饲料中木聚糖酶检测方法探讨
木聚糖酶是木聚糖水解酶系中最关键的水解酶,是通过内切作用方式降解木聚糖分子中木糖苷键的酶类,其水解产物主要为还原糖木糖以及木二糖、木三糖等低聚木糖,还有少量阿拉伯糖。酶活性高低是评价木聚糖酶产生菌株和木聚糖酶产品质量优劣的重要依据,目前木聚糖酶酶活性的测定方法有黏度法、还原糖法、色原底物法、琼脂平板扩散法、高效液相色谱法、免疫学方法等。根据所用显色剂的不同,还原糖法又可以分为DNS法、铁氰化钾法、酚硫酸法、地衣酚法等。其中DNS法因其反应颜色稳定性好,操作简单而被广泛使用,现行的木聚糖酶国标测定方法(GBT 23874-2009)便是采用了DNS法。但由于国标法不能测定饲料中木聚糖酶的含量,使得制粒后饲料中木聚糖酶的酶活性比较起来有一定的困难,甚至无法进行比较,因而给木聚糖酶的研究、生产和应用带来诸多不便。本文对现有的几种饲料中木聚糖酶测定方法进行了综述和比较,旨在为饲料中检测木聚糖酶提供参考。
1. 酶活梯度曲线法
饲用木聚糖酶活力测定所采用的DNS还原糖法的原理是DNS显色剂与还原性糖在煮沸条件下生成棕红色的氨基化合物。在一定范围内,还原糖的生成量和反应液的颜色强度成正比,因此可以通过比色法测定还原糖的生成量来计算木聚糖酶的活力。然而对于加酶饲料中木聚糖酶的检测来说,由于饲料成份的复杂性及其自身的变异度较大,导致测定过程中干扰因素较多,故DNS还原糖法不适合直接用于饲料中木聚糖酶含量的测定。通过消除或避免在测定过程中的干扰因素,改进还原糖法也是研究饲用木聚糖酶测定方法的新途径,在未经酶处理的饲料中添加已知量的不同梯度的木聚糖酶,再回收测定其酶活,可以获得相应的分析曲线,通过对照酶活分析曲线就可以计算出加酶饲料中木聚糖酶的含量,酶活梯度曲线法便是采用此种原理,可以较好的检测加酶饲料中木聚糖酶的含量。
畜禽饲料中含有多种碳水化合物,其含有的还原性醛基可以与DNS显色剂发生显色反应。在浸提加酶饲料木聚糖酶的过程中,饲料中含有的可溶性碳水化合物也会溶入酶液;而DNS还原糖法中木糖标准曲线的制作并未考虑到上述干扰因素,因此无法校正由于饲料自身可溶性碳水化合物所导致的检测背景值较高及测定误差值的偏大。经改进后的DNS还原糖法即酶活梯度曲线法,虽然其本质上仍是以DNS还原糖法作为检测基础的,但其酶活梯度曲线的制作过程是以饲料自身作为载体的,因此在很大程度上减少了由于饲料自身碳水化合物对检测的干扰,降低了误差。采用酶活梯度曲线法检测成品饲料中木聚糖酶的含量时,其标准曲线的制作应以待测饲料作为载体(即要与测定加酶饲料样的操作尽可能保持一致),此目的是要最大程度的降低饲料自身干扰因素对测定结果的影响,提高检测准确度。
2. 琼脂扩散法
该方法是在Dingle(1950)提出的Cup-plate法基础上,再结合抗生素的微生物检定法(中华人民共和国药典,2000)演变而来。在传统的琼脂扩散法基础上,结合木聚糖酶的理化性质进行适当改进。该方法在检测纯木聚糖酶产品时结果比较准确,且操作方便,可以很好的用来测定饲料含有的微量木聚糖酶活性,且检测过程不会受饲料本身含有的还原糖干扰,可有效的弥补DNS显色法检测木聚糖酶存在的不足。
琼脂扩散法的原理是应用刚果红与多糖发生强烈的显色反应,而与五糖以下的小分子糖类不发生反应。木聚糖是由D-木糖主链(以β-1,4键相连)和L-阿拉伯糖分枝(a-1,2和a-1,3相连)所组成的聚合物,在木聚糖酶的作用下木聚糖会被酶解成一些低聚木糖和少量的木糖,所以琼脂板上的酶解区域不显色。同时,由于饲料本来所含有的还原糖不能被刚果红染色,进而避免了饲料本身还原糖对酶活测定产生的干扰。这样,应用琼脂扩散法就可以准确的测定出饲料中所含微量木聚糖酶的活性。
琼脂扩散法系利用木聚糖酶在琼脂培养基内的扩散作用采用平行线原理设计,其所有反应条件都是在参照抗生素微生物检定法基础上再结合木聚糖酶的实际特性而确定,其中许多反应条件可以进一步优化,以更好的适应生产中快速大批量检测(比如该反应的时间比较长,可以进行适当优化)的需要;其次,由于琼脂在融化操作过程中的不一致(如时间、温度及水分蒸发量等),会使不同批次的实验结果造成较大的误差,因此,采用该法测定酶活时,需要每一批次检测制作一个对应的标准曲线;另外,琼脂板上反应得到的酶解圈边线比较模糊,在测定酶解圈大小的时候受个人测定习惯影响比较大,这也会降低实验的精确度。
3. 黏度法
黏度法测酶活性最早是由Bourne ( 1970 ) 和Bathgate (1979)用于食品工业以测定啤酒中β-葡聚糖酶的酶活性。该方法测定原理是木聚糖酶作用于具有黏性的木聚糖溶液,使溶液黏度下降,利用高分子溶液在毛细管中的伯肃叶方程,通过黏度计测定流速改变来计算酶活力。此法测酶活性灵敏度较高,适合检测饲料中木聚糖酶的含量。但由于不同批号的底物黏度有很大差异使得其重现性差,操作复杂费时,难以换算成国际酶活性单位,因此难以推广应用。
4. 高效液相色谱法
该法测酶活性时将木聚糖酶与木聚糖在特定的条件下充分反应后,在一定的色谱条件(如:柱温180℃,检测器温度210℃、汽化室温度210℃、载气流速30 mL/min),从反应体系中提取一定体积溶液进行色谱分析。认真记录保留时间和色谱图,测量每个样的峰高和半峰高。计算出酶促反应生成物的含量,从而换算出酶活力的数值。此方法的优点是准确度高,精确度好,可以应用于饲料中木聚糖酶的微量检测,但此方法操作复杂,费时费力。