酶工程、發酵工程、細胞基因工程,這些生物技術在飼料生產中的應用

2021-01-20 寵物食品聯盟

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目前生物技術主要是指:利用生物體系,應用先進的生物學和工程學技術,改變生物的某些特性進行物質轉化,生產人類所需的各類單體或複合體產物。



1、酶工程

酶的化學本質為蛋白質,蛋白質是由20種胺基酸組成的,它作為生物催化劑,在許多化學反應中起著不可估量的作用。通過酶,尤其是固定化酶的催化作用,可以簡化生產工藝,降低生產成本,改善操作環境,其經濟效益是非常可觀的。作為過程輔助因子,在調味劑原料生產領域的應用也越來越多。它作為催化劑參與生化反應,可以選擇性的生成天然或半天然香原料,參與飼料調味劑的生產,甚至可以直接通過酶解獲得奶香、肉香等天然複合香精。

香原料是指能被嗅覺嗅出香氣或被味覺嘗出香味的物質,是配製香精、調味劑的原始材料。隨著美國和歐洲法律規定了「天然」香料只能由物理過程(從天然原料中萃取)或酶工程、微生物發酵工程來製備後,用天然物質發酵、酶處理生產香料的技術得到了迅速的發展。利用酶的特殊反應合成旋光性香料也得到了廣泛應用。例如酯類化合物大都具有花香、果香、酒香或蜜甜香氣。

目前市場上酯類的合成途徑最常用的就是化學合成,但隨著人類對安全性要求的不斷提高,天然產物越來越受青睞,因此通過酶工程合成天然酯類受到了極大的關注。天然酯類的酶法合成主要是通過酶水解脂肪等催化作用來實現。目前脂肪族酯類、乳酸乙酯、乙酸香葉酯等香原料酶催化法合成工藝已十分成熟,並已被廣泛應用於實踐生產中。除了酯類的催化合成,酶工程生產香蘭素、葉醇、薄荷醇、內酯及硫醇類香原料也已相當成熟,為飼料調味劑中奶香及果香的品質升級奠定了很好的基礎。

2、發酵工程

發酵工程就是利用微生物的作用來實現特殊產物的生產過程。根據微生物的不同特點,它們在特殊情況下可以分泌特定的酶類或者參與特定的轉化反應,進而生產出人類所需的某種產品。

微生物發酵是微生物進行的一系列的生化反應,它具有反應條件溫和、原材料來源廣泛且可再生、工藝簡單、環境友好等特點。它主要可以用作調配奶油、乳品、酸奶和香草等口味的調味劑產品。近期有報導稱國外在利用木瓜、黃豆、葵花籽油等進行發酵製備蘋果複合香氣方面也取得了突破性進展。

同時,作為奶味的重要成分的香蘭素的微生物發酵生產,受香莢蘭豆資源所限也正在迅速崛起。微生物發酵生產香蘭素主要是通過從木材、雜草或穀物的麩皮細胞壁中獲取的阿魏酸作為發酵底物,經過特定微生物的作用轉化為香蘭酸,再將香蘭酸通過另一種微生物轉化為香蘭素。香蘭素是世界上用量最大的香原料,它的生物法製備工藝的成熟,極大的降低了香蘭素的生產成本和產品價格,使飼料調味劑產品也可以大量的應用該產品進行奶味系列產品的生產。

3、細胞工程

細胞是生命存活、發揮生物體功能的最小單位之一。利用細胞工程製備調味劑的香原料是生物學家關注的熱點之一。目前在此領域應用最多的就是通過動、植物細胞的組織培養來獲取特定的飼料調味劑香原料,例如被譽為香料之王的香蘭素,生物研究者們通過健康香蘭莢豆外植體的選擇、處理、愈傷組織的誘導與培養等工藝流程,已經在實踐中獲取了天然香蘭素。

4、基因工程

20世紀60年代,隨著生物化學與分子生物學的發展和延伸,人們對生命的遺傳物質---基因有了比較清晰的認識。並逐漸形成了以基因工程為核心的,包含發酵工程、細胞工程和酶工程在內的一系列高新生物技術。而基因工程在調味劑領域的應用主要體現在對調味劑生產菌株或動植物細胞的基因改造。例如各種酯類及內酯類生產菌株的育種和苯乙醇生產酵母的基因改造與表達。基因工程主要是通過改變遺傳物質信息,提高微生物生成特定物質的性能或簡化代謝途徑,甚至部分消除代謝反饋抑制,進而提高所需產品的產量。


1、酶製劑

酶是生物體各種物質化學變化的催化劑。酶製劑儘管種類很多但其用於飼料添加的共同特點是能明顯促進動物的生產性能、減少環境汙染。

(1)纖維分解酶

植物性飼料中含有較多的植物細胞壁。除草食動物外,其他動物一般不能消化細胞壁內的纖維索、半纖維素之類的物質。

不僅如此,而且細胞壁的存在會大大影響飼料中蛋白質、澱粉等營養成分的消化吸收。只有細胞壁被破壞後,蛋白質和澱粉才能夠釋放出來,並被蛋白酶和澱粉酶所分解。因此,配合飼料中適當地添加纖維素酶和半纖維索酶,能夠部分降解纖維素和半纖維素,破壞飼料中存在的植物細胞壁,改善飼料的營養價值,提高消化率。

(2)植酸酶

穀物中的磷60%~65%以植酸形式存在,這是植物中磷鹽的主要貯存方式。但是,這種磷酸鹽大部分不能被單胃動物利用,因為單胃動物缺乏足夠的內源性磷酸酶活性,這就從營養和環境方面造成一系列嚴重後果。飼料廠不得不往飼料中添加無機磷酸鹽(如磷酸鈣等),而結果則是大量的磷排出體外,其中植酸磷及鰲合物成了土壤及水的主要汙染源。植酸酶的使用植物飼料中的磷從不被動物吸收的植酸磷中釋放出來,減少飼料中磷的添加量及磷排出體外對環境造成的汙染,消除植酸的抗營養作用。

(3)戊聚糖酶

因為大麥及黑麥中含有木聚糖、β-葡聚糖等抗營養因子。在飼料中添加β-葡聚糖酶和木聚糖酶可消除糞便黏滯的問題。

2、甘露寡糖

具有刺激阻斷病原菌定植,提供病原菌不能利用的營養素的作用。飼料中添加甘露寡糖可減輕病原菌對幼畜禽的危害,避免因控制腸道病原菌而大量加抗生素和抗微生物劑量的礦物質(如氧化鋅和硫酸銅等)。據Alltech ( 1994)報導,在肉仔雞和斷奶仔豬飼料中添加0.2%的甘露寡糖可分別提高增重1.04%與4.23%;可分別提高飼料轉化率1.5%與5% ~ 7%;分別提高經濟效益5%~ 6.5%。

甘露寡糖代換抗生素添加於飼料,克服了抗生素在消滅致病菌的同時,也殺滅了對機體有益的生理活性細菌,並且長期使用易產生耐藥菌株以及在畜產品中殘留的問題。在仔豬飼料中添加甘露寡糖可減少腹瀉病的發生率。寡糖不僅能排出或抑制動物消化道的病原菌,而且能刺激機體的免疫功能、增強抗病力,並能有效破壞飼料的黃麴黴素,在體內具有類抗生素功能。

3、胺基酸微量元素螯合物

礦物質是動物體維持生命不可缺少的營養素,缺乏時動物生長緩慢且容易患病。近年來科學家們認識到如果礦物質與胺基酸螯合,則它在通過胃部的酸性環境能得到較好的保護而達到腸道的吸收部位,從而不顧幹擾物質的存在而提高礦物質的吸收率。

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