植酸酶對(duì)蛋白質(zhì)和氨基酸利用率的影響

kiroco

90年代以來(lái)，人們對(duì)植酸酶的特性及其在畜禽中的應(yīng)用，進(jìn)行了較深入的研究，大量試驗(yàn)和生產(chǎn)證明，單胃動(dòng)物飼料中添加植酸酶，可使動(dòng)物對(duì)植酸磷的利用率提高9%～24%個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)飼料中的微量元素如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質(zhì)氨基酸利用率方面的作用，尚未得到完全證實(shí)，本文從理論上信紙述植酸酶影響蛋白質(zhì)氨基酸利用率的可能性，并介紹一些初步試驗(yàn)結(jié)果。

1  植酸酶提高蛋白質(zhì)氨基酸利用率的理論依據(jù)

    植酸是一種強(qiáng)酸，具有很強(qiáng)的螯合能力，其6個(gè)帶負(fù)電的磷酸根基軒，除與金屬陽(yáng)離子結(jié)合外，還可與蛋白質(zhì)分子進(jìn)行有效的絡(luò)合，從而降低動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的消化率（Gifford等，1990；Pallauf等，1995）。當(dāng)pH低于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)帶正電荷，由于強(qiáng)烈的靜電作用，易與帶負(fù)電的植酸形成不溶性復(fù)合物（Cheryan，1980；Reddy等1982）；蛋白質(zhì)上帶正電荷的基團(tuán)，很可能是賴氨酸的ε-氨基、精氨酸和組氨酸的胍基；當(dāng)pH高于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)的游離羧基和組氨酸上未質(zhì)子化的咪黨代會(huì)基帶負(fù)電荷，此時(shí)蛋白質(zhì)則以多價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+、Ng2+、Zn2+等為橋，與植酸形成三元復(fù)合物。植酸蛋白二元或三元復(fù)合物的形成，會(huì)改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，降低其溶解度，并進(jìn)而影響其消化率和功能。從理論上講，植酸酶水解西酸釋放出磷的同時(shí)，可將與植酸絡(luò)合的蛋白質(zhì)釋放出來(lái)，便于消化道分泌的各種蛋白酶作用，從而使其消化利用率得到提高。另外植酸可與內(nèi)源性蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等絡(luò)合，降低酶活性，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)等消化率降低。

2  體外試驗(yàn)

2.1  植酸與蛋白質(zhì)絡(luò)合試驗(yàn)  見(jiàn)表1。如表1所示，蛋白質(zhì)與植酸是否能形成沉淀，強(qiáng)烈依賴于溶液的pH值，當(dāng)pH為2時(shí)，除米糖蛋白和豆餅蛋白的蛋白質(zhì)溶解率（溶液中可溶蛋白質(zhì)占總蛋白質(zhì)的比率）為22%、91%外，其他來(lái)源蛋白質(zhì)（酪蛋白、玉米、菜籽、葵花籽）的溶解率均達(dá)100%。添加植酸后，菜籽蛋白溶解率降至63%，玉米、細(xì)米糠、葵花籽蛋白溶解率分別降到28%、16%、26%，酪蛋白和豆粕蛋白的溶解率受植酸影響最大，分別降低到1%和2%。若植酸在加入到蛋白質(zhì)溶液前，先與過(guò)量植酸酶水浴，則可阻止絡(luò)合物沉淀的產(chǎn)生，細(xì)米糠蛋白質(zhì)溶解率提高到57%，遠(yuǎn)高于未水浴時(shí)的溶解率，其他來(lái)源蛋白質(zhì)的溶解率恢復(fù)到83%～100%。pH為3時(shí)，蛋白質(zhì)溶解率的變化規(guī)律與此同時(shí)pH為2時(shí)相似，只是絕對(duì)值不同。

表1   添加植酸酶與植酸對(duì)蛋白質(zhì)溶液中蛋白質(zhì)相對(duì)數(shù)量的影響

	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
細(xì)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蛋白質(zhì)+植酸+植酸酶；Ⅱ蛋白質(zhì)+植酸；Ⅲ蛋白質(zhì)

2.2  消化試驗(yàn)   體外消化試驗(yàn)證明，植酸含量與蛋白質(zhì)消化率呈負(fù)相關(guān)，特別是蛋白質(zhì)含量較高的植物性飼料，其蛋白質(zhì)消化率隨植酸含量降低而增高（Knuckles，1985）。Jongbloed（1998）的試驗(yàn)表明在蛋白質(zhì)與植酸沉淀形成后，加入胃蛋白酶和植酸酶，沉淀消失速度比單獨(dú)加入胃蛋白酶快得多。即使胃蛋白酶濃度再提高10倍，添加植酸酶仍有作用。菜籽粕需要植酸酶從沉淀中溶解蛋白質(zhì)，僅有胃蛋白酶時(shí)卻無(wú)此作用。本試驗(yàn)證明，植酸酶能夠裂解植酸蛋白復(fù)合物，促進(jìn)蛋白質(zhì)的消化利用。

3  體內(nèi)試驗(yàn)

    目前關(guān)于單胃動(dòng)物飼料中添加植酸酶，能改善蛋白質(zhì)、氨基酸利用率的體內(nèi)試驗(yàn)報(bào)道較少，不同研究所得結(jié)果不盡一致。Ketaren等（1993）向幼豬日糧中添加植酸酶，增加了蛋白質(zhì)的沉積和存留，豬的氮吸收率，因植酸酶的添加而增加（Qian，1994）。Ketaren等（1991）和Mroz等（1991）報(bào)道，添加植酸酶，可明顯提高蛋白質(zhì)和氨基酸在豬小腸和大腸中的消化率。Mroz等（1994）研究發(fā)現(xiàn)，植酸酶能提高豬回腸氮消化率和氮存留，800U/kg黑曲霉植酸酶可使氮沉積增加，日氮排出量分別減少5.5g，日糧干物質(zhì)、有機(jī)物、粗蛋白質(zhì)的回腸表觀消化率，分別提高1.2%～1.9%、1.1%～1.9%、1.6%～2.5%，賴氨酸、蛋氨酸、胱氨酸、色氨酸異亮氨酸、蘇氨酸等氨基酸的回腸表觀消化率，提高幅度分別為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）報(bào)道，植酸酶對(duì)生長(zhǎng)豬磷、鈣、蛋白質(zhì)利用率有顯著影響。對(duì)氨基酸缺乏日糧，Young等（1993）報(bào)道，仔豬日糧中添加500U/kg植酸酶，提高平均日增重15.56%，飼料轉(zhuǎn)化率9.76%，氮利用率7.64%。Nottingham大學(xué)研究表明，植酸酶可使回腸氮消化率由55%提高到68%，總氮消化率從81%提高到86%。Lei等（1993）報(bào)道，仔豬日糧中添加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糧添加植酸酶，使飼料效率提高6.8%，但氨基酸充足時(shí)，植酸酶未能改進(jìn)飼料效率，無(wú)論氨基酸缺乏與否，日增重都得到改善。Biehl和Baker（1997）研究發(fā)現(xiàn)，植酸酶對(duì)氨基酸利用率的影響與蛋白質(zhì)來(lái)源有關(guān)，無(wú)論氨基酸缺乏與否，1200U/kg植酸酶均不能改善喂以玉米-花生餅型日糧的雞生長(zhǎng)、采食量和飼料報(bào)酬；但對(duì)氨基酸缺乏的玉米-豆餅型日糧，則能顯著提高增重/耗料比，據(jù)測(cè)定9種必需氨基酸和半胱氨酸的平均真消化率約提高2%，但未達(dá)顯著水平。Kemme等（1995）報(bào)道，添加900U/kg植酸酶，不僅使蛋白質(zhì)而且使賴氨酸、色氨酸、異亮氨酸和蘇氨酸的表觀消化率均得到改善。

    植酸酶對(duì)肉雞、蛋雞和火雞的氮沉積和吸收有顯著影響。Han等（1995）報(bào)道，1000U/kg植酸酶使肉用仔雞氮利用率提高12.6%～12.98%。Van der Klis等（1991）報(bào)道，植酸酶對(duì)蛋雞的氮吸收有促進(jìn)作用，250U/kg使氮吸收率由79.2%提高到81.3%，差異顯著。Yi（1996）報(bào)道，在低磷（非植酸磷0.45%）、低蛋白質(zhì)（22.5%）的玉米豆餅型火雞日糧中，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觀和真消化率提高1%～2%，干物質(zhì)和氮的沉積率顯著增加；在低磷高蛋白質(zhì)（CP28%）和高磷（非植酸磷0.6%）低蛋白質(zhì)的日糧中添加植酸酶，使氮及所有氨基酸的消化率和沉積率均得到改善；但高磷高蛋白質(zhì)日糧中添加植酸酶，對(duì)氨基酸的消化率和沉積率無(wú)影響。

    綜上所述，在大多數(shù)情況下，植酸酶的應(yīng)用，能提高動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的利用率，使糞中氮排泄量減少。不同試驗(yàn)結(jié)果所以不一致，很有可能與蛋白質(zhì)植酸復(fù)合物的數(shù)量與分布有關(guān)。當(dāng)植酸在單子葉植物的糊粉層和雙子葉植物的蛋白質(zhì)體內(nèi)沉積時(shí)，植酸蛋白質(zhì)復(fù)合物便開(kāi)始形成（O’Dell等，1972；Prattley，1982）。由于不同谷物或油料種籽中植酸的位置不同，如玉米中90%的植酸鹽在胚中，而油料種籽（如大豆）的植酸鹽與蛋白體結(jié)合，并存在于整個(gè)種籽（Maga，1982），花生、棉籽中植酸鹽，集中在蛋白體膜內(nèi)的晶狀體或球狀體的亞結(jié)構(gòu)中（Erdman，1979）。植酸與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物的可能性大小有差異，不同來(lái)源蛋白質(zhì)與植酸形成絡(luò)合物的能力不同，故植酸酶對(duì)蛋白質(zhì)利用率的作用，與蛋白質(zhì)的來(lái)源及日糧中氨基酸是否缺乏有關(guān)。