,高稳定性和活性,对底物有特异性。

脂肪酶的催化特性在于:在油水界面上其催化活力最大,早在1958年Sarda和Desnnelv就发现了这一现象。溶于水的酶作用于不溶于水的底物,反应是在2个彼此分离的完全不相同的界面上进行。这是脂肪酶区别于酯酶的一个特征。酯酶(EC3.1.1.1)作用的底物是水溶性的,并且其最适底物是由短链脂肪酸(≤C8)形成的酯。

脂肪酶的生产

脂肪酶的制备方法有提取法、化学合成法和微生物发酵法。提取法资源有限、工艺复杂、产量低;化学合成法成本太高;微生物发酵法的应用前景要远远大于提取法和化学合成法,它不受环境影响,资源丰富,产酶周期短,产物较单纯且成本低,生产上易于管理。商品化脂肪酶主要来源于各种细菌、酵母和真菌等微生物的发酵,有些霉菌可通过固态发酵及液体深层发酵两种方法进行发酵。通过传统诱变育种以及优化发酵条件提高了脂肪酶的产量,使得许多脂肪酶实现了产业化生产,尤其是基因工程的引入,大大提高了脂肪酶的产量。由于提取材料来源和酶含量的因素,动植物脂肪酶主要应用于科学研究。

脂肪酶在饲料中的应用

饲料资源不足一直是我国养殖业面临的一个大问题,在耕地和水资源严重紧缺的情况下,粮食产量已很难提高。我国动物生产中饲料转化率低,猪、鸡、奶牛等的饲料转化率均比国际先进水平低0.3个~0.6个百分点,使得饲料资源不足的问题更加严峻。饲料用酶制剂的开发和应用极大地缓解了饲料资源的不足。近年来,酶制剂一直是国内外动物营养研究的热点之一,它们在饲料工业中的有效应用使得饲料工业和养殖业安全、高效、环保和可持续发展成为可能。

脂肪在畜禽体内的作用主要是氧化供能,它含有的能量是碳水化合物的2.25倍,可满足动物体对较高能量浓度的要求;脂肪是脂溶性维生素和某些激素的溶剂,促进对这些物质的吸收和利用,同时为畜禽提供必需的不饱和脂肪酸,保证畜禽的健康生长;添加脂肪还可减少饲料加工过程中的粉尘,改善饲料外观,在高温条件下,还有利于提高能量摄入量,降低畜禽的体热增耗,减缓热应激。此外,添加脂肪可有效地提高饲料的适口性。因此,在猪、鸡和奶牛饲养中,在饲料中添加脂肪是比较普遍的。


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