植酸酶对蛋白质和氨基酸利用率的影响

kiroco

90年代以来，人们对植酸酶的特性及其在畜禽中的应用，进行了较深入的研究，大量试验和生产证明，单胃动物饲料中添加植酸酶，可使动物对植酸磷的利用率提高9%～24%个百分点，同时饲料中的微量元素如Zn、Mn、Cu的利用率，也得到不同程度的提高。然而植酸酶在提高蛋白质氨基酸利用率方面的作用，尚未得到完全证实，本文从理论上信纸述植酸酶影响蛋白质氨基酸利用率的可能性，并介绍一些初步试验结果。

1  植酸酶提高蛋白质氨基酸利用率的理论依据

    植酸是一种强酸，具有很强的螯合能力，其6个带负电的磷酸根基轩，除与金属阳离子结合外，还可与蛋白质分子进行有效的络合，从而降低动物对蛋白质的消化率（Gifford等，1990；Pallauf等，1995）。当pH低于蛋白质的等电点时，蛋白质带正电荷，由于强烈的静电作用，易与带负电的植酸形成不溶性复合物（Cheryan，1980；Reddy等1982）；蛋白质上带正电荷的基团，很可能是赖氨酸的ε-氨基、精氨酸和组氨酸的胍基；当pH高于蛋白质等电点时，蛋白质的游离羧基和组氨酸上未质子化的咪党代会基带负电荷，此时蛋白质则以多价阳离子如Ca2+、Ng2+、Zn2+等为桥，与植酸形成三元复合物。植酸蛋白二元或三元复合物的形成，会改变蛋白质的结构，降低其溶解度，并进而影响其消化率和功能。从理论上讲，植酸酶水解西酸释放出磷的同时，可将与植酸络合的蛋白质释放出来，便于消化道分泌的各种蛋白酶作用，从而使其消化利用率得到提高。另外植酸可与内源性蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等络合，降低酶活性，从而导致蛋白质等消化率降低。

2  体外试验

2.1  植酸与蛋白质络合试验  见表1。如表1所示，蛋白质与植酸是否能形成沉淀，强烈依赖于溶液的pH值，当pH为2时，除米糖蛋白和豆饼蛋白的蛋白质溶解率（溶液中可溶蛋白质占总蛋白质的比率）为22%、91%外，其他来源蛋白质（酪蛋白、玉米、菜籽、葵花籽）的溶解率均达100%。添加植酸后，菜籽蛋白溶解率降至63%，玉米、细米糠、葵花籽蛋白溶解率分别降到28%、16%、26%，酪蛋白和豆粕蛋白的溶解率受植酸影响最大，分别降低到1%和2%。若植酸在加入到蛋白质溶液前，先与过量植酸酶水浴，则可阻止络合物沉淀的产生，细米糠蛋白质溶解率提高到57%，远高于未水浴时的溶解率，其他来源蛋白质的溶解率恢复到83%～100%。pH为3时，蛋白质溶解率的变化规律与此同时pH为2时相似，只是绝对值不同。

表1   添加植酸酶与植酸对蛋白质溶液中蛋白质相对数量的影响

	pH=2			pH=3
	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
酪蛋白	93	1	100	4	0	3
玉米	100	28	100	42	33	42
细米糠	57	16	22	47	33	39
菜籽	95	63	91	82	81	89
葵花籽	90	26	100	28	23	34
豆粕	99	2	100	60	32	60

注：Ⅰ蛋白质+植酸+植酸酶；Ⅱ蛋白质+植酸；Ⅲ蛋白质

2.2  消化试验   体外消化试验证明，植酸含量与蛋白质消化率呈负相关，特别是蛋白质含量较高的植物性饲料，其蛋白质消化率随植酸含量降低而增高（Knuckles，1985）。Jongbloed（1998）的试验表明在蛋白质与植酸沉淀形成后，加入胃蛋白酶和植酸酶，沉淀消失速度比单独加入胃蛋白酶快得多。即使胃蛋白酶浓度再提高10倍，添加植酸酶仍有作用。菜籽粕需要植酸酶从沉淀中溶解蛋白质，仅有胃蛋白酶时却无此作用。本试验证明，植酸酶能够裂解植酸蛋白复合物，促进蛋白质的消化利用。

3  体内试验

    目前关于单胃动物饲料中添加植酸酶，能改善蛋白质、氨基酸利用率的体内试验报道较少，不同研究所得结果不尽一致。Ketaren等（1993）向幼猪日粮中添加植酸酶，增加了蛋白质的沉积和存留，猪的氮吸收率，因植酸酶的添加而增加（Qian，1994）。Ketaren等（1991）和Mroz等（1991）报道，添加植酸酶，可明显提高蛋白质和氨基酸在猪小肠和大肠中的消化率。Mroz等（1994）研究发现，植酸酶能提高猪回肠氮消化率和氮存留，800U/kg黑曲霉植酸酶可使氮沉积增加，日氮排出量分别减少5.5g，日粮干物质、有机物、粗蛋白质的回肠表观消化率，分别提高1.2%～1.9%、1.1%～1.9%、1.6%～2.5%，赖氨酸、蛋氨酸、胱氨酸、色氨酸异亮氨酸、苏氨酸等氨基酸的回肠表观消化率，提高幅度分别为0.9%～2.4%、1.1%～3.9%、-0.4%～3.6%、1.2%～4.4%、-0.3%～2.1%和-1.8%～2.9%。Poulson（1994）报道，植酸酶对生长猪磷、钙、蛋白质利用率有显著影响。对氨基酸缺乏日粮，Young等（1993）报道，仔猪日粮中添加500U/kg植酸酶，提高平均日增重15.56%，饲料转化率9.76%，氮利用率7.64%。Nottingham大学研究表明，植酸酶可使回肠氮消化率由55%提高到68%，总氮消化率从81%提高到86%。Lei等（1993）报道，仔猪日粮中添加750U/kg和1200U/kg植酸酶，可使氮利用率提高27.16%和34.78%。

    Biehl和Baker（1996）在低蛋白氨基酸缺乏日粮添加植酸酶，使饲料效率提高6.8%，但氨基酸充足时，植酸酶未能改进饲料效率，无论氨基酸缺乏与否，日增重都得到改善。Biehl和Baker（1997）研究发现，植酸酶对氨基酸利用率的影响与蛋白质来源有关，无论氨基酸缺乏与否，1200U/kg植酸酶均不能改善喂以玉米-花生饼型日粮的鸡生长、采食量和饲料报酬；但对氨基酸缺乏的玉米-豆饼型日粮，则能显著提高增重/耗料比，据测定9种必需氨基酸和半胱氨酸的平均真消化率约提高2%，但未达显著水平。Kemme等（1995）报道，添加900U/kg植酸酶，不仅使蛋白质而且使赖氨酸、色氨酸、异亮氨酸和苏氨酸的表观消化率均得到改善。

    植酸酶对肉鸡、蛋鸡和火鸡的氮沉积和吸收有显著影响。Han等（1995）报道，1000U/kg植酸酶使肉用仔鸡氮利用率提高12.6%～12.98%。Van der Klis等（1991）报道，植酸酶对蛋鸡的氮吸收有促进作用，250U/kg使氮吸收率由79.2%提高到81.3%，差异显著。Yi（1996）报道，在低磷（非植酸磷0.45%）、低蛋白质（22.5%）的玉米豆饼型火鸡日粮中，添加750U/kg植酸酶，使氮和除蛋氨酸和胱氨酸外的所有氨基酸表观和真消化率提高1%～2%，干物质和氮的沉积率显著增加；在低磷高蛋白质（CP28%）和高磷（非植酸磷0.6%）低蛋白质的日粮中添加植酸酶，使氮及所有氨基酸的消化率和沉积率均得到改善；但高磷高蛋白质日粮中添加植酸酶，对氨基酸的消化率和沉积率无影响。

    综上所述，在大多数情况下，植酸酶的应用，能提高动物对蛋白质的利用率，使粪中氮排泄量减少。不同试验结果所以不一致，很有可能与蛋白质植酸复合物的数量与分布有关。当植酸在单子叶植物的糊粉层和双子叶植物的蛋白质体内沉积时，植酸蛋白质复合物便开始形成（O’Dell等，1972；Prattley，1982）。由于不同谷物或油料种籽中植酸的位置不同，如玉米中90%的植酸盐在胚中，而油料种籽（如大豆）的植酸盐与蛋白体结合，并存在于整个种籽（Maga，1982），花生、棉籽中植酸盐，集中在蛋白体膜内的晶状体或球状体的亚结构中（Erdman，1979）。植酸与蛋白质形成复合物的可能性大小有差异，不同来源蛋白质与植酸形成络合物的能力不同，故植酸酶对蛋白质利用率的作用，与蛋白质的来源及日粮中氨基酸是否缺乏有关。