CN101919495A - 肠溶包衣的β-甘露聚糖酶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种β-甘露聚糖酶的肠溶包衣颗粒。本发明提供了β-甘露聚糖酶的肠溶包衣颗粒的制备方法及其在饲料工业中的应用。通过对β-甘露聚糖酶的肠溶包衣处理，提高了β-甘露聚糖酶的稳定性，减少动物的生理环境对酶活力的影响，有利于提高β-甘露聚糖酶在饲料中的应用效果。

Description

肠溶包衣的β-甘露聚糖酶

技术领域

本发明涉及一种更好稳定β-甘露聚糖酶的肠溶包衣颗粒。在本发明的说明书中，β-甘露聚糖酶(EC3.2.1.78)是一种种半纤维素水解酶，以内切方式降解1，3-1，4糖苷键，降解产物的非还原末端为甘露糖，其作用底物包括葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖及甘露聚糖等。所述包衣的目标是提高β-甘露聚糖酶的稳定性，有利于饲料中甘露聚糖类物质等主要的抗营养因子的分解和营养吸收。

背景技术

β-甘露聚糖酶(β-1，4-mannan mannohydrolase，简称β-D-甘露聚糖酶或β-1，4-D-甘露聚糖酶，EC3.2.1.78)是一类能够水解含有β-1，4-D-甘露糖苷键的甘露寡糖、甘露多糖(包括甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖等)的内切水解酶。β-甘露聚糖酶属于半纤维素酶类，是具有纤维素酶活性的广谱诱导型多功能酶，广泛存在于动植物和微生物中。

β-甘露聚糖酶的作用底物包括葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖及甘露聚糖等。其中甘露聚糖是植物性饲料原料中除纤维素、木聚糖之外，分布最广泛、含量最高的一类半纤维素，而且在许多植物中有如淀粉样的大量积累。它是所有豆科植物细胞壁的主要组成成分，在其他植物性饲料原料中含量也很高，如豆粕、小麦、菜籽粕、麸皮中半乳甘露聚糖占非淀粉多糖的含量分别为22.7％，11.9％，19.6％和33.7％，在一些植物胶、椰子、莴苣、合欢、魔芋以及针叶树中也都含有丰富的甘露聚糖和异甘露聚糖。

由于畜禽和鱼类的消化酶系不含甘露聚糖酶，因此甘露聚糖类物质是一种主要的抗营养因子。微生物来源的β-甘露聚糖酶能以内切方式降解β-1，4-糖苷键，其作用底物包括葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖及β-甘露聚糖等，降解产物为甘露寡糖和甘露糖。已证实β-甘露聚糖酶对动物的生长发育具有一系列积极作用。包括：1)促进动物生长，提高动物的饲料转化效率。β-甘露聚糖酶可使肉鸡增重4.4～10.3％，饲料转化率2.9～6.0％，使肉猪增重4.2～8.6％，饲料转化率4～9％H。2)β-甘露聚糖酶可以促进营养成分消化，改善动物肠道微生物生态，改善动物体的健康状况。玉米/豆粕日粮中添加0.1％β-甘露聚糖酶可使肉鸡盲肠沙门菌含量减少12％。3)β-甘露聚糖酶可以降低肠道内容物的粘稠度，减少粪便排泄，减轻环境污染。4)β-甘露聚糖酶可以提高微量元素的生物利用率。甘露聚糖吸附微量元素，抑制其消化吸收。5)甘露聚糖酶降解产物甘露寡糖可促进动物肠道有益菌的生长。6)甘露聚糖酶及降解产物甘露寡糖可正向刺激机体免疫活性。7)降解产物甘露寡糖还能够吸附真菌毒素，减少抗生素等化学药物的使用，是生产绿色动物食品的添加剂。

但由于饲料中组成成分(即酶的作用底物)，动物消化道环境(即酶的作用条件——温度、pH值)等因素决定了饲用酶与工业用酶有很大的区别，也就是说，工业用酶可以调整温度、pH值等因素来适应酶的最佳作用条件；但饲用酶只能选择适应于动物消化道内起作用的酶。因此需要根据动物的生理特点选择高活性的酶制剂。

由于饲用酶在动物体消化道内作用位点及pH值的要求，一般食物先进入猪口腔短暂咀嚼后进入胃中，在有食物存在时胃pH值约为3.0，在胃中停留约1-2小时后，进入小肠、十二指肠至空肠段小肠平均pH值为6.4。对鸡来说食物经口腔进入嗉囊(鸭鹅的食道膨大部)作短暂的贮存，嗉囊pH约为4.5，嗉囊会分泌一些粘液湿润饲料，但一般认为不含消化酶，一些细菌如乳酸菌在此处对饲料起一定的发酵作用。之后食物进入腺胃和肌胃磨碎并与消化液混合消化，与猪类似，此pH在2.5左右，消化液主要是胃酸和胃蛋白酶，但停留时间很短(约0.3小时)，很快食糜便进入小肠作进一步消化，小肠至空肠段pH值大约在5.8-6.0。从对猪鸡消化道生理的分析可以看出，要用在猪饲料中的β-甘露聚糖酶，应选择pH3.0(胃)、pH6.4(小肠)作为酶活力的测定pH值，只有这两个pH之一有较高活性的酶才可以使用。对鸡来说有2个作用位点pH4.5(嗉囊)、pH6.0(小肠)，同样只有在这2个位点之一有较高的活性的β-甘露聚糖酶才可以使用。

国内目前对甘露聚糖酶的研究逐渐成为热点。特别是筛选高比活酶基因，应用基因工程技术构建高效产酶的微生物，进行分子育种改良酶的性质。不同微生物来源的β-甘露聚糖酶的作用pH范围、作用温度、底物专一性等都有差异。一般真菌来源的β-甘露聚糖酶的作用pH为4.5-5.5，细菌中研究较多的芽孢杆菌生产的β-甘露聚糖酶最佳作用pH条件为5.5-7.0。已获授权的发明专利：一种β-甘露聚糖酶及其编码基因和应用(授权号CN100410380)公开了制备的重组β-甘露聚糖酶的最适作用pH为6.4，在pH4.6-9.0范围内，酶活性保持50％以上，而在pH3.0以下基本检测不到酶活性。

本发明采用肠溶包衣技术制备β-甘露聚糖酶颗粒，提高β-甘露聚糖酶的加工稳定性和在饲料添加中的有效酶活力。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种β-甘露聚糖酶的包衣颗粒，提高酶在经过动物胃液等酸性环境中的稳定性，使其在肠道等适合的环境中发挥最佳的使用效果，提高饲料中添加酶的有效酶活。

本发明的另一目的是提供上述β-甘露聚糖酶肠溶包衣颗粒的制备方法及在饲料加工中的应用。

根据本发明的技术方案，本发明提供了一种β-甘露聚糖酶进行肠溶包衣的方法，根据本发明制备的包衣β-甘露聚糖酶可用于饲料工业。

本发明中使用的包衣材料可以是：玉米蛋白提取物、虫胶、苯二甲酸醋酸纤维素、海藻胶、聚乙烯醇醋酸苯二甲酸酯、丙烯酸树脂、羟丙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素乙酰琥珀酸酯、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基纤维素、甲基纤维素、琼脂、果胶、阿拉伯胶等。其中优选玉米蛋白提取物、羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯、聚乙烯醇醋酸苯二甲酸酯、丙烯酸树脂、羟丙基甲基纤维素酞酸酯和虫胶等。

包衣所用的溶剂可以使用一种或多种以下的各种溶剂：水、乙醇、乙酸乙酯和乙酸甲酯。在包衣材料不溶于溶剂的情况下，可以使用乙酸、盐酸、各种缓冲溶液、柠檬酸等调节pH至所需要的范围，以此改善包衣材料的溶解性。

如果需要在包衣过程中，可以使用以下一种或多种增塑剂：聚乙二醇、丙二醇、甘油、甘油三乙酯和硬脂醇。优选增塑剂的使用量为包衣材料使用量的10-30％。

由于一般β-甘露聚糖酶的酶活稳定性受温度的影响，优选通过流化床、造粒机时，温度不超过55℃。

附图说明

图1提供了一个图解本发明方法的实施方案的技术流程图。

图1显示了肠包衣的β-甘露聚糖酶制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例1.β-甘露聚糖酶的肠溶包衣处理

按照图1的步骤制备包衣的β-甘露聚糖酶颗粒，第一步是形成可压制的混合物，在该步骤后将所述的混合物进料至造粒机/挤压机以产生压制的挤出物，回收颗粒后在流化床中干燥。

将45％的微晶纤维素与精制的β-甘露聚糖酶混合，β-甘露聚糖酶的酶比活为15000U/mg。首先在密闭的称量容器中粗混，然后将其置于混合机中，在混合条件下慢慢加入冷水将均匀混合物润湿至含水量约30％，混合形成湿块。

然后把湿块进料到造粒机的漏斗中，以50rpm的螺杆转速通过圆顶冲模制粒/挤压。挤出物置于滚圆装置中，滚圆三分钟或直到形成均匀的颗粒，收集得到的湿颗粒，流化床干燥50分钟。

混合包衣材料制备在乙醇/水溶剂系统中的虫胶溶液，用泵将所述的包衣溶液应用于流化干燥的β-甘露聚糖酶颗粒，包衣溶液的喷雾速度为12ml/min，喷雾空气压力1.0bar。包衣后，流化干燥所述的包衣颗粒至得到干燥的最终产物。

实施例2.

按照与实施例1相同的工艺流程制备本发明的包衣颗粒，不同的是包衣材料的成分。

流化床干燥的β-甘露聚糖酶颗粒    2500g

包衣材料：液体虫胶               300ml

玉米蛋白提取物                   250g

甘油                             50ml

90％乙醇                         200ml

实施例3.

按照与实施例1相同的工艺流程制备本发明的包衣颗粒，不同的是包衣材料的成分。

流化床干燥的β-甘露聚糖酶颗粒     2500g

包衣材料：玉米蛋白提取物          300g

甘油                              50ml

90％乙醇                          550ml

实施例4.

按照与实施例1相同的工艺流程制备本发明的包衣颗粒，不同的是包衣材料的成分。

流化床干燥的β-甘露聚糖酶颗粒  2500g

包衣材料：大豆蛋白             300g

水                             350ml

甘油                           50ml

实施例5.

按照与实施例1相同的工艺流程制备本发明的包衣颗粒，不同的是包衣材料的成分。

流化床干燥的β-甘露聚糖酶颗粒    2500g

包衣材料：

羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯     500g

乙醇/乙酸乙酯(1∶1)(V)           650ml

实施例6.肠溶包衣颗粒在模拟胃液中酶活的测定

根据药典的要求制备模拟胃液(pH1.2)和模拟肠液(pH6.8)溶液。称重上述实施例中制备的包衣颗粒50mg加入到15ml的聚丙烯离心管中，加入加热到37℃的模拟胃液和模拟肠液，离心管加盖，20rpm旋转离心1h。过滤后除去不溶物。

收集滤液，用国际通用的Somogyi-Nelson方法测定酶活：将0.4ml0.3％的bean gum溶液(柠檬酸-氢氧化钠缓冲溶液配制)加入试管中，放入50℃水浴锅中预热3min。再将0.1ml已经稀释好的酶液加入到试管中，继续50℃水浴锅中反应10min，向试管中加入0.5ml Somogyi试剂(碱性铜试剂)终止反应，将试管在沸水中加热15min。立即用流动水冷却到室温，向试管中加入0.5ml Nelson试剂显色，在磁力搅拌器上剧烈搅拌，室温放置10min，加入1ml蒸馏水，10000rpm离心5min，去除絮状物。500nm处测定吸光值。对照为先将0.05ml酶液加入到0.2ml柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液，100℃煮沸20min灭活，再加入同体积的底物保温。

甘露聚糖酶的活性单位定义为：一定条件下，每分钟分解甘露聚糖生产1μmol甘露糖所需要的酶量为1个活性单位。

在模拟胃液中1h后，未包衣的β-甘露聚糖酶没有检测到活性，在相同条件下，虫胶包衣的β-甘露聚糖酶保持65-80％的活性；在模拟肠液中1h后，溶解虫胶包衣的β-甘露聚糖酶，释放出的β-甘露聚糖酶的酶活活性是包衣前的95-103％。

因此，本发明的β-甘露聚糖酶的包衣颗粒在模拟胃液中保存了较高的酶活力，而且能在模拟肠液中迅速崩解。β-甘露聚糖酶的包衣颗粒在饲料工业中的应用，可以充分发挥β-甘露聚糖酶的最佳酶活力。

Claims (9)

1.一种β-甘露聚糖酶肠溶包衣颗粒，其特征在于，是通过对β-甘露聚糖酶制粒后用与水互溶的包衣材料进行喷雾包衣而制备。

2.权利要求1所述的包衣颗粒是β-甘露聚糖酶，其特征在于，是以甘露聚糖为底物，所述的甘露聚糖包括：半乳甘露聚糖(galactomannan)、葡萄甘露聚糖(glucomannan)、半乳葡萄甘露聚糖等。

3.权利要求1的包衣颗粒，使用的包衣材料可以是：玉米蛋白提取物、虫胶、苯二甲酸醋酸纤维素、海藻胶、聚乙烯醇醋酸苯二甲酸酯、丙烯酸树脂、羟丙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素乙酰琥珀酸酯、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基纤维素、甲基纤维素、琼脂、果胶、阿拉伯胶等其中的一种或多种。

4.权利要求1的包衣颗粒，使用的溶剂可以是一种或多种以下的各种溶剂：水、乙醇、乙酸乙酯和乙酸甲酯。

5.权利要求1的包衣颗粒，使用以下一种或多种增塑剂：聚乙二醇、丙二醇、甘油、甘油三乙酯和硬脂醇。

6.β-甘露聚糖酶肠溶包衣颗粒的制备方法，其特征在于，β-甘露聚糖通过流化床、造粒机时，温度不超过55℃。

7.如权利要求1所述的β-甘露聚糖酶肠溶包衣颗粒在饲料工业中的应用。

8.如权利要求4，在包衣材料不溶于溶剂的情况下，可以使用乙酸、盐酸、各种缓冲溶液、柠檬酸等调节pH至所需要的范围。

9.如权利要求5，优选增塑剂的使用量为包衣材料使用量的10-30％。