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    酶與微生物的組合對處理粗飼料和秸稈飼料的機制和原理

    2007/12/15 16:13:14   文章來源:原創   作者:強微生物   瀏覽次數:23291
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         酶是一類高效生物催化劑,能在特定的溫度、濕度和PH值等條件下有效地促進動植物生理生化反應,酶的理化性質上屬于蛋白質,所以也具體蛋白質的所有特征。

          目前我們所獲得的酶制品絕大多數是從微生物中誘導和提取出來的,而從植物中獲得的酶制品則較少,主要是因為從植物中提取的成本極高,各種酶制劑的組合也可以對各種糟渣和粗飼料等進行處理,其作用與微生物對粗飼料的發酵相似,因為微生物對糟渣等的發酵實際上也是通過分泌胞外酶來進行的,所以二者有相似的地方,當然,相似之外也有很多本質的區別,這就是本篇將要闡述的內容。
     
    那么,酶和微生物分別對粗飼料進行處理和發酵的區別是什么呢?
    首先單獨用酶對粗飼料的處理有幾大特征:
    ① 單一的酶對作用的底物有高度的專一性
           即一種特定的酶只對特定的底物才會產生作用,通俗地說,一個蘿卜一個坑,如直鏈淀粉酶只會對淀粉的直鏈部分的末端開始進行降解,而不會管其他的。
          再比如,由里氏木霉生產的纖維素酶其實是由一系列高度協同作用的酶所組成,統稱為纖維素酶,典型的纖維素酶組合是:內切葡聚糖酶(Cx )、外切葡聚糖酶(C1 )、β一葡萄糖苷酶(βG )。等三類,第一,C1-酶:這是對纖維素最初起作用的酶,它破壞纖維素鏈的結晶結構,起水化作用。即C1-酶是作用于不溶性纖維素表面,使結晶纖維素鏈開裂、長鏈纖維素分子末端部分游離,從而使纖維素鏈易于水化。第二、Cx-酶:這是作用于經C1-酶活化的纖維素、分解β-1,4鍵的纖維素酶。主要包括內切-1,4-β-葡聚糖酶和外切-1,4-β-葡聚糖酶。前者是從高分子聚合物內部任意位置切開β-1,4鍵,主要生成纖維二糖、纖維三糖等。后者作用于低分子多糖,從非還原性末端游離出葡萄糖。第三、β-葡萄糖苷酶:即為將纖維二糖、纖維三糖及其它低分子纖維糊精分解為葡萄糖。
          上述三種纖維素酶在分解纖維素時,任何一種酶都不能裂解晶體纖維素,只有三種酶共同存在并協同作用時,才能完成降解過程。
           所以,從酶的專一性特征來看,酶與酶之間的合作是顯得多么的重要。正是因為酶與酶要相互合作,才能獲得最大催化效果,所以,我們在粗飼料降解劑產品中大量使用了輔酶系統制劑,由大量復雜種類繁多的代謝途徑酶所組成的輔酶系統(主要由數十個微生物組成的菌種群,對特殊基料進行培養后獲得的培養物),是高效率酶產品的基本保證之一。
          國內有一家生產處理秸稈飼料的酶產品的廠家,為了說明其產品對全價飼料也有較強的降解作用和促進消化作用,有這么一句宣傳:“本品連秸稈都能分解,更何況全價飼料這樣容易被分解的物料呢,用于全價飼料分解的效果更不用說了”。其實這是有違酶的專一性原理的,對于酶來說,是絕對不會大材小用的,或者說用宰牛的刀來殺雞的,大材就是大用,絕對不會小用。這是酶的專一性特點決定的。
    ② 酶作用的高效率性
           即酶對生物催化反應的效率是非常高的,速度是極快的,也是您可能無法想象的。
           比如用粗飼料降解劑(含有高效纖維素組合酶和特效輔酶系統,及酶活助劑系統)來處理玉米秸稈粉,加水比為1比2后,只要處理幾個小時,即可以達到30%以上的粗纖維降解率。而這個過程,要是用活力99生酵劑來發酵處理的話,需要一個月的時間。所以酶和微生物對物料的處理效率相差數百倍之多。
           例如,用活力99生酵劑來發酵微貯玉米秸稈粉,一般需要發酵半個月以上,最好是發酵30天以上,效果才明顯,這是因為活力99生酵劑是以微生物為主的產品,它是靠微生物菌種來發酵秸稈的,接種后,微生物必須適應環境,有一個生長延滯期和啟動期,先利用秸稈物料中的可利用的碳水化合物來獲得能量,例如發酵時加入了玉米粉,則微生物分析環境后,分泌出淀粉酶等胞外酶進行淀粉的分解和利用,從而獲得能量,進行生長,有了足夠的能量和繁殖了一定數量的微生物細胞后,秸稈物料中的容易利用的能量利用完畢后,它才會再分析環境,被秸稈纖維誘導產生出纖維素酶來,這時才會正式進行纖維素的降解,這個過程是緩慢的,需要長達幾十天的作用。
           這里需要強調的一點是,用微生物來發酵秸稈,其實最終還是要靠其中的微生物分泌的胞外纖維素酶來起作用,達到降解纖維的目的的。這也就是為什么用微生物來處理物料,比直接用酶來處理物料慢得多的原因之一。
         酶可以說是,自然界各種生物的終極工具。
    ③ 酶作用的環境,酶產生最大的效率,需要一定的溫度、濕度、PH值,以及相應的微環境和介電環境。
           這需要我們制造出相應的良好的微環境,才能讓酶產品發揮最大的功效。而自然界的環境尤其是是等待處理的物料的微環境是千差萬別的,如果能讓所有待處理物料(如木薯渣、玉米秸稈粉、酒糟、豆渣、醬油渣等等),在作適當調整后,達到一個統一的環境,則可以發揮產品的最大功效。粗飼料降解劑產品中即有這一類的緩沖劑和微介電元素,能盡可能地創造出酶作用的最佳微環境。
    ④ 酶具有可修飾性,酶活性的可調節性等
         有些酶可在其他酶的作用下,將酶的結構進行共價修飾,使該酶活性發生改變,這種調節稱為共價修飾調節,這類酶稱為修飾酶。
          還有在生產某種酶之前,對產酶菌株進行基因方面的某些改造,使其最終產生的相應的酶的活性發生變化,如活性更高,或更耐酸或堿性等。
           一些化學元素也可以使酶的活性更強和更為適應環境,這也就是為什么我們強調在用粗飼料降解劑和活力99生酵劑處理和發酵糟渣時,要加入一些磷酸氫鈣或過磷酸鈣的原因之一,磷酸元素,在粗飼料降解劑中和活力99生酵劑處理和發酵糟渣時,可以起到部分激化活性的作用,效果是很顯著的。同時,在厭氧環境下,磷元素對活力99生酵劑在無氧環境下最大限度地獲得生長和代謝的能量是有極大幫助的。
    在粗飼料降解劑中,我們大量使用了雜萜環類螯合微量元素,實驗表明,對酶活性的強化有極大的幫助。
    ⑤ 酶催化反應產物,反過來對催化反應的抑制作用。酶反應的可逆性等。
          即產物抑制效應,即一個生物反應在酶的催化下進行,產生的產物,反過來又抑制這個生物反應的繼續進行下去。這是生物進化的一個特征之一,即自然界的生物,在周圍環境中獲得食物時,有保存和保留食物的趨向,通俗地說,夠用了即可以了,不必繼續分解下去了。
          但是這個特點對于我們用粗飼料降解劑等來處理糟渣和纖維秸稈飼料是不利的,因為產物的抑制效應,使降解處理過程不能繼續下去,反應停滯不前,比如,用纖維素酶降解秸稈粉,反應開始后,即產生了產物葡萄糖,而產物葡萄糖反過來又抑制纖維素酶繼續降解秸稈粉。這個酶的特點,我們必須加以解決,不然的話,會嚴重影響粗飼料降解劑產品的降解功效。
           我們采用加入嗜糖型微生物和合成菌體蛋白能力強的菌株,進行與酶制劑的組合,同時加入微量元素(或建議處理前,由用戶加入微量元素和鈣磷等),這樣,在處理物料時,如處理玉米秸稈粉時,產生的葡萄糖馬上被這類微生物吸收利用,用來合成菌體蛋白,或把葡萄糖改性為葡萄糖酸及其微量元素復合物等,這樣,不斷地去除產物葡萄糖,使發酵和處理能不斷地進行下去,這樣的產品才會有高效率降解作用。
           單獨用酶來處理物料粗飼料等是有很大的局限性的,效果也不大。這是因為酶有專一性等多種特征,他們就象聽從指揮的軍隊,只做自己份內的事,不會管其他的事,而且作用條件苛刻,也不會自己創造出條件來,例如,單一用纖維素酶來處理玉米秸稈粉,加水加酶后,它們馬上直接對秸稈粉中的纖維進行分解,如果沒有輔酶的幫助,則它們在遇到與木質素或半纖維素纏繞的纖維素時,就無法起到作用,因為與纖維素纏繞在一起的木質素等阻礙了它的工作,而另外在產生出一定葡萄糖后,由于產物抑制效應,它們就停止分解了,不再勞動了,這些就是直接用市場上的酶制劑加到待處理物料中產生的效果,可以肯定地說,效果極其微小,不信,大家盡可以從市場上買來酶制劑產品,也包括世界級的跨國大公司的酶產品,來試一試就知道了。
           另外單獨用酶來處理秸稈飼料,還有一個局限性,就是處理好的秸稈飼料無法長期保存,超過幾天后,就會腐敗變質發臭,這是因為沒有微生物有益細菌的參與,不能保鮮。
           而對于產物抑制效應而言,除非您不斷地去除酶反應的產物如葡萄糖,它們才會繼續分解,比如,加水加酶處理幾小時后,又用水洗一次秸稈粉,洗掉葡萄糖,再加水再加酶,處理幾小時后,又用水洗掉葡萄糖,又加水加酶,如此反復,但這只有實驗效果,沒有實用性而已。
           當然,在動物的小腸中有這樣一個機制,即不斷地去除酶反應產物,如纖維素酶進入動物小腸后,纖維素酶分解秸稈粉后產生的葡萄糖,馬上被小腸絨毛壁吸收到細胞

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