植酸酶-----具有潜在营养的酶制剂

1 饲料原料中的植酸
植酸（phytic acid）又名籽酸、化学名称是肌醇六磷酸酯，分子式：C6H18O24P6，是植物中磷的基本贮存形式。尤谷物、豆类和油料等作物籽实中含量最丰富（1%-5%），其中50%-80%的总磷是以植酸磷形式存在，并且常与矿物元素结合形成植酸盐，难以被单胃动物利用。
2 3-植酸酶与6-植酸酶的区别
目前植酸酶来源有三种：植物籽实、微生物和动物的胃肠道。复胃动物一般不用补充植酸酶；单胃动物的消化道内几乎无植酸酶,饲料中植酸抗营养作用使动物需要补充外源磷来满足营养需要。自然界有两种植酸酶，3-植酸酶首先催化肌醇环第3位磷酸根脱落，由霉菌、真菌、酵母菌产生；6-植酸酶首先催化肌醇环第6位磷酸根脱落，由植物体内产生，如小麦、大麦、黑麦的麸皮中，其中以小麦麸含量最高。许多研究表明，植物来源的植酸酶不适宜在动物饲料中应用，微生物来源的植酸酶是目前植酸酶研究的重点，因此主导市场的是3-植酸酶，如酶富磷5000。用于工业生产植酸酶的微生物主要是曲霉，如无花果曲霉和黑曲霉。无花果曲霉的植酸酶已经得到分离和纯化，黑曲霉的植酸酶基因已经克隆和高效表达。
2.1活性高峰不同
畜禽消化道正常的pH是5.5-6，在猪胃由于盐酸的作用pH降至2-3，家禽嗉囔是植酸酶的作用场所，pH是4.5-5。3-植酸酶的pH值范围较大，有两个作用高峰，分别在pH 2.2和5.5活性最高，比较接近单胃动物的胃肠生理条件，而且研究表明可以耐受80℃的制粒温度。而6-植酸酶最佳pH 5.5左右，小于3.5或大于7.5时就会丧失活性。因此，3-植酸酶的利用更广。
2.2稳定性
试验表明3-植酸酶酶富磷5000具有很好的稳定性。在高温高湿条件和预混料中的稳定性都显著高于6-植酸酶产品。在温度35℃相对湿度70%条件下贮存4周，3-植酸酶酶富磷5000存留53%，6-植酸酶仅35%。预混料在高温35℃密封4周后3-植酸酶酶富磷5000活性存留79%，6-植酸酶产品只有60%。
2.3耐热性
3-植酸酶酶富磷5000耐热性能良好，制粒温度78℃时酶活仍在96%左右，6-植酸酶不耐热，70-80℃制粒易失去活性。
3 植酸酶的酶活
酶具有高度的专一性和特异性。一般消化道前段的酸性环境适合来自于真菌的酶，中段的偏酸性环境到中性环境适合来自于细菌的酶。目前缺乏强制性植酸酶国家统一标准，国际上认可的植酸酶酶活单位定义为：在pH 5.5和37℃的标准条件下，每分钟从每升0.005lmol植酸磷中释放出lumol无机磷酸盐所需要的酶量，为l植酸酶单位(1FTU)。
４植酸的抗营养作用
植酸既是抗营养因子又是难消化物质。植酸负电性磷酸基团与Ca、Mg 、Zn 、Cu 、Mn 、Fe 、K等螯合为不溶性盐，影响矿物元素的吸收利用。植酸与蛋白质、氨基酸、淀粉、脂质结合降低溶解性，影响营养物质消化吸收。植酸及其不完全水解产物可抑制或降低消化道中蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等的活性，影响动物正常代谢和生理功能。
５. 使用3-磷植酸酶(酶富磷5000)作用
创造配方空间（0.6-0.9%）降低饲料配方成本（5-15元），提高综合效益；优化饲料配方；提高蛋白质、淀粉、矿物元素等营养物质的利用率，降低因矿物元素缺乏导致的代谢疾病；促进肉猪肉禽生长，提高日增重，降低料肉比；提高蛋禽产蛋率，增加产蛋重；减少磷酸氢钙和骨粉带来的重金属中毒和微生物污染等负面影响；减少无机磷原料的浪费，降低粉尘污染；降低饲料中总磷水平，减少粪便中磷含量30－50％，保护环境；抗逆性好，耐高温能力强，更适合于在颗粒饲料中使用。
６. 植酸酶在动物饲料中的应用效果
６.1提高单胃动物生产性能
许多试验表明，添加植酸酶可改善蛋鸡的蛋壳强度、蛋重、蛋容重和哈氏单位等指标，同时还可提高产蛋率，降低破蛋率(王玉萍，1996)。植酸酶取代磷酸氢钙明显提高孵化性能(张莹等，199６)。饲料中添加600FIU/kg的植酸酶能显著提高仔猪日增重，降低料重比（贺长青，2002）。Han等(1997)研究表明，生长猪日增重、采食量和饲料报酬与一定范围内植酸酶的添加量呈线性正相关，饲喂基础日粮中添加1200 U／kg植酸酶与饲喂基础日粮中添加0.24％磷酸氢钙的杂交生长猪，具有相近的生产性能。进一步研究认为植酸酶对畜禽首先表现为生长性能的提高，其次才表现为代替无机磷的作用及潜在的营养价值(张若寒，1999)。
６.２提高植酸磷的利用率
植酸酶的主要功能是水解植酸释放出磷，增加有效磷的含量。基于植酸磷的利用率，1000FIU／kg水平的植酸酶约使1／3的不可利用磷转化为可利用形式(Growell等，1993)。Komegay等(1996)指出，735U/kg日粮的植酸酶相当于玉米-豆粕型日粮中1g非植酸磷，使20％-60％植酸磷水解。Ravindran等(1995)总结多个试验认为植酸酶可以提高植酸磷利用率20％-45％。熊国平（2000）试验肉猪日粮用500FIU/kg植酸酶替代75%的磷酸氢钙可降低粪中Cu、Zn、Fe等微量元素及P的排放，尤P的排放明显低于对照组(P﹤0.01)。
６.3提高矿物质元素的生物利用率
试验表明，日粮添加植酸酶可使Ca2+、Fe2+等阳离子利用率提高。Pallauf(1992)报道，添加植酸酶可使猪对Mg、Zn、Cu和Fe的表现吸收率分别增加13％、13％、7％和9％。Yi等(1996)报道，低磷日粮中添加植酸酶时，肉用仔鸡对Zn2+沉积与植酸酶的增加呈线性正相关。
６.4提高蛋白质、氨基酸的利用率
植酸可与蛋白质分子进行有效的络合，形成植酸-蛋白质二元复合物或植酸-金属离子-蛋白质三元复合物，从而降低动物对蛋白质的消化率（Codell等，1976）。植酸酶的水解作用使植酸与蛋白质之间的化学键断裂，释放出络合的蛋白质，使其消化利用率得到提高。0fficer和Batterham(1992)试验表明，添加微生物植酸酶后猪回肠的蛋白质和必需氨基酸表观消化率提高了9％—12％。另有资料报道，在低磷低蛋白质水平下添加植酸酶，使氨基酸的利用率显著提高，而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(Yi，1996)。
６.5节省磷源，预防磷缺乏病，减少环境污染
实践证明饲料植酸酶可使猪禽粪便中磷的排出量减少50％左右。蛋鸡试验也表明，添加800U／kg植酸酶后，中、低两个磷水平日粮组鸡腿病均得以消除。添加植酸酶还可明显提高肉用仔鸡的成活率并减少腿病发生(郭松林等，1999)。
７影响植酸酶作用效果的因素
７.1饲料中钙、磷水平及钙、磷比例
饲料中钙、磷水平和钙、磷比例是决定植酸水解的重要因素。试验证明日粮以中等偏低的钙水平为好，饲料中植酸磷含量在0．2％以上时，使用植酸酶才有效。另外一般认为日粮钙与总磷比在1.1—1.4时，植酸酶效率最高。随着钙与总磷比值的增大，植酸酶的作用效果反而会降低。
７.2维生素D3
维生素D与植酸酶具有协同效应，二者以不同的方式促进磷的吸收利用率。日粮中钙与总磷比在1.1-1.4，添加植酸酶600-900FIU／kg、维生素D3660ug／kg，可使生产性能达到最佳(Qian等1997)。
7.3有机酸
添加有机酸有利于植酸酶活性的胃肠pH环境，同时降低胃排空速度，延长植酸酶对底物的作用时间。荷兰的一试验表明，单独添加甲酸、植酸酶使猪的平均日增重分别提高10％和12％，而同时添加甲酸和植酸酶，则提高了16％。这种协同效应在饲料转化率和钙、磷消化率上也得到了体现(马玺等，2001)。
7.4植酸酶的添加量
植酸酶的添加量与磷的表观消化率之间为二次曲线关系。目前研究表明，添加植酸酶后饲料磷的最高取代量为0.1％-0.12％。实际应用植酸酶时以部分替代无机磷较为合理和科学，单安山（1998）试验添加800-1000FIU／kg时效力最佳。实践中肉用仔鸡、猪、产蛋鸡和鸭鹅的推荐添加量分别为500-700、350-500、 300-500和650FIU／kg日粮，而不追求磷的最高消化率。
7.5饲料类型及加工过程
不同饲料原料中添加植酸酶的效果不尽相同，如植酸酶使豆粕中铜的生物学利用率由43％降至21％，而棉籽粕未受影响；提高了豆粕中氨基酸的利用率，但花生粕中未见提高。另外饲料加工过程中热效应也是植酸酶应用的瓶颈。在短暂的高温制粒过程中，温度一般在75-93℃，使植酸酶活性大幅度地不可逆丧失。与传统植酸酶相比，颗粒化的植酸酶，有较好的稳定性和较高的酶活保留率。但在80℃条件下，颗粒化植酸酶的活力损失也很严重。
8 结语
植酸酶作为一种单胃动物饲料添加剂的饲喂效果已在世界范围内得到确证。目前的研究主要集中在通过基因工程的手段克隆植酸酶基因在生物反应器中高效表达以解决植酸酶大量提取生产的问题；在分子水平上改造植酸酶基因从而改变其酶学性质，提高其在饲料中使用的有效性。植酸酶产品在畜禽养殖业中的应用必将越来越广泛。

编辑：谢全明