飼用α-半乳糖苷酶活性檢測方法的探討

李靈平

（河南省畜產品質量監測檢驗中心，河南 鄭州 450008）

α-半乳糖苷酶又稱蜜二糖酶，是一種外切糖苷酶類，可以催化不同含有α-半乳糖苷類物質的底物，α-半乳糖苷是由1 個蔗糖與1 個或多個半乳糖以α-1，6-糖苷鍵連接而成的不溶于水的低聚糖，廣泛存在于畜禽飼料中，大豆、豆粕、棉粕、菜籽粕等α-半乳糖苷含量較豐富。由于單胃動物（畜禽）體內缺乏水解α-半乳糖苷糖類的酶，食糜中α-半乳糖苷不能被消化吸收利用，在動物腸道內大量聚集，使動物產生腹瀉等癥狀，是飼料中主要的抗營養因子之一，這種抗營養因子會降低飼料中糖類和蛋白質的利用率。α-半乳糖苷酶在飼料中添加應用已相當普及，可以作為飼料添加劑提高飼料利用率，是降解飼料中抗營養因子α-半乳糖苷的關鍵酶。α-半乳糖苷酶作為一種新型飼料添加劑，在飼料工業應用日益廣泛。酶制劑活性的測定是酶制劑應用效果評價的重要組成部分，也是評價酶制劑最直接、經濟有效的方式，然而作為衡量酶制劑質量的重要指標——酶活力的檢測，國內至今還沒有統一標準，還沒有國家標準或行業標準測定方法，使得α-半乳糖苷酶酶活性的檢測比較混亂。

α-半乳糖苷酶廣泛存在于植物、微生物和哺乳動物某些組織中，來源不同，其測定方法和原理有差異，微生物發酵生產是其重要來源途徑，α-半乳糖苷酶的微生物生產菌株主要有利用基因工程菌株如大腸桿菌、畢赤酵母菌誘導表達，還有通過自然篩選選育出的乳酸菌、芽孢桿菌、青霉、木霉、曲霉菌等。據研究報道所知，α-半乳糖苷酶活性的測定，可以按照作用底物能力劃分，α-半乳糖苷酶作用水解半乳糖苷的寡糖底物通常為棉子糖、水蘇糖、蜜二糖和毛蕊花糖等，工業上常用的有三種檢測方法測定α-半乳糖苷酶的活性，一是葡萄糖氧化酶法，通常以蜜二糖為底物，用葡萄糖氧化酶酶解蜜二糖為葡萄糖，再用warburg 壓力計測定其含量法；二是Nelson/Somogyi 比色法，通常以棉子糖為底物，棉子糖經酶解后用Nelson/Somogyi 還原糖分析法測定還原糖含量而計算出α-半乳糖苷酶酶活力；三是以對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖苷（ρ NPG）為底物ρNPG法，以ρNPG為底物，經酶解后測定對硝基酚的含量計算出α-半乳糖苷酶酶活力。三種測定方法用于飼用α-半乳糖苷酶酶活力的測定比較分析，葡萄糖氧化酶法測定步驟較繁瑣復雜；Nelson/Somogyi 還原糖分析法由于飼料中成分復雜，含有豆粕、棉粕等半乳糖苷類成分等影響測定的干擾因素多，另外，飼用酶制劑的載體含量較多，還原糖含量較高，導致測定結果不準確；對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖苷（ρNPG）為底物的ρNPG法，飼料中與ρNPG結構類似物少，具有抗干擾能力強，操作方便等特點，較適宜用于飼用α-半乳糖苷酶酶活力的測定，α-半乳糖苷酶的優選底物是對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖苷（ρ NPG），優選方法為對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖苷（ρNPG）為底物ρNPG法。其測定方法如下。

1 酶活力定義

α-半乳糖苷酶活性單位：在一定條件下，每分鐘分解ρNPG 底物生成1 μmol 對硝基酚所需的酶量為一個α-半乳糖苷酶酶活單位。

2 原理

α-半乳糖苷酶與對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖（ρNPG）反應后，生成有色物質對硝基（苯）酚，通過吸光度值的變化得出對硝基（苯）酚的生成量，即可計算出α-半乳糖苷酶酶活力。

3 儀器與設備

pH計：精確到0.01 pH值；分析天平：感應0.0001 g；紫外-可見分光光度計：波長準確度±1 nm，吸光度值精確至0.001；恒溫水浴槽：控溫精度±0.5 ℃；離心機；磁力攪拌器：附加熱功能；秒表；移液器：精度1μL。

4 主要試劑

無水醋酸鈉（AR）；冰醋酸（AR）；碳酸鈉（AR）；對硝基酚（ρ-nitrophenol，ρ NP）標準品（純度99%）；對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖苷（ρ-nitrophenyl-alpha-D-galactopyr anoside，ρNPG）（純度98%）（AR）；試驗用水符合GB/T6682規定的二級水標準。

5 試劑配制

5.1 pH值5.0醋酸鈉緩沖液

A：0.05 mol/L 醋酸鈉緩沖液：稱取無水醋酸鈉4.2 g 定容至1 000 mL。

B：冰醋酸溶液：稱取冰醋酸3.0 mL定容至1 000 mL。用B調節A至pH值5.0即成。

5.2 0.2 mol/L碳酸鈉溶液

0.2 mol/L 碳酸鈉溶液：稱取21.198 g 無水碳酸鈉，定容至1 000 mL。

5.3 10 mmol/L對硝基（苯）酚標準（儲備）溶液

10 mmol/L對硝基（苯）酚標準溶液：準確稱取0.1391g對硝基（苯）酚，用0.2 mol/L 碳酸鈉溶液定容至100 mL，4℃下保存。

5.4 10 mmol/L對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖苷（ρNPG）溶液

10 mmol/L 對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖苷（ρNPG）溶液：稱取0.3031g 對硝基酚-α-D-吡喃半乳糖苷（ρNPG），用0.05 mol/L pH值5.0醋酸鈉緩沖液定容至100 mL，置棕色試劑瓶于4℃下保存。

6 分析步驟

6.1 標準曲線的繪制

依次移取10 mmol/L 對硝基（苯）酚標準（儲備）溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 mL，用0.2 mol/L 碳酸鈉溶液定容到100 mL，配成濃度即為0.1 mmol/L、0.2 mmol/L、0.3 mmol/L、0.4 mmol/L、0.5 mmol/L、0.6 mmol/L、0.7 mmol/L 的對硝基苯酚標準工作液。

分別吸取0.5 mL 對硝基酚標準工作溶液（做3 個重復）于試管中，分別加入0.5 mL 醋酸鈉緩沖液；然后在對照的空白樣試管中加入1.0 mL 醋酸鈉緩沖液（做3 個重復）；在所有試管中加入4.0 mL 碳酸鈉溶液，振蕩，在405 nm處測定吸光度OD值。

對硝基酚標準曲線繪制：以對硝基酚濃度（x）為橫坐標，吸光度值OD405值（y）為縱坐標，繪制標準曲線。用Excel做出標準曲線，要求R2＞0.999。

6.2 酶液的制備

6.2.1 固體樣品待測酶液制備

酶液制備：通過“四分法”精確品稱取α-半乳糖苷酶1.0 g 左右，用醋酸鈉緩沖液溶解然后定容至100 mL，37 ℃水浴，150 r/min震蕩30 min，3 000 r/min離心20 min，過濾得上清液即粗酶液備用。

根據酶活力高低，可將粗酶液適當稀釋，使吸光度值OD405值在0.1～0.6之間，所得酶活力較為準確。

樣品測定：將粗酶液和ρNPG底物溶液于37 ℃下水浴預熱10 min，然后再吸取各溶液0.5 mL 充分混合，37 ℃恒溫水浴10 min，加入4.0 mL 碳酸鈉溶液，振蕩混勻，終止酶反應，在405 nm 測定吸光值。

空白測定：另取0.5 mL 稀釋酶液和4.0 mL 碳酸鈉溶液37 ℃預熱3 min，然后加入ρNPG 底物溶液，37℃水浴10 min，在405 nm 測定吸光值，作為空白對照。

6.2.2 液體樣品待測酶液制備

將液體樣品待測酶液3 000 r/min離心20 min，過濾得上清液即為粗酶液備用。

根據酶活力高低，可將粗酶液適當稀釋，使吸光度值OD405值在0.1～0.6之間，所得酶活力較為準確。

樣品測定：稱取α-半乳糖苷酶酶液和ρNPG底物溶液于37 ℃下水浴預熱10 min，然后再吸取各溶液0.5 mL 充分混合，37 ℃恒溫水浴10 min，加入4.0 mL 碳酸鈉溶液，振蕩混勻，終止酶反應，在405 nm 測定吸光值。

空白測定：另取0.5 mL 酶液和4.0 mL 碳酸鈉溶液37 ℃預熱3 min，然后加入ρNPG 底物溶液，37℃水浴10 min，在405 nm 測定吸光值，作為空白對照。

7 酶活計算

7.1 固體樣品

按照標準曲線回歸方程計算α-半乳糖苷酶酶活力，其計算公式如下：

α-半乳糖苷酶酶活力（U·g-1）A＝[（Ax-A0）×K+C0]×Df/mt

式中：Ax：樣品酶液吸光度OD值；A0：空白吸光度OD值；K：對硝基（苯）酚標準曲線的斜率；C0：對硝基酚標準曲線的截距；Df：稀釋倍數；m：稱取樣品質量/g；t：反應時間/min。

7.2 液體樣品

按照標準曲線回歸方程計算α-半乳糖苷酶酶活力，其計算公式如下：

α-半乳糖苷酶酶活力（U·mL-1）A＝[（Ax-A0）×K+C0]×Df/vt

式中：Ax：樣品酶液吸光度OD值；A0：空白吸光度OD值；K：對硝基（苯）酚標準曲線的斜率；C0：對硝基酚標準曲線的截距；Df：稀釋倍數；v：吸取樣品酶液體積/mL；t：反應時間/min。

8 討論

α-半乳糖苷酶作為一種活性微生物制劑，它對溫度、反應pH 值十分敏感，不同菌株生產的纖維素酶最適作用pH 值、最佳作用溫度有所不同，測定方法有待進一步探討。

考慮到飼用酶制劑的作用環境，飼用酶制劑的作用位點是動物的消化道，其反應的pH值和溫度與工業酶制劑最高酶活條件差異，建議反應溫度37 ℃，反應體系pH 值5.0條件下進行。