植酸酶在饲料行业的应用

刘佳适

植酸酶在饲料行业的广泛应用，给这个行业带来了很大的影响。也引起了业界的普遍关注，植酸酶不仅仅是一个产品，已经成为一种社会现象。2005年挑战集团的植酸酶荣获了中国重大科技进步与应用奖，现在先让我们从历史的角度来了解一下植酸酶。 　　早在1907年，Suzuki和其他学者就报道磷能从有机含磷底物中被释放出来，植酸酶就引起了人们的注意，但那时生产成本太高无法应用。直到90年代，国外几家大公司利用基因工程技术，成功开发出商品化产品。1996年巴斯夫的植酸酶产品最先开始在中国推广。由于植酸酶在饲料行业的应用，既具有安全、环保、高效、经济的特点，又具有很好的社会生态环境效益，因此，在欧洲大部分国家均已强制使用植酸酶；东南亚的韩国、日本、台湾也在推进植酸酶的使用；我国全面实施《畜禽养殖业污染物排放标准》后，推动了中国植酸酶在饲料行业的更广泛应用。 　　中国的饲料企业由于经济发展水平等原因很少考虑环境问题，因此在推广植酸酶产品时，使企业不会因为可以减少磷、氮排放，减少环境污染而使用植酸酶。起初饲料企业使用植酸酶与使用磷酸氢钙相比几乎不降低成本，饲料企业使用植酸酶主要是为了提高磷的利用率、节省饲料配方空间。到1999年，“让饲料企业添加植酸酶以后能降低饲料成本、产生经济效益是推动植酸酶在中国使用的真正动力。”以创始人蔡辉益博士领导的挑战集团决心应对这个富有时代意义的“挑战”！ 　　2004年下半年，由于磷矿石资源有限、相关原辅材料涨价及环保要求的提高，磷酸氢钙生产成本大大提高，售价居高不下，这些原因使国内许多企业开始大量使用植酸酶。在2004年，由于使用植酸酶，一年中我国的养殖业已经少向环境排放了近4.2万吨磷，折合25万吨磷酸氢钙。——中国近三十年的发展在很大的程度以牺牲环境为代价，越来越多的人已经意识到添加一点植酸酶，原来就可以换一片绿意！ 　　植酸酶改变了饲料企业对酶制剂的认识，推动了中国饲料添加剂行业的发展，成为行业关注的热点，同时也成为很多企业重点开发追求经济效益的产品，从1994年进入中国，到1999年国内开始生产，再到2005年在国内市场进行生产或销售的企业大大小小达数十家，并且还有许多大型的饲料企业纷纷宣称要进入酶制剂这个生物技术领域，中国的植酸酶市场不由分说成了一个过度竞争的市场。这种情况下，“价格竞争”几乎成为这些企业进入市场最重要的手段。
编辑本段现代发展
　　众所周知，植酸酶这个产业不管如何发展，它从添加剂行业的热点到慢慢退色将是必然，毕竟它支撑不了一个规模的行业，但它将一定能继续为中国饲料业的发展作出它的贡献，它带来更多的将是行业社会效益，而不一定是企业效益。在中国饲料酶制剂行业扮演重要的角色的挑战集团，一直在为行业的有序发展作着不懈的努力！ 　　当今科学以令人讶然的速度在发展，世人的思想也随之在改变：过去，我们何尝会想到“为了环保”去做些什么，眼下，就是在偏僻的农村，人们也知道保护环境就是保护自己。——“加上”一点植酸酶，就可以“减少”很多污染，这种加减法其中的精妙之处让人无限遐思：沿着科技的轨道前行，我们拥有的将会是一个苍苍横翠微的绿色家园！

刘佳适

1影响植酸酶作用的因素
　　1．1酶本身的活力CromwEll等（1993，1995）报道，添加500和1000U/kg高活力的植酸酶可分别增加玉米-豆粕型日粮磷利用率23%和33%，而添加500、1000和2000U/kg的低活力植酸酶提高日粮磷的利用率分别只有7%、10%和20%。
　　1．2底物的浓度及其分布在一定范围内，植酸含量升高，酶催化反应的速度也随之加快；但当其超过一定临界浓度时，植酸酶的活性可被抑制。该临界浓度因酶的来源不同而异，范围从0.3mmol/L（来源于米曲霉菌）到20mmol/L（存在于大豆中）。
　　此外如前所述，谷物和油籽中植酸分布有其各自特点，这曳欠ㄐ畔⒇影响植酸酶的催化作用。
　　1．3温度、湿度及pH值在浸湿和加热下，种子中植酸可被降解，如浸湿和加热到60℃持续10h可使干的小白豆中植酸减少90%（ChAng等，1977），这主要是种子中自身植酸酶活性升高的缘故。KEmmE等（1993）报道，用水浸湿日粮（添加微生物植酸酶）可提高钙和磷的消化率，因而湿法喂猪这种技术不仅可以湿化饲料，而且可以促进酶的催化作用，提高日粮营养物质的利用率。
　　Simons等（1990）报道，低pH的发酵乳清有助于提高脂类饲料中植酸酶的活性；HEijEn等（1993）亦报道日粮中添加乳糖可明显提高微量元素的吸收。这主要是由于其pH适合于酶的水解作用。
　　1．4植物的细胞壁植酸酶欲起催化作用首先得与植酸自由结合，因而细胞壁破裂使得植物组织中植酸释放出来，是酶与底物结合的先决条件。HAn（1988）发现用溶细胞酶溶解细胞可使植酸酶的水解作用进一步升高。
　　1．5酶活的抑制物和激活物棉籽粕中的棉酚在肠道中可降低植酸酶活性。作为酸性磷酸酯酶的抑制物—NAF，对豆科植酸酶也起抑制作用（SutArDi等，1986）。Zn2＋、FE3＋和Cu2＋盐对豆科中的植酸酶起抑制作用，而FE2＋对酵母植酸酶有轻微的激活作用（NAyini等，1984）。Mg2＋、CA2＋和Co2＋可激活菜豆和小麦的植酸酶（PEArs，1953），CA2＋能使花粉中植酸酶的活性提高近3倍（HArA等，1985；SCott等，1986）。
　　1．6钙∶总磷的比率（CA∶TP）EDwArDs等（1983）报道，当日粮中钙和磷增加时植酸磷利用率下降；QiAn等（1996）报道，火鸡日粮中当CA∶TP比大于1.4∶1时，生产性能和磷的利用率降低。因此植酸酶提高磷利用率的作用与日粮中钙水平有关（LAntzsCh等，1995），其作用机理有如下几个方面：1）高钙使得钙和磷形成不溶性盐，尤其当日粮中磷水平低于需要量时，从而降低了磷的吸收；2）高钙和植酸形成的螯合物不利于植酸酶的作用，从而降低植酸酶活性和效率（WisE，1983；FishEr，1992）；3）高钙可直接降低植酸酶的活性和效率（BhAnDAri，1980；JongBloED等，1993；LEi等，1994）。
　　1．71，25-二羟维生素D3（1，25-（OH）2D3）MitChEll等（（1995）报道，0～3周龄肉仔鸡日粮中添加5μg的1，25-（OH）2D3或600U/kg植酸酶可替代0.1%的无机磷，当二者同时添加时可替代0.2%，而且植酸酶和1，25-（OH）2D3在体增重、骨灰分含量和佝偻病方面存在明显互作（MitChEll等，1996）。WAssErmAn等（1973）报道，1，25-（OH）2D3可促进鸡和大鼠对磷的吸收；EDwArDs（1993）报道，添加1，25-（OH）2D3可提高鸡对植酸磷的利用率。因此一旦植酸酶将磷从植酸上释放出来，1，25-（OH）2D3就可促进肠道对磷的吸收。EDwArDs等（1995）报道，1，25-（OH）2D3可提高仔鸡对钙的利用，这样可以降低钙对植酸酶活性的抑制（BhAnDAri，1980；JongBloED等，1993；LEi等，1994），因而肠道中1，25-（OH）2D3可间接提高植酸酶的活性，这在鸡中得到了证实（DAviEs等，1970），但对鸭（EDwArDs，1994）和产蛋鸡（MitChEll等，1996）还有待于进一步证实。
　　2植酸酶的应用剂量日粮中植酸酶的添加量依其植酸含量、动物品种及其他一些因素而定，如在蛋鸡饲料中当底物（植酸）浓度在0.18%～0.20%左右时，磷当量为300U植酸酶＝0.08%～0.10%的可利用磷，即有50%的植酸被水解；而对肉鸡和猪则需500U的植酸酶。肉仔鸡、猪（仔猪和生长猪）和产蛋鸡的推荐添加量分别为500～700、400～500和300～500U/kg日粮。
　　酶的应用还存在酶最大反应剂量问题。以往研究结果表明，猪日粮中添加植酸酶的最大反应剂量为700～1200U/kg（见表3），在低磷日粮中平均为1000U/kg。
　　表3猪对植酸酶的最大反应剂量
日粮 最大反应剂量
　　（U/kg） 有效磷水平
　　（%） 资料来源
断奶仔猪 玉米豆粕型 1200 0.05 LEi等，1993
生长猪 双低油籽粕高粱型 800～1200 0.06 VEum等，1994
生长猪 大豆粕半纯合日粮 700～1000 0.05 Yi等，1996
　此外植酸酶、1，25-（OH）2D3和日粮中CA∶TP比是影响植酸降解和提高日粮中磷和钙利用率的重要因素（QiAn等，1997）。如CA∶TP比从2.0∶1下降到1.2∶1，可使植酸酶的作用增加16%，提高钙、磷的消化率和血浆钙水平，增进骨骼性能，改善生产性能。
　　3植酸酶应用中有待进一步解决的问题
　　3．1适宜的pH值如常用的无花果曲霉菌植酸酶其最适pH为2.5和5.5，当pH低于2.5时其活性比pH在5.5时要下降48%，因而这使得如何在胃肠pH条件下保持酶的最大活性成了问题。
　　3．2酶的耐热性虽然植酸酶有较高的耐热性，但在70℃下制粒酶活性也有较大的损失。这已成为植酸酶能否在高温制粒和高温灭菌、消毒的现代饲料加工工业中得到广泛应用的关键问题之一。