植酸酶----一种新型的饲料添加剂
2009-06-07 22:30:36   来源：《广西轻工业》2009年第5期（总第126期）   评论：0 点击：

【摘　要】　植酸酶是一种饲用酶，可水解饲料中的植酸，使其释放出可利用的磷，从而减少单胃动物饲料中无机磷的使用量，也可以减少动物粪便中的磷对环境的污染。因此无论从社会效益和经济效益来看，植酸酶都是一种很好的饲料添加剂，也是一种极有发展前途的饲用酶。

【关键词】　植酸酶；植酸；植酸酶的来源和生产；利用与前景

1前言

自进入21世纪以来，饲料行业取得了巨大的进步。其中各种饲用酶在饲料中的应用，极大的提高了动物对饲料的利用率。在各种饲用酶中研究并在实践中应用较多的是植酸酶。植酸酶是催化植酸以及植酸盐水解成肌醇与磷酸（或盐）的一类酶的总称，按照国际生物化学和生物分子联合委员会的命名，植酸酶可以分为两种：一种是肌醇六磷酸－3－磷酸酯酶（EC3.1.3.8），另一种是肌醇六磷酸－6－磷酸酯酶（EC3.1.3.26）。它是一种新型的饲料添加剂，将植酸酶添加到植物性饲料中，释放植酸中的磷分，不但能提高食物以及饲料对植物磷的吸收利用率，而且可以降解植酸盐蛋白质络和物，减少植酸盐对微量元素的螯和，提高动物对植物蛋白的利用率以及植物饲料的营养价值，减少动物排泄物中有机磷的含量，同时减少对大自然的污染。植酸酶自1907年由Suzuki et al.发现到1993年由Gist-Brocades在欧洲推行植酸酶商业化，已经跨越了87年。在这段时间内对于植酸酶的研究已经相当广泛，包括植酸酶的特性、分子大小以及作用的活性中心，都有详尽的资料。其中Wodzinski、Satyanarayana等对植酸酶的生产、特性、以及其应用进行了详尽的探讨。Yiet al.1994年研究确立通过在猪饲料中添加植酸酶，可降低排泄物中肌醇六磷酸的量，同时无机磷的添加量也减少到1－2g/kg。Simons et al.1990年研究表明添加植酸酶可明显提高动物对钙、磷消化率，从而降低了磷的排泄量。但是在饲料中添加大量的植酸酶，会提高动物饲养的成本，因此，怎样降低植酸酶的商业价格，也是酶行业亟待解决的一个问题。

据研究，豆类、谷类、油料、花粉中植酸的含量约占可食性物质总量的1％～2％，植酸是一种有机酸。1872年左右Preffer首先发现了植酸，随后在1903年由Postermak第一个深入探讨了植酸。植酸称肌醇六磷酸脂，是一种黄色液体，呈强酸性，其分子式为C6H18O24P6，分子量为659.86。它能与金属离子钙、镁、锌、铜等生成不溶性络和物（Morris,1986），而且也可在酸性和中性pH值条件下与蛋白质（氨基酸）形成不溶性盐（Thompson,1986）。鉴于植酸对金属离子具有较强的络和能力，与金属离子形成不能被动物吸收利用的稳定络和物（Kratzer,1986），因此植酸是饲料中影响畜禽生产性能的有害成分。据美国肯塔基大学通过10年研究证实，猪只能利用玉米中磷的10％～12％，豆粕中磷的25％～35％，典型猪日粮中磷的利用率仅达15％；而鸡对玉米和豆粕中磷的利用率比猪还低。显然85％左右的磷从粪便中排出，导致对土壤和水源的污染。另一方面，还必须在日粮中添加无机磷盐以满足畜禽对磷的每日需求，导致磷源的浪费。同时，随着社会的发展，现在对农业的一个必需要求就是减少由于农业生产造成的对环境的污染破坏。农业中，大量的饲养动物，从而加重了对环境的污染。对于动物来讲，排泄物中的磷就是一种重要的污染。在饲料中，约有60％～80％的磷形成植酸盐，这种物质是一种无机盐，单胃动物不能消化，反刍动物如骆驼、羊、山羊也仅仅能消化其中的一部分。植酸盐由动物排出体外后，可以被水中的微生物降解为磷，从而导致环境的污染。现在在欧洲，法规限制动物排泄物中磷的含量，规定如果超过规定的范围要进行严厉的惩罚。美国不久也要执行类似法规，其他一些国家和地区也都执行了类似的法规。这些法规促使农民降低了动物饲料中添加的磷的含量，增加了对植酸酶的利用率。

植酸会与一些物质结合，是一种抗营养因子。Thompson和Yoon研究发现，肌醇六磷酸降低了动物对蛋白、淀粉以及脂肪的消化率。肌醇六磷酸与蛋白质结合，使蛋白的溶解性降低，多酚和植酸通过与淀粉酶的结合也影响了淀粉的消化率。植酸对某些酶例如淀粉酶、胰岛素、磷酸植酶、酪氨酸酶有抑制作用。因此，降解植酸，研究怎样提高植物中矿质元素和植物蛋白的利用率，具有重大的现实意义。在中国的饲料行业广泛推广应用植酸酶，无论从经济效益，还是社会效益，都是很有必要的。

2植酸酶的来源以及生产方法

到目前，人们已经知道植酸酶存在于细菌，部分真菌以及植物（壳类、豆类种子以及花粉）中，下面对其来源进行分类详述。

2.1动物来源

第一篇动物植酸酶的报道是由Mccollum和Hart在牛血和牛肺中发现的。1913年Phimmer首先在小鼠体内证明了植酸经酶分解后产生的肌醇和磷进入血液循环。Patwardhan（1937）也报道了肌醇六磷酸可以在鼠的肠内水解，随后也发现了在猪、羊和牛的小肠中存在植酸酶。另外，在脊椎动物的红血球和原生质以及哺乳动物的小肠中也发现植酸酶的存在。1977年Bitar和Reinhold对鼠、鸡、牛和人肠内的植酸酶进行了部分纯化，发现人肠内的植酸酶的活力比鼠肠内的植酸酶的活力低30倍。研究表明，普通人对肌醇六磷酸的消化率有限。

2.2植物来源

据报道，在大米、小麦、玉米、大豆、莴苣、小豆、绿豆、黑麦等一些豆类和油料作物都存在植酸酶。1907年Suzuki等人在米糠中首先发现植酸酶，自此，专家们就对动植物体内的植酸酶进行了长期的研究。Mullaney et al.从大葱叶中提取植酸酶，纯化后，研究发现，在pH5.5，温度51℃酶的活力最大。Laboure et al.从发芽的玉米种子中提取植酸酶，纯化，然后对其C－DNA的译码进行了克隆研究。

2.3微生物来源

1911年，R.G olden发现微生物也可产生植酸酶。报道有200种以上的菌类可用真菌分离技术来生产植酸酶，这些菌类包括曲霉菌、青霉菌、毛霉菌、根霉菌等，所有这些都可生产有活力的胞外酶。尼日尔曲霉可生产最有活力的真菌植酸酶。尼日尔曲霉NRRL3155可以产生两种不同的植酸酶，一种最适pH在5.5～2.5，另一种最适pH在2.0，酶的最适温度是50℃，这两种酶后来分别称为植酸酶A和植酸酶B。到目前，人们已经知道植酸酶存在于细菌，部分真菌以及植物（如壳类、豆类种子以及花粉）中；最近以来，鉴于微生物和基因工程的广泛应用，从微生物中提取植酸酶得到了大的提倡。

总之，多种植物、微生物中含有植酸盐。由于酶源的不同，酶的活力也不一样，且分子量有很大的差异。不同来源的酶其最适pH和温度也不相同，如植物中的植酸酶的最适pH值范围较窄，一般在2.5～6.0之间。同一菌株中的同功酶的pH值也有差异。同时，金属离子以及一些对金属离子有络和作用的物质对植酸酶的活性也有一定的影响。

2.4植酸酶的生长

目前生长植酸酶的方法有两种。一种是从植物组织中提取植酸酶。另一种方法是利用生物遗传工程技术，应用微生物繁殖而制得得生物酶制剂。用后一种方法所制得得酶平均活性约高于20％。李春艳研究利用超虑膜分离技术进行植酸酶得浓缩，用此方法生产得植酸酶，由于在低温下操作，生物活性物质不易失活，同时酶发酵液实现低能耗、低损失、高浓缩倍数、无污染。目前研究比较经济得一种生产植酸酶的方法是用杆状真菌固体沉淀法。这种方法生产的粗酶，不仅仅有植酸酶，而且包括辅酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、真菌蛋白质和有机酸等。这些物质能提高动物对饲料的消化率，并能对细胞中的植酸盐进行降解。

3植酸酶的应用

1991年，芬兰AIKO公司与美国Panlabs公司合作，成功地在黑曲霉中获得植酸酶基因克隆以及pH2.5地酸性植酸酶，结果获得第一株生产植酸酶地工程酶，超产株地植酸酶产率高，为广泛应用植酸酶提供了极大的可能性。

Nelson等（1968）证明了经植酸酶制剂处理的大豆中植酸磷的可利用性，该酶制剂由A.ficuum曲霉菌产生。他们在鸡的日粮中添加植酸酶，然后分析鸡骨中的磷酸盐，认为酶水平适宜时，基本上所有的植酸磷被酶制剂水解。

Simons等（1990）用A.function曲霉NRRL3135菌株发酵产生的植酸酶玉米—大豆粕－高梁－葵花籽粕喂养的肉用仔鸡表明，日粮中添加植酸酶可以使磷的利用率显著提高，特别是低磷饲料能提高60％，粪便中磷的排泄量减少40％，同时显著提高了饲料利用率，对骨骼的生长有一定的促进作用。

    Perney等（1991）报道，以玉米豆粕为主组成的猪饲料中（总磷0.32％、有效磷0.05％）添加植酸酶有效磷能提高到0.14％。这样，上述的饲料基本上满足猪对有效磷的需要量。Cromwell等（1991）报道，猪日粮中添加植酸酶可显著提高日增重和饲料效率，骨骼强度也有所增加。

   G olovan et al.(2001)研究认为在饲料中添加250～1000μg/kg的植酸酶可以完全代替无机磷。虽然饲料工业对植酸酶的需求较大，但是在加工饲料时对饲料粒化过程中实施的高温会使植酸酶失活或变性，因此在饲料粒化后需要补加植酸酶，从而导致饲料生产成本的提高。基于此，怎样提高植酸酶的耐高温是一个很重要的问题。Lamosa et al.认为盐和羟基化合物可以用来提高植酸酶的耐热性。Chen et al.用高梁酒的废料和淀粉混合也可以提高酶的耐热性。另外最近的研究也有用蛋白质工程来改善酶的耐热性，具体如置换脯氨酸或引进二硫键等都可对耐热性有一定的提高。

总之，在饲料中添加植酸酶，直接作用于植酸盐使之分解，明显降低了植酸结合磷的活性，增机了可利用磷的含量，这不仅可以预防由缺乏磷引起的各种疾病，更主要的减少了粪便中磷的排放量，保护了自然环境。同时，植酸酶还有一个重要的作用，它能解除植酸的抗氧化作用，提高饲料中矿物质元素和蛋白质的营养有效性以及能量平衡能力。植酸酶能从植酸分子上将磷酸水解下来，从而基本上破坏了它对矿物质和蛋白质的亲和力，所以植酸酶能提高矿物质营养有效性和蛋白质消化率；同时可使一些酶如淀粉酶等恢复其原有的活性，从而提高了饲料的能量有效性。

从各个方面来看，植酸酶都将成为一种新型的动物饲料添加剂，应用前景十分的诱人。许多国内和国外的专家都对这一课题的研究感兴趣。尤其在西方发达国家，对这方面的研究已经很多。如最近欧共体推出了当前启用的三种植酸酶：荷兰Gise-Brocades公司推出的“自然磷”，特点是对热稳定，且在碱和酸性条件下均具活性；美Allteech公司推出的“澳吉美植酸酶”，乃是一种黑曲霉发酵产物，其热和pH稳定性好；芬兰Alko biotechnology公司推出的猪用多酶系列产品，如多酶SP、TP、SF等，除可以节省磷外，还可以提高纤维和植物蛋白的利用率。我国科学家也已经开始这一领域的攻关研究，预期不久将会有我国自行研制的饲用植酸酶问世，可进一步促进我国畜牧业的发展。

参考文献

[1]王放银.论植物性饲料磷的有效利用于植酸酶的应用.饲料工业.1995（5）35～37.

[2]刘德忠.新型酶制剂－植酸酶的应用及开发.饲料工业.1998（3）19.

[3]费迪波.新型饲料添加剂－植酸酶的应用前景.浙江省农科院微生物研究所

[4]辛春红,宁志华等.畜牧业可持续发展的研究－植酸酶的应用.江西饲料 2001（3）12～13.

[5]夏立秋.植酸酶及其基因工程研究进展 激光生物学报 2001（3）230～235.

[6]陈于平.植酸酶的应用浅析 兽药与饲料添加剂 1998（2）8～9.

[7]宴向华等.植酸酶在畜禽生产中应用研究进展 江西饲料 1999（3）15～17.

[8]Ashima Vohra an d T.Satyanarayana.Phytase:Microbial Sources,production,Purification,an d Potential Biotechnological Applications .Critical Reviews in Biotechnology,2003 23(1)29～60.

[9]S.F.ZANINI an d M.H.SAZZAD. Effects of microbial phytase on growth an d mineral utilisation in broilers fed on maize soyabean-based diets.British Poultry Science 1999(40):348～352.

[10]E.PAPATRYPHON an d J.H.SOARES Jr. The effect of phytase on apparent digestibility of four practical plant feed ,fed to striped bass,Morone saxatilis ,Aquculture Nutrition 2001(7)161～167.

[11]M.SEYNAEVE .Effects of dietary Ca/P ratio,P level an d microbial phytase supplementation on nutrient digestibilities in growing pigs:breakdown of phytic acid,partition of P an d phytase activity along the intestinal tract .J.Anim.Physiol.a.Anim.Nutr.2000(83),193～204.

[12]A.MURAI.T.KOBAYASHI,T.OKADAI Improvement of growth an d nutritive value in clicks with non-genetically modi.ed phytase product from Aspergillus niger.British Poultry Science 2002(43) 687～695.