中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所/ 王海燕 高秀華

原刊于《新飼料》雜志2007年第4期

脂肪酶（triacylglycerol lipase EC3.1.1.3）是廣泛存在的一種酶，在脂質(zhì)代謝中發(fā)揮重要的作用。在油水界面上，脂肪酶催化三酰甘油的酯鍵水解，釋放更少酯鍵的甘油酯或甘油及脂肪酸。脂肪酶反應(yīng)條件溫和，具有優(yōu)良的立體選擇性，并且不會(huì)造成環(huán)境污染，因此，在食品、皮革、醫(yī)藥、飼料和洗滌劑等許多工業(yè)領(lǐng)域中均有廣泛的應(yīng)用。

1脂肪酶的來源

脂肪酶廣泛的存在于動(dòng)植物和微生物中。植物中含脂肪酶較多的是油料作物的種子，如蓖麻子、油菜籽，當(dāng)油料種子發(fā)芽時(shí)，脂肪酶能與其他的酶協(xié)同發(fā)揮作用催化分解油脂類物質(zhì)生成糖類，提供種子生根發(fā)芽所必需的養(yǎng)料和能量；動(dòng)物體內(nèi)含脂肪酶較多的是高等動(dòng)物的胰臟和脂肪組織，在腸液中含有少量的脂肪酶，用于補(bǔ)充胰脂肪酶對(duì)脂肪消化的不足，在肉食動(dòng)物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。在動(dòng)物體內(nèi)，各類脂肪酶控制著消化、吸收、脂肪重建和脂蛋白代謝等過程；細(xì)菌、真菌和酵母中的脂肪酶含量更為豐富（Pandey 等，1999）。由于微生物種類多、繁殖快、易發(fā)生遺傳變異，具有比動(dòng)植物更廣的作用pH、作用溫度范圍以及底物專一性，且微生物來源的脂肪酶一般都是分泌性的胞外酶，適合于工業(yè)化大生產(chǎn)和獲得高純度樣品，因此微生物脂肪酶是工業(yè)用脂肪酶的重要來源，并且在理論研究方面也具有重要的意義。

2脂肪酶的性質(zhì)

脂肪酶是一類具有多種催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯類的水解、醇解、酯化、轉(zhuǎn)酯化及酯類的逆向合成反應(yīng)，除此之外還表現(xiàn)出其他一些酶的活性，如磷脂酶、溶血磷脂酶、膽固醇酯酶、酰肽水解酶活性等（Hara，1997；Schmid，1998）。脂肪酶不同活性的發(fā)揮依賴于反應(yīng)體系的特點(diǎn)，如在油水界面促進(jìn)酯水解，而在有機(jī)相中可以酶促合成和酯交換。

脂肪酶的性質(zhì)研究主要包括最適溫度與pH、溫度與pH 穩(wěn)定性、底物特異性等幾個(gè)方面。迄今，已分離、純化了大量的微生物脂肪酶，并研究了其性質(zhì)，它們?cè)诜肿恿?、最適pH、最適溫度、pH 和熱穩(wěn)定性、等電點(diǎn)和其他生化性質(zhì)方面存在不同（Veeraragavan 等，1990）。總體而言，微生物脂肪酶具有比動(dòng)植物脂肪酶更廣的作用pH、作用溫度范圍，高穩(wěn)定性和活性，對(duì)底物有特異性（Schmid 等，1998；Kazlauskas 等，1998）。

脂肪酶的催化特性在于：在油水界面上其催化活力最大，早在1958年Sarda和Desnnelv就發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。溶于水的酶作用于不溶于水的底物，反應(yīng)是在兩個(gè)彼此分離的完全不同的相的界面上進(jìn)行。這是脂肪酶區(qū)別于酯酶的一個(gè)特征。酯酶（EC3.1.1.1）作用的底物是水溶性的，并且其最適底物是由短鏈脂肪酸（≤C8）形成的酯。

3脂肪酶的生產(chǎn)

脂肪酶的制備方法有提取法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法。提取法資源有限、工藝復(fù)雜、產(chǎn)量低；化學(xué)合成法成本太高；微生物發(fā)酵法的應(yīng)用前景要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于提取法和化學(xué)合成法，它不受環(huán)境影響，資源豐富，產(chǎn)酶周期短，產(chǎn)物較單純且成本低，生產(chǎn)上易于管理。商品化脂肪酶主要來源于各種細(xì)菌、酵母和真菌等微生物的發(fā)酵，有些霉菌可通過固態(tài)發(fā)酵及液體深層發(fā)酵兩種方法進(jìn)行發(fā)酵。通過傳統(tǒng)誘變育種以及優(yōu)化發(fā)酵條件提高了脂肪酶的產(chǎn)量，使得許多脂肪酶實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，尤其是基因工程的引入，大大提高了脂肪酶的產(chǎn)量。由于提取材料來源和酶含量的因素，動(dòng)植物脂肪酶主要應(yīng)用于科學(xué)研究。

4脂肪酶在飼料中的應(yīng)用

飼料資源不足一直是我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)面臨的一個(gè)大問題，在耕地和水資源嚴(yán)重緊缺的情況下，糧食產(chǎn)量已很難提高。我國(guó)動(dòng)物生產(chǎn)中飼料轉(zhuǎn)化率低，豬、雞、奶牛等的飼料轉(zhuǎn)化率均比國(guó)際先進(jìn)水平低0.3～0.6個(gè)百分點(diǎn)，使得飼料資源不足的問題更加嚴(yán)峻。飼料用酶制劑的開發(fā)和應(yīng)用極大的緩解了飼料資源的不足。近年來，酶制劑一直是國(guó)內(nèi)外動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究的熱點(diǎn)之一，它們?cè)陲暳瞎I(yè)中的有效應(yīng)用使得飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)安全、高效、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展成為可能。

脂肪在畜禽體內(nèi)的作用主要是氧化供能，它含有的能量是碳水化合物的2.25倍，可滿足動(dòng)物體對(duì)較高能量濃度的要求；脂肪是脂溶性維生素和某些激素的溶劑，促進(jìn)對(duì)這些物質(zhì)的吸收和利用，同時(shí)為畜禽提供必需的不飽和脂肪酸，保證畜禽的健康生長(zhǎng)；添加脂肪還可減少飼料加工過程中的粉塵，改善飼料外觀，在高溫條件下，還有利于提高能量攝入量，降低畜禽的體熱增耗，減緩熱應(yīng)激。此外，添加脂肪可有效地提高飼料的適口性。因此，在豬、雞和奶牛飼養(yǎng)中，在飼料中添加脂肪是比較普遍的。

脂肪酶是脂肪代謝最基本的酶，若缺乏將會(huì)危及機(jī)體健康。單胃動(dòng)物自身能夠分泌淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等內(nèi)源性消化酶。但幼禽幼畜消化機(jī)能尚未發(fā)育健全，內(nèi)源性消化酶分泌量不足。在現(xiàn)代養(yǎng)豬生產(chǎn)中，為了縮短母豬繁殖周期和使仔豬盡早適應(yīng)植物蛋白日糧，早期斷奶甚至超早期斷奶在養(yǎng)豬生產(chǎn)中普遍實(shí)施，但早期斷奶產(chǎn)生明顯應(yīng)激，對(duì)消化系統(tǒng)發(fā)育和消化酶分泌產(chǎn)生不良影響，消化酶分泌急劇減少，斷奶2周后才又逐漸恢復(fù)與上升。斷奶后兩周內(nèi)消化酶分泌不足是斷奶仔豬生長(zhǎng)阻滯的主要因素之一；雛雞大多數(shù)消化酶在2周齡左右才發(fā)育到高峰，個(gè)別的（如脂肪酶）還要到21日齡左右。因此，消化酶分泌不足是雛雞對(duì)飼料利用的主要限制因素之一。在幼禽幼畜日糧中添加外源性淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，能補(bǔ)充體內(nèi)內(nèi)源酶的不足，并能減輕斷奶仔豬的斷奶應(yīng)激，提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能。有的研究表明，在豬和家禽日糧中添加外源酶對(duì)內(nèi)源消化酶的分泌還有一定的促進(jìn)作用，因而有利于畜禽對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的消化分解和吸收利用。外源性脂肪酶可提高飼料中的脂肪消化率，特別是可顯著提高米糠中的脂肪消化率，因而可提高米糠的表觀代謝能值和飼料轉(zhuǎn)化率（Pluske 等，1997）。

Polin等（1980）給白來航公雞飼以含4％動(dòng)物油的玉米基礎(chǔ)日糧，研究了豬胰脂肪酶粗提物與膽汁鹽對(duì)脂肪消化的影響，在添加和不添加0.4%膽汁酸的情況下，孵化后第2～9天添加0.1%的脂肪酶均能提高脂肪的吸收，但是效果不顯著，其原因不難理解，在酸性條件下，豬胰脂肪酶容易失活，當(dāng)其到達(dá)主要作用位點(diǎn)（十二指腸）時(shí)其活力已經(jīng)相當(dāng)?shù)土耍⑶邑i胰脂肪酶活性的發(fā)揮依賴于輔脂肪酶及膽汁鹽的存在。如果脂肪酶能夠耐酸，且其活力不依賴于輔脂肪酶及膽汁鹽，那么從理論上說將其添加到日糧中應(yīng)該能夠提高脂肪的消化。在含全脂米糠、高油玉米、干苜蓿粉、血粉、餅粕等的飼料中添加脂肪酶，可提高表觀消化能5％～11％，提高豬禽增重速度4％～10％，提高飼料利用率2％～7％，減少糞便排泄量（Tan 等，2000）。

5展望

20世紀(jì)50年代人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到酶制劑在飼料中添加的作用，但由于其生產(chǎn)成本昂貴而進(jìn)展緩慢，到20世紀(jì)80年代由于轉(zhuǎn)基因技術(shù)和微生物發(fā)酵工業(yè)的長(zhǎng)足進(jìn)步，飼用酶制劑應(yīng)用進(jìn)入了迅猛發(fā)展的階段，不管是在學(xué)術(shù)研究方面還是在技術(shù)應(yīng)用方面，都取得了舉世矚目的成績(jī)。飼用酶制劑的種類有很多，脂肪酶也是其中重要的一種。幼年動(dòng)物分泌的內(nèi)源酶較少，成年動(dòng)物處于病理、應(yīng)激狀態(tài)時(shí)內(nèi)源酶也會(huì)發(fā)生分泌障礙或分泌減少。飼料中添加該酶能釋放出脂肪酸，提高油脂類飼料原料的能量利用率，增加和改進(jìn)飼料的香味和風(fēng)味，改進(jìn)家畜的食欲，并對(duì)局部炎癥有一定的治療功效（楊振海等，2003）。但是相對(duì)于其它酶制劑而言，對(duì)于脂肪酶的理論研究和應(yīng)用研究的投入要少的多，其中的原因，筆者認(rèn)為，主要是由于脂肪酶的特殊性增加了對(duì)其進(jìn)行研究的難度，因此導(dǎo)致了對(duì)脂肪酶的研究和應(yīng)用要相對(duì)滯后。

現(xiàn)在有很多商品化的脂肪酶產(chǎn)品，多數(shù)是通過微生物發(fā)酵制得，只有少數(shù)幾種來源于動(dòng)物的脂肪酶是通過從動(dòng)物體中提取的方法制備。根據(jù)不同用途開發(fā)出不同特性的脂肪酶產(chǎn)品，而這些已實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的脂肪酶產(chǎn)品其pH 穩(wěn)定性多在中性偏堿范圍內(nèi)，對(duì)酸的耐受性較差（Claudia，1999），而添加于飼料中的脂肪酶必須要經(jīng)過胃腸道的酸性條件及內(nèi)源酶的水解到達(dá)作用位點(diǎn)，并能夠在作用位點(diǎn)的pH 范圍內(nèi)具有較高的活性，因此絕大多數(shù)已實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的脂肪酶并不適合于飼料用?；谶@種現(xiàn)狀，對(duì)脂肪酶研究進(jìn)行一些探索性的工作，從而推動(dòng)脂肪酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用，也是一件非常有意義的工作。