详解纤维素酶在反刍动物饲料中的应用
纤维素酶是一种无毒、无害、无副作用的绿色生物制剂,是可再生的重要资源和能源。动物饲料中添加适量纤维素酶可提高饲料利用率,在促进动物生长、减少粪便排放、改善生态环境和防治动物疾病等方而均有明显效果,且在很大程度上避免了因添加抗生素、激素等物质所产生的负面影响,有明显的经济效益和环保意义。
纤维素在植物体中的含量最多,约占植物干重的1/2,是自然界数量最大的可再生自然资源。纤维素是由2000~10000个葡萄糖分子组成的长链大分子,除反刍动物借瘤胃微生物可以利用纤维素外,其他高等动物几乎不能消化和利用纤维素,饲料资源匮乏阻碍了我国畜牧业的发展,因此,成功开发这一潜在饲料资源显得尤为迫切和重要。纤维素酶作为一种绿色饲料添加剂,
1 纤维素酶的分类和来源
1.1 纤维素酶的种类
纤维素酶包括多种水解酶,纤维素酶是指能降解纤维素的一类酶的总称。是由多种水解酶组成的复杂酶系,主要来自于真菌和细菌。根据纤维素酶的不同功能,可分为三大类:内切纤维素酶、外切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶。还有分解纤维素的其他酶类,如木聚糖酶(Xylase)和果胶酶。
1.1.1 葡聚糖内切酶
又称为C1酶,这类酶作用于纤维素内部的非结晶区,随机水解β-1,4-糖苷键,将长链纤维素分子截短,产生大量带非还原性末端的小分子纤维素。葡聚糖内切酶相对分子质量介于23~146ku,如真菌的异构酶EGI为54ku,EGIII约为49.8ku,而纤维粘菌EG有两种菌的内切酶相对分子质量只有6.3ku。
1.1.2 葡聚糖外切酶
这类酶作用于纤维素线状分子末端,水解1,4-β-D糖苷键,每次切下1个纤维二糖分子,故又称为纤维二糖水解酶Cellobio-hydrolase,CBH),外切酶的相对分子质量介于38~18ku,如木酶的CBH有2种异构酶,CBHI相对分子质量约为66ku,CBHII约为53ku。
1.1.3 β-葡萄糖苷酶
这类酶一般将纤维二糖和短链的纤维寡糖水解生成葡萄糖分子,一般不直接作用于纤维素分子,β-葡萄糖苷酶相对分子质量约为76ku。内切酶首先切割纤维素链使暴露出末端,然后外切酶连续切割纤维二糖单位,而β-葡萄糖苷酶通过水解纤维二糖或纤维糊精完成协同反应全过程。
1.2 纤维素酶的来源
纤维素酶按其来源主要有微生物来源,动物性来源和生物工程来源。
1.2.1 微生物来源
能分泌产生纤维素酶的微生物主要有霉菌、担子菌等真菌、也包括少量细菌、放线菌,人们研究的纤维素酶主要来自丝状真菌,如绿色木霉、李氏木霉、根霉、青霉等、其中木霉应用最为广泛。丝状真菌能产生大量的纤维素酶(20g•L-1),其中尤以木酶属的产量最高。
真菌产生的纤维素酶三类酶都有、能分泌到菌体外、一般、但相互间发生强烈的协同作用不聚集形成多酶复合体。而细菌分泌的纤维素酶量少(低于0.1g•L-1),而且产生的酶会吸附于细胞壁上难以分离、故很少用细菌作纤维素酶的产生菌种。
1.2.2 动物性来源
反刍动物依靠瘤胃微生物消化饲料中的纤维物质因此可以利用瘤胃液获得纤维素酶的粗酶制剂。
在瘤胃微生态体系中,主要的纤维分解菌有产琉拍酸拟杆菌、黄化瘤胃球菌、和白色瘤胃球菌,溶纤维丁酸弧菌也可产生纤维素酶。
1.2.3 生物工程来源
生物技术的发展,使饲用纤维素酶有了新的来源。迄今,人们已从四十多种细菌和数种真菌中克隆纤维素酶基因,其中一些纤维素酶基因已在大肠杆菌和酵母在得到表达。
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