馬俊孝 劉 偉 張贊劍 史衍魯 盧彥梅

礦物質(zhì)磷對(duì)于動(dòng)物生長(zhǎng)、骨骼礦化、免疫、繁殖等均是至關(guān)重要的營養(yǎng)元素之一，在以植物性原料為主的飼料中，磷主要以植酸磷的形式存在，植酸磷是植物性飼料中普遍存在的一種抗?fàn)I養(yǎng)因子，而單胃動(dòng)物由于體內(nèi)無相應(yīng)的分解酶很難利用。一方面飼料中需要大量添加無機(jī)磷來補(bǔ)充磷的不足；另一方面飼料中大量的植酸磷不能被利用而隨糞便排入環(huán)境，既浪費(fèi)了資源，又對(duì)環(huán)境造成了污染。植酸酶是一種能水解植酸的酶類，可使植酸磷降解成肌醇和磷酸，從而減少飼料中磷酸氫鈣等無機(jī)磷的添加量。目前，植酸酶在提高磷的利用率、減少糞便中有機(jī)磷的排放，節(jié)約礦物質(zhì)資源以及降低飼料成本方面的效果已被廣泛證實(shí)[1-2]，是迄今為止飼料酶制劑應(yīng)用最成功的范例。

但是，隨著飼料廠越來越多地采用高溫短時(shí)加工設(shè)備，如制粒機(jī)、膨化機(jī)、深度調(diào)質(zhì)器以及通用熟化制粒機(jī)等，容易使飼料中添加的植酸酶喪失活性，造成其有效性降低，這是目前植酸酶在飼料中推廣應(yīng)用的限制性因素之一。為減少顆粒飼料中的植酸酶因飼料加工過程而造成的損失，改善植酸酶的耐熱性成為植酸酶研究的一項(xiàng)重要工作。將制藥領(lǐng)域中成熟的微丸包衣技術(shù)應(yīng)用到植酸酶的生產(chǎn)工藝中，是解決植酸酶的穩(wěn)定性問題的一條現(xiàn)實(shí)途徑。采用微丸包衣技術(shù)，將植酸酶采用包被技術(shù)處理后，由于人為制造的一個(gè)小環(huán)境與外部在一定程度得以隔絕，被包裹的植酸酶的耐熱性得到較大提高。另外，用造粒和包衣處理的微丸產(chǎn)品替代粉末植酸酶，使用時(shí)減少了粉塵，產(chǎn)品在貯藏、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的穩(wěn)定性更好。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

粉狀植酸酶為康地恩生物集團(tuán)生產(chǎn)的普通植酸酶，耐熱性差。其它制粒、包衣材料為食品級(jí)或藥用輔料級(jí)。

酶活測(cè)定所用試劑購自Sigma公司，其它試劑均為分析純。

1.2 空白丸芯上酶的涂敷、包衣

空白丸芯制備：準(zhǔn)確稱取淀粉等輔料，過篩，混合均勻，再加入適量水，在槽型混合機(jī)中充分?jǐn)嚢?，放入擠出機(jī)中擠出，擠出網(wǎng)孔直徑0.5 mm。然后，把擠出的長(zhǎng)條狀物料倒入滾圓機(jī)中，使其充分切斷并滾圓物料，從而制備符合要求的丸芯。滾圓后的芯丸放入流化床中，在70℃進(jìn)風(fēng)環(huán)境下干燥，干燥后過30、60目標(biāo)準(zhǔn)篩，即得所需空白芯丸，備用。

空白丸芯上進(jìn)行酶的涂敷：在植酸酶的濃縮液中加入適量糊精，視黏稠情況加一定量水，過100目篩，制成包衣液。取2 kg上述空白丸芯，投入流化床包衣機(jī)中，將包衣液涂敷到空白丸芯上。流化床參數(shù)為：風(fēng)量100 m3/h，進(jìn)風(fēng)溫度60℃，1.5 mm噴槍，2.5 bar霧化壓力。涂敷結(jié)束后，繼續(xù)加熱致料溫至60℃。

包衣：采用同樣的操作，再次在涂敷有酶層的丸子上進(jìn)行隔離層的涂敷。采用不同的包衣材料及其配比來考察包衣對(duì)耐熱性的影響。

1.3 含酶顆粒的包衣

含酶顆粒的制備：操作同1.2節(jié)中空白丸芯的制備。將各種輔料及酶粉按比例混合均勻，過篩，加入一定量的水，制備軟材。然后擠出、滾圓、干燥，即得含酶顆粒。與液體酶制備含酶顆粒的操作類似，將各種輔料按比例混合均勻，過篩，加入液體酶，必要時(shí)加少量水，制備軟材。然后擠出、滾圓、干燥，即得含酶顆粒。

包衣：用水或有機(jī)溶劑在攪拌狀態(tài)下溶解各種包衣材料，過100目篩，制成包衣液。取上述含酶顆粒2 kg于流化床包衣機(jī)中，參數(shù)同1.2節(jié)中酶的涂敷。同樣，采用不同的包衣材料及其配比來考察包衣對(duì)耐熱性的影響。

1.4 耐熱性評(píng)價(jià)

植酸酶的耐熱性能以酶活的殘留率來表述，以處理后與處理前植酸酶樣品的酶活比值(%)來表示，所有數(shù)據(jù)均為3次測(cè)定結(jié)果的平均值。

植酸酶樣品的活力測(cè)定按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18634—2009，采用分光光度法測(cè)定(GB/T 18634—2009《飼用植酸酶活性的測(cè)定——分光光度法》)。酶活力定義為：樣品在植酸鈉濃度為5.0 mmol/l、溫度為37℃、pH值為5.0的條件下，每分鐘從植酸鈉中釋放1 μmol無機(jī)磷，即為一個(gè)植酸酶活性單位，以U/ml（或U/g）表示。

植酸酶樣品的實(shí)驗(yàn)室耐熱性評(píng)價(jià)采用濕熱蒸汽處理法，在手提式高壓蒸汽消毒器內(nèi)，用99～110℃的飽和水蒸氣處理植酸酶樣品，蒸汽處理時(shí)防止水滴掉入樣品中。取出后自然冷卻，分別測(cè)定處理前后的酶活。飼料試驗(yàn)評(píng)估植酸酶耐熱性時(shí)，飼料中的植酸酶活性按照劉玉慶等[3]所述方法測(cè)定。

1.5 包衣微丸型植酸酶的顆粒性能

①外觀：肉眼或使用放大鏡觀察顆粒的圓整情況。

②粒度：隨即抽取1 kg樣品，用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，考察樣品的粒徑分布。

③硬度：感官測(cè)量，用手指使勁捻時(shí)是否有破碎。

④容重：向1 L量筒中加入微丸包衣型植酸酶至1 L刻度線，測(cè)定加入的植酸酶的重量，即為容重。

⑤溶解性：將微丸包衣型植酸酶樣品與水以1：50比例放入水溶液中，磁力攪拌慢速攪拌，記錄溶解時(shí)間。

⑥穩(wěn)定性：將本產(chǎn)品在25℃常溫保存6個(gè)月時(shí)，考察酶活的保留情況，用百分比表述。

⑦在飼料中的混合均勻度：將制備的不同微丸包衣型植酸酶樣品在飼料廠分別進(jìn)行禽料511的制粒試驗(yàn)，調(diào)質(zhì)溫度在 75～85 ℃，調(diào)質(zhì)時(shí)間 18～30 s，蒸汽壓力0.4～0.6 MPa，按照劉玉慶等所述方法測(cè)定混合均勻度。一般混合均勻度在35%以內(nèi)可以滿足飼料原料充分混合的要求。

2 結(jié)果

2.1 空白芯上酶的涂敷、包衣

在空白丸上涂敷酶、包衣后所得顆粒的情況見表1，空白丸芯上涂敷酶、包衣后產(chǎn)品的耐熱性較差，實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)條件下耐熱性只有2.5%的酶活?？瞻淄栊旧贤糠竺敢院?，酶層完全裸露在外，因此受熱后酶易失活。在酶層外面再包被隔離層后，耐熱性稍有提高，但整體而言酶活殘留率很低。另外，表1中還可以看出，隨著包衣材料及其配比的優(yōu)化，耐熱性有提高的趨勢(shì)。

表1 空白丸芯上涂敷酶及包衣后的耐熱性表現(xiàn)

2.2 含酶顆粒的包衣

將酶與輔料混合后制成顆粒，然后對(duì)顆粒進(jìn)行包衣，用實(shí)驗(yàn)室和飼料制粒2種方法對(duì)耐熱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表2，將植酸酶制成含酶顆粒后具有一定的耐熱性，達(dá)36.3%，比在空白丸芯上涂敷酶所得顆粒的耐熱性有較大提高（見表1，空白丸芯上涂敷酶后耐熱性僅為2.5%）。從表2中可以看出，含酶顆粒經(jīng)過包衣后的樣品，其耐熱性大幅提高，實(shí)驗(yàn)室耐熱性達(dá)到80%，在如下的飼料制粒條件下：環(huán)模壓縮比1：10、調(diào)制溫度70℃、調(diào)制時(shí)間12 s、蒸汽壓力5 MPa，飼料制粒的耐熱性達(dá)到75%。

表2 含酶顆粒及其包衣樣品的耐熱性(%)

由表2可知，含酶顆粒經(jīng)過包衣后耐熱性有非常明顯的提高。因此，在含酶顆粒的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考察不同的包衣材料和包衣配方對(duì)包衣微丸型植酸酶耐熱性的影響。在更為嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室和飼料調(diào)制條件下（環(huán)模規(guī)格：壓縮比1：7，孔徑3.0 mm；調(diào)制溫度80℃，蒸汽壓力0.4 MPa，調(diào)質(zhì)時(shí)間30 s；飼料料號(hào)511），對(duì)不同包衣配方的植酸酶樣品進(jìn)行耐熱性評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。從表3可以看出，隨著包衣材料及其配方的逐步優(yōu)化，耐熱性有較大的提升。本研究制備的包衣酶與進(jìn)口的對(duì)照樣品有大致相當(dāng)?shù)哪蜔嵝浴?/p>

表3 包衣增重對(duì)包衣植酸酶耐熱性的影響(%)

2.3 包衣微丸型植酸酶的性能

除耐熱性外，對(duì)制備的包衣微丸型植酸酶的其它性能進(jìn)行了分析，結(jié)果見表4。由表4可以看出，本研究中制備的包衣微丸型植酸酶，顆粒流動(dòng)性好，沒有粉塵。顆粒圓整，粒徑分布適當(dāng)，混合均勻度好，能確保在飼料中混合時(shí)達(dá)到分散均勻的要求。顆粒有較好的強(qiáng)度，能避免在飼料制粒操作時(shí)不被破碎。

表4 包衣微丸型植酸酶的性能

3 討論

如何有效降低植酸酶在儲(chǔ)存及飼料調(diào)制、制粒等環(huán)節(jié)中的活力穩(wěn)定性是當(dāng)前酶制劑和飼料加工需要解決的問題。近年來，研究人員嘗試將醫(yī)藥領(lǐng)域中成熟的藥品包衣技術(shù)應(yīng)用到飼用植酸酶的生產(chǎn)工藝中，這是一個(gè)創(chuàng)舉，能大幅度提高植酸酶的熱穩(wěn)定性。但是相對(duì)于醫(yī)藥包衣技術(shù)，筆者在包衣微丸型植酸酶的實(shí)際制備過程中發(fā)現(xiàn)，飼用植酸酶的制粒、包衣技術(shù)有其自身的特點(diǎn)和難點(diǎn)。首先，飼料配方中酶制劑的添加成本受到嚴(yán)格限制，包衣酶的成本相應(yīng)地也受限制，必須大規(guī)模篩選低廉且有效的制粒和包衣材料，因此，就包衣植酸酶原輔料而言，不能完全照搬醫(yī)藥包衣技術(shù)及其理論；其次，針對(duì)高昂的藥用輔料性質(zhì)所設(shè)計(jì)的制藥機(jī)械，在用于性質(zhì)差異較大的酶制劑原輔料時(shí)，設(shè)備與生產(chǎn)工藝間磨合的難度較大；再次，常規(guī)制藥機(jī)械的生產(chǎn)能力較低，而飼料級(jí)植酸酶的生產(chǎn)能力一般要求比較大。另外，包衣植酸酶產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝盡管可以參照制藥的工藝，其特別之處在于，包衣植酸酶除了在動(dòng)物消化道內(nèi)迅速釋放外，更重要的是要考慮阻熱、防潮的目的，從而提高產(chǎn)品的耐熱性能。

植酸酶在飼料行業(yè)的重要性日益突出，但由于其熱穩(wěn)定性差，在飼料制粒過程中酶容易變性失活，成為植酸酶在動(dòng)物飼料中推廣應(yīng)用的限制性因素之一。據(jù)報(bào)道，未經(jīng)處理的β-葡聚糖酶經(jīng)70℃制粒后在飼料中的存活率僅為10%，β-葡聚糖酶在飼料75℃調(diào)制30 s，其存活率為64%，而再經(jīng)90℃的制粒其存活率僅為19%，植酸酶經(jīng)70～90℃制粒后活力下降也在50%以上[4]。本研究中發(fā)現(xiàn)，顆粒經(jīng)過包衣后耐熱性能大幅提高（見表2、表3），并且制備的包衣微丸型植酸酶，在調(diào)制溫度80℃、蒸汽壓力0.4 MPa、調(diào)制時(shí)間30 s的條件下，耐熱性達(dá)到76%，與國外最優(yōu)秀的耐高溫植酸酶的耐熱性能相當(dāng)（見表3）。另外，本研究制備的包衣微丸型植酸酶的生產(chǎn)成本極具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語

目前價(jià)格低廉的未包衣植酸酶在市場(chǎng)上仍占主導(dǎo)，包衣型植酸酶無疑將增加產(chǎn)品成本，已有的包衣植酸酶，其包衣成本一般在每千克10元左右。但飼用植酸酶的包衣微丸是發(fā)展趨勢(shì)，與其在低端市場(chǎng)的微利狀況下掙扎，不如開發(fā)高端包衣產(chǎn)品，早開發(fā)早受益。通過對(duì)植酸酶的包衣，能夠降低植酸酶在飼料制粒過程中的損失，減少在儲(chǔ)運(yùn)過程中酶的損失，更全面地發(fā)揮植酸酶的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。

[1]陳琳,王恬.植酸酶對(duì)櫻桃谷肉雞能量、蛋白質(zhì)和氨基酸利用率及消化酶活性的影響[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2009,21(6):938-944.

[2]趙春,朱忠珂,李勤凡,等.不同劑型植酸酶對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能和鈣、磷利用率的影響[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2007,19(6):714-718.

[3]劉玉慶,王海,孟慶賀.液態(tài)植酸酶后噴涂工藝設(shè)備及其產(chǎn)品均勻度測(cè)定[J].飼料工業(yè),2007,28(15):12-14.

[4]鄧春來,鄧斌,張曦.熱敏性營養(yǎng)素在飼料加工中的損失及其后添加方法[J].飼料博覽,2004,4:39-40.