窥探植酸酶

007畜牧

　　
      植酸酶产品在动物和人类营养方面有非常广泛的应用，植酸酶可分解植酸(即肌醇六磷酸)，植酸是植物体内磷酸盐和肌醇的重要储存形式。植酸酶是一种新型的食品添加剂，能降低食物中的植酸而提高磷、锌、钙和铁等的利用率，改善人体对矿物质的吸收。磷是维持动物生长发育等生命活动必需的重要矿物质，同时也是饲料中最昂贵的组分之一，植酸酶可催化植酸盐水解，使植酸盐中的磷以磷酸根的形式分离出来从而被动物吸收，提高磷的利用率，降低环境污染。
　　1、植酸酶
　　在很多动植物及微生物体内都含有植酸酶，植酸酶存在于各种脊椎动物的红细胞和血浆中，也存在于哺乳动物小肠中，植酸酶还存在于小麦和大豆等植物体中。微生物植酸酶的产量高、活性高和成本低，适宜大规模工业化生产。
　　1．1植酸酶的种类
　　1)按来源不同可分为微生物植酸酶、植物性植酸酶和动物性植酸酶。
　　2)按作用方式可分为3-植酸酶和6-植酸酶，3-植酸酶存在于植物、霉菌和细菌中，需Mg2+参与反应，性质稳定，耐酸和耐高温，在饲料工业中已被广泛使用。6一植酸酶只存在于植物中，适宜pH 5．0～5．5，对温度较敏感，超过60～65℃极易被破坏。
　　3)按加工工艺不同可分为粉状、颗粒状和液体状植酸酶。粉状植酸酶在高温和高湿环境中易失活；脂肪包被颗粒型植酸酶在高温下脂肪膜易被融化，使植酸酶被释放出来而失活；因植酸酶在饲料中添加量极小，对喷涂精度要求高，故液体状植酸酶在饲料工业中较少使用；经特殊镶嵌的颗粒状植酸酶，热稳定性高，储存期长，在动物体内释放速度快，流动性好。
　　4)按酶促反应的pH有效作用范围可分为酸性植酸酶和中性植酸酶。适用于畜禽的pH 2．5～5．5有效作用范围为酸性植酸酶，适用于鲤科鱼类的pH7．0～7．5有效作用范围为中性植酸酶。
　　1．2植酸酶的特性
　　植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是一种特殊的酸性磷酸酶，适合pH为4～6，对温度的适应性要求较高，一般适宜温度在46～57℃，当超过60℃时，植酸酶的活性有部分损失，温度达70℃时，则酶活性大部分丧失。经制粒镶嵌成型的植酸酶，最高耐温达85℃。
　　1．3植酸酶的作用机制
　　植酸酶能将植酸分解成为肌醇和磷酸。植酸酶将植酸分子上的磷酸基团逐个切下，形成IP5、IP4、IP3和IP2的中间产物，终产物为肌醇和磷酸。微生物产生的3-植酸酶作用于植酸时，从植酸的第3碳位点开始水解酯键而释放出无机磷，然后再依次释放出其他碳位点的磷，最终酯解整个植酸分子，这种酶需Mg2+参与催化过程。来源于植物的6-植酸酶，首先在植酸的第6碳位点开始催化而释放出无机磷。从理论上讲1g植酸完全分解可释放出281．6mg的无机磷。植酸酶将植酸分解为肌醇和磷酸酯，不能彻底分解成肌醇和磷酸，要彻底分解肌醇磷酸酯，需酸性磷酸酶的帮助，酸性磷酸酶可将单磷酸酯和二磷酸酯分解成肌醇和磷酸。
　　1．4植酸酶活性的定义与当量值
　　植酸酶的l个酶活单位(FTU)是指在pH 5．5，温度37℃条件下，每分钟从0．0051 mol／L植酸钠溶液中释放出1 μmol无机磷所需酶的数量；使植酸酶水解植酸，释放1 g的磷，每千克日粮需添加植酸酶的单位数，称为植酸酶的当量值。不同动物，其当量值不同，产蛋鸡为250 FTU／kg日粮，肉仔鸡为900 FTU／kg日粮，猪为600 U／kg日粮。
　　2、植酸酶在食品工业中的应用
　　植酸酶是一种新型的食品添加剂，植酸酶的活性因植物的种类不同而有很大差异，黑麦、小麦、大麦和小麦麸中的植酸酶活性很高，而玉米、燕麦和大豆饼中的植酸酶活性很低，有的甚至没有活性，通常在这一领域的研究主要集中在改善人体对矿物质的吸收和提高食品加工技术。
　　2．1改善人体对矿物质的吸收
　　在谷类和豆制品中，植酸能抑制铁的吸收，研究发现，六磷酸肌醇和五磷酸肌醇都可抑制铁的吸收。三磷酸肌醇和四磷酸肌醇单独存在时没有显示这种副作用，但当他们与六磷酸肌醇和五磷酸肌醇共存时将会加强对铁的抑制。这与人体缺铁有很大的相关性，如发展中国家婴儿普遍缺铁，在孕育期的妇女和素食者中缺铁现象更为严重。所以，为提高谷物和豆制品中铁的吸收，最好是将肌醇磷酸盐降解为比三磷酸肌醇低的肌醇磷酸盐的形式。
　　2．2提高食品加工技术
　　研究表明，使用植酸酶减少食物中植酸的含量可能会更有效，小麦本身含有植酸酶，降解部分植酸，但降解量有限，在面粉中加入植酸酶，植酸几乎被完全降解，可大大提高植酸的降解率。人的小肠中，植酸酶的活性极低，难以利用植酸盐，在面团中加入同位素铁，通过测定人血液红细胞中的铁含量来检测植酸酶对铁吸收的影响，结果发现，在面团中加入黑曲霉植酸酶，铁的吸收率从14．3％提高到26．1％，提高98％，在面团中添加植酸酶可大大提高植酸的降解率。
　　食品级的纯化植酸酶可用于婴儿食品，特别是豆奶制品中，以解除抗营养因子；可用于处理粮食，以分解粮食中的植酸(盐)，减少植酸对微量元素的螯合，提高粮食的营养价值；在大豆加工中可对大豆蛋白进行酶催化改性，从而提高其营养价值和商品价值。面包生产过程中添加植酸酶可清除揉面中的植酸，面包制作中用的植酸酶应该是安全无毒，高活性，钙依赖型；面包焙烤过程中植酸酶的应用效果证实，植酸酶是一种很好的面包改良剂，它在不改变面团pH的条件下大大缩短了面包的醒发时间，并且改善了面包的质地；浸渍是玉米浆的生产程序之一，微生物植酸酶能加速这一过程，改良株胚的分离，获得高产量的淀粉和面筋，并能改善玉米浆的品质，在谷物淀粉加工中处理废弃物，降低对环境的污染。
　　植酸酶还能有效减少大米粉、小麦粉、玉米粉、燕麦粉和高粱粉中的植酸，植酸的降解情况可用食品中铁的吸收率来评价，麦片中植酸的含量为0．12％～0．89％，经植酸酶处理后，植酸的含量≤0．002％，铁的吸收率显著提高。在食品加工过程中，如烹饪、发芽、热处理、发酵和浸泡等也能减少食品中的可溶性植酸的含量。
　　3、植酸酶在饲料中的应用
　　由于反刍动物瘤胃内微生物能合成包括植酸酶在内的多种消化酶，所以，植酸酶多数情况下在单胃动物(猪和鸡等)饲料中使用。
　　3．1植酸酶在猪饲料中的应用
　　在试验条件下，猪饲料中添加植酸酶，可使总磷的消化率提高9～24百分点，磷的利用率提高50％～74％，猪的生长速度、饲料利用率、蛋白质及矿物质元素的沉积都有不同的提高。
　　3．1．1植酸酶在仔猪饲料中的应用
　　G L Cromwell(1991)报道，500 FTU／kg植酸酶使1／3的植酸磷被分解，猪粪磷排出量减少34％-54％。添加500 FTU／kg植酸酶使仔猪平均增质量提高l2％-l6％，饲料转化率提高6％，磷的利用率提高28％～84％。添加l 000 FTU／kg植酸酶使玉米-豆粕中磷的利用率提高43％-57％。
　　Lei等(1993)报道，在体质量为8．18 kg的断奶仔猪日粮中用750 FTU／kg植酸酶替代全部无机磷后，显著提高磷沉积量，粪中磷排泄量也相应降低(P<0．001)，血液中磷和钙及碱性磷酸酶活性均接近正常水平。但要维持仔猪正常血清磷和钙水平，植酸酶的添加量需达到l 250 U／kg。
　　Young等(1993)报道，日粮中添加l 000 FTU／kg植酸酶，哺乳仔猪的增质量速度、磷消化率、血清磷、大腿骨灰分和磷含量等指标与添加0．17％无机磷相近。
　　Chiang等(1997)报道，用l 000 FTU／kg植酸酶全部替代体质量为20 kg至育成期仔猪日粮中的无机磷，仍可维持仔猪正常生长和骨骼强度。
　　高春生等(2006)研究植酸酶对(21±2)日龄断奶仔猪生长性能及对植酸磷代谢的影响，结果发现，与对照组相比，试验组平均曰增质量提高，其中1 000和1 500 FTU／kg植酸酶添加组差异显著，平均日采食量升高，可提高断奶仔猪的生长性能和磷的吸收，降低料肉比。
　　陈文等(2006)试验表明，在不同能量水平的仔猪日粮中添加750 FTU／kg植酸酶可提高长白×荣昌杂交仔猪的生长性能，降低仔猪增质量的饲料成本。降低仔猪饲粮有效磷则降低仔猪的生长性能，但增加仔猪增质量的饲养成本。0．26％的低磷饲粮中添加750 FTU／kg植酸酶，仔猪的生长性能持平或高于0．36％的高磷饲粮。
　　3．1．2植酸酶在生长猪饲料中的应用
　　Li等(1998)研究表明，在体质量为23．4 kg的生长猪玉米一豆粕型日粮中添加750 U／kg植酸酶全部替代无机磷，可释放出足够的磷满足猪的生长需要，其生产性能与添加无机磷日粮的相比无差异。
　　Gebert等(1999)试验表明，在生长猪至育成猪期的低磷玉米一豆粕型日粮中添加植酸酶，使钙和总磷比例由1．5：1降至l．0：1，可提高猪的生产性能和磷的利用率，所以，在畜禽低磷日粮中添加植酸酶，可提高磷利用率，达到提高生产性能的作用。
　　边连全(2004)试验证明，在添加500 FTU／kg微生物植酸酶的条件下，生长猪对小麦、稻谷和高粱中磷的表观消化率分别为77．64％、74．26％和64．38％，分别提高27．64％、41．84％和47．87％。
　　张永刚等(2006)试验表明，在生长猪日粮中只降低磷含量添加植酸酶不能使动物的生产性能达到正常水平；同时随着磷水平的降低，应同时降低钙水平，从动物采食量和生长速度及血液生化指标综合考虑比较适宜的钙和磷比例为1．4：1。
　　解鹏等(2006)研究玉米一豆粕型日粮中添加植酸酶时不同磷水平和钙磷比对生长肥育猪生产性能的影响，在日粮中添加植酸酶降低日粮磷水平，生长期内平均日增质量有所升高但差异不显著，而料重比下降。在肥育期内，平均日增质量随磷水平的升高而降低，这可能是由于添加植酸酶，降低日粮磷水平，提高植酸酶的效力，同样促进蛋白质及微量元素等其他营养物质的消化率。
　　3．2植酸酶在鸡饲料中的应用
　　研究证明，植酸酶作为添加剂饲喂鸡，鸡的生长速度加快，并能有效提高饲料转化率和磷利用率，添加植酸酶不仅提高磷的利用率，而且增强了鸡对高温的耐受力。
　　3．2．1植酸酶在蛋鸡饲料中的应用
　　P C Simons(1990)用24—56周龄的产蛋鸡做了32周试验，结果对照组因磷不足而出现了缺乏症状，但当添加很少的无机磷(0．06％)或很低水平的植酸酶(200 IU／kg)后，就使缺磷症状消失，当进一步提高无机磷或植酸酶添加量后，生产性能与其他的与磷营养有关的指标又进一步改善。添加植酸酶使排泄磷大幅度降低，证实了植酸酶将植物性饲料中的植酸水解，释放出鸡可吸收的磷。
　　张若寒等(1996)报道，蛋鸡料加300 IU／kg的植酸酶替代262 g无机磷，可保持产蛋性能不变，部分指标，如产蛋率(+2．2％)、料蛋比(-2．0％)、破壳率(-2．0％)、病死率(-4．1％)和胫骨总灰分(+4．8％)比对照组有所改善。计成等在23～28周龄的产蛋鸡饲粮中添加300和500 FTU／kg米曲霉植酸酶替代1．3％的磷酸氢钙，结果表明，在产蛋鸡饲粮中添加300 IU／kg植酸酶可达到添加l．3％的磷酸氢钙的饲养效果，而且蛋壳强度还有所改善。
　　楼洪兴等(1999)在肉鸡的玉米一豆粕型的日粮中添加植酸酶，粪尿中排磷量减少17％～42％，肉仔鸡体增质量和饲料报酬与对照组相比无显著差异。在家禽体内，植酸水解主要发生在嗉囊(pH 5～6)、肌胃和腺胃(pH 2～4)，在小肠中仍发现植酸酶有活性，甚至在大肠中也有发现。
　　程万莲等(2005)试验证明，在2～10周龄的海兰褐蛋鸡饲粮中添加5％的麦麸作为植物性植酸酶的来源时，蛋鸡的生长性能相对较好，而且蛋白质、钙和磷的利用率也较高。
　　白雪峰等(2005)在选择200日龄产蛋高峰期健康蛋鸡的日粮中添加300 FTU／kg禾本植酸酶并替代一部分来源于磷酸氢钙的无机磷，能提高蛋鸡的生长速度、饲料转化率和经济效益，试验证明，在蛋鸡日粮中禾本植酸酶替代一部分来源于磷酸氢钙的无机磷的最适合的比例是0．13％的有效磷，即可替代约75％的磷酸氢钙。
　　程时军等(2006)选择42周龄海兰褐蛋鸡，在对照组日粮基础上饲喂含不同添加量的植酸酶(150、300和600 FTU／kg)的日粮，来考察不同添加量的植酸酶对蛋鸡生产性能的影响，结果表明，l50 U／kg植酸酶添加量就可达到与目前市场上普遍使用300 FTU／kg植酸酶的效果，也能满足蛋鸡营养(磷)需要。
　　3．2．2植酸酶在肉鸡饲料中的应用
　　Sohail等(1999)在非植酸磷水平分别为0．225％和0．325％的玉米一豆粕型日粮中添加植酸酶，结果发现，低水平非植酸磷组肉仔鸡增质量、骨中矿物质含量、骨密度和强度显著提高，但高水平非植酸磷日粮组无变化。
　　吴东等(2004)采用AA肉仔鸡分5个处理进行试验证明，在总磷和有效磷水平一致的情况下，随着日粮中植酸磷水平的递增，磷的排泄量递减。
　　于旭华等(2005)研究表明，在低磷日粮中，使用植酸酶试验鸡的血液磷的含量低于饲喂正常磷水平日粮的试验鸡，植酸酶代替磷酸氢钙并不影响骨骼生长及骨骼的灰分、钙和磷等的沉积。
　　王章存等(2006)研究发现，复合酶和植酸酶对改善肉仔鸡生产性能和减少环境污染物排出方面，不仅可互补，而且有一定的加性效应，因而，同时在日粮中添加2种酶，鸡的生长速度、料重比、粪尿中氮、磷含量、舍内氨气及硫化氢含量等都优于单独添加植酸酶和复合酶。
　　李宗付等(2006)选用l日龄AA肉鸡研究在不同能量水平的饲粮中添加植酸酶对肉鸡生长性能和养分利用率的影响，结果发现，植酸酶和能量对肉鸡饲料利用率、干物质和钙的利用率存在显著的交互作用，能量水平为l2．13 MJ／kg的肉公鸡饲粮中添加500 FTU／kg植酸酶为最佳组合。
　　3．3植酸酶在鱼饲料中的应用
　　鱼类消化系统内缺乏内源性植酸酶，无法利用饲料中的植酸结合态磷。虽然配合饲料中总磷含量通常超过l％，但未被利用的植酸磷随粪便排入水体，刺激藻类生长，加快水体的富营养化，导致淡水水质恶化，正常的水生环境被破坏，鱼类疾病骤增，生长缓慢，这对于淡水水产业极为不利。如果利用植酸酶来改善水产动物对植物饲料中磷的利用，就可有效分解饲料中的植酸，释放无机磷，提高植酸结合态磷的利用率。国外研究证明，植酸酶用于鱼饵料中可著提高饵料中磷的利用率，加快鱼体增质量，促进骨骼中磷的沉积，减少矿物元素添加剂用量，降低饵料系数。
　　杨雨虹等(2006)选用300尾体质量为50 g的鲤鱼鱼种，在基础饲料的基础上，添加不同量的植酸酶，试验结果证明，饲料中添加3000和1 500 FTU／奴植酸酶显著促进鲤鱼生长，降低饲料系数，提高饲料中磷的利用率。与对照组相比，3000和1 500 FrU／k9植酸酶组鲤鱼的增重率分别提高61．06％和52．81％，鲤鱼对饲料中磷的表观消化率分别提高65．63％和61．65％，粪磷含量分别下降24．58％和22．88％，植酸酶可显著促进鲤鱼的生长和提高磷的利用率。
　　齐子鑫等(2006)通过对120尾黄河鲤鱼分别投喂不同剂量的植酸酶日粮，然后分析其肠淀粉酶、肠蛋白酶和肠脂肪酶活性，结果发现，植酸酶能提高黄河鲤鱼消化道淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活性，并且以1 000 FTU／kg,R酸酶添加量为效果最佳，从而促进有关营养成分的消化吸收。
　　高春生等(2006)选用l20尾当年草鱼鱼种，随机分为4组进行饲养试验。对照组饲喂基础日粮，其他3组在对照日粮的基础上分别添加500、1000和1 500FTU／kg植酸酶。结果表明，在饲料中添加植酸酶，可提高草鱼的平均日增质量、平均日采食量，降低饵料系数和病死率，而且饲料中添加植酸酶，可提高植酸磷的利用率，减少饲料中无机磷的添加量和植酸磷对养殖水体的污染。
　　4、植酸酶应用前景
　　在国外，植酸酶已开始试用在植物性食品的深加工领域，通过在这些植物性食品中加入适量的植酸酶来达到分解植酸磷，减少微量元素的螯合作用，以平衡营养。而我国食用型的植酸酶的研究和植酸酶产品的深度开发还是空白。目前，植酸酶主要应用在饲料方面，食用型植酸酶价格昂贵，生产技术不够成熟，需进一步研究。随着植酸酶生产技术的改进，人们生活水平的提高，膳食结构的合理化，植酸酶作为一种新型的食品添加剂必将有很好的应用前景。我国是养殖和饲料大国，存在着饲料资源不足及磷污染环境严重的问题，植酸酶有助于解决这些问题。随着植酸酶研究的不断深入，高活性的植酸酶的表达，生产成本的下降，及人们对环保意识的进一步增强，国家法规执行力度的加强，植酸酶产品在畜禽养殖中的应用必将越来越广泛。


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