專利名稱：工業(yè)用酶的增強的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及利用微波能提高酶活性的方法。
背景技術：
酶是存在于所有活細胞中的蛋白或糖蛋白，它們控制細胞代謝和分解代謝的過程。酶是生物催化劑，能夠促進化學反應，而不摻入終產物中。酶的穩(wěn)定性(壽命)通常有限，其活性可以隨時間而降低。
酶在其作用方面是特異性的，通常分解或合成一種特定的化合物或一族化合物。在某些情況下，酶的作用限于它們與其反應的化合物中的特定化學鍵。酶可以在常壓和對于溫度和酸度(pH)而言為溫和的條件下起作用。許多酶功能的最佳溫度為20-70℃，pH值在中性(pH7)附近。
工業(yè)用酶由生物來源制備，可以對其進行修飾，以便產生特定任務所需的酶。具有潛在工業(yè)用途的酶有范圍廣泛的應用。
一個主要的用途是有助于動物的消化過程。與消化有關的酶主要是水解酶，因為它們將大分子分解為小分子。然后，這些小分子可以被動物的腸吸收，并用于細胞的維持和生長。
水解酶本身與其底物結合，形成酶-底物復合物。該底物分解為小分子，而該酶沒有變化，可以再次作用于新的底物分子。
酶的其它工業(yè)應用的實例包括生物洗滌劑；紡織原料，用于服裝整理(finishing of garments)和有助于織造過程的退漿；紙漿和紙的生產；食品生產，包括干酪和酸乳酪；和釀酒。
本發(fā)明人已經意外地發(fā)現(xiàn)，用微波輻射處理，可以提高工業(yè)生產中酶的活性。
本發(fā)明的說明書第一方面，本發(fā)明包括增強酶催化反應的方法，該方法包括使該酶與該酶的底物在微波輻射的影響下反應，使得增強酶反應。
該酶可以是任何酶，但最好是用于工業(yè)生產或應用生產中的工業(yè)用酶。特別是，通過本發(fā)明，可以提高用于制備食品、飼料、飼料制品的酶的活性。合適酶的實例包括但不限于蛋白酶、肌醇六磷酸酶、磷酸酶、碳水化合物水解酶，包括葡萄糖酸酶(gluconase)和木聚糖酶。
本發(fā)明特別適用于生產改進的動物飼料。當飼料被動物消化時，該處理看來提高飼料中可代謝組分的利用度。
底物來源可以是任何植物材料、谷類或谷物制品或組分。實例包括但不限于如小麥和水稻的谷類、麩皮、干草、青貯料、包括米糠的糠、它們的組分和它們的混合物。
本發(fā)明利用微波能或輻射，增強酶對其底物的作用。本發(fā)明所用的微波頻率大約為2.45Ghz。該頻率是用于澳大利亞的頻率，但其它頻率也可以用于本發(fā)明。所需能量取決于該底物和酶溶液中存在的含水量。所用的能也取決于該處理的材料類型，因為化合物可能具有不同的介電常數(shù)。介電常數(shù)高的材料優(yōu)先吸收能，并因此在介電常數(shù)低的化合物之前被加熱或作用。然而，其它加熱機制可以用來使酶溶液和底物升至微波應用可以施加的酶的激活溫度。
以優(yōu)選形式應用微波能，使得有效地控制反應混合物中的溫度。此外，已經發(fā)現(xiàn)，最好將微波能以連續(xù)方式應用于該混合物。
處理時間也根據(jù)該處理的酶、底物和體積而變化。已經發(fā)現(xiàn)，約10分鐘的微波處理特別適于用木聚糖酶處理米糠。
第二方面，本發(fā)明包括增加或提高食料中可代謝飲食組分的方法，該方法包括在微波輻射的影響下使該食料與酶反應，所述酶能夠從該食料中釋放可代謝的飲食組分，使得增加或提高食料中可代謝飲食的含量。
最好是，該食料是動物食料，更優(yōu)選為馴養(yǎng)動物食料，甚至更優(yōu)選為單胃動物食料。
已經發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明特別適用于為家禽提供改進的飲食米糠。
第三方面，本發(fā)明包括食料，所述食料是用按照本發(fā)明第二方面的方法生產的，其可代謝飲食含量提高。
在本說明書全文中，除非另外說明，否則詞“包括(comprise)”或其變化“包括(comprises)”或“包括(comprising)”應理解為是指包括所述的成分、整體(integer)或步驟、或所述組的成分、整體或步驟，但不排除任何其它成分、整體或步驟、或其它組的成分、整體或步驟。
為了更清楚地理解本發(fā)明，參考以下實施例和附圖描述其優(yōu)選形式。
附圖簡述

圖1為裝置的示意圖，所述裝置包括管道式加熱器(applicator)，用于對酶/底物混合物施加微波輻射；和圖2為裝置的示意圖，所述裝置包括混合轉筒式加熱器，用于對酶/底物混合物施加微波輻射。
實施本發(fā)明的模式實驗1通過測量糖的利用度或釋放，研究微波處理對米糠酶處理的作用。米糠是米精加工的副產物，由種皮、胚的主要部分和種子外層組成。米糠被廣泛使用，特別是用于東南亞，用作動物生產的飼料。每年生產大約53億噸米糠。
米糠含有20-25％的非淀粉多糖(NSP)，所述多糖主要由等量的阿拉伯糖木聚糖和纖維素組成。NSP不被單胃動物消化，通常不被代謝，進入排泄物。當米糠用作動物飼料時，它由此是相對差的能量和營養(yǎng)源。
對于50g米糠，采用加壓噴霧瓶，在含有建議劑量的酶A和B的50ml水均勻噴霧。然后，該混合物分別接受特定的微波能5、10、20和30分鐘。處理結束時，加強微波處理，以將混合物加熱至100℃30秒，以使酶失活。然后于40℃，在強制通風烘爐中干燥樣品。每種樣品重復8次。游離糖的測定游離糖的提取.研磨米糠樣品，以通過0.5mm的篩網，并將重大約200mg的樣品置于30ml螺旋蓋培養(yǎng)管中。然后將5ml 80％乙醇加入殘余物中，加熱至80℃10分鐘。然后該管于2000g離心10分鐘。將含有游離糖的上清液轉移至8ml小瓶中，并在氮氣下于40℃干燥。
水解.用3ml 1M H2SO4，將殘余物于100℃水解2小時。將0.4ml等份的水解物轉移至30ml培養(yǎng)管，加入0.10ml 28％NH3。加入50μl肌醇(4mg/ml)和50μl阿洛糖(4mg/ml)的等份樣品作為內標?；旌衔镉诘獨狻?0℃下干燥。
還原。用硼氫化鈉如下還原單糖向糖水解物和內標的混合物中，加入水(0.2ml)、無水乙醇(0.2ml)和3M氨水(1滴)。充分混合后，加入新制備的NaBH4(通過將50mg鈉溶于每ml 3M NH4OH中而制備的)(0.3ml)。然后給該管蓋上蓋，并于40℃水浴中溫育1小時。
乙?；?。向還原混合物中，加入5-7滴冰醋酸，以分解過量的NaBH4。然后，加入0.5ml 1-甲基咪唑和5ml乙酸酐并混合，于室溫下放置10分鐘。加入無水乙醇(0.8ml)，混合并于室溫下放置10分鐘，以實現(xiàn)糖的乙酰化。然后將樣品置于冰浴中，向每管加入5ml水，以分解過量的乙酸酐。加入5ml 7.5M KOH，給所述管蓋上蓋，通過倒轉輕輕混合6次。加入另外5ml 7.5M KOH，蓋上蓋并再次混合。此時，可見透明的乙酸乙酯上層，然后用移液管將該層轉移至4ml小瓶中，并在氮氣下蒸發(fā)至干。然后將樣品再溶于0.4ml乙酸乙酯中，用Varian 3400CX氣相層析儀，定量測定所述糖。結果實驗1a。于40℃溫育24小時后，酶A和酶B均從米糠釋放可忽略量的糖(表1)。
表1.所述酶對釋放米糠中的總游離糖的作用

實驗1b。通過5分鐘微波處理釋放的糖量高于用該酶于40℃溫育24小時的量。
然而，較長時間(長達30分鐘)的處理不導致更多的糖釋放(表2)。
表2.不同微波加熱時間對從米糠釋放游離糖的作用

結果證明，用市售聚糖酶將存在于米糠中的NSP(主要是阿拉伯糖木聚糖和纖維素)解聚是不徹底的，這證實了這種觀點在單胃動物中使用酶的益處不是由于NSP的完全分解和隨后所釋放糖的吸收所引起的，而可能是因所述酶能夠部分切割可溶性NSP、并由此去除其對營養(yǎng)消化和吸收的不利于營養(yǎng)的作用而引起的。微波處理增強了該反應，提供潛在的更有營養(yǎng)的原料。
酶需要一定量的能量，以作用于其相應的底物。合適的微波處理頻率看來激勵所述酶，其凈作用是酶活性提高。因此，微波處理釋放的糖量顯著高于在目前實驗中正常處理的糖量。已知處理時間非常短(5-30分鐘)，觀察到的作用是非常顯著的。
表3顯示特定糖分析的結果。結果顯示，在微波處理下，通過酶水解米糠釋放的游離糖增加。
表3. 處理的米糠的特定糖分析樣品微波水分 樣品糖與阿洛糖之比g/kgID 處理水平(％) Wt(mg)Rham FucAraXvlManGal1 國內 50200 0.00 0.00 0.10 0.09 0.17 0.12Micro〔15min〕2 5mins100 200 0.00 0.00 0.00 0.00 0.24 0.153 5mins75200 0.00 0.00 0.00 0.00 0.29 0.154 5mins50200 0.00 0.00 0.00 0.00 0.33 0.005 5mins25200 0.00 0.00 0.00 0.00 0.33 0.006 10mins 100 200 0.00 0.00 0.11 0.10 0.77 0.177 10mins 75200 0.00 0.00 0.14 0.10 0.82 0.188 10mins 50200 0.00 0.00 0.00 0.00 1.14 0.159 10mins 25200 0.00 0.00 0.00 0.00 0.94 0.1610 15mins 100 200 0.00 0.00 0.17 0.00 0.65 0.1811 15mins 75200 0.00 0.00 0.17 0.12 0.64 0.1612 15mins 50200 0.00 0.00 0.10 0.00 0.58 0.1513 15mins 25200 0.00 0.00 0.00 0.00 0.58 0.1414 20mins 100 200 0.00 0.00 0.13 0.00 0.70 0.1615 20mins 75200 0.00 0.00 0.12 0.00 0.64 0.1516 20mins 50200 0.00 0.00 0.24 0.13 0.75 0.2917 20mins 25200 0.00 0.00 0.14 0.00 0.74 0.1618 30mins 100 200 0.00 0.00 0.00 0.00 0.45 0.1519 30mins 75200 0.00 0.00 1.14 0.08 0.19 0.1320 30mins 50200 0.00 0.00 0.10 0.00 0.59 0.1521 30mins 25200 0.00 0.00 0.00 0.00 0.58 0.14
表3.處理的米糠的特定糖分析(接上頁)

實驗2以下詳細描述概述本發(fā)明效力的實驗。選擇一種飼料制品-米糠作為基本制品。方法從當?shù)仫暳瞎痰玫矫卓罚⑷缦绿幚?
(a)處理1。米糠(7kg)+7L水，于25℃連續(xù)攪拌48小時。然后，于45℃干燥米糠，并將其錘磨(hammer-mill)以通過1mm篩網。該產物命名為RB+s。
(b)處理2。米糠(7kg)+酶(Biofeed Plus)+7L水，于25℃連續(xù)攪拌48小時。然后，于45℃干燥混合物，并將其錘磨(hammer-mill)以通過1mm篩網。該產物命名為RB+E+s。
(c)處理3。米糠+酶(Biofeed Plus)+微波。該產物命名為RB+E+MV。
(d)處理4。米糠(30％)+酶(Biofeed Plus)+7L水，于25℃連續(xù)攪拌48小時，然后進行微波處理。然后，混合物于45℃干燥，并將其錘磨(hammer-mill)以通過1mm篩網。該產物命名為RB+E+MV+S。
制備各種米糠材料后，以2×3因子設計(2種處理±浸泡；3種飲食對照、酶、酶+微波)，在每種飲食中配制30％固定水平米糠的6種實驗類型的飲食。
實驗由對144只21日齡肉用雞的實驗組成。該實驗由6種飲食變化組成，所述飲食為飲食1 正常米糠-無微波處理(對照)飲食2 于無酶的水中浸泡48小時的米糠飲食3 米糠+酶-無浸泡飲食4 米糠+水+酶浸泡48小時飲食5 米糠+酶+微波處理飲食6 米糠+酶+微波處理+浸泡48分鐘飲食準確稱量所有組分，并在旋轉混合器中充分混合。將酶(11.2L)在300ml水中稀釋，并在飼料混合期間，用加壓噴霧瓶噴霧到組分中。將飲食冷沉淀。將144只21日齡的肉用雞轉移至滑門式(slide-in)籠中，重復6次，每次4只雞。將這些雞分成毛重相等的數(shù)組。前3天，使這些雞適應所述飼料。在以后4天期間，每日收集所有排泄物，將其于80℃干燥過夜，并合并用于總體測定。在最后7天期間，測量飼料的攝入。實驗結束時，記錄雞的重量，并計算飼料轉化率(FCR)。也記錄排泄物收集期間消耗的飼料量。
所有浸泡處理均在25℃進行48小時。飲食3(米糠+酶)采用68℃10分鐘。所有微波均為于2.45Ghz、68℃ 10分鐘。每種飲食實驗由6次重復，每次4只雞組成。該酶由木聚糖酶組成，并稀釋為300ml水中11.2ml的推薦濃度，用于應用。測量4個標準表觀可代謝能(AME)、飼料轉化率(FCR)、增重(WG)和飼料攝入(FI)。
該實驗的結果示于表4。
表4.喂養(yǎng)實驗結果飲食AME FCR WG FI(Mj/kg) (飼料谷物)(g/d/b)(g/d/b)飲食1 11.89 2.392 32.1 79.5飲食2 11.87 2.135 39.7 83.5飲食3 13.01 2.324 33.9 78.3飲食4 11.82 2.294 37.5 84.0飲食5 13.61 2.331 39.0 89.5飲食6 12.66 2.178 43.4 92.4恰好相當?shù)慕Y果是飲食3和飲食5的結果，其中唯一的差異是能源。在飲食3中，熱源為常規(guī)實驗室烘箱，而飲食5包含相同處理時間的微波能。這清楚地證明AME提高4.61％。
在提高其它高NSP飼料組分(諸如小麥細麩皮、麥麩和豆粒(grainlegume)的AME方面，本發(fā)明具有直接應用的潛力。然而，人們會認識到，本發(fā)明不限于這些潛在的應用，可以用于其它工業(yè)應用中，在所述應用中期望提高該酶的效應和/或減少達到所需效應所花費的時間。裝置圖1顯示裝置的示意圖，所述裝置適用于實施按照本發(fā)明的方法。該裝置包括微波加熱器10和能量波導向裝置12、13、14和15。將微波能施加至上述裝置中的酶/底物混合物。管道式加熱器17配備入口11，底物與酶的混合物通過該入口進入該加熱器。管道式加熱器17也配備出口16，酶處理的產物通過該出口離開加熱器10。
示于圖1的該裝置適于大體積連續(xù)加工應用。
圖2顯示適于實施按照本發(fā)明的方法的其它裝置。該裝置包括混合轉筒式加熱器20，其中通過攪拌器24進行混合或攪拌。通過能量波導向裝置22施加微波能。微波能可以以上述方式施加于酶/底物混合物。該裝置包括一個入口21，底物與酶的混合物通過該入口加入該裝置。該裝置包括一個出口23，酶處理的產物通過該出口離開該裝置。
本領域技術人員會認識到，可以如具體實施方案所示，對本發(fā)明進行許多變化和修改，而不偏離廣泛描述的本發(fā)明的精神或范圍。因此，認為本發(fā)明的實施方案在所有方面都是說明性的，不是限制性的。
權利要求
1.增強酶催化的反應的方法，所述方法包括在微波輻射的影響下，使所述酶和所述酶的底物反應，使得增強所述酶反應。
2.按照權利要求1的方法，其中所述酶選自蛋白酶、肌醇六磷酸酶、磷酸酶、碳水化合物水解酶、木聚糖酶和它們的混合物。
3.按照權利要求1或2的方法，其中當動物消化動物飼料時，所述酶催化的反應通過提高飼料中可代謝組分的利用度，改善動物飼料。
4.按照權利要求1-3任一項的方法，其中所述底物為植物衍生的材料。
5.按照權利要求4的方法，其中所述底物選自谷類、麩皮、干草、青貯料、糠、它們的組分和它們的混合物。
6.按照權利要求1-5任一項的方法，其中微波頻率大約為2.45Ghz。
7.按照權利要求1-6任一項的方法，其中施加所述微波能，使得有效控制所述反應混合物的溫度。
8.按照權利要求7的方法，其中將所述微波能以連續(xù)方式施加至所述反應混合物。
9.按照權利要求8的方法，其中施加所述微波能10分鐘。
10.增加或提高食料中可代謝飲食含量的方法，所述方法包括在微波輻射的影響下使所述食料與酶反應，使得增加或提高食料中所述可代謝飲食的含量，其中所述酶能夠從所述食料釋放可代謝的飲食組分。
11.按照權利要求10的方法，其中所述食料得自植物來源。
12.按照權利要求11的方法，其中所述植物來源選自谷類、麩皮、干草、青貯料、糠、它們的組分和它們的混合物。
13.按照權利要求12的方法，其中所述食料為米糠。
14.按照權利要求10-13任一項的方法，其中所述食料為馴養(yǎng)動物食料。
15.按照權利要求14的方法，其中所述動物為單胃動物。
16.按照權利要求15的方法，其中所述單胃動物為家禽。
17.按照權利要求10-16任一項的方法，其中所述酶選自蛋白酶、肌醇六磷酸酶、磷酸酶、碳水化合物水解酶、木聚糖酶和它們的混合物。
18.按照權利要求17的方法，其中所述酶為木聚糖酶。
19.按照權利要求10-18任一項的方法，其中微波頻率大約為2.45Ghz。
20.按照權利要求10-19任一項的方法，其中施加所述微波能，使得有效控制所述反應混合物的溫度。
21.按照權利要求20的方法，其中將所述微波能以連續(xù)方式施加至所述反應混合物。
22.按照權利要求21的方法，其中施加所述微波能10分鐘。
23.食料，所述食料用按照權利要求10-22任一項的方法生產，其可代謝飲食的含量提高。
全文摘要
增加或提高食料中可代謝飲食含量的方法,所述方法包括在微波輻射的影響下使所述食料與酶反應,使得增加或提高食料中所述可代謝飲食的含量,其中所述酶能夠從所述食料釋放可代謝的飲食組分。
文檔編號A23L1/105GK1257540SQ98805306
公開日2000年6月21日 申請日期1998年5月27日 優(yōu)先權日1997年5月28日
發(fā)明者P·W·貝文, J·B·維金 申請人:基本應用私人有限公司