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葡萄糖氧化酶特性、作用机理及其功能

发布时间:2018-09-03 10:22

葡萄糖氧化酶(GOD)是一种需氧脱氢酶,能专一地氧化β-D-葡萄糖成为葡萄糖酸和过氧化氢,在有过氧化氢酶存在的情况下,生成葡萄糖酸和水,并在此过程中消耗氧气。经旋光测定,GOD反应的最初产物不是葡萄糖酸,而是中间产物δ-葡萄糖酸内酯,而后δ-葡萄糖酸内酯以非酶促反应自发水解为葡萄糖酸。

早在1904年人们就发现了GOD,但没有引起足够的重视。1928年Muller首先从黑曲霉的无细胞提取液中发现GOD。我国自1986年开始研究GOD的制备提纯工艺,1998年正式投入生产,1999年农业部将其定为12种允许使用的饲料酶制剂添加剂之一。

1 葡萄糖氧化酶(GOD)的特性

高纯度葡萄糖氧化酶为淡黄色粉末,易溶于水,分子量为150KD左右,最大光吸收波长为377nm和455nm。葡萄糖氧化酶的作用温度为30℃~60℃,固体酶制剂在0℃下保存至少可稳定2年,在-15℃下可稳定8年。葡萄糖氧化酶稳定的pH范围为4.0~8.0,具有很好的稳定性。一般来说,酶反应受底物浓度的影响不大。葡萄糖浓度在5%~20%,反应速度几乎不变。

2 葡萄糖氧化酶的作用机理

葡萄糖氧化酶作为一种新型的绿色添加剂有其独特的作用方式。与普通酶制剂不同,它并不是通过改善营养素的消化利用和减轻抗营养因子的方式来改善对动物生产性能的影响。其方式可能是一方面通过与饲料中葡萄糖作用而产生的葡萄糖酸来发挥作用,另一方面,葡萄糖氧化酶在与葡萄糖作用过程中消耗氧气,使消化道更易形成厌氧环境,促进厌氧有益菌的增殖。综合起来葡萄糖氧化酶通过在肠道中的作用可能起到酸化剂和益生菌的作用。

葡萄糖酸是一种有机酸,它能够降低肠道pH值,提高饲料的酸结合力,增殖有益菌,抑制有害菌,并且低的pH值可以促进肠道蠕动,提高营养物质的利用率。G.Biage等(2006)通过体外和体内试验报道了葡萄糖酸在仔猪上的应用,体外试验显示,经过4h、8h、24h的发酵试验,盲肠液中的氨显著减少;发酵24h后,总脂肪酸、乙酸、丙酸、n-丁酸、乙酸丙酸比、乙酸+丁酸与丙酸比都极显著的增加。饲养试验结果表明,与对照组相比,葡萄糖酸使仔猪的平均日增重分别提高了13%~14%,并且葡萄糖酸增加了空肠的总短链脂肪酸量。即葡萄糖酸可以改善仔猪肠道健康状态,提高其生产性能。葡萄糖酸能够到达大肠,刺激乳酸菌的生长,Takamitsu等(2002)应用葡萄糖酸及与其有相似结构的山梨醇和葡萄糖研究了葡萄糖酸的发酵模式,结果显示,葡萄糖酸较后两者发酵慢,其主要被乳酸菌所发酵并且刺激丁酸盐的产生,葡萄糖酸可能会像益生元一样发挥作用。葡萄糖酸具有类似益生元的性质,在小肠中很少被吸收,但当它到达肠道后段时,能够被那里栖息的菌群所利用,生成丁酸。丁酸是一种短链脂肪酸(SCFA),SCFA能快速被大肠粘膜吸收,为大肠上皮细胞提供能量,其中丁酸又是对刺激肠上皮细胞生长、促进钠和水吸收效率效果最好的SCFA,而且众多报道证实丁酸盐能够抑制肠癌。因此,葡萄糖酸除了发挥酸化剂的作用外,可能还通过其在肠道后段的发酵产物-n-丁酸而发挥更为重要的作用。

3 葡萄糖氧化酶的功能

3.1 消除肠道病原菌生存环境

葡萄糖氧化酶催化肠道内的葡萄糖产生葡萄糖酸和过氧化氢。此反应过程可消耗肠道内的氧气,为厌氧有益菌的增殖制造厌氧环境;同时有益菌大量增殖形成微生态竞争优势,抑制了大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌存活,从而控制有害菌的感染,提高机体免疫力;反应产物葡萄糖酸可降低胃肠内pH值,为乳酸菌生长制造酸性环境;反应生成的过氧化氢具有灭菌作用,当过氧化氢积累到一定浓度时,直接抑制大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌、弧菌的生长繁殖。葡萄糖氧化酶形成的这种厌氧环境,在治疗畜禽生理性顽固腹泻时体现得较好。每年春夏、秋冬交替季节,一些顽固的畜禽生理性腹泻,使用葡萄糖氧化酶的效果比较理想。

3.2 保护肠道上皮细胞完整

保持肠道上皮细胞的完整,可以阻挡大量病原体的侵入。畜禽处于应激状态时,机体会发生一系列氧化,产生大量的“自由基”,当产生的自由基超过机体自身的清除能力时,就会破坏肠道上皮细胞。而葡萄糖氧化酶具有抗氧化作用,能清除自由基,保护肠道上皮细胞完整。

3.3 改善胃肠道酸性消化环境

葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成葡萄糖酸,在胃肠道内发挥酸化剂的作用。葡萄糖氧化酶进入胃肠道后。葡萄糖酸不断产生,从而使胃肠道pH值降低。偏酸的环境有利于各种消化酶保持活性,消化酶的活性好,自然助于饲料的消化。葡萄糖氧化酶还能改善饲料的适口性,在动物出现拒食、厌食、消化不良、腹泻时,添加葡萄糖氧化酶可以使动物迅速恢复正常采食。

3.4 解除霉菌毒素中毒以及药物中毒

葡萄糖氧化酶直接抑制黄曲霉、黑根霉、青霉等多种霉菌,对黄曲霉毒素B中毒症有很好的预防效果。高温季节,饲料发霉产生的毒素会使动物肝肿大、胸腺萎缩、巨噬细胞受到毒害,进而导致免疫抑制,添加葡萄糖氧化酶则可防治这些症状,解除饲料中真菌毒素的危害,提高动物免疫能力。

3.5 保证原料、饲料的品质

研究表明,加有葡萄糖氧化酶的青贮饲料对长膘的牛有利,其原因是葡萄糖氧化酶可以消耗青贮饲料的氧气,提高青贮内的缺氧程度,有利于厌氧性乳酸菌的增殖。加快了乳酸菌的发酵过程,迅速产生大量乳酸,使青贮的pH值很快下降,抑制了有害细菌的繁殖,避免了异常发酵,最终保证青贮质量。油脂中加有葡萄糖氧化酶,可消耗其中的氧气,抵制微生物的生长.防止油脂酸败变质。

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4 小结

对于葡萄糖氧化酶的研究已经历了几十年的历程,但其主要应用于食品及检测行业中,在养殖业中尽管有一些应用的报道,支持其作为一种新型的饲料添加剂应用于动物生产及饲料保存,但对其发挥作用的机理研究较少,限制了其广泛的应用。因此,今后除了从动物种类进一步加强对其应用的效果研究,更应当从其作用机理方面着重进行探讨。另一方面,应当结合饲料生产及动物自身情况来开发适用于动物生产的葡萄糖氧化酶制剂。

数据来源:酶制剂行业网