窺探植酸酶

007畜牧

　　
      植酸酶產品在動物和人類營養(yǎng)方面有非常廣泛的應用，植酸酶可分解植酸(即肌醇六磷酸)，植酸是植物體內磷酸鹽和肌醇的重要儲存形式。植酸酶是一種新型的食品添加劑，能降低食物中的植酸而提高磷、鋅、鈣和鐵等的利用率，改善人體對礦物質的吸收。磷是維持動物生長發(fā)育等生命活動必需的重要礦物質，同時也是飼料中最昂貴的組分之一，植酸酶可催化植酸鹽水解，使植酸鹽中的磷以磷酸根的形式分離出來從而被動物吸收，提高磷的利用率，降低環(huán)境污染。
　　1、植酸酶
　　在很多動植物及微生物體內都含有植酸酶，植酸酶存在于各種脊椎動物的紅細胞和血漿中，也存在于哺乳動物小腸中，植酸酶還存在于小麥和大豆等植物體中。微生物植酸酶的產量高、活性高和成本低，適宜大規(guī)模工業(yè)化生產。
　　1．1植酸酶的種類
　　1)按來源不同可分為微生物植酸酶、植物性植酸酶和動物性植酸酶。
　　2)按作用方式可分為3-植酸酶和6-植酸酶，3-植酸酶存在于植物、霉菌和細菌中，需Mg2+參與反應，性質穩(wěn)定，耐酸和耐高溫，在飼料工業(yè)中已被廣泛使用。6一植酸酶只存在于植物中，適宜pH 5．0～5．5，對溫度較敏感，超過60～65℃極易被破壞。
　　3)按加工工藝不同可分為粉狀、顆粒狀和液體狀植酸酶。粉狀植酸酶在高溫和高濕環(huán)境中易失活；脂肪包被顆粒型植酸酶在高溫下脂肪膜易被融化，使植酸酶被釋放出來而失活；因植酸酶在飼料中添加量極小，對噴涂精度要求高，故液體狀植酸酶在飼料工業(yè)中較少使用；經特殊鑲嵌的顆粒狀植酸酶，熱穩(wěn)定性高，儲存期長，在動物體內釋放速度快，流動性好。
　　4)按酶促反應的pH有效作用范圍可分為酸性植酸酶和中性植酸酶。適用于畜禽的pH 2．5～5．5有效作用范圍為酸性植酸酶，適用于鯉科魚類的pH7．0～7．5有效作用范圍為中性植酸酶。
　　1．2植酸酶的特性
　　植酸酶屬于磷酸單酯水解酶，是一種特殊的酸性磷酸酶，適合pH為4～6，對溫度的適應性要求較高，一般適宜溫度在46～57℃，當超過60℃時，植酸酶的活性有部分損失，溫度達70℃時，則酶活性大部分喪失。經制粒鑲嵌成型的植酸酶，最高耐溫達85℃。
　　1．3植酸酶的作用機制
　　植酸酶能將植酸分解成為肌醇和磷酸。植酸酶將植酸分子上的磷酸基團逐個切下，形成IP5、IP4、IP3和IP2的中間產物，終產物為肌醇和磷酸。微生物產生的3-植酸酶作用于植酸時，從植酸的第3碳位點開始水解酯鍵而釋放出無機磷，然后再依次釋放出其他碳位點的磷，最終酯解整個植酸分子，這種酶需Mg2+參與催化過程。來源于植物的6-植酸酶，首先在植酸的第6碳位點開始催化而釋放出無機磷。從理論上講1g植酸完全分解可釋放出281．6mg的無機磷。植酸酶將植酸分解為肌醇和磷酸酯，不能徹底分解成肌醇和磷酸，要徹底分解肌醇磷酸酯，需酸性磷酸酶的幫助，酸性磷酸酶可將單磷酸酯和二磷酸酯分解成肌醇和磷酸。
　　1．4植酸酶活性的定義與當量值
　　植酸酶的l個酶活單位(FTU)是指在pH 5．5，溫度37℃條件下，每分鐘從0．0051 mol／L植酸鈉溶液中釋放出1 μmol無機磷所需酶的數量；使植酸酶水解植酸，釋放1 g的磷，每千克日糧需添加植酸酶的單位數，稱為植酸酶的當量值。不同動物，其當量值不同，產蛋雞為250 FTU／kg日糧，肉仔雞為900 FTU／kg日糧，豬為600 U／kg日糧。
　　2、植酸酶在食品工業(yè)中的應用
　　植酸酶是一種新型的食品添加劑，植酸酶的活性因植物的種類不同而有很大差異，黑麥、小麥、大麥和小麥麩中的植酸酶活性很高，而玉米、燕麥和大豆餅中的植酸酶活性很低，有的甚至沒有活性，通常在這一領域的研究主要集中在改善人體對礦物質的吸收和提高食品加工技術。
　　2．1改善人體對礦物質的吸收
　　在谷類和豆制品中，植酸能抑制鐵的吸收，研究發(fā)現(xiàn)，六磷酸肌醇和五磷酸肌醇都可抑制鐵的吸收。三磷酸肌醇和四磷酸肌醇單獨存在時沒有顯示這種副作用，但當他們與六磷酸肌醇和五磷酸肌醇共存時將會加強對鐵的抑制。這與人體缺鐵有很大的相關性，如發(fā)展中國家嬰兒普遍缺鐵，在孕育期的婦女和素食者中缺鐵現(xiàn)象更為嚴重。所以，為提高谷物和豆制品中鐵的吸收，最好是將肌醇磷酸鹽降解為比三磷酸肌醇低的肌醇磷酸鹽的形式。
　　2．2提高食品加工技術
　　研究表明，使用植酸酶減少食物中植酸的含量可能會更有效，小麥本身含有植酸酶，降解部分植酸，但降解量有限，在面粉中加入植酸酶，植酸幾乎被完全降解，可大大提高植酸的降解率。人的小腸中，植酸酶的活性極低，難以利用植酸鹽，在面團中加入同位素鐵，通過測定人血液紅細胞中的鐵含量來檢測植酸酶對鐵吸收的影響，結果發(fā)現(xiàn)，在面團中加入黑曲霉植酸酶，鐵的吸收率從14．3％提高到26．1％，提高98％，在面團中添加植酸酶可大大提高植酸的降解率。
　　食品級的純化植酸酶可用于嬰兒食品，特別是豆奶制品中，以解除抗營養(yǎng)因子；可用于處理糧食，以分解糧食中的植酸(鹽)，減少植酸對微量元素的螯合，提高糧食的營養(yǎng)價值；在大豆加工中可對大豆蛋白進行酶催化改性，從而提高其營養(yǎng)價值和商品價值。面包生產過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應該是安全無毒，高活性，鈣依賴型；面包焙烤過程中植酸酶的應用效果證實，植酸酶是一種很好的面包改良劑，它在不改變面團pH的條件下大大縮短了面包的醒發(fā)時間，并且改善了面包的質地；浸漬是玉米漿的生產程序之一，微生物植酸酶能加速這一過程，改良株胚的分離，獲得高產量的淀粉和面筋，并能改善玉米漿的品質，在谷物淀粉加工中處理廢棄物，降低對環(huán)境的污染。
　　植酸酶還能有效減少大米粉、小麥粉、玉米粉、燕麥粉和高粱粉中的植酸，植酸的降解情況可用食品中鐵的吸收率來評價，麥片中植酸的含量為0．12％～0．89％，經植酸酶處理后，植酸的含量≤0．002％，鐵的吸收率顯著提高。在食品加工過程中，如烹飪、發(fā)芽、熱處理、發(fā)酵和浸泡等也能減少食品中的可溶性植酸的含量。
　　3、植酸酶在飼料中的應用
　　由于反芻動物瘤胃內微生物能合成包括植酸酶在內的多種消化酶，所以，植酸酶多數情況下在單胃動物(豬和雞等)飼料中使用。
　　3．1植酸酶在豬飼料中的應用
　　在試驗條件下，豬飼料中添加植酸酶，可使總磷的消化率提高9～24百分點，磷的利用率提高50％～74％，豬的生長速度、飼料利用率、蛋白質及礦物質元素的沉積都有不同的提高。
　　3．1．1植酸酶在仔豬飼料中的應用
　　G L Cromwell(1991)報道，500 FTU／kg植酸酶使1／3的植酸磷被分解，豬糞磷排出量減少34％-54％。添加500 FTU／kg植酸酶使仔豬平均增質量提高l2％-l6％，飼料轉化率提高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)報道，在體質量為8．18 kg的斷奶仔豬日糧中用750 FTU／kg植酸酶替代全部無機磷后，顯著提高磷沉積量，糞中磷排泄量也相應降低(P<0．001)，血液中磷和鈣及堿性磷酸酶活性均接近正常水平。但要維持仔豬正常血清磷和鈣水平，植酸酶的添加量需達到l 250 U／kg。
　　Young等(1993)報道，日糧中添加l 000 FTU／kg植酸酶，哺乳仔豬的增質量速度、磷消化率、血清磷、大腿骨灰分和磷含量等指標與添加0．17％無機磷相近。
　　Chiang等(1997)報道，用l 000 FTU／kg植酸酶全部替代體質量為20 kg至育成期仔豬日糧中的無機磷，仍可維持仔豬正常生長和骨骼強度。
　　高春生等(2006)研究植酸酶對(21±2)日齡斷奶仔豬生長性能及對植酸磷代謝的影響，結果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，試驗組平均曰增質量提高，其中1 000和1 500 FTU／kg植酸酶添加組差異顯著，平均日采食量升高，可提高斷奶仔豬的生長性能和磷的吸收，降低料肉比。
　　陳文等(2006)試驗表明，在不同能量水平的仔豬日糧中添加750 FTU／kg植酸酶可提高長白×榮昌雜交仔豬的生長性能，降低仔豬增質量的飼料成本。降低仔豬飼糧有效磷則降低仔豬的生長性能，但增加仔豬增質量的飼養(yǎng)成本。0．26％的低磷飼糧中添加750 FTU／kg植酸酶，仔豬的生長性能持平或高于0．36％的高磷飼糧。
　　3．1．2植酸酶在生長豬飼料中的應用
　　Li等(1998)研究表明，在體質量為23．4 kg的生長豬玉米一豆粕型日糧中添加750 U／kg植酸酶全部替代無機磷，可釋放出足夠的磷滿足豬的生長需要，其生產性能與添加無機磷日糧的相比無差異。
　　Gebert等(1999)試驗表明，在生長豬至育成豬期的低磷玉米一豆粕型日糧中添加植酸酶，使鈣和總磷比例由1．5：1降至l．0：1，可提高豬的生產性能和磷的利用率，所以，在畜禽低磷日糧中添加植酸酶，可提高磷利用率，達到提高生產性能的作用。
　　邊連全(2004)試驗證明，在添加500 FTU／kg微生物植酸酶的條件下，生長豬對小麥、稻谷和高粱中磷的表觀消化率分別為77．64％、74．26％和64．38％，分別提高27．64％、41．84％和47．87％。
　　張永剛等(2006)試驗表明，在生長豬日糧中只降低磷含量添加植酸酶不能使動物的生產性能達到正常水平；同時隨著磷水平的降低，應同時降低鈣水平，從動物采食量和生長速度及血液生化指標綜合考慮比較適宜的鈣和磷比例為1．4：1。
　　解鵬等(2006)研究玉米一豆粕型日糧中添加植酸酶時不同磷水平和鈣磷比對生長肥育豬生產性能的影響，在日糧中添加植酸酶降低日糧磷水平，生長期內平均日增質量有所升高但差異不顯著，而料重比下降。在肥育期內，平均日增質量隨磷水平的升高而降低，這可能是由于添加植酸酶，降低日糧磷水平，提高植酸酶的效力，同樣促進蛋白質及微量元素等其他營養(yǎng)物質的消化率。
　　3．2植酸酶在雞飼料中的應用
　　研究證明，植酸酶作為添加劑飼喂雞，雞的生長速度加快，并能有效提高飼料轉化率和磷利用率，添加植酸酶不僅提高磷的利用率，而且增強了雞對高溫的耐受力。
　　3．2．1植酸酶在蛋雞飼料中的應用
　　P C Simons(1990)用24—56周齡的產蛋雞做了32周試驗，結果對照組因磷不足而出現(xiàn)了缺乏癥狀，但當添加很少的無機磷(0．06％)或很低水平的植酸酶(200 IU／kg)后，就使缺磷癥狀消失，當進一步提高無機磷或植酸酶添加量后，生產性能與其他的與磷營養(yǎng)有關的指標又進一步改善。添加植酸酶使排泄磷大幅度降低，證實了植酸酶將植物性飼料中的植酸水解，釋放出雞可吸收的磷。
　　張若寒等(1996)報道，蛋雞料加300 IU／kg的植酸酶替代262 g無機磷，可保持產蛋性能不變，部分指標，如產蛋率(+2．2％)、料蛋比(-2．0％)、破殼率(-2．0％)、病死率(-4．1％)和脛骨總灰分(+4．8％)比對照組有所改善。計成等在23～28周齡的產蛋雞飼糧中添加300和500 FTU／kg米曲霉植酸酶替代1．3％的磷酸氫鈣，結果表明，在產蛋雞飼糧中添加300 IU／kg植酸酶可達到添加l．3％的磷酸氫鈣的飼養(yǎng)效果，而且蛋殼強度還有所改善。
　　樓洪興等(1999)在肉雞的玉米一豆粕型的日糧中添加植酸酶，糞尿中排磷量減少17％～42％，肉仔雞體增質量和飼料報酬與對照組相比無顯著差異。在家禽體內，植酸水解主要發(fā)生在嗉囊(pH 5～6)、肌胃和腺胃(pH 2～4)，在小腸中仍發(fā)現(xiàn)植酸酶有活性，甚至在大腸中也有發(fā)現(xiàn)。
　　程萬蓮等(2005)試驗證明，在2～10周齡的海蘭褐蛋雞飼糧中添加5％的麥麩作為植物性植酸酶的來源時，蛋雞的生長性能相對較好，而且蛋白質、鈣和磷的利用率也較高。
　　白雪峰等(2005)在選擇200日齡產蛋高峰期健康蛋雞的日糧中添加300 FTU／kg禾本植酸酶并替代一部分來源于磷酸氫鈣的無機磷，能提高蛋雞的生長速度、飼料轉化率和經濟效益，試驗證明，在蛋雞日糧中禾本植酸酶替代一部分來源于磷酸氫鈣的無機磷的最適合的比例是0．13％的有效磷，即可替代約75％的磷酸氫鈣。
　　程時軍等(2006)選擇42周齡海蘭褐蛋雞，在對照組日糧基礎上飼喂含不同添加量的植酸酶(150、300和600 FTU／kg)的日糧，來考察不同添加量的植酸酶對蛋雞生產性能的影響，結果表明，l50 U／kg植酸酶添加量就可達到與目前市場上普遍使用300 FTU／kg植酸酶的效果，也能滿足蛋雞營養(yǎng)(磷)需要。
　　3．2．2植酸酶在肉雞飼料中的應用
　　Sohail等(1999)在非植酸磷水平分別為0．225％和0．325％的玉米一豆粕型日糧中添加植酸酶，結果發(fā)現(xiàn)，低水平非植酸磷組肉仔雞增質量、骨中礦物質含量、骨密度和強度顯著提高，但高水平非植酸磷日糧組無變化。
　　吳東等(2004)采用AA肉仔雞分5個處理進行試驗證明，在總磷和有效磷水平一致的情況下，隨著日糧中植酸磷水平的遞增，磷的排泄量遞減。
　　于旭華等(2005)研究表明，在低磷日糧中，使用植酸酶試驗雞的血液磷的含量低于飼喂正常磷水平日糧的試驗雞，植酸酶代替磷酸氫鈣并不影響骨骼生長及骨骼的灰分、鈣和磷等的沉積。
　　王章存等(2006)研究發(fā)現(xiàn)，復合酶和植酸酶對改善肉仔雞生產性能和減少環(huán)境污染物排出方面，不僅可互補，而且有一定的加性效應，因而，同時在日糧中添加2種酶，雞的生長速度、料重比、糞尿中氮、磷含量、舍內氨氣及硫化氫含量等都優(yōu)于單獨添加植酸酶和復合酶。
　　李宗付等(2006)選用l日齡AA肉雞研究在不同能量水平的飼糧中添加植酸酶對肉雞生長性能和養(yǎng)分利用率的影響，結果發(fā)現(xiàn)，植酸酶和能量對肉雞飼料利用率、干物質和鈣的利用率存在顯著的交互作用，能量水平為l2．13 MJ／kg的肉公雞飼糧中添加500 FTU／kg植酸酶為最佳組合。
　　3．3植酸酶在魚飼料中的應用
　　魚類消化系統(tǒng)內缺乏內源性植酸酶，無法利用飼料中的植酸結合態(tài)磷。雖然配合飼料中總磷含量通常超過l％，但未被利用的植酸磷隨糞便排入水體，刺激藻類生長，加快水體的富營養(yǎng)化，導致淡水水質惡化，正常的水生環(huán)境被破壞，魚類疾病驟增，生長緩慢，這對于淡水水產業(yè)極為不利。如果利用植酸酶來改善水產動物對植物飼料中磷的利用，就可有效分解飼料中的植酸，釋放無機磷，提高植酸結合態(tài)磷的利用率。國外研究證明，植酸酶用于魚餌料中可著提高餌料中磷的利用率，加快魚體增質量，促進骨骼中磷的沉積，減少礦物元素添加劑用量，降低餌料系數。
　　楊雨虹等(2006)選用300尾體質量為50 g的鯉魚魚種，在基礎飼料的基礎上，添加不同量的植酸酶，試驗結果證明，飼料中添加3000和1 500 FTU／奴植酸酶顯著促進鯉魚生長，降低飼料系數，提高飼料中磷的利用率。與對照組相比，3000和1 500 FrU／k9植酸酶組鯉魚的增重率分別提高61．06％和52．81％，鯉魚對飼料中磷的表觀消化率分別提高65．63％和61．65％，糞磷含量分別下降24．58％和22．88％，植酸酶可顯著促進鯉魚的生長和提高磷的利用率。
　　齊子鑫等(2006)通過對120尾黃河鯉魚分別投喂不同劑量的植酸酶日糧，然后分析其腸淀粉酶、腸蛋白酶和腸脂肪酶活性，結果發(fā)現(xiàn)，植酸酶能提高黃河鯉魚消化道淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活性，并且以1 000 FTU／kg,R酸酶添加量為效果最佳，從而促進有關營養(yǎng)成分的消化吸收。
　　高春生等(2006)選用l20尾當年草魚魚種，隨機分為4組進行飼養(yǎng)試驗。對照組飼喂基礎日糧，其他3組在對照日糧的基礎上分別添加500、1000和1 500FTU／kg植酸酶。結果表明，在飼料中添加植酸酶，可提高草魚的平均日增質量、平均日采食量，降低餌料系數和病死率，而且飼料中添加植酸酶，可提高植酸磷的利用率，減少飼料中無機磷的添加量和植酸磷對養(yǎng)殖水體的污染。
　　4、植酸酶應用前景
　　在國外，植酸酶已開始試用在植物性食品的深加工領域，通過在這些植物性食品中加入適量的植酸酶來達到分解植酸磷，減少微量元素的螯合作用，以平衡營養(yǎng)。而我國食用型的植酸酶的研究和植酸酶產品的深度開發(fā)還是空白。目前，植酸酶主要應用在飼料方面，食用型植酸酶價格昂貴，生產技術不夠成熟，需進一步研究。隨著植酸酶生產技術的改進，人們生活水平的提高，膳食結構的合理化，植酸酶作為一種新型的食品添加劑必將有很好的應用前景。我國是養(yǎng)殖和飼料大國，存在著飼料資源不足及磷污染環(huán)境嚴重的問題，植酸酶有助于解決這些問題。隨著植酸酶研究的不斷深入，高活性的植酸酶的表達，生產成本的下降，及人們對環(huán)保意識的進一步增強，國家法規(guī)執(zhí)行力度的加強，植酸酶產品在畜禽養(yǎng)殖中的應用必將越來越廣泛。


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