当前位置: 肉骨粉 >> 行业动态 >> 生物技术开发羽毛粉和其他角蛋白的潜力

生物技术开发羽毛粉和其他角蛋白的潜力
现在酶技术发展很快,而且取得了很大的成就,角蛋白分解酶就是其中之一。这使得人们能够将家禽的羽毛由严重污染物转化为蛋白丰富的家禽饲料。最近有很多关于自然界微生物降解角蛋白的报道,这为利用生物技术提高羽毛粉的营养价值提供了有力的依据,有可能代替传统的水解处理方法。试验结果表明,各种微生物处理方法均可以提高羽毛粉的营养(氨基酸)。在小白鼠和鸡上做的试验也得到类似的结果。本文旨在介绍几种可以提高羽毛粉营养的生物技术。
  1.家禽羽毛粉:“废料”? 潜在的家禽饲料
  家禽的羽毛站家禽体重的5% - 7%。虽然它们对家禽有保温、协调运动、维持体型的重要作用,但是从家禽身上下来以后其对生态的作用就显得微不足道了。但是让人欣慰的是家禽羽毛中含有丰富的角蛋白。人们将家禽屠宰完后,羽毛粉作为废物堆积起来,这造成了严重的污染,尤其现在全球家禽的规模还在不断扩大,这种污染将逐渐加重。
  如表 1 所示,家禽的羽毛粉含有大量有用的蛋白质和氨基酸,如用作饲料将有客观的经济效益,这使得许多营养家对此产生了浓厚的兴趣。然而羽毛粉的利用也有其局限性,如:难以被消化,生物学价值低,营养型氨基酸如赖氨酸、氮氨酸、组氨酸、色氨酸的含量不足(Baker et al.,1981;Pa-padopoulos et al,1985),而且氨基酸的组成变化很大(Wang and Parson,1997)。总的必须氨基酸的含量随着家禽的年龄的增长而逐渐降低,尤其氮氨酸、赖氨酸、组氨酸,与此相反,非必须氨基酸的百分含量逐渐生高(Stilborn et al ,1997)。根本上说,天然羽毛粉品质低是由氨基酸的结构和组成种类决定的。同样的原因,天然羽毛粉难以被溶解,不易被大多数的蛋白水解酶降解。羽毛粉的结构决定了它的稳定性,他的蛋白质主要是由一系列紧密的a-螺旋和b-折叠组成的多肽链而组成的。其中多肽链又被二硫链联接组成交叉结构,更加稳定。半胱氨酸含量很高,这也增加了更稳定的胱案酸含量。氢键、疏税利、超螺旋结构使得角蛋白更不容易被蛋白水解酶分解。
然而,传统的方法是用水解法来提高羽毛粉的消化率。Latshaw et al.(1994)和Parsons(1997)指出,水解处理法可以取得有限的改进,而且营养成分有所改变。同时有一部分必须氨基酸如赖氨酸、氮氨酸和色氨酸丢失,一部分非必须氨基酸发生聚合(表1)。
  考虑到传统方法即消耗能量,效果又不是很理想,现在正积极寻找一种可以改善其营养价值、无污染、使生物资源最优化、费用又很合理的方法。
  生物技术包括微生物及酶降解的办法,现在来讲是比较有前途的。然而,现在还没有简单的方法可以用于工业生产,尤其是利用角蛋白酶或降解角蛋白的微生物对角蛋白进行工业化分解。最近有许多关于微生物处理角蛋白方面的报道,相信这些可以促进生物技术在此方面的应用。提高羽毛粉的蛋白品质可以节省日粮中的大豆、鱼粉的用量,羽毛粉的生物转化能够促进家禽业的发展,并且能够改善环境,造福人类。
  2.微生物对角蛋白的降解以及角蛋白酶的生产
  虽然角蛋白很稳定,但是自然界的角蛋白却没有因此而堆积起来。这就有力地说明自然界中有降解或利用它的物质,更有证据进一步说明角蛋白是由寄生在人、家畜角质层的致病寄生菌来降解的,将来这可能是一个比较好的研究方向。表皮寄生菌是寄生在或的动物的角质层部位,当它们在一个有角蛋白的介质中被培养后,可以分解利用角蛋白中的碳和氢。这表明他们能够合成可以降解角蛋白的蛋白酶。
  2.2 降解角蛋白的微生物以及它们应用的理论依据
  很多微生物,大部分是真菌类、细菌类、已经被证实能够利用角蛋白。角蛋白可以被大部分腐生、寄生的真菌、放射菌、链状杆菌链霉菌降解。还有很多的微生物可以降解角蛋白。
  由自然界中,微生物寄生在角质层并降解角蛋白,我们是不是可以在实验室里用同样的方法来降解角蛋白。这样利用微生物处理羽毛粉(其他角蛋白)就成为可能。
  利用微生物技术处理羽毛粉有以下营养学的重要性:首先微生物、角蛋白酶可以改变角蛋白的结构,这可以消除对动物角蛋白降解的抵抗(Elmayergi and Smith ,1971;barabas,Get al.1986;Benedek et al;1985;Williams and Shih,1989)。其次,微生物处理法可以使羽毛粉中微生物的数量增加,这些微生物处理法可能对蛋白质的营养价值是一个补充。Barabas .G.et al.发现处理过的羽毛粉中赖氨酸、氮氨酸和精氨酸量比未处理的羽毛粉多。同时,也的出一个结论,不仅羽毛粉蛋白质可以作为蛋白来源,而且一些微生物也可有同样的效果。最后,微生物处理可能产生饲料级的赖氨酸等。(Mohammed El-Akied, 1987;Williams and Shih, 1989)。
  降解角蛋白的微生物在自然界普遍存在,尤其是寄生在角蛋白层中的微生物。现在研究最多的可能是表皮真菌类。科研工作者已从下水道的淤泥分离出降解角蛋白的微生物。(Ulfig and Ko-rcz,1983,1994,1996)。一种寄生在动物体表的叫Trichophyton gallinae的在处理鸡羽毛粉上很有效(Wawrzkiewicz et al., al.,1987)。
  已有降解能力的非表皮寄生真菌被分离出来,它们被用来估测角蛋白的降解并纯化角蛋白降解酶。Williams and Shih(1989)从混有羽毛粉的肥料中浸提分离出B.lichniformis。Streptomycessp.等有分解蛋白质和角蛋白活性的微生物也被从土壤里分离出来。Santos et al.(1996)报道说,Aspergillus fumigatus 是一种普遍存在,通过空气传播的人、鸟、其他动物的致病菌。该种微生物可用鸡的羽毛作为惟一的碳源和氮源.降解角蛋白的微生物在不同的生态条件和环境条件下都能够广泛存在,并有很强的降解角蛋白的能力。更重要的是微生物合成并释放蛋白酶到角质层,进而将角质层分解为可同化的简单的营养成分.同时关于这些微生物生存在致密蛋白层的分子水平的解释还不是很成熟。
  由降解角蛋白的微生物产生的酶叫角蛋白酶或角蛋白分解酶。这些酶在致密层的活性比其他酶强,这就将角蛋白酶和其他的酶区分开来。
  绝大多数的角蛋白酶是可诱导的,它们需要外界的角蛋白作为诱导子。很多角蛋白酶在微生物的细胞外有活性,它们是在合成后被运出细胞的,然而Trichophyton mentagrophytes (Yu et al,1971), Trichophyton nubrum 的活性与细胞有关。Trichophyton nubrum是一种很有前景的微生物(Lamkin et al.,1996),其活性范围比较大。
  微生物降解角蛋白的方法很多,但应具有情况具体应用。因为不同种类的微生物相差比较大。Wawrazkiewicz et al.于1987用T.gallinae培育出一种高度特异性的细胞内的角蛋白降解。一些特征性酶的物理化学特性详见表3。
  从根本上说,微生物处理角蛋白就是蛋白质的分解、降解过程。虽然不同角蛋白酶的物理化学特性有所不同,但它们在降解角蛋白方面是相同的。大部分角蛋白酶都以蛋白酶的形式去反应。虽然角蛋白降解的机制和微生物的代谢还没有完全被搞懂,但大量的事实说明这种方法是可行的。
  以下情况只适合真菌类、菌丝体类。角蛋白分解的过程可以解释为菌丝体压力或角质层渗透造成的。Malviya et al.(1992)发现降解过程发生时,细胞外角蛋白酶的活性还不是很高。随着降解的进行,菌丝体也不断地生长。有一种假想的解释方法,真菌的菌丝体的生长和延长可对致密层产生压力或侵蚀。真菌的入侵伴随着机械压力和酶的降解反应。菌丝体的机械渗透可能是必需的,因为这样可以为多肽链的断开提供位点。
  硫解的提出是因为羽毛中半胱氨酸的含量比较高。可以理解,半胱氨酸占优势很自然就导致两个半胱氨酸之间通过二硫键组成一个稳固的分子-胱氨酸。大多数的研究者认为角蛋白的降解过程其实就是二硫键减少的过程。然而,这方面的研究比较少。
  现在蛋白质的水解反应被过于简单化地理解为多肽链的水解。角蛋白酶的感受性是随时变化的;不同质量的角蛋白分子、催化剂、反应条件(pH值;温度)对某种特定酶来说其降解蛋白质的机制是不同的。比如:纤维素、壳质、寡糖类等。然而用微生物产生的蛋白酶来处理比其他蛋白酶的效果好,这一点是公认的。
  到目前为止,角蛋白降解反应的确切步骤还没有被明确提出来。但是对真菌类、放射菌来讲,可能是从菌丝体的成长开始,同时分泌亚硫酸盐来破坏二硫键,最后分解角蛋白。在反应的初始阶段可以认为,反应进行的同时,微生物也不断的成长。当细菌或纯化(或粗的)酶也参与反应时,可能另一种反应机理由此产生。这从根本上解释了角质层蛋白质分解的具体细节。另外,一种单一的反应模式不能对任何角蛋白降解反应都适合。
  5.微生物法处理羽毛粉;生物技术应用的可行性
  大多数研究者认为用微生物法来转换羽毛角蛋白代表了生物技术在这方面的应用。通过在羽毛上培养降解角蛋白的微生物,以及利用后来的细胞外角蛋白酶来降解羽毛角蛋白。培养筛选单一的角蛋白酶或粗酶应在无微生物的条件下进行,酶的纯化也是同样的条件。
  Lee et al(1991)最先报道了用天然角蛋白酶(KE)作为添加剂。这种角蛋白酶是在B.licheniformis中提取的。试验发现KE可以将粗羽毛氨基酸的可消化性由30%提高到60%,商业羽毛粉由77%提高到99%。
  北卡罗莱纳大学的J.C.H shih和他的同事得出大量关于纯化角蛋白酶作为饲料添加剂的的试验证据。最近这方面的科研成果是由B.licheniformis分离出纯化角蛋白酶,对此酶进行固化可以使酶的自我分解降到最低。固化的角蛋白酶有分解不容性羽毛角蛋白和可溶性酪蛋白的活性。同时它比游离的角蛋白酶具有更好的热稳定性和抗酸性,因此它被广泛的应用在多个方面。
  欢迎您的光临本站!请记住本站网址是:http://www.siliaoyuanliao.com/

网站公告
石家庄永汇生物蛋白饲料有限公司主要生产肉粉,肉松粉,酶解羽毛粉,营养丰富的肉骨粉,鸡肉粉,肉骨粉,羽毛粉,膨化羽毛粉,水解羽毛粉,玉米皮,菌体蛋白,菊花粉,辣椒柏等各种蛋白饲料产品,本公司生产的肉骨粉价格便宜质量好!欢迎前来订购!
推荐产品
推荐文章

 

 

Copyright © roufenchang.com Inc. All Rights Reserved.
石家庄永汇生物蛋白饲料有限公司 版权所有