配合酶概念-冯定远

饲料“复合酶”“组合酶”“配合酶”

的原理和关系冯定远1.华南农业大学;2.广东科贸职业学院1讨论酶制剂时，特别强调了酶制剂在饲料中应用的复杂性2饲料酶制剂的复杂性一、酶制剂生物活性的敏感性；二、酶的种类和来源的多样性；三、动物种类和生理阶段的差别性；四、日粮类型和饲料原料的复杂性；五、酶作用和加工条件的变异性；六、日粮营养水平与酶提供可利用营养的比较性；七、酶制剂在畜禽饲料中应用功能的多元性。3酶制剂在畜禽饲料中应用的功能

1营养消化利用的功能2肠道健康的功能3生理和免疫调控的功能4脱毒解毒的功能5抑菌杀菌的功能6抗氧化等方面的功能4酶制剂改善营养消化利用的途径（1）直接补充消化道营养水解所需的酶

（2）间接去除饲料中抗营养因子

（3）间接增加动物内源消化酶分泌

5还需要关注饲料原料的物理特性和化学成分的复杂性特别是非常规饲料原料6饲料原料复杂性一般的单酶和复合酶对大部分的非常规饲料原料的作用有限，必须通过同一类酶的有效组合和不同类酶的高效配合通过同一类酶的组合拳作用和不同类酶的相互配合技术，形成一整套解决方案，才能较好地克服复杂饲料原料的消化利用问题7酶制剂的目的是针对饲料原料的消化问题，但对最难消化的饲料原料或者成分，例如粗饲料或者木质纤维复合物，甚至一些具体组分如糖蛋白、脂蛋白等等，目前的酶制剂解决方案仍然有限。8理论上纤维素和半纤维素都能够被相应的酶或者酶系所降解，甚至水解为其基本单位单糖或者二糖，

与木质素结合，与粗蛋白（胺或铵盐）结合、与粗脂肪（类脂、固醇）结合、与有机酸结合、与矿物质和微量元素结合等等，这些复杂的物理和化学混合体，不是一般的酶与底物简单催化反应能够解决。9饲料酶的形式1、单一酶或单酶(SingleEnzyme):具有生物催化活性的基本结构单位。2、混合酶(BlendingEnzymes)：没有明确目标或具体量化关系的多种单酶组成的酶制剂（目前许多所谓饲料酶产品还是属于这一类）。3、复合酶(ComplexEnzymes)：由催化不同底物的多种单酶、有明确目标和具体量化关系组成的酶制剂。4、组合酶(CombinativeEnzymes)：由催化同一类底物的多种单酶、有明确目标和具体量化关系组成的酶制剂。10饲料组合酶指利用酶催化的协同作用，由催化水解同一底物的来源和特性不同，选择具有互补性的两种或两种以上酶配合(formulate)而成的酶制剂。

组合酶不是简单的复合，而应该是根据不同酶的最适特性、作用特点和抗逆性的互补有机组合。可以是多种内切酶的组合，也可以是内切酶和外切酶的组合。11来自嗜松青霉(P.pinophlum)的CBHS（Ⅰ和Ⅱ型）与内切葡聚糖酶（EⅠ至EⅤ）之间在水解棉花纤维上的协同作用

12饲料组合酶的特性

（1）催化水解同一底物酶的来源多样性（2）酶的催化反应的协同配合性（3）酶最适条件和抗逆特性的互补性（4）酶的应用效果的高效性13组合型复合酶制剂

一个典型的组合型复合酶制剂产品应该包括催化水解多种底物，而且催化水解同一底物的酶制剂有几种来源不同的单酶组成，例如，应用大量杂粕和麦类的非常规原料的日粮，可以设计含有真菌木聚糖酶、细菌木聚糖酶、木霉纤维素酶和青霉纤维素酶等组成的组合型复合酶制剂。14组合酶与酶活之间可比性问题目前酶制剂产品酶活之间没有可比性，只是笼统标明各种酶的活性，仔猪日粮专用酶：木聚糖酶(180000u/g)、β-葡聚糖酶(25000u/g)、纤维素酶(11000u/g)、果胶酶(400u/g)、淀粉酶(2000u/g)、酸性蛋白酶(3000u/g)，添加量为50～100g/T。木聚糖酶活性180000u/g是高还是低了？比另一企业产品的木聚糖酶活性120000u/g是更好吗？不能简单评判。15组合酶与酶活之间可比性问题组合酶的成分一般都要注明酶的来源

小麦杂粕日粮专用组合型液体酶：哈茨木霉木聚糖酶(450000u/g)、蓝状菌木聚糖酶(350000u/g)、纤维杆菌纤维素酶(300000u/g)，嗜松青霉纤维素酶(350000u/g)，添加量为80～100g/T。由于明确了酶的来源，酶活的意义就能够比较容易规范。16一般的复合酶和组合酶并不能够解决饲料原料复杂的物料结构和物理屏障问题，特别是许多营养成分被包裹、被结合、被屏蔽、被束缚的问题，例如粗纤维和粗蛋白（包括胺类）组分的缠绕，容易受到复杂的三级结构的影响。17配合酶概念针对饲料原料复杂的物料结构和物理屏障等，提出饲料酶的配合酶（FormulatingEnzymes）。针对某种饲料物料或者复合组分的降解而设计的，有明确目标和具体量化关系，由多种作用不同底物的单酶组成，而且各单酶之间是有机结合的酶制剂。把多种单酶的效能互相“配合”，有机结合，协同作用，解决饲料组分复杂问题，故定义为“配合酶”。18纤维素酶和木聚糖酶是针对纤维类物料的常见配合，纤维素酶是降解六碳糖（葡萄糖）聚合物，木聚糖酶是降解五碳糖（木糖）聚合物，两者结合搭配使用，相互配合，为了方便，我们称这种结合为“配合”。1920结晶区侧面结晶区纤维素酶B木聚糖酶配合酶纤维素酶A组合酶21在复杂的纤维物料中，结晶态部分通过纤维素酶来解决，非结晶态部分通过木聚糖酶来解决，两者互相配合，协同作用，针对一种有序的物理结构和空间排列进行处理，称为“配合酶”解决模式。而两种或者多种纤维素酶解决结晶态部分的方案，就是我们过去讨论的“组合酶”解决模式。22在该复合的木质纤维物料中，如果结晶态部分和非结晶态部分并不存在物理或者化学的关联性，那么，纤维素酶和木聚糖酶的结合，就是一般的“复合酶”，各自解决目标底物，而不是特定的“配合酶”。不同酶制剂的目标底物是否有直接的物理或化学关联性，是判断“配合酶”的重要依据。23组合酶解决同一类底物（如蛋白质、木聚糖等）的水解效率问题，典型的是外切酶与内切酶的组合。但是，组合酶并不能够解决饲料原料复杂的物料结构和物理屏障问题。特别是许多营养被包裹、被结合、被屏弊、被束缚，例如粗纤维和粗蛋白（包括胺类）组分的缠绕。24复杂组分物理屏障，需多种酶配合作用复杂组分的物理屏障作用，反映在木质纤维素复合物更明显，特别是植物的细胞壁成分。植物细胞壁的木聚糖和甘露聚糖，需要很多酶系才能使之完全水解为可溶性糖。木质纤维素的复杂物理特性，单一的纤维素酶，甚至多种纤维素酶组成的酶系或者设计合理的纤维素酶组合酶也未必能够解决。25细胞壁淀粉颗粒26如果纤维素与半纤维素、木质素同时存在并结合在一起，半纤维素和木质素将影响纤维素对纤维素酶的吸附，同时，纤维素与半纤维素、木质素之间互为屏障，纤维素也将影响木聚糖对木聚糖酶的吸附和物理性接触。木质纤维素复合物的物理特性，如果单一使用纤维素酶或者木聚糖酶，不仅仅影响纤维素酶的作用，也影响木聚糖酶的作用。27植酸盐的形式和位置可能对于其水解效率具有重要的影响作用。存在于籽实外部纤维层中不溶性的植酸盐更难消化。

“配合”使用植酸酶和蛋白酶，有可能相互解除物理性的屏障作用，同时提高了双方的作用效率。28复杂组分的分解不协同，更容易造成局部高浓度水解产物的抑制作用

29可以筛选一种微生物源或者植物源的蛋白酶，与植酸酶“配合”，解决植酸、矿物质、蛋白质之间的相互作用，不仅仅有利于蛋白质的利用，也有利于矿物质和微量元素的利用。30微生物通过多种酶的协同作用水解复杂组分人工配制的“配合酶”同样可以仿生这种协同高效的机制

31如何判断“配合酶”？32配合酶的特征和判断标准

不同酶制剂的目标底物必须有直接的物理或化学关联性，这是判断“配合酶”的重要依据。33配合酶的判断标准配合酶中某一单酶的催化效率大于该酶在作用复杂物料或者复合组分时单独使用时的效率，配合酶中每一单酶的效率都应该提高。34配合酶的判断标准设定正常单酶作用特定复杂物料或者复合组分时的催化效率为1：（1）单酶A+单酶B

=2复合酶（2）单酶A+单酶B

﹥2配合酶两者混合一起效率是2，两者没有直接的关联性，是一般复合酶35配合酶的判断标准两种单酶在各自简单的底物中发挥催化作用的效率都是100%，在复杂物料或者复合组分中作用的效率一般是小于100%，1.假如酶A和酶B效率是80%和75%，这是复合酶。2.假如酶A和酶B效率是90%和100%，把这种情况的两种酶结合形式称为配合酶。36配合酶与复合酶（1）配合酶是复合酶的一种，是一种特殊的复合酶，它是针对一种或者一类物料解决方案的配合酶。（2）复合酶是广义的配合酶，一般针对多种或者几类物料。（3）配合酶是针对一种复杂的组分，该组分由多种成分以化学键方式结合，有明确关联度。37配合酶与复合酶

（4）复合酶则是所有组分解决方案的集合，这些组分可以有关联性，也可能没有关联性。（5）配合酶是功能多元、有机组成“复合酶系”，酶系内的各种酶互相配合和协同。（6）复合酶也是功能多元，但不能成为一个酶系，而是松散的结合。

38配合酶与组合酶

（1）配合酶作用不同类别的底物，而且不同底物在同一物理结构内，或者在化学结合上有关联性。（2）组合酶是解决同一种或者同一类底物的催化降解问题。（3）组合酶一般是针对饲料化学成分，而配合酶更多是针对是饲料的物理物料特性。39配合酶与组合酶（4）组合酶一般是针对单一组分，而配合酶更多是针对多组分。（5）配合酶中，多种单酶有主次之分，在配制配合酶制剂时，有“主酶”和“次酶”之分。而组合酶中，多种单酶没有主次之分，共同解决一种底物的降解问题。（6）组合酶除考虑单酶作用位点，解决化学键差异化外，作用同一位点的多种单酶，其理化条件也可以作为组合的条件。40复合酶组合酶配合酶单酶混合酶为了不同目的，可把多种单酶结合起来使用组合型复合酶组合型配合酶41饲料酶制剂有7种形式

单酶、混合酶、复合酶、组合酶、配合酶、组合型复合酶、组合型配合酶。

混合酶也是目前存在的一种形式，它在一定程度也能发挥作用，只是效率不高，有一定的盲目性。知识的局限性和技术手段的有限性，在未来很长时间里，混合酶将存在，把混合酶转变为复合酶、组合酶和配合酶产品，必须进行大量的科学研究，42配合酶提出的意义

饲料配合酶和近年来提出的饲料组合酶一样，是饲料酶制剂应用技术体系的构建和完善，从一个概念到实际的应用，有一个慢长的过程，由于酶制剂的复杂性以及目前研究基础的局限性，争论和争议在所难免。43饲料配合酶的实际价值可能是有限的，可能一般的复合酶就能够达到其效果。如何根据饲料物料复杂的物理微结构进行配合酶设计，使多种酶能够相互配合，各自的效率大于单独使用时的效率，目前仍然有很大的难度。44首先，通过饲料配合酶和复合酶及组合酶等概念的提出，可以初步构建一个饲料酶制剂应用的技术体系，通过不同形式的酶制剂设计，从不同的角度考虑，它们之间可以成为一个饲料添加剂应用技术和动物营养的子系统。45其次，配合酶针对饲料原料物理特性的复杂性和化学组分的复杂性，对弥补一般的复合酶直接作用简单而明确底物这方面的不足有重要的价值，拓宽了酶制剂对底物的适用范围。46第三，一般的复合酶，组合酶，只能对部分非常规饲料原料有一定的作用。目前的酶制剂对大部分的非常规饲料原料的价值仍然有限，配合酶则有提高复杂原料利用的潜在价值，特别是配合酶和组合酶结合使用，理论上，可以解决大部分非常规饲料原料的利用问题。47第四，配合酶可以部分解决多组合的抑制问题，可以进一步提高营养利用，对许多认为不可能再改善其价值的原料，如玉米、豆粕等普通原料，仍有提升空间。例如，经植酸酶处理，蛋白酶的效率比原来不使用植酸酶的情况要高，植酸酶“配合”蛋白酶处