植酸酶在飼料行業(yè)的應用

劉佳適

植酸酶在飼料行業(yè)的廣泛應用，給這個行業(yè)帶來了很大的影響。也引起了業(yè)界的普遍關注，植酸酶不僅僅是一個產品，已經成為一種社會現象。2005年挑戰(zhàn)集團的植酸酶榮獲了中國重大科技進步與應用獎，現在先讓我們從歷史的角度來了解一下植酸酶。 　　早在1907年，Suzuki和其他學者就報道磷能從有機含磷底物中被釋放出來，植酸酶就引起了人們的注意，但那時生產成本太高無法應用。直到90年代，國外幾家大公司利用基因工程技術，成功開發(fā)出商品化產品。1996年巴斯夫的植酸酶產品最先開始在中國推廣。由于植酸酶在飼料行業(yè)的應用，既具有安全、環(huán)保、高效、經濟的特點，又具有很好的社會生態(tài)環(huán)境效益，因此，在歐洲大部分國家均已強制使用植酸酶；東南亞的韓國、日本、臺灣也在推進植酸酶的使用；我國全面實施《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》后，推動了中國植酸酶在飼料行業(yè)的更廣泛應用。 　　中國的飼料企業(yè)由于經濟發(fā)展水平等原因很少考慮環(huán)境問題，因此在推廣植酸酶產品時，使企業(yè)不會因為可以減少磷、氮排放，減少環(huán)境污染而使用植酸酶。起初飼料企業(yè)使用植酸酶與使用磷酸氫鈣相比幾乎不降低成本，飼料企業(yè)使用植酸酶主要是為了提高磷的利用率、節(jié)省飼料配方空間。到1999年，“讓飼料企業(yè)添加植酸酶以后能降低飼料成本、產生經濟效益是推動植酸酶在中國使用的真正動力?！币詣?chuàng)始人蔡輝益博士領導的挑戰(zhàn)集團決心應對這個富有時代意義的“挑戰(zhàn)”！ 　　2004年下半年，由于磷礦石資源有限、相關原輔材料漲價及環(huán)保要求的提高，磷酸氫鈣生產成本大大提高，售價居高不下，這些原因使國內許多企業(yè)開始大量使用植酸酶。在2004年，由于使用植酸酶，一年中我國的養(yǎng)殖業(yè)已經少向環(huán)境排放了近4.2萬噸磷，折合25萬噸磷酸氫鈣?！袊甑陌l(fā)展在很大的程度以犧牲環(huán)境為代價，越來越多的人已經意識到添加一點植酸酶，原來就可以換一片綠意！ 　　植酸酶改變了飼料企業(yè)對酶制劑的認識，推動了中國飼料添加劑行業(yè)的發(fā)展，成為行業(yè)關注的熱點，同時也成為很多企業(yè)重點開發(fā)追求經濟效益的產品，從1994年進入中國，到1999年國內開始生產，再到2005年在國內市場進行生產或銷售的企業(yè)大大小小達數十家，并且還有許多大型的飼料企業(yè)紛紛宣稱要進入酶制劑這個生物技術領域，中國的植酸酶市場不由分說成了一個過度競爭的市場。這種情況下，“價格競爭”幾乎成為這些企業(yè)進入市場最重要的手段。
編輯本段現代發(fā)展
　　眾所周知，植酸酶這個產業(yè)不管如何發(fā)展，它從添加劑行業(yè)的熱點到慢慢退色將是必然，畢竟它支撐不了一個規(guī)模的行業(yè)，但它將一定能繼續(xù)為中國飼料業(yè)的發(fā)展作出它的貢獻，它帶來更多的將是行業(yè)社會效益，而不一定是企業(yè)效益。在中國飼料酶制劑行業(yè)扮演重要的角色的挑戰(zhàn)集團，一直在為行業(yè)的有序發(fā)展作著不懈的努力！ 　　當今科學以令人訝然的速度在發(fā)展，世人的思想也隨之在改變：過去，我們何嘗會想到“為了環(huán)?！比プ鲂┦裁?，眼下，就是在偏僻的農村，人們也知道保護環(huán)境就是保護自己?！凹由稀币稽c植酸酶，就可以“減少”很多污染，這種加減法其中的精妙之處讓人無限遐思：沿著科技的軌道前行，我們擁有的將會是一個蒼蒼橫翠微的綠色家園！

劉佳適

1影響植酸酶作用的因素
　　1．1酶本身的活力CromwEll等（1993，1995）報道，添加500和1000U/kg高活力的植酸酶可分別增加玉米-豆粕型日糧磷利用率23%和33%，而添加500、1000和2000U/kg的低活力植酸酶提高日糧磷的利用率分別只有7%、10%和20%。
　　1．2底物的濃度及其分布在一定范圍內，植酸含量升高，酶催化反應的速度也隨之加快；但當其超過一定臨界濃度時，植酸酶的活性可被抑制。該臨界濃度因酶的來源不同而異，范圍從0.3mmol/L（來源于米曲霉菌）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點，這曳欠ㄐ畔⒇影響植酸酶的催化作用。
　　1．3溫度、濕度及pH值在浸濕和加熱下，種子中植酸可被降解，如浸濕和加熱到60℃持續(xù)10h可使干的小白豆中植酸減少90%（ChAng等，1977），這主要是種子中自身植酸酶活性升高的緣故。KEmmE等（1993）報道，用水浸濕日糧（添加微生物植酸酶）可提高鈣和磷的消化率，因而濕法喂豬這種技術不僅可以濕化飼料，而且可以促進酶的催化作用，提高日糧營養(yǎng)物質的利用率。
　　Simons等（1990）報道，低pH的發(fā)酵乳清有助于提高脂類飼料中植酸酶的活性；HEijEn等（1993）亦報道日糧中添加乳糖可明顯提高微量元素的吸收。這主要是由于其pH適合于酶的水解作用。
　　1．4植物的細胞壁植酸酶欲起催化作用首先得與植酸自由結合，因而細胞壁破裂使得植物組織中植酸釋放出來，是酶與底物結合的先決條件。HAn（1988）發(fā)現用溶細胞酶溶解細胞可使植酸酶的水解作用進一步升高。
　　1．5酶活的抑制物和激活物棉籽粕中的棉酚在腸道中可降低植酸酶活性。作為酸性磷酸酯酶的抑制物—NAF，對豆科植酸酶也起抑制作用（SutArDi等，1986）。Zn2＋、FE3＋和Cu2＋鹽對豆科中的植酸酶起抑制作用，而FE2＋對酵母植酸酶有輕微的激活作用（NAyini等，1984）。Mg2＋、CA2＋和Co2＋可激活菜豆和小麥的植酸酶（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鈣∶總磷的比率（CA∶TP）EDwArDs等（1983）報道，當日糧中鈣和磷增加時植酸磷利用率下降；QiAn等（1996）報道，火雞日糧中當CA∶TP比大于1.4∶1時，生產性能和磷的利用率降低。因此植酸酶提高磷利用率的作用與日糧中鈣水平有關（LAntzsCh等，1995），其作用機理有如下幾個方面：1）高鈣使得鈣和磷形成不溶性鹽，尤其當日糧中磷水平低于需要量時，從而降低了磷的吸收；2）高鈣和植酸形成的螯合物不利于植酸酶的作用，從而降低植酸酶活性和效率（WisE，1983；FishEr，1992）；3）高鈣可直接降低植酸酶的活性和效率（BhAnDAri，1980；JongBloED等，1993；LEi等，1994）。
　　1．71，25-二羥維生素D3（1，25-（OH）2D3）MitChEll等（（1995）報道，0～3周齡肉仔雞日糧中添加5μg的1，25-（OH）2D3或600U/kg植酸酶可替代0.1%的無機磷，當二者同時添加時可替代0.2%，而且植酸酶和1，25-（OH）2D3在體增重、骨灰分含量和佝僂病方面存在明顯互作（MitChEll等，1996）。WAssErmAn等（1973）報道，1，25-（OH）2D3可促進雞和大鼠對磷的吸收；EDwArDs（1993）報道，添加1，25-（OH）2D3可提高雞對植酸磷的利用率。因此一旦植酸酶將磷從植酸上釋放出來，1，25-（OH）2D3就可促進腸道對磷的吸收。EDwArDs等（1995）報道，1，25-（OH）2D3可提高仔雞對鈣的利用，這樣可以降低鈣對植酸酶活性的抑制（BhAnDAri，1980；JongBloED等，1993；LEi等，1994），因而腸道中1，25-（OH）2D3可間接提高植酸酶的活性，這在雞中得到了證實（DAviEs等，1970），但對鴨（EDwArDs，1994）和產蛋雞（MitChEll等，1996）還有待于進一步證實。
　　2植酸酶的應用劑量日糧中植酸酶的添加量依其植酸含量、動物品種及其他一些因素而定，如在蛋雞飼料中當底物（植酸）濃度在0.18%～0.20%左右時，磷當量為300U植酸酶＝0.08%～0.10%的可利用磷，即有50%的植酸被水解；而對肉雞和豬則需500U的植酸酶。肉仔雞、豬（仔豬和生長豬）和產蛋雞的推薦添加量分別為500～700、400～500和300～500U/kg日糧。
　　酶的應用還存在酶最大反應劑量問題。以往研究結果表明，豬日糧中添加植酸酶的最大反應劑量為700～1200U/kg（見表3），在低磷日糧中平均為1000U/kg。
　　表3豬對植酸酶的最大反應劑量
日糧 最大反應劑量
　　（U/kg） 有效磷水平
　?。?） 資料來源
斷奶仔豬 玉米豆粕型 1200 0.05 LEi等，1993
生長豬 雙低油籽粕高粱型 800～1200 0.06 VEum等，1994
生長豬 大豆粕半純合日糧 700～1000 0.05 Yi等，1996
　此外植酸酶、1，25-（OH）2D3和日糧中CA∶TP比是影響植酸降解和提高日糧中磷和鈣利用率的重要因素（QiAn等，1997）。如CA∶TP比從2.0∶1下降到1.2∶1，可使植酸酶的作用增加16%，提高鈣、磷的消化率和血漿鈣水平，增進骨骼性能，改善生產性能。
　　3植酸酶應用中有待進一步解決的問題
　　3．1適宜的pH值如常用的無花果曲霉菌植酸酶其最適pH為2.5和5.5，當pH低于2.5時其活性比pH在5.5時要下降48%，因而這使得如何在胃腸pH條件下保持酶的最大活性成了問題。
　　3．2酶的耐熱性雖然植酸酶有較高的耐熱性，但在70℃下制粒酶活性也有較大的損失。這已成為植酸酶能否在高溫制粒和高溫滅菌、消毒的現代飼料加工工業(yè)中得到廣泛應用的關鍵問題之一。