纖維素酶適pH一般在4.5~6.5,作用于纖維素以及從纖維素衍生出來(lái)的產(chǎn)物。微生物纖維素酶在轉(zhuǎn)化不溶性纖維素成葡萄糖以及在果蔬汁中破壞細(xì)胞壁從而提高果汁得率等方面具有非常重要的意義。
纖維素酶的分類
按組成與功能
纖維素酶根據(jù)其催化反應(yīng)功能的不同可分為內(nèi)切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase,EC3.2.1.4),來(lái)自真菌的簡(jiǎn)稱EG,來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱Cen、外切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase,EC.3.2.1.91),來(lái)自真菌的簡(jiǎn)稱CBH,來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱Cex) 和β-葡聚糖苷酶(β-1,4- glucosidase,EC.3.2.1.21)簡(jiǎn)稱BG。內(nèi)切葡聚糖酶隨機(jī)切割纖維素多糖鏈內(nèi)部的無(wú)定型區(qū),產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的寡糖和新鏈的末端。外切葡聚糖酶作用于這些還原性和非還原性的纖維素多糖鏈的末端,釋放葡萄糖或纖維二糖。β-葡萄糖苷酶水解纖維二糖產(chǎn)生兩分子的葡萄糖。真菌纖維素酶產(chǎn)量高、活性大,在畜牧業(yè)和飼料工作中主要應(yīng)用真菌來(lái)源的纖維素酶。
按降解機(jī)理
纖維素酶反應(yīng)和一般酶反應(yīng)不一樣,其主要的區(qū)別在于纖維素酶是多組分酶系,且底物結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。由于底物的水不溶性,纖維素酶的吸附作用代替了酶與底物形成的ES復(fù)合物過程。纖維素酶先特異性地吸附在底物纖維素上,然后在幾種組分的協(xié)同作用下將纖維素分解成葡萄糖。
1950年,Reese等提出了C1-Cx假說,該假說認(rèn)為必須以不同的酶協(xié)同作用,才能將纖維素*的水解為葡萄糖。協(xié)同作用一般認(rèn)為是(C1酶)攻纖維素的非結(jié)晶區(qū),形成Cx所需的新的游離末端,然后由CX酶從多糖鏈的還原端或非還原端切下纖維二糖單位,后由β-葡聚糖苷酶將纖維二糖水解成二個(gè)葡萄糖。不過,纖維素酶的協(xié)同作用順序不是的,隨后的研究中發(fā)現(xiàn),C1-Cx和β-葡聚糖苷酶必須同時(shí)存在才能水解天然纖維素。若先用C1酶作用結(jié)晶纖維素,然后除掉C1酶,再加入Cx酶,如此順序作用卻不能將結(jié)晶纖維素水解。
纖維素酶的應(yīng)用
常見的畜禽飼料如谷物、豆類、麥類及加工副產(chǎn)品等都含有大量的纖維素。除了反芻動(dòng)物借助瘤胃微生物可以利用一部分外,其它動(dòng)物如豬、雞等單胃動(dòng)物則不能利用纖維素。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外利用真菌纖維素酶成為提高畜禽生產(chǎn)性能和飼料利用率的重要措施之一。
1、在牛日糧中的應(yīng)用
焦平林等(1996)用閹牛試驗(yàn),在日糧中按每頭每日添加纖維素酶40g,飼喂60天,結(jié)果表明加酶組日增重892.78g,對(duì)照組日增重746.8g,差異極顯著(P<0.01)。焦平林又用30頭荷斯坦奶牛進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)組按每頭每日添加50g纖維素酶,結(jié)果表明,試驗(yàn)組15頭奶牛在68天總產(chǎn)奶量為2916kg,而對(duì)照組15頭奶牛在68天的總產(chǎn)奶量為2689kg,差異顯著(P<0.05)。付連勝等(1998)報(bào)道,在瘤胃功能正常狀態(tài)下,成年奶牛及育成牛飼喂纖維素酶5天后,其糞便干物質(zhì)和飼喂前相比,減少30%,一周后,封閉式牛舍氨含量下降70%左右,粗飼料采食量提高8-10%,尿中尿素下降58.9%,懷孕奶牛在產(chǎn)前30天始飼喂纖維素酶,分娩后,不產(chǎn)生生理性消化不良癥狀,胎兒體重可增加1.5-3kg,并無(wú)畸形和弱胎。產(chǎn)牛體質(zhì)恢復(fù)快,產(chǎn)奶高峰維持時(shí)間長(zhǎng)(一直第四個(gè)泌乳月)。趙長(zhǎng)友等(1998)綜述了纖維素酶在草食動(dòng)物日糧中的應(yīng)用,均取得了顯著效果。
2、在雞日糧中的應(yīng)用
肉雞日糧一般以高魚粉、高玉米、高豆粕為主。為減少這些常規(guī)原料的使用量,廣泛采用廉價(jià)的飼料原料,秦江帆等(1996)在肉雞日糧中提高富含纖維的麥麩比例,添加0、0.05%、0.1%纖維素酶制劑進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明,添加0.1%纖維素酶組比對(duì)照組在1-2、3-6、7-8周三個(gè)生長(zhǎng)階段日增重分別提高4.31%、4.54%、4.13%,耗料比分別下降1.56%、4.50%、4.3%。徐奇友(1998)在蛋雞日糧中添加0.1%、0.15%、0.5%纖維素酶,結(jié)果表明,在1-10月的產(chǎn)蛋期間,產(chǎn)蛋率分別提高0.53%、1.25%、2.88%,酶水平0.15%和0.5%組的破蛋率降低34.49%、16.19%,蛋殼強(qiáng)度分別提高14.71%和8.41%。
3、在豬日糧中的應(yīng)用
據(jù)尹清強(qiáng)等(1992)報(bào)道,在基礎(chǔ)日糧中添加0.6%和1.2%纖維素復(fù)合酶,結(jié)果生長(zhǎng)育肥豬增重比對(duì)照組分別提高16.84%和21.86%。Wank等(1993)報(bào)道,添加纖維素酶,使中性洗滌纖維消化率由30.3%提高到34.1%,酸性洗滌纖維消化率從68.8%提高到73.9%,能量消化率由69.3%提高到71.8%。