植酸酶的应用与注意事项

007畜牧

　　谭宝玲 冯建文 陈 丽

、

　　1 植酸与植酸酶
　　1.1 植酸
　　植酸广泛地存在于植物性饲料中，油料籽实和谷物副产品中植酸盐含量高，谷物和豆类籽实中含量相对较低。常用植物性饲料中以芝麻饼(粕)和米糠中植酸盐含量为最高，可达10％左右。植酸（亦称环己六磷酸酯或肌醇六磷酸）是由6个分子的磷酸与环己六醇形成的磷酸酯，其分子中所含的6个分子磷酸可以解离出12个氢离子。在通常条件下，植酸带有很强的负电荷，因而具有很强的络合或连接阳极复合体(如阳离子或蛋白质)的能力，可与多种矿物质离子，如镁、钾、钙、锰、铁、锌等螯合，形成稳定的畜禽（猪、鸡等）难以消化利用的复合物。植酸的这一特性使它具有很强的抗营养作用，因此被视为饲料中的有害成分。
　　1.2 植酸酶
　　植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是磷酸酶的一种类型，能将肌醇六磷酸(植酸)分解成为肌醇和磷酸。植酸酶可以专一性地水解植酸中的磷酯键，将磷酸基团从植酸分子上逐个切下，形成中间产物，最终转化为无机磷酸。不同来源的植酸酶的作用机理不同。有报道认为，单纯的植酸酶只能将植酸分解为肌醇磷酸酯，不能彻底的分解成肌醇和磷酸，要彻底分解肌醇磷酸酯，需要酸性磷酸酶的帮助，酸性磷酸酶可以将单磷酸酯、二磷酸酯彻底分解成肌醇和无机磷酸。无机磷酸从植酸中被植酸酶水解后释放出来，易于被畜禽消化道吸收，解除植酸对一些矿物元素，如钙、锌、铜等的抗营养效应，从而提高畜禽对植物性饲料中磷的利用率，降低饲料中钙、磷水平，减少外源矿物性钙、磷在饲料中的添加。植酸酶替代矿物性磷在饲料中的运用，需要降低饲料中钙和磷水平，考虑维生素D与植酸酶之间可能存在的协同效应。这不仅对动物体具有良好的促生长效果，同时可降低有机磷从动物体中的排泄量，有利于环境保护，减少饲料成本。
　　植酸酶主要来源于植物和微生物，动物血液中也有少量存在，许多植物，特别是麦类籽实中含有天然植酸酶，如小麦、大麦、黑麦、玉米、水稻、高粱、油菜籽、豆类等，籽实中的植酸酶已被分离、鉴定。能产生植酸酶的微生物有细菌、部分真菌，如工程菌（工程细菌、工程酵母菌）、黑曲霉，无花果曲霉、啤酒酵母以及少数根霉。目前研究的或生产中应用的植酸酶主要经微生物发酵提纯而获得。
　　在自然界中植酸酶有两种形式：6-植酸酶和3-植酸酶，它们是两种完全不同的植酸酶。6-植酸酶主要存在于植物籽实的胚中，在干燥后籽实冬眠状态下没有活性，只有在种子萌发时被激活，并水解种子中的植酸。6-植酸酶的水解反应首先是从肌醇的6碳位上催化无机磷盐，最终脂解整个植酸，它的稳定性很差，在干燥、高温、pH值较低的情况下无活性，且易于因过多的植酸盐底物和产物而受到强烈的抑制，难以在动物胃内pH值较低的情况下起作用。3-植酸酶由霉菌、酵母和细菌产生，它的性质稳定，耐酸、耐高温，真正具有开发利用价值，在饲料工业中已被广泛使用。3-植酸酶的水解反应首先从肌醇的3碳位上开始，逐步催化释放无机磷，其作用机理为：植酸→D-1，2，4，5，6-五磷酸肌醇+D-1，2，3，4，5-五磷酸肌醇→1，2，5，6-四磷酸肌醇→1，2，5-三磷酸肌醇或1，2，6-三磷酸肌醇→1，2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。目前研究较多的是无花果曲霉菌和黑曲酶产生的植酸酶。
　　2 影响植酸酶应用的因素
　　植酸酶是一种结合蛋白，除含有蛋白质外，还含有约27.3％的寡糖，其糖链主要由半乳糖和甘露糖组成，通过天冬酰胺以N－糖苷键型与肽链相连接。研究表明，植酸酶的活性与糖链无关，糖链对于酶的分子量和热稳定性有显着影响，对于酶的等电点也有影响，酶的专一性酶活主要由其肽链结构决定。影响植酸酶使用效果的因素包括酶的种源、含量、温度稳定性、pH值特性及动物体内水解效率等。
　　2.1 来源与生产加工工艺
　　植酸酶经由分离培育微生物菌种，再经微生物发酵生产提纯。不同菌种来源的植酸酶其酶的分子量及耐酸、耐热性能差异较大。B.subtills菌种中植酸酶的分子量在36～38 kD，最适pH值和最适温度分别为6.0～7.0和55～60 ℃；A.niger菌种中植酸酶的分子量在60～100 kD，最适pH值和最适温度分别为5.0～7.0和55～60 ℃。Segueiha等在Schwanniomyces castellii菌种中分离得到的分子量达到490 kD的大分子植酸酶，该酶有很好的耐高温能力，其最适反应温度为77 ℃。近年来，由于分离技术的提高，发现不同来源的植酸酶作用机理存在一定差异。
　　植酸酶经微生物发酵提取得到粗酶液，粗酶液再经后处理制得酶产品。后处理技术是提高酶稳定性(包括贮存稳定性、耐高温稳定性等)及定点释放能力的关键，这要考虑的是酶的剂型，固体或液体。为提高酶的稳定性，对固体酶进行包被处理是减少加工过程中酶活损失的一种非常有效的方法。固体酶产品经使用载体进行包被处理，其稳定性相对比液体酶产品好，外界空气中水分及温度对其影响较小，并易于存储，但固体酶产品比液体酶产品增加了工艺程序和生产成本。
　　2.2 饲料加工
　　植酸酶应用于饲料中的添加途径有2种：一种是在动物饲喂时直接添加到日粮中，这一途径方便易行，能够明显提高日粮的饲用效果，但易造成浪费，成本增加；二是在动物全价配合饲料配方中添加，这种途径能够根据动物的营养需求合理添加酶制剂，并能够改善全价料的原料搭配，减少成本。
　　饲料配方中原料种类的选用可影响植酸酶的效果。饲料中添加植酸酶，饲料的总磷水平必须高于动物有效磷的需要量，按饲料中磷的消化利用率来制定饲料总磷水平。饲料中钙、磷的比例会影响植酸酶的活性，高钙低磷使动物消化道pH值升高，抑制植酸酶的活性。一些矿物元素的添加，使某些金属离子如Ca、Fe、Mn、Zn等，与植酸产生络合作用，导致酶活降低，而维生素D对植酸酶有一定协同作用。
　　饲料的加工过程对酶有重要影响。一般植酸酶的最适温度为30～60 ℃，但饲料的制粒温度在75～90 ℃之间，膨化温度通常为120～150 ℃，这样高的温度会使酶的蛋白变性，酶活性会降低甚至完全失活。同时饲料制粒过程中的调质、挤压均可使酶蛋白变性失活。酶失活的程度也与在饲料中使用的酶的剂型和使用方法有关，固体酶是在制粒膨化前添加，会受制粒膨化温度影响；液体酶是在制粒后喷涂，虽不受制粒温度影响，但易受到空气中水分及温度的影响。
　　2.3 动物方面
　　动物的种类和年龄制约着酶的使用效果。单胃动物应用酶相对反刍动物要好，幼龄动物的消化道没有完全健全，添加酶的效果优于成年动物。
　　微生物来源的植酸酶的最适酸度一般分为pH值2.5和pH值5.5两种，pH值2.5的植酸酶主要在动物胃腔内起作用，而pH值5.5的植酸酶主要在动物的肠道内起作用。植酸酶主要应用于单胃动物，常见单胃动物有猪和鸡。对于猪来说，植酸酶对植酸水解作用发生在胃中，其胃中食糜pH值在2～4之间；而对于鸡来说，植酸水解是在嗉囊、肌胃和腺胃中进行的，嗉囊和肌胃的pH值在5～6之间。因此确定植酸酶在动物消化道内的适宜pH值对植酸酶的应用具有指导意义。
　　2.4 存储条件
　　植酸酶及加酶饲料成品在储存过程中易受到外界环境(如光、湿度、温度、虫害等)的影响，酶的活性会随着储存时间的延长而逐渐降低。一般来说，水分对酶的影响比高温更为严重，饲料发霉会使酶受到很大威胁，在使用酶时应尽量缩短储存时间，并保存在通风干燥、阴凉、避光处。
　　3 植酸酶酶活性的检测
　　植酸酶展现出的经济效益得到了广泛的认可，其在饲料行业中将会有较大规模的应用，商品植酸酶的自身质量是加酶饲料和其在动物性能方面应用的首要保障。在众多影响植酸酶应用效果的因素中，含量测定是最重要的质量指标，是植酸酶与其它酶制剂一样面临的特殊问题。植酸酶的含量以酶活单位来表示。目前对植酸酶酶活的定义尚未完全统一，沿用最多的是由BASF-GB公司提出的酶活定义，该定义被包括我国在内的国际质量认证机构、权威检测机构、仲裁机构接受和采用。
　　普遍采用的植酸酶检测方法有丙酮-磷钼酸铵法、钒-钼酸铵法、维生素C-钼蓝法和FeSO4-钼蓝法4种。黄遵锡等的研究表明，丙酮-磷钼酸铵法较其它3种方法在灵敏度、精确度、稳定性、抗干扰能力等方面均有明显优势。目前植酸酶生产厂家和饲料厂应用最多的检测方法是钒-钼酸铵法，检测方法相对简便，易于操作。
　　无论采用哪种方法测定植酸酶酶活，不同生产厂商的植酸酶产品之间有不同的质量差异，这是使用厂家值得注意的。
　　总的说来，植酸酶在饲料工业及养殖业上的作用已得到肯定，对其在工业生产、饲料养殖的应用仍具有极大的研发空间，植酸酶的菌种来源、理化及生物性质和酶的基因工程是目前研究的主要方向，其在动物体内的生理生化作用仍有待进一步研究。
　　（编辑：高 雁，snowyan78@tom.com）
　　谭宝玲，广东温氏食品集团公司，527439，广东省云浮市新兴县勤竹镇。
　　冯建文、陈丽，单位及通讯地址同第一作者。
　　收稿日期：2006-10-03（选自中国饲料工业网）


该贴已经同步到 007畜牧的微博

xzf168

1、植酸酶是蛋白质，在胃肠不被消化吗？
2、使用植酸酶的副作用是什么？

007畜牧

肯定会消化
一定量内没有副作用 量多肯定会有