旋轉磁場對飼用植酸酶活性影響的試驗研究

賈志光 孫鐵雷 陸文清

植酸是植物性飼料中普遍存在的一種抗營養因子，它能結合飼料中多種礦物質元素、蛋白質，甚至消化液中的消化酶，但卻不能被單胃動物消化降解[1]，從而降低了飼料中營養成分的消化利用率。植酸酶是畜禽飼料及食品中的一種重要的添加劑，它能夠降解飼料中30%以上的植酸磷，提高鈣等微量元素和氨基酸的利用率，對礦物質元素的利用具有全面的促進作用。Mroz等[2]在生長豬的玉米-豆粕型日糧中添加800 FTU/kg植酸酶，粗蛋白、賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸和精氨酸的消化率分別提高了2.5%、0.9%、3.9%、1.2%和2.5%，氮的沉積率提高了5.4%。在仔豬和生長豬飼料中添加植酸酶，可顯著提高日增重和飼料轉化率[3]。另外，飼料中添加植酸酶還可以顯著降低動物糞便中磷的含量，減輕對環境的污染，動物糞便中的磷泄入水源會造成水的富磷化，植酸酶的應用可以大大緩解污染程度，減少量達25%～65%[4]。現在大量的試驗數據和實際應用結果都肯定和支持了植酸酶的作用效果[1]。

近年來，生物磁學被人們所關注，磁場對酶活性影響也被越來越多的學者研究[5]。據國內相關試驗報道，外加恒定磁場對過氧化氫酶、α-淀粉酶分子的空間結構均有影響，并能增強其活性[6]。Blank在2001年提出脈沖磁場會加速Na、K-ATP酶和CO的反應[7]。2005年，Porcaccio發現130 Hz、1 mT的極低頻磁場可最大程度地提高可溶性HRP的活性;包埋和共價結合的HRP最適活性激發頻率分別為150和70 Hz[8]。Ravera等研究了極低頻電磁場對牛視網膜中桿外體節的腺苷酸激酶（AK)活性的作用，75 Hz、125 μT 的電磁場會顯著影響桿外體節膜AK活性，使桿外體節膜或盤膜產生的ATP降低約54%[9]。以上研究均是脈沖磁場、恒定磁場，但關于旋轉磁場的研究較少；而對于植酸酶活性研究方面也多集中在常規因素（溫度、pH值、無機鹽離子等）。就目前掌握的資料來看，尚未發現關于旋轉磁場對酶活性影響的分析報道，但在實際生產、生活中，加工機器中的電動機均為旋轉磁場，且大多數設備會有一定高頻諧波的泄漏。本文以植酸酶為例，初步介紹了旋轉磁場對其活性的影響，為旋轉磁場對生物蛋白質等的影響做出初步研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于農業部飼料工業中心酶工程實驗室，植酸酶樣品屬性及產地見表1。

表1 植酸酶樣品屬性

1.2 儀器設備

試驗儀器設備及型號見表2。

表2 儀器設備及型號

1.3 試驗方法

4種樣品分別在旋轉磁場發生器的磁場強度1（90 V、200 mA、R=0 cm）、磁場強度 2（110 V、230 mA、R=0 cm）、磁場強度 3（110 V、230 mA、R=12.5 cm）、磁場強度4(110 V、230 mA、R=25 cm)條件下分別處理，在 0、5、10、15、20、25 min 采樣、檢測樣品活性。

1.4 測定方法

依照國家標準GB/T 18634—2002飼用植酸酶活性的測定:分光光度法[S]（2002）(釩鉬磷顯色法進行測定)[10]。

2 結果與分析

2.1 旋轉磁場分析

在旋轉磁場處理酶制劑過程中，裝有酶制劑的試管安置在旋轉處理裝置的主體中心位置，與裝置的內部沒有任何電氣連接，并隔有空氣絕緣，如圖1所示。旋轉處理裝置的工作原理類似普通的異步電動機，二者相比較如圖2所示。被處理的酶制劑類似于電動機的轉子，旋轉電磁場類似于電動機的定子。電機的定子由硅鋼片疊成的圓環形鐵芯和嵌在其中的繞組構成。當在定子上通入多相交流電時，就激發產生同步速度旋轉的電磁場。當它滲入到轉子并切割其中的導電條，在導電條上產生感應電流，與電磁場相互作用產生電磁力，從而驅動轉子旋轉。與之類似,當旋轉磁場發生裝置上通過兩相或三相交流電時,在其中產生一定同步速度的旋轉電磁場。

圖1 旋轉磁場發生裝置原理簡圖

圖2 異步電動機和旋轉發生裝置的比較

圖3 測量旋轉磁場裝置坐標系建立示意

測量結果如圖4、5，場強強弱由小到大排列順序如下：磁場強度 1（0.81 mT）＜磁場場度 4（1.08 mT）＜磁場強度 3（1.19 mT）＜磁場強度 2（1.22 mT）。

2.2 磁場對酶活的影響

在室溫條件下，將4種不同的植酸酶按1.3節處理后，按1.4節測量出的植酸酶的活性變化曲線，如圖6～圖9所示。

圖4 磁場強度的變化與豎直測量距離h之間的關系（電流強度 230 mA,0＜θ＜360°)

圖5 在不同電流下磁場感應平均強度與測量半徑(h=0)之間的關系

圖6 酶A不同磁場強度下的酶活變化曲線

圖7 酶B不同磁場強度下的酶活變化曲線

圖8 酶C不同磁場強度下的酶活變化曲線

圖9 酶D在不同磁場強度下的酶活變化曲線

圖6～圖9表示為植酸酶A、B、C、D隨不同磁場場強的酶活性變化的擬合曲線。從試驗結果看出，磁場使酶A活性降低小于4%、對B無影響、對D活性減少不超過10%，但C在施加磁場后活性減少到原活性的50%左右。

3 討論

酶作為活性生物分子，其活性的高低從根本上取決于酶分子構象的合理程度。磁場作為高能物理形式，作用于酶分子時，釋放的能量可導致酶分子的構象發生變化，從而影響其催化活性的變化。合理的構象變化可使酶活力增高，而不合理的、甚至是破壞性的變化降低了酶的催化活力。

外界磁場作用導致酶在溶液中空間結構發生變化，從而導致酶的活性部位的構象也發生了變化，引起了酶的失活。隨著作用時間的增加，維系活性部位空間結構的減少或較弱的次級鍵受到破壞，造成酶活性的降低，甚至失活，不同強度的磁場對酶空間結構的影響程度不同，因而酶活性變化的程度也不同。

外界能量場對酶活性影響產生差異，出現不同的試驗結果，對于其作用機理還存在較多爭議。總的歸納起來存在兩種觀點：一種觀點認為，能量場影響或破壞了酶原有的自身結構，如蛋白質螺旋解體、蛋白質變性等而引起失活；另一種觀點認為，能量場直接影響酶的活性部位，可能破壞了酶與底物結合的部位，增大或改變了酶的活性部位，從而導致酶的活性發生變化[11-12]。Wang等（2004a）利用內源熒光光譜和圓二色光譜及酶活性分析技術對植酸酶的試驗研究認為：酶的活性喪失很可能是酶分子活性中心構象的變化引起的[13]。

在此前的高壓靜電場對飼用植酸酶活性影響的試驗中，在其他酶活性不同程度升高的前提下，酶C活性反而下降，但下降到30%后保持穩定[14]。而本實驗中，保持在50%左右。推測C分子內氫鍵作用力較弱，酶的活性中心構象不穩定，受到電磁場作用后，極易變形，達到某種結構后保持相對穩定，酶活性也由穩定后的結構決定。

4 結論

①酶制劑的品種、制劑性狀、初始酶活值等都是影響其酶活性變化的因素，液體酶制劑活性受旋轉磁場影響較固體酶制劑小；

②磁場類型和強度可以對酶活性產生不同作用效果，旋轉磁場對于某些酶活性無影響；

③不同能量場對酶活性影響不同，即便同一場對不同酶活性影響也不相同，而且不一定是線性變化；

④酶的空間結構受到外界電磁場影響后發生改變，達到一定程度后保持相對穩定狀態。

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