饲用酶制剂、益生菌的热稳定性与真空喷涂技术进展_腻子原料网-NiZi365.Com
腻子原料网/腻子网/腻子胶粉网/腻子涂料网是一家以腻子原料、腻子配方,腻子,腻子粉,腻子胶粉,腻子粉配方,淀粉,纤维素,化工原料,胶水粉,建筑胶粉,建筑涂料,建筑胶水,包装袋,腻子搅拌机,涂料设备等专业网站。
首 页信息中心行业法规装修常识施工工艺技术转让市场行情展会信息干粉砂浆防火材料保温节能建材产品腻子粉纤维素淀粉胶水粉技术工艺检验报告地方标准腻子配方工程招标腻子胶粉建筑胶水生产设备产品速递媒体聚焦新闻中心添加剂包装袋油漆腻子原料手机网技术天地防水防腐胶水配方石灰类产品涂料知识行业专家国内动态国际动态可行性报告行业技术行业快讯名词解释行业专家行业常识环氧树脂
     
当前位置:腻子原料网信息中心行业技术

饲用酶制剂、益生菌的热稳定性与真空喷涂技术进展

发布日期:2014-05-09 15:18:21  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

"饲用酶制剂、益生菌的热稳定性与真空喷涂技术进展"由 中国腻子原料网提供!

饲用酶制剂、益生菌的热稳定性与真空喷涂技术进展

                 饲用酶制剂、益生菌的热稳定性与真空喷涂技术进展
                              王卫国,张 粟
                  (河南工业大学生物工程学院,河南郑州 450001)
    摘 要:综述了饲用酶制剂包括植酸酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、蛋白酶和益生菌包括乳酸菌类、芽孢杆菌类和真菌及酵母类的热稳定性研究进展,以及提高这些产品的热稳定性的措施,总结了饲用酶制剂和益生菌真空喷涂于颗粒饲料的技术研究进展,指出了该类研究的存在问题和研究方向。
    关键词:饲料;酶制剂;益生菌;热稳定性;真空喷涂
    中图分类号:S816.79  文献标识码:A  文章编号:10036202(2010)06-0052-04
    经国家批准的饲用酶制剂、益生菌正越来越多地应用于各类饲料产品中。许多研究表明,针对特定饲料配方的原料组成特点而专门优选配制的单种或复合酶制剂可显著提高饲料中营养成分的利用效率,而针对特定动物肠道中微生物状况而专门配制的益生菌添加剂可改善动物肠道中有益微生物的生长繁殖,有益于动物的健康。然而由于绝大多数酶制剂、益生菌为热敏性物质,尽管可以将酶制剂、益生菌制成包膜型或微胶囊型,但在饲料热加工过程中特别是挤压膨化、挤压膨胀、高温调质、制粒、烘干等加工过程中仍会造成大量损失。而真空喷涂技术则是减少这类损失的有效方法。
    1 饲用酶制剂和益生菌的热稳定性研究
    1.1 饲用酶制剂的热稳定性研究
    酶对环境因素很敏感。酶的活性受温度、pH值、水分、强酸、强碱、紫外线等的影响很大[1]。2008年我国农业部公布的饲料添加剂品种目录中列出了准许使用的13个品种的酶制剂[2]。目前饲料中商业化应用的酶制剂主要有植酸酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶等。
    植酸酶是在饲料中商业化应用最成功的酶制剂产品。自然界的植物来源的植酸酶体现活性的pH值范围较窄(3.5~5.5),活性峰值在5~5.5,在动物体内水解植酸盐的效率低,因而难以在饲料中商业应用[3]。普通微生物植酸酶体现活性的范围较宽(pH值2.5~7),有2个活性峰值。其中一个位于低pH值范围(2.5~3),另一个位于高pH值范围(5.5~6)。而某些重组植酸酶有3个活性峰值,分别位于pH值2.5~3, 4~5和6.5~7的范围。这样这些酶制剂可以适应动物消化道主要是胃、小肠中pH值的变化,发挥植酸酶的潜力[4]。通过对微生物菌株的基因重组定向改造还可以提高植酸酶的热稳定性。目前植酸产品有粉状、微颗粒状、微丸状和液体4种类型。普通的粉状和液体植酸酶产品的酶活在受热温度超过75℃、水分含量13%以上就会有损失。当温度超过85℃时,植酸酶的损失会明显加大。通过常规蒸汽调质和制粒过程,植酸酶酶活会损失25%~50%。而微颗粒状和微丸状植酸酶,通过常规蒸汽调质和制粒过程,植酸酶酶活损失仅有8%~15%。在水产饲料的强调质高温制粒过程中,植酸酶的损失会明显加大。而挤压膨化的温度通常在110~130℃,水分含量在18%~25%,植酸酶的活性几乎不能保存。因此在生产水产膨化颗粒饲料和长调质高温制粒的颗粒饲料时,应采用后喷涂的工艺。
    植物来源的纤维素酶也因适应的pH值范围窄,不耐热和工业化生产菌种产酶率低而未能商业推广。不同微生物来源的纤维素酶的适宜pH值范围、最适作用温度和耐热性差异较大。例如绿色木霉产纤维素酶和黑曲霉产纤维素酶的最适pH值分别为4.0~5.0和3.5~5.5,最适作用温度为45~50℃和45~55℃,热稳定性分别为80℃时,15 min失活,70℃时,60 min失活[5]。冯毛等对某种纤维素酶产品在60、70、80、90、100℃的温度下分别保持30、60、90、120、150 s进行了研究,结果表明,随着温度的升高和热处理时间的延长,纤维素酶活力均呈现下降趋势;并且随着温度的升高和时间的延长,下降的幅度增大。70℃时,经150 s热处理后,酶活力降低了45.8%;而在80和90℃时,分别降低了59%和87.7%; 100℃时处理90 s以上,酶活力几乎降为0[6]。经基因工程定向改造的某些嗜热菌产的纤维素酶具有较高的热稳定性,但这些酶的最大活性温度远远超出动物肠道内的温度,因而不能有效发挥其潜在的体内酶解效率。
    Silversides F G和Bedford M R的研究表明,制粒过程中木聚糖酶活性损失很大,其中制粒前在90℃下调质55和140 s后,酶活性损失率分别达79. 0%和82. 5%[7]。付生慧等的制粒研究表明,木聚糖酶在75、85和95℃温度条件下,处理5 min,制粒后酶活性的损失率分别达到15·58%、24. 54%和59. 96%;处理10 min,酶活性的损失率分别为19. 80%、27. 40%和61. 93%。制粒温度不同时,酶活性损失率差异极显著(P< 0. 01);调质时间不同时,酶活损失率差异显著(P<0. 05)[8]。经过基因工程定向改造的嗜热微生物菌株生产的木聚糖酶可以提高热稳定性。黄峰等人研究了木聚糖酶在70~75℃小型螺杆挤出平模制粒前后酶活的变化,结果表明鱼饲料中添加单体木聚糖酶的量分别为50、100和200 mg/kg时,酶活损失分别为34.95%、15.01%和12.47%,而饲料中添加复合酶时,木聚糖酶的酶活损失为9.56%~13.47%。两者的共同趋势是随着酶制剂添加剂量的增加,酶活损失比例降低[9]。不过该试验所用小型制粒机加热温度低,机械挤压程度也弱,在大型鱼饲料的高温调质制粒条件下,木聚糖酶活性损失会明显加大。
    普通β-葡聚糖酶的适应温度范围在20~60℃,最佳温度为50℃左右。当处理温度达到60℃时,相对酶活就会明显降低。优质商业饲料用酶,经基因工程定向改造或经包被、微粒或微丸化后,耐热性有所提高。Inborr J等对β-葡聚糖酶的制粒试验表明,在制粒后β-葡聚糖酶发生明显的失活。在75℃温度条件下,调质处理0.5 min后,β-葡聚糖酶活性损失34%;调质处理15 min后,酶活性损失达49%。在85℃温度条件下,调制处理0.5和15 min后,β-葡聚糖酶活性损失分别为44%和69%,然后于95℃温度条件下制粒,β-葡聚糖酶活性损失分别为84%和89%[10]。
    可用于饲料的蛋白酶的种类较多,重要的有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶,根据酶的最适作用pH范围,可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶等,其中碱性蛋白酶主要用于体外酶解饲料原料。费笛波等对黑曲霉变异菌株6042产的酸性蛋白酶性质的研究显示,其最适pH值为3.0~3.5,最适温度为40~50℃,酶液在60℃下处理30 min基本失活。张剑林通过高温诱变得到的耐高温酸性蛋白酶生产菌株生产的酸性蛋白酶在90℃下恒温4 h,酶活比诱变的出发菌种所产酶活提高64.2%[11]。黑曲霉VS、V315菌株所产酸性蛋白酶在80℃保温2 h后仅损失10%的酶活[12]。而酵母菌所产酸性蛋白酶经70℃处理后酶活完全丧失。
    普通中性蛋白酶的热稳定性较差,例如由枯草芽孢杆菌A·S1398优良菌株经液态深层培养发酵提炼而得的中性蛋白酶在45℃时变得不稳定,超过60℃时会迅速失活。黄光荣等对嗜热芽孢杆菌高温蛋白酶HS08进行的研究表明,该蛋白酶的最适温度在65℃,当温度高于75℃时,酶活会大大降低,仅剩余30%[13]。而王玮等对同一来源的嗜热地衣芽孢杆菌XJT9503产高温中性蛋白酶的研究也得到相似的结果[14]。
    淀粉酶产品主要有α-淀粉酶和β-淀粉酶,依据淀粉酶的耐热性又分为高温淀粉酶、中温淀粉酶等。高温α-淀粉酶的最适温度范围在70~100℃,而中温淀粉酶的适宜温度在50~70℃。而β-淀粉酶的适宜温度范围通常在58~62℃,当超过适宜温度范围时,会造成酶活的损失。Gradient报道,普通淀粉酶在80℃时活性明显大幅下降。而α-高温淀粉酶在温度超过100℃时活性会迅速降低。
    目前复合酶制剂在配合饲料中应用较多。与单一酶制剂相比,复合酶制剂由于加有较多的载体,载体本身可能会对酶制剂起到一定的包被作用,降低加工过程中单种酶制剂酶活的损失。另外,在应用现有的酶制剂稳定性实验数据时应注意,在实验室内用烘箱培养法得到的酶活保留数据会低于实际饲料调质、挤压制粒或膨化造成的酶活损失数据。因为在实际加工中,机械的挤压、摩擦等作用会增加对酶制剂的破坏。因此,酶制剂的热稳定性试验应在饲料加工设备上进行。
    另外,高温或耐热饲用酶制剂产品目前存在的问题是,虽然通过基因工程定向改造提高了酶制剂的耐热性,但同时将酶制剂的最适温度大大提高,使得发挥酶活的最适温度远超过动物消化道内能提供的作用温度,反而使这些酶不能充分发挥在动物消化道中的消化潜力,又造成新的资源浪费问题。因此开发耐高温又具备在动物消化道温度中高效作用的酶制剂才是饲用酶制剂工作者追求的目标。对酶制剂进行包被,微丸化也是降低酶制剂在饲料加工过程中损失的有效途径。
    1.2 饲用益生菌热稳定性研究
    饲用益生菌菌种的选择原则是这些菌种的生物安全性,对动物肠道有害病菌的抗菌活性,在动物肠道中的定殖性能以及对环境和加工条件的耐受特性等。2008年我国农业部公布的饲料添加剂品种目录中准许使用的微生物添加剂(益生菌或益生元)包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、两歧双歧杆菌、粪肠球菌、屎肠球菌、乳酸肠球菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、乳酸乳杆菌、植物乳杆菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、产朊假丝酵母、酿酒酵母、沼泽红假单胞菌[2]。益生菌作为活的微生物,其活性易受多种因素的影响。其耐热性也与益生菌产品所处的状态如固体或液体,环境pH值,是否是基因工程改造的耐热菌株,是否经包被或微囊化等有关。
    乳酸菌类是多种消化道的共生菌,耐酸性强,耐热性弱,在65~75℃下就会有死亡。周东明的试验表明,嗜酸乳杆菌在50℃水中处理5 min,存活率为100%,在80℃水中处理5 min,存活率减少到30%,而在95℃水中处理2 min,菌株存活率就降至0[15]。芽孢杆菌类益生菌具有耐酸、耐盐和耐高温的特性,热稳定性好于其它多数益生菌。有试验表明,将2种芽孢杆菌在80℃水中处理5 min,或在95℃水中处理2 min,菌株存活率仍保持在100%。在沸水中处理2 min,菌株存活率在90%以上,当在沸水中处理5 min时,菌株存活率就降至40%~50%。而在沸水中处理时间达10 min时,菌株的存活率降至0[15]。
    真菌及酵母类益生菌为需氧菌,不耐热,当处理温度在60~70℃,时间为60 min时,该类益生菌就会死亡。目前提高益生菌的耐热性能的途径有菌株的筛选、诱变、基因工程定向改造、微胶囊化等[16,17]。通过对益生菌菌株的筛选可以获得耐热及耐极端环境条件的菌株。如嗜热型益生菌菌株通常有较好的耐热性。对某些菌株进行预先加压处理可以提高其对高温的耐受力。而Boza等和Lever-rier等的研究表明,选择合适的载体或包被材料亦可以提高益生菌的活菌保留率[16]。而通过优化发酵条件也可以提高益生菌菌株的耐热性[17]。对益生菌菌株进行基因定向改造来提高其耐热性和耐其他加工条件的特性也是有效的途径,这与生产耐热酶制剂的基因工程菌株的培育有相似的功效。
    益生菌的微胶囊化可以显著改善其产品加工、储藏和在饲料加工中的稳定性或活菌保留率。Bal-chem Corp等的研究表明,采用微胶囊化并经冷冻干燥制备的嗜酸乳杆菌在40℃,相对湿度75%的条件下存放50 d,活菌保留率仍然有58%[18]。微胶囊化可采用方法有空气悬浮喷涂、离心挤压、喷雾干燥、喷雾冷冻干燥等物理方法和界面聚合、原位聚合法、分子包埋法等化学方法等[19]。采用的壁材主要有藻酸盐-淀粉、果胶化蛋白、乳清蛋白胶粒、肠膜蛋白、植物胶等。
    2 饲用酶制剂和益生菌的真空喷涂研究
    尽管国内外在酶制剂、益生菌产品的耐热性和稳定性研究方面取得了很大进步,但许多产品仍然存在耐热性差、储藏稳定性差的缺陷,产品经过饲料厂加工特别是调质、制粒、挤压膨化、干燥后酶活或益生菌活性损失很大。即使耐热菌株或包被或微囊化的产品经挤压膨化、烘干加工后几乎全部失活。因此,从最大限度提高饲用酶制剂和益生菌的利用率,降低产品成本看,有3条简捷有效的途径。一是于饲料厂的制粒等热加工后在颗粒饲料表面常压喷涂,这样可以避免热加工的损失。但这种喷涂在表面的酶制剂、益生菌在搬运、输送过程中容易脱落,在水中易流失;二是直接在饲养场或养殖场配置液体表面喷涂设备,在饲喂前喷涂,即实现新鲜喷涂,现喷涂现饲喂,最大限度保持酶制剂、益生菌的活性,发挥其功效;三是采用真空喷涂,将酶制剂、益生菌随溶液渗入颗粒饲料内,减少他们在搬运、输送和水中饲喂过程中的损失。
    2.1 应用基础研究
    液体添加剂的常压喷涂和真空喷涂的首要任务是要将微量添加剂均匀地喷涂到颗粒饲料上。国际上的丹麦Sprout-Matador公司等以及国内正昌集团等都开发了微量液体喷涂添加系统,可以将最少100 ml的液体均匀喷涂到1 t颗粒饲料上[20]。
    颗粒饲料后喷涂液体添加剂的第二个技术问题是解决液体添加剂的稳定性与均匀性问题,当喷涂的添加剂有水溶性和脂溶性2类以上或含有多种同类添加剂时,需要配置乳状液。王卫国等研究了饲料活性组分的液体乳化特性,找出了采用单硬脂肪酸甘油酯、大豆卵磷脂、乳化剂OP作乳化剂的最佳组合配方[21]。赵晨伟等研究了水产饲料外喷涂悬浮液稳定性,试验以大豆油为连续相,添加VC, VA和胃蛋白酶,机械搅拌,转速150 r/min,时间15 min。添加不同组合的分散剂,以黏度和沉降率测定悬浮液稳定性,发现以单硬脂酸甘油脂和山梨醇酐单硬脂酸酯的组合对体系的稳定性最佳[22]。
    2.2 饲用酶制剂的真空喷涂研究
    董颖超等以植酸酶为研究对象,考察真空后喷涂系统对液态添加酶制剂的效果。结果表明,真空后喷涂试验能有效提高酶活力保存率、颗粒间均匀性和颗粒内外均匀性。当混合时间6 min,喷嘴流量1.5 L/min,喷涂压力0.4 MPa时,试验系统使颗粒间均匀性达到最优。对植酸酶进行真空后喷涂试验结果表明,当颗粒直径为2 mm,真空压力0.02 MPa,真空释放时间2 min时,颗粒内部均匀性达最优[23]。李言波等研究了膨化颗粒饲料液体植酸酶水溶液真空喷涂工艺参数,结果表明,以喷涂均匀度和水中溶失率为评价指标,膨化饲料真空后喷涂中添加液体植酸酶水溶液的最优工艺参数是:混合时间5 min、液体添加量65 ml/kg(膨化饲料)、真空度0.036 MPa、释压时间90 s。此条件下的喷涂均匀度变异系数是6. 74%、水中溶失率是17.67%[24]。
    2.3 饲用益生菌的真空喷涂
    有关饲用益生菌的真空喷涂研究国内外报道很少。董颖超等研究了真空喷涂枯草芽孢杆菌的工艺参数,研究结果表明:真空后喷涂技术可显著提高颗粒饲料内外均匀性并能有效提高芽孢杆菌的活性保存率。就试验系统而言,当混合时间6 min、喷嘴流量1.5 L/min、喷涂压力0.4 MPa时,颗粒间均匀性达到最优;当在颗粒直径2 mm、真空压力0.02 MPa、真空释放时间120 s条件下,对枯草芽孢杆菌进行真空后喷涂试验时,颗粒内外均匀性达最优[25]。
    3 饲用酶制剂、益生菌真空喷涂存在问题与研究方向
    (1)饲用酶制剂和益生菌纯物质在饲料中添加剂的比例很小,仅以纯液体形式添加比例大约为0.5%。这样的添加量不足以覆盖整个颗粒,形不成连续相,因而在真空状态下渗入颗粒内部的程度有限。在这种状态下的喷渗机理尚缺乏研究。适当提高液体添加比例会改善真空喷涂的效果,当与油脂形成乳状液喷涂时能获得较大的添加比例并使产品具有好储藏稳定性。这方面的研究尚很不足,特别是益生菌的应用研究更少,需要进一步研究。
    (2)不同饲用酶制剂和益生菌产品在饲料加工的热稳定性的研究仍很不充分和系统,有必要进一步研究,为饲料行业应用提供指南。
[参考文献]
[1] 李秋圆.饲用酶制剂的分类及其设计[J].中国饲料, 2001(17): 16~18.
[2] 中华人民共和国农业部.饲料添加剂品种目录[EB/OL].[2008-12-24]. http://www. agri. gov. cn/blgg/t20090202 _1210521.htm.
[3] 张若寒.植酸酶实用指南[M].北京:中国农业大学出版社,2001.
[4] 单安山.饲料非营养调控物质的研究与应用[M].哈尔滨:东北林业大学出版社,1999.
[5] 熊家林,张 衍.饲料添加剂[M].北京:化学工业出版社,2001.
[6] 冯 毛,王卫国,于海洋.饲用纤维素酶热稳定性的研究[J].饲料工业,2006,27(10):21~22.
[7] Silversides F G, Bedford M R. Effect of pelleting temperatureon
the recovery and efficacy of a xylanase enzyme in wheat-based diets
[J]. Poultry Science, 1999,78:1 184~1 190.
[8] 付生慧,张宏福,何瑞国.木聚糖酶在制粒工艺中热稳定性的研究[J].饲料工业,2005, 26(17):15~17.
[9] 黄 峰,张 丽,周艳萍.木聚糖酶在制粒前后的热稳定性及对异育银鲫生长的影响[J].粮食与饲料工业,2008(1):29~31.
[10] Inborr J,Bedford M R. Stability of feed enzymes to steam
pelleting during feed processing [ J ]. Animal Feed Scienceand Technology,1994, 46 (3) : 179~196.
[11] 唐胜秋,董小英,邹晓庭.饲用酸性蛋白酶研究及其应用[J].饲料广角,2002(9):19~21.
[12] 肖 竟,孙建议,李卫芬.酸性蛋白酶及其在畜牧业中的应用[ J ].饲料博览,2003(3):27~29.
[13] 黄光荣,应铁进,戴德慧,等.高温中性蛋白酶基因的克隆及毕赤酵母表达研究[ J ].食品科学, 2007, 28 (4):179~182.
[14] 王 玮,张志东,茆 军,等.高温中性蛋白酶基因的克隆及毕赤酵母表达研究[J].新疆农业科学, 2009, 46 (3):635~638.
[15] 周东明.益生素中菌株对温度、pH值及抗生素的耐受性试验[J].饲料工业,1995(11):34~36
[16] Kosin B,Rakshit S K. Microbial and processing criteria for
production of probiotics [J]. Food Technol. Biotechnol,2006, 44 (3): 371~379.
[17] Decamp O, Moriarty D J W, Lavens P. Selected bacillusstrains as
 feed additive for additive for aquaculture[J]. FeedTechnology Update,
2006, 1(8):1~4.
[18] Patricia Siuta-Cruce,Jacques Goulet. Microencapsulation pre-serves
 the potency of probiotic microorganisms in food sys-tems[J]. Food Technology, 2001, 55(10):36~41.
[19] Vidhyalakshmi R,Bhakyaraj R,Subhasree R S. Encapsula-tion‘The
Future of Probiotics’[J]. Advances in BiologicalResearch, 2009, 3 (3-4): 96~103.
[20] 王卫国,扬 洋,左朝辉.液体饲料组分真空喷涂技术进展[J].粮食与饲料工业, 2003(12): 42~44.
[21] 王卫国,隋 伟,周艳红,等.饲料活性组分液体乳化特性研究[J].粮食与饲料工业, 2001(10): 29~31.
[22] 赵晨伟,过世东.水产饲料外喷涂悬浮液稳定性的研究[J].粮食与饲料工业, 2006(1): 30~32.
[23] 董颖超,李 俊,秦玉昌,等.真空后喷涂技术在酶制剂中的应用研究[J].饲料研究,2008(6): 6~8.
[24] 李言波,王卫国.膨化颗粒饲料液体植酸酶水溶液真空喷涂工艺参数研究[J].饲料与畜牧新饲料,2009(6): 30~33.
[25] 董颖超,秦玉昌,李 俊,等.颗粒饲料中真空后喷涂添加芽孢杆菌的实验研究[J].粮食与饲料工业, 2007(12):23~24.(责任编辑:俞兰苓)


Tags:

作者:佚名
  • 好的评价 如果您觉得此文章好,就请您
      0%(0)
  • 差的评价 如果您觉得此文章差,就请您
      0%(0)

声明:本站资源部分是在网上收集,并仅供学习研究用,如有侵犯了您的版权请指出,本站立即纠正。
转载请注明来自"中国腻子原料网" Www.NiZi365.Com 并加上连接.谢谢合作!
Copyright © 2012-2022 NiZi365.Cn. All Rights Reserved .