劉金梅,常文環(huán),陳志敏,鄭愛(ài)娟,邱 凱,王澤棟,劉國(guó)華,蔡輝益

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部生物飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081)

果膠是一類廣泛存在于植物細(xì)胞壁中膠層和初生壁中的酸性雜多糖,與纖維素、半纖維素共同構(gòu)成細(xì)胞壁,對(duì)于維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)起著重要作用。主要存在于果渣、餅粕、糟糠等食品加工副產(chǎn)品中,其分子量在60 000～318 000 g·mol-1,并隨植物來(lái)源、果實(shí)或植物階段、提取條件和方法而變化[1]。果膠于1790年首次在蘋(píng)果渣中發(fā)現(xiàn)[2],直到1825年法國(guó)藥劑師Braconnot[3]才真正從胡蘿卜中分離出這種水溶性物質(zhì),并命名為“pectin”,來(lái)源于希臘語(yǔ)“pectos”,意為凝固、凝結(jié)。之后,人們逐漸認(rèn)識(shí)到果膠的作用,因其具有良好的凝膠性和乳化穩(wěn)定性,被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中,用作乳化劑、穩(wěn)定劑、凝膠劑、增稠劑和護(hù)色劑等[4]。但在單胃動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中果膠被看成是一種抗?fàn)I養(yǎng)因子[5],因?yàn)楣z的黏性影響了本身和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在消化道中的消化和吸收利用,需要對(duì)其生物降解以提高飼料的生物學(xué)效價(jià)。

1 果膠的分類、結(jié)構(gòu)與功能

1.1 果膠的分類

根據(jù)果膠側(cè)鏈結(jié)合的物質(zhì)及理化性質(zhì),可分為原果膠、果膠及果膠酸三大類?！霸z”是指植物中存在的不溶于水的果膠物質(zhì),經(jīng)限制性水解后產(chǎn)生果膠或果膠酸,存在于植物的完整組織中;“果膠酸”是一種膠態(tài)聚半乳糖醛酸,含有的甲酯基團(tuán)比例可忽略不計(jì),果膠酸通過(guò)甲酯化則變成了果膠;“果膠”是果膠酸部分甲酯化且含有中性糖的果膠物質(zhì),通常被稱為聚半乳糖醛酸甲酯。在果膠中,半乳糖醛酸單元的羧基高達(dá)75%通過(guò)酯化作用與甲醇連接,其通過(guò)與細(xì)胞壁中的纖維素結(jié)合,為細(xì)胞壁提供剛性[6]。

1.2 果膠的結(jié)構(gòu)

果膠是自然界中最復(fù)雜的生物大分子之一,其主要成分是D-半乳糖醛酸,由α-1,4糖苷鍵連接形成主鏈。其他糖單位,包括核糖、半乳糖、阿拉伯糖和蔗糖,插入到聚合物中。主鏈中的羧基部分能夠被酯化,根據(jù)酯化程度的不同又可分為高甲氧基果膠和低甲氧基果膠。根據(jù)果膠分子結(jié)構(gòu)中主鏈和側(cè)鏈組成的不同,多糖結(jié)構(gòu)分為高半乳糖醛酸(HGA)、鼠李半乳糖醛酸I (RG I)和鼠李半乳糖醛酸II (RG II)[7-9]。由于其線性結(jié)構(gòu),聚半乳糖醛酸(HG)區(qū)域通常被稱為“平滑區(qū)”,而包括RG-I、RG-II在內(nèi)的分支區(qū)被稱為“毛發(fā)區(qū)”[7,10]。但是,關(guān)于這三個(gè)結(jié)構(gòu)域是如何組裝到一起的仍然有爭(zhēng)議。典型的假設(shè)是指 HG、RG-I 和 RG-II 主鏈共價(jià)交聯(lián)形成嵌段共聚物的模型,但三個(gè)主要結(jié)構(gòu)域的相對(duì)位置仍不完全清楚。

1.3 果膠的分布

果膠廣泛存在于植物的根、莖、葉、果實(shí)和種子中,是細(xì)胞壁的重要組成部分,不同植物的果膠含量不同,甚至同種植物的不同部位、不同生長(zhǎng)時(shí)期的果膠含量也不相同。通常雙子葉植物及部分植物種皮或果皮中的果膠含量較多,草類植物的果膠含量較少,而單子葉植物中的果膠含量一般為雙子葉植物的1/10左右。玉米、豆粕、苜蓿、秸稈類等飼料原料中均含有果膠:其中玉米、小麥等谷物中果膠含量不到1%,大部分為淀粉,約占65%～70%;秸稈類飼料中果膠含量較低,膠含量只有0%～5%[11];苜蓿中果膠含量較高,約為10%～15%。許多食品工業(yè)原料也被發(fā)掘可作為飼料原料,如柑橘皮、蘋(píng)果皮、山楂、向日葵盤(pán)、甜菜渣等[12],對(duì)部分蔬菜的果膠含量進(jìn)行了研究[13]。因此,在生產(chǎn)實(shí)踐中,開(kāi)發(fā)非常規(guī)飼料用作單胃動(dòng)物的飼料原料時(shí),應(yīng)降低其果膠含量,以提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用效率。

1.4 果膠的功能

1.4.1 果膠的益生作用 果膠對(duì)人類健康具有多種積極作用。研究表明,果膠能減緩食后血糖和胰島素濃度的升高,食物中添加一定量的果膠對(duì)糖尿病患者有益。20世紀(jì)60年代,研究發(fā)現(xiàn)果膠能降低膽固醇水平。后續(xù)研究表明,果膠物質(zhì)能降低血液總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、極低密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇比等[14-15]。果膠還可以與癌細(xì)胞表面的半乳糖凝集素(半乳糖結(jié)合凝集素)結(jié)合,干擾細(xì)胞-細(xì)胞或細(xì)胞-基質(zhì)黏附,抑制轉(zhuǎn)移性病變[16],誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡[17]。

1.4.2 果膠的營(yíng)養(yǎng)作用 果膠可被反芻動(dòng)物的瘤胃微生物降解產(chǎn)生乙酸、丙酸等揮發(fā)性脂肪酸而被動(dòng)物體吸收利用。不僅為反芻動(dòng)物提供能量,還對(duì)瘤胃內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定具有極強(qiáng)的調(diào)控作用。Van Soest[18]報(bào)道果膠在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中具有獨(dú)特的作用,含果膠豐富的飼料具有和金屬離子如鈣離子、鎂離子、鈉離子、鉀離子等具有較強(qiáng)親和能力和離子交換能力,當(dāng)瘤胃環(huán)境pH過(guò)低時(shí),飼料中的果膠類物質(zhì)可把陽(yáng)離子釋放到瘤胃液中,對(duì)瘤胃內(nèi)環(huán)境起到穩(wěn)定和緩沖作用。果膠的這些特點(diǎn),使其成為理想的用于瘤胃發(fā)酵的碳水化合物。李勇等[19]研究發(fā)現(xiàn),高果膠飼糧對(duì)維持綿羊瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和促進(jìn)氮利用方面有一定的積極作用。

1.4.3 果膠的抗?fàn)I養(yǎng)作用 由于果膠吸水后黏性大大增加,所以果膠對(duì)單胃動(dòng)物的蛋白質(zhì)消化和利用有負(fù)面作用。它降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與消化酶類的接觸。黏性多糖不但抑制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收,而且還能與腸道分泌的消化酶結(jié)合,降低消化酶活性,甚至引起腸黏膜形態(tài)和功能的變化。此外,果膠含豐富的羧基,能夠螯合消化道中的二價(jià)離子,尤其是鈣離子,從而抑制了單胃動(dòng)物對(duì)鈣的吸收利用。因此,果膠在單胃動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中被看成是一種抗?fàn)I養(yǎng)因子[5]。據(jù)報(bào)道,飼糧中果膠類物質(zhì)太多會(huì)降低肉雞的生產(chǎn)性能,影響糖類和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分的利用率[20]。生長(zhǎng)豬飼糧中添加4%和8%的蘋(píng)果果膠顯著降低了豬的回腸氨基酸消化率,增加了食糜黏度,可引起胃腸功能的改變,導(dǎo)致氨基酸的消化率和利用率降低[21]。有研究推測(cè),果膠通過(guò)改變腸道微生物區(qū)系對(duì)仔鵝生長(zhǎng)性能、屠宰性能、養(yǎng)分利用率等產(chǎn)生不利影響[22]。

2 果膠的降解

2.1 果膠的降解方法

果膠的降解方法主要是化學(xué)法和酶解法?；瘜W(xué)法降解通常是用酸水解果膠,最大的特點(diǎn)是降解速度快(特別是在加熱的條件下),降解完全,得到大量單糖,寡糖產(chǎn)率低。由于降解過(guò)程中加入了各種反應(yīng)試劑,使降解反應(yīng)的控制難度增大、降解產(chǎn)物的分離純化不易進(jìn)行。因此,目前較少采用單純酸水解的方法制備寡聚半乳糖醛酸。酶法降解果膠多糖,即選用特定的一種或幾種酶對(duì)果膠分子進(jìn)行降解,讓其選擇性地切斷果膠分子中的α-1,4糖苷鍵,制備特定的果膠寡糖。該方法不發(fā)生副反應(yīng),反應(yīng)條件溫和,工藝較易控制,對(duì)果膠分子結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有破壞,是一種較為理想的降解方法。

2.2 果膠酶降解

2.2.1 果膠酶的定義與來(lái)源 果膠酶是降解果膠物質(zhì)的生物催化劑[23-25],能直接作用于植物細(xì)胞壁間質(zhì)及細(xì)胞壁成分,從而崩解細(xì)胞壁,釋放細(xì)胞內(nèi)的養(yǎng)分。果膠酶分布很廣,主要存在于高等植物和微生物中,細(xì)菌、放線菌、酵母和霉菌都能代謝合成果膠酶。由于生長(zhǎng)速度快、分布廣泛、發(fā)酵時(shí)間短和更容易獲得基因改造,而且催化專一、侵蝕性小、環(huán)保節(jié)能,微生物酶正在取代化學(xué)催化劑[26-27]。據(jù)報(bào)道,35%的果膠酶來(lái)自細(xì)菌,55%來(lái)自真菌和酵母,15%來(lái)自植物或動(dòng)物[28]。自20世紀(jì)70年代以來(lái),主要從微生物特別是真菌中商業(yè)化制備果膠酶[29]。

2.2.2 果膠酶的分類與作用 根據(jù)酶委員會(huì)和國(guó)際生物化學(xué)聯(lián)合會(huì),果膠酶屬于水解酶類[6]。按照作用方式的不同可以分為原果膠酶、果膠酯酶和解聚酶(水解酶和裂解酶)[25-26]。原果膠酶水解不溶性原果膠為水溶性果膠,切斷聚甲氧基半乳糖醛酸和阿拉伯糖之間的化學(xué)鍵;果膠酯酶催化果膠的甲氧基去酯化形成果膠酸;水解酶(聚半乳糖醛酸酶和聚甲基半乳糖醛酸酶)分別催化果膠酸和果膠中 α-1,4糖苷鍵的水解;而裂解酶(聚半乳糖醛酸裂解酶和聚甲基半乳糖醛酸裂解酶)催化α-1,4糖苷鍵的裂解,通過(guò)反式消除反應(yīng)形成不飽和半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯,具體見(jiàn)表1和圖1。

a. PMG和PG的作用方式和產(chǎn)物: PG形成飽和半乳糖醛酸、PMG形成飽和甲氧基半乳糖醛酸;b. PE的作用方式和產(chǎn)物:PE形成果膠酸;c. PL和PGL的作用方式和產(chǎn)物:PGL形成不飽和半乳糖醛酸、PL形成不飽和甲氧基半乳糖醛酸。PG.聚半乳糖醛酸酶;PMG.聚甲基半乳糖醛酸酶;PE.果膠酯酶;PL.裂解酶;PGL.聚半乳糖醛酸裂解酶a. Mode of action and products of PMG and PG: Saturated galacturonic acid formed by PG and saturated methoxylated galacturonide by PMG; b. Mode of action and products of PE: Pectic acid formed by PE; c. Mode of action and products of PGL and PL: Unsaturated galacturonic acid formed by PGL and unsaturated methoxylated galacturonide by PL. PG. Polygalacturonases; PMG. Polymethylgalacturonases; PE. Pectin esterase; PL. Pectin lyase; PGL.Polygalacturonate lyase圖1 果膠酶的作用機(jī)理[26]Fig.1 Mechanism of action of pectinase[26]

表1 果膠酶的分類與作用方式Table 1 Classification and mode of action of pectinases

2.3 果膠酶的應(yīng)用

2.3.1 果膠酶在輕工業(yè)中的應(yīng)用 果膠酶的應(yīng)用非常廣泛,它們?cè)谑称贰⒓徔?、飲料、紙漿和造紙、生物燃料工業(yè)等領(lǐng)域都有著多種應(yīng)用[6]。果膠酶占全球工業(yè)酶市場(chǎng)的25%,且其應(yīng)用占比還在不斷增加[30]。果膠酶的首次商業(yè)應(yīng)用始于1930年,用于澄清果汁,后來(lái)被用于釀造葡萄酒和果汁。

2.3.2 果膠酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用 果膠是單胃動(dòng)物飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。果膠酶能夠使果膠質(zhì)完全分解或部分降解為小分子物質(zhì),使細(xì)胞中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放出來(lái),有利于機(jī)體的吸收和利用;有效降低飼料黏度,提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能與飼料利用率;同時(shí)可以降低飼料中的纖維含量,促進(jìn)纖維中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放[31],因而越來(lái)越受到全球范圍內(nèi)飼料行業(yè)的高度重視[32]。果膠酶通過(guò)降低飼料黏度,促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收,減少了動(dòng)物排便,減少了環(huán)境污染[26,31,33]。此外,果膠酶的單位酶活相對(duì)較高,催化效率較高,具有很好的應(yīng)用前景[34]。

在飼料工業(yè)中,果膠酶一般與纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶等酶制劑復(fù)配使用,以提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和適口性[35]。果膠酶首先作用于植物細(xì)胞壁的外層,使細(xì)胞壁松散,為其他酶發(fā)揮作用提供便利,因此,果膠酶在植物細(xì)胞壁降解的初始階段非常重要。有研究表明,當(dāng)豆粕在飼料中的含量較高時(shí),“木聚糖酶+纖維素酶+果膠酶”的組合比單用“木聚糖酶+纖維素酶”更好[36]。目前,對(duì)飼用果膠酶比較詳細(xì)、深入的研究報(bào)道較少。

3 產(chǎn)果膠酶微生物

3.1 產(chǎn)果膠酶微生物的分類

據(jù)報(bào)道,在某些植物、細(xì)菌、真菌、酵母、昆蟲(chóng)、線蟲(chóng)[37]中均發(fā)現(xiàn)了果膠酶的存在,目前國(guó)內(nèi)的工業(yè)化果膠酶大多來(lái)自于微生物固態(tài)發(fā)酵。產(chǎn)生果膠酶的微生物主要包括細(xì)菌和真菌。真菌產(chǎn)生各種果膠酶,包括聚甲基半乳糖醛酸酶(PMG)、聚半乳糖醛酸酶(PG)和果膠酯酶(PE),其中黑曲霉應(yīng)用較廣泛。一些細(xì)菌(地衣芽孢桿菌、氣單胞菌、乳酸桿菌等)、念珠菌和放線菌(如鏈霉菌)也被使用,其中,絲狀真菌是最常用的。產(chǎn)果膠酶的真菌有曲霉菌(Aspergillus)、青霉菌(Penicillium)、根瘤菌(RhizobiumFrank)、鐮刀菌(Fusarium)、白地霉(Geotrichumcandidum)、腐霉屬(Pythium)、釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)等;產(chǎn)果膠酶的細(xì)菌有歐文氏菌(Erwinia)、假單胞菌(Pseudomonasadaceae)、芽孢桿菌(Bacillus)、梭狀芽胞桿菌(Clostridium)、放線菌屬(Actinomyces)等。美國(guó)食品藥品管理局(Food and Drug Administration,FDA)認(rèn)為,在所有產(chǎn)果膠酶的微生物中最安全的菌株是黑曲霉(Aspergillusniger)[33]。

3.2 產(chǎn)果膠酶微生物的來(lái)源

產(chǎn)果膠酶的微生物來(lái)源廣泛,主要從變質(zhì)的水果、土壤、腐爛的農(nóng)業(yè)廢棄物、動(dòng)物等中分離出來(lái)。Geetha 等[38]從收集的廢棄果皮,如橙皮、柑橘皮中篩選到一批細(xì)菌和真菌,經(jīng)鑒定細(xì)菌為芽孢桿菌屬和假單胞菌屬。真菌培養(yǎng)物被鑒定為黑曲霉、黃曲霉和產(chǎn)黃青霉菌。發(fā)現(xiàn)所有細(xì)菌和真菌培養(yǎng)物均產(chǎn)生可觀水平的果膠水解酶。Naga Padma等[39]使用橙皮作為底物,從變質(zhì)的水果、蔬菜和土壤中分離出酵母菌,在液態(tài)發(fā)酵條件下獲得了最大果膠酶活性為21 U·mL-1。Zeni 等[40]從農(nóng)業(yè)廢料樣品中分離出20個(gè)菌株能夠合成活性高于 3 U·mL-1的果膠酶,其中黑曲霉 ATCC 9642 微生物和新分離的 W23、W43 和D2(青霉菌)酶活性為 30、41、43和 45 U·mL-1。Siddiqui等[41]從腐爛果皮分離到1株嗜熱真菌菌株,經(jīng)分子生物學(xué)鑒定,菌株為膿毒根瘤菌。純化的酶是分子量為32 ku 的單體,首次在該物種中純化聚半乳糖醛酸酶,該酶水解果膠的最適溫度為 55 ℃,最適pH為5.0,在pH 2.5～4.5 之間具有良好的穩(wěn)定性。姜曉霞等[42]研究發(fā)現(xiàn),在日糧中添加從鵝盲腸篩選得到的草酸青酶產(chǎn)的果膠酶能顯著提高肉雞后期的生產(chǎn)性能,這可能是試驗(yàn)所用的產(chǎn)果膠酶是動(dòng)物源性的,與其它來(lái)源的酶相比,在溫度、pH等方面能更好地適應(yīng)動(dòng)物的消化道生理?xiàng)l件,從而更充分地發(fā)揮自身的作用。表2列出了部分產(chǎn)果膠酶微生物的來(lái)源及分類。

表2 一些產(chǎn)果膠酶微生物來(lái)源及分類Table 2 Sources and classification of some microorganisms producing pectinase

3.3 產(chǎn)果膠酶微生物的基因改造

近年來(lái),通過(guò)重組DNA技術(shù),如基因克隆、表達(dá)、突變等對(duì)產(chǎn)果膠酶微生物進(jìn)行改良?；蚬こ虨槊笇W(xué)家提供了各種技術(shù),使他們能夠以具有成本效益的方式生產(chǎn)大量商業(yè)用途的特定酶[30]。近幾十年來(lái),主要從曲霉菌、炭疽菌、鐮刀菌和灰霉菌等中克隆表達(dá)果膠酶基因,基因總數(shù)至少有70個(gè),對(duì)果膠酶的序列、結(jié)構(gòu)、生物學(xué)特性等方面有了更深入的了解。果膠酯酶基因從黑曲霉、棘孢曲霉和米曲霉中分離,多聚半乳糖醛酸酶基因從黑曲霉、馬克斯克魯維酵母、釀酒酵母、青霉菌、農(nóng)桿菌、熱厭氧桿菌以及許多植物病原真菌中分離。隨著分子生物學(xué)的出現(xiàn),對(duì)果膠酶基因的克隆和在各種宿主中的表達(dá)進(jìn)行了大量的研究。Gon?alves等[48]使用轉(zhuǎn)基因的灰假單胞菌構(gòu)建體來(lái)實(shí)現(xiàn)果膠酶的生產(chǎn)。與野生型菌株相比,這種重組結(jié)構(gòu)體與果膠酶基因結(jié)合,使培養(yǎng)物中果膠裂解酶和聚半乳糖醛酸酶的產(chǎn)量分別增加了13和424倍。Zhang等[49]將青霉菌的Exo-PG基因克隆到帶有GAL1啟動(dòng)子的質(zhì)粒中,并在酵母中進(jìn)行異源表達(dá),成功地在培養(yǎng)基中產(chǎn)生了酶活性為6.67 U·mL-1的重組酶。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)紫外線誘導(dǎo)的灰青霉菌突變體產(chǎn)生果膠酶的能力比野生菌株增加了7.8倍[50]。有研究人員篩選出1株特異性灰青霉菌株(PG63)并開(kāi)發(fā)出高效的轉(zhuǎn)化系統(tǒng),用于獲得高效表達(dá)果膠裂解酶的菌株。他們用兩種不同方式對(duì)其進(jìn)行遺傳改造,使兩種類型的轉(zhuǎn)化菌株都具有了果膠裂解酶(PL)活性的特征,而且相同條件下產(chǎn)生的PL活性比對(duì)照菌株高132倍[51]。后續(xù)研究還發(fā)現(xiàn),重組灰霉菌菌株105能利用低成本的甘蔗汁,大量生產(chǎn)細(xì)胞外果膠裂解酶(PL),重組菌株105的PL產(chǎn)量是對(duì)照菌株的112倍[52]。在現(xiàn)代生物技術(shù)時(shí)代,科學(xué)家們通過(guò)這些技術(shù)不僅能夠研究感興趣的特定基因,還能獲得特定蛋白質(zhì)的定向表達(dá)和過(guò)表達(dá)。

3.4 發(fā)酵條件

工業(yè)上生產(chǎn)果膠酶的方法有液體深層發(fā)酵(SMF)和固態(tài)發(fā)酵(SSF),而固態(tài)發(fā)酵的酶產(chǎn)量更高。底物選擇、工藝條件、含水率、培養(yǎng)時(shí)間、接種量、pH、溫度、抑制劑/激活劑的存在以及碳源和氮源的加入都是影響果膠酶生物合成的關(guān)鍵因素。通過(guò)深層和半固體發(fā)酵估計(jì)果膠酶產(chǎn)量,并且觀察到半固體發(fā)酵的多聚半乳糖醛酸酶產(chǎn)量高于深層發(fā)酵的多聚半乳糖醛酸酶產(chǎn)量。用于固態(tài)發(fā)酵的底物主要來(lái)自水稻、玉米、根莖、塊莖和豆類等谷物。除此之外,果渣、芒果皮、橘子皮及其他水果和蔬菜廢棄物也被大量利用。

4 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

果膠酶在一定條件下催化反應(yīng)的能力很強(qiáng),在很多工業(yè)部門(mén)中都是重要的生物催化劑。果膠酶能夠有效地降解植物飼料中的細(xì)胞壁,補(bǔ)充動(dòng)物內(nèi)源酶的不足,消除抗?fàn)I養(yǎng)因子,提高飼料轉(zhuǎn)化率。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的果膠酶主要是從土壤和腐敗植物分離的菌株發(fā)酵獲得,而且研發(fā)剛剛起步,存在著發(fā)酵和提取工藝不夠成熟和產(chǎn)酶量低等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。因此,為了降低飼料生產(chǎn)成本,目前用于飼料生產(chǎn)的酶制劑還只能添加沒(méi)有純化的復(fù)合酶制劑,果膠酶的應(yīng)用只在小規(guī)模試用,并未得到大規(guī)模的普及。微生物果膠酶是工業(yè)領(lǐng)域的主要酶,它們被廣泛用于各種工業(yè)中,并且新的應(yīng)用仍在不斷涌現(xiàn)。飼料行業(yè)中果膠酶仍然存在菌種產(chǎn)量低、成本高、易失活且添加量和添加方式不明確等一系列問(wèn)題。因此,篩選高酶產(chǎn)量菌株或者利用生物技術(shù)對(duì)目標(biāo)菌株進(jìn)行改造變得十分迫切。

酶工程技術(shù)是能將酶或者微生物細(xì)胞、動(dòng)植物細(xì)胞等在一定的生物反應(yīng)裝置中,利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應(yīng)用于社會(huì)生活的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。它包括酶制劑的制備,酶的固定化,酶的修飾與改造及酶反應(yīng)器等方面內(nèi)容。可以使用酶工程方法提高酶的活性,但在酶處理過(guò)程中,需要在特定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,維持該溫度范圍會(huì)大大增加工業(yè)成本。因此,使用耐熱酶十分有必要,而且在廣泛的溫度和pH范圍內(nèi)穩(wěn)定的菌株會(huì)很有優(yōu)勢(shì)。所以,篩選、發(fā)現(xiàn)及構(gòu)建具有高細(xì)胞外果膠酶活性、在較寬的溫度和pH范圍內(nèi)具有較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性的新型微生物,會(huì)是近期研究的重點(diǎn)。安全、有效的產(chǎn)果膠酶菌株的分離及改造具有重要意義。