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1 植酸與植酸酶
1.1 植酸
植酸廣泛地存在于植物性飼料中，油料籽實(shí)和谷物副產(chǎn)品中植酸鹽含量高，谷物和豆類籽實(shí)中含量相對(duì)較低。常用植物性飼料中以芝麻餅(粕)和米糠中植酸鹽含量為最高，可達(dá)10％左右。植酸（亦稱環(huán)己六磷酸酯或肌醇六磷酸）是由6個(gè)分子的磷酸與環(huán)己六醇形成的磷酸酯，其分子中所含的6個(gè)分子磷酸可以解離出12個(gè)氫離子。在通常條件下，植酸帶有很強(qiáng)的負(fù)電荷，因而具有很強(qiáng)的絡(luò)合或連接陽極復(fù)合體(如陽離子或蛋白質(zhì))的能力，可與多種礦物質(zhì)離子，如鎂、鉀、鈣、錳、鐵、鋅等螯合，形成穩(wěn)定的畜禽（豬、雞等）難以消化利用的復(fù)合物。植酸的這一特性使它具有很強(qiáng)的抗?fàn)I養(yǎng)作用，因此被視為飼料中的有害成分。
1.2 植酸酶
植酸酶屬于磷酸單酯水解酶，是磷酸酶的一種類型，能將肌醇六磷酸(植酸)分解成為肌醇和磷酸。植酸酶可以專一性地水解植酸中的磷酯鍵，將磷酸基團(tuán)從植酸分子上逐個(gè)切下，形成中間產(chǎn)物，最終轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷酸。不同來源的植酸酶的作用機(jī)理不同。有報(bào)道認(rèn)為，單純的植酸酶只能將植酸分解為肌醇磷酸酯，不能徹底的分解成肌醇和磷酸，要徹底分解肌醇磷酸酯，需要酸性磷酸酶的幫助，酸性磷酸酶可以將單磷酸酯、二磷酸酯徹底分解成肌醇和無機(jī)磷酸。無機(jī)磷酸從植酸中被植酸酶水解后釋放出來，易于被畜禽消化道吸收，解除植酸對(duì)一些礦物元素，如鈣、鋅、銅等的抗?fàn)I養(yǎng)效應(yīng)，從而提高畜禽對(duì)植物性飼料中磷的利用率，降低飼料中鈣、磷水平，減少外源礦物性鈣、磷在飼料中的添加。植酸酶替代礦物性磷在飼料中的運(yùn)用，需要降低飼料中鈣和磷水平，考慮維生素D與植酸酶之間可能存在的協(xié)同效應(yīng)。這不僅對(duì)動(dòng)物體具有良好的促生長效果，同時(shí)可降低有機(jī)磷從動(dòng)物體中的排泄量，有利于環(huán)境保護(hù)，減少飼料成本。
植酸酶主要來源于植物和微生物，動(dòng)物血液中也有少量存在，許多植物，特別是麥類籽實(shí)中含有天然植酸酶，如小麥、大麥、黑麥、玉米、水稻、高粱、油菜籽、豆類等，籽實(shí)中的植酸酶已被分離、鑒定。能產(chǎn)生植酸酶的微生物有細(xì)菌、部分真菌，如工程菌（工程細(xì)菌、工程酵母菌）、黑曲霉，無花果曲霉、啤酒酵母以及少數(shù)根霉。目前研究的或生產(chǎn)中應(yīng)用的植酸酶主要經(jīng)微生物發(fā)酵提純而獲得。
在自然界中植酸酶有兩種形式：6-植酸酶和3-植酸酶，它們是兩種完全不同的植酸酶。6-植酸酶主要存在于植物籽實(shí)的胚中，在干燥后籽實(shí)冬眠狀態(tài)下沒有活性，只有在種子萌發(fā)時(shí)被激活，并水解種子中的植酸。6-植酸酶的水解反應(yīng)首先是從肌醇的6碳位上催化無機(jī)磷鹽，最終脂解整個(gè)植酸，它的穩(wěn)定性很差，在干燥、高溫、pH值較低的情況下無活性，且易于因過多的植酸鹽底物和產(chǎn)物而受到強(qiáng)烈的抑制，難以在動(dòng)物胃內(nèi)pH值較低的情況下起作用。3-植酸酶由霉菌、酵母和細(xì)菌產(chǎn)生，它的性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸、耐高溫，真正具有開發(fā)利用價(jià)值，在飼料工業(yè)中已被廣泛使用。3-植酸酶的水解反應(yīng)首先從肌醇的3碳位上開始，逐步催化釋放無機(jī)磷，其作用機(jī)理為：植酸→D-1，2，4，5，6-五磷酸肌醇+D-1，2，3，4，5-五磷酸肌醇→1，2，5，6-四磷酸肌醇→1，2，5-三磷酸肌醇或1，2，6-三磷酸肌醇→1，2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。目前研究較多的是無花果曲霉菌和黑曲酶產(chǎn)生的植酸酶。
2 影響植酸酶應(yīng)用的因素
植酸酶是一種結(jié)合蛋白，除含有蛋白質(zhì)外，還含有約27.3％的寡糖，其糖鏈主要由半乳糖和甘露糖組成，通過天冬酰胺以N－糖苷鍵型與肽鏈相連接。研究表明，植酸酶的活性與糖鏈無關(guān)，糖鏈對(duì)于酶的分子量和熱穩(wěn)定性有顯著影響，對(duì)于酶的等電點(diǎn)也有影響，酶的專一性酶活主要由其肽鏈結(jié)構(gòu)決定。影響植酸酶使用效果的因素包括酶的種源、含量、溫度穩(wěn)定性、pH值特性及動(dòng)物體內(nèi)水解效率等。
2.1 來源與生產(chǎn)加工工藝
植酸酶經(jīng)由分離培育微生物菌種，再經(jīng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)提純。不同菌種來源的植酸酶其酶的分子量及耐酸、耐熱性能差異較大。B.subtills菌種中植酸酶的分子量在36～38 kD，最適pH值和最適溫度分別為6.0～7.0和55～60 ℃；A.niger菌種中植酸酶的分子量在60～100 kD，最適pH值和最適溫度分別為5.0～7.0和55～60 ℃。Segueiha等在Schwanniomyces castellii菌種中分離得到的分子量達(dá)到490 kD的大分子植酸酶，該酶有很好的耐高溫能力，其最適反應(yīng)溫度為77 ℃。近年來，由于分離技術(shù)的提高，發(fā)現(xiàn)不同來源的植酸酶作用機(jī)理存在一定差異。
植酸酶經(jīng)微生物發(fā)酵提取得到粗酶液，粗酶液再經(jīng)后處理制得酶產(chǎn)品。后處理技術(shù)是提高酶穩(wěn)定性(包括貯存穩(wěn)定性、耐高溫穩(wěn)定性等)及定點(diǎn)釋放能力的關(guān)鍵，這要考慮的是酶的劑型，固體或液體。為提高酶的穩(wěn)定性，對(duì)固體酶進(jìn)行包被處理是減少加工過程中酶活損失的一種非常有效的方法。固體酶產(chǎn)品經(jīng)使用載體進(jìn)行包被處理，其穩(wěn)定性相對(duì)比液體酶產(chǎn)品好，外界空氣中水分及溫度對(duì)其影響較小，并易于存儲(chǔ)，但固體酶產(chǎn)品比液體酶產(chǎn)品增加了工藝程序和生產(chǎn)成本。
2.2 飼料加工
植酸酶應(yīng)用于飼料中的添加途徑有2種：一種是在動(dòng)物飼喂時(shí)直接添加到日糧中，這一途徑方便易行，能夠明顯提高日糧的飼用效果，但易造成浪費(fèi)，成本增加；二是在動(dòng)物全價(jià)配合飼料配方中添加，這種途徑能夠根據(jù)動(dòng)物的營養(yǎng)需求合理添加酶制劑，并能夠改善全價(jià)料的原料搭配，減少成本。
飼料配方中原料種類的選用可影響植酸酶的效果。飼料中添加植酸酶，飼料的總磷水平必須高于動(dòng)物有效磷的需要量，按飼料中磷的消化利用率來制定飼料總磷水平。飼料中鈣、磷的比例會(huì)影響植酸酶的活性，高鈣低磷使動(dòng)物消化道pH值升高，抑制植酸酶的活性。一些礦物元素的添加，使某些金屬離子如Ca、Fe、Mn、Zn等，與植酸產(chǎn)生絡(luò)合作用，導(dǎo)致酶活降低，而維生素D對(duì)植酸酶有一定協(xié)同作用。
飼料的加工過程對(duì)酶有重要影響。一般植酸酶的最適溫度為30～60 ℃，但飼料的制粒溫度在75～90 ℃之間，膨化溫度通常為120～150 ℃，這樣高的溫度會(huì)使酶的蛋白變性，酶活性會(huì)降低甚至完全失活。同時(shí)飼料制粒過程中的調(diào)質(zhì)、擠壓均可使酶蛋白變性失活。酶失活的程度也與在飼料中使用的酶的劑型和使用方法有關(guān)，固體酶是在制粒膨化前添加，會(huì)受制粒膨化溫度影響；液體酶是在制粒后噴涂，雖不受制粒溫度影響，但易受到空氣中水分及溫度的影響。
2.3 動(dòng)物方面
動(dòng)物的種類和年齡制約著酶的使用效果。單胃動(dòng)物應(yīng)用酶相對(duì)反芻動(dòng)物要好，幼齡動(dòng)物的消化道沒有完全健全，添加酶的效果優(yōu)于成年動(dòng)物。
微生物來源的植酸酶的最適酸度一般分為pH值2.5和pH值5.5兩種，pH值2.5的植酸酶主要在動(dòng)物胃腔內(nèi)起作用，而pH值5.5的植酸酶主要在動(dòng)物的腸道內(nèi)起作用。植酸酶主要應(yīng)用于單胃動(dòng)物，常見單胃動(dòng)物有豬和雞。對(duì)于豬來說，植酸酶對(duì)植酸水解作用發(fā)生在胃中，其胃中食糜pH值在2～4之間；而對(duì)于雞來說，植酸水解是在嗉囊、肌胃和腺胃中進(jìn)行的，嗉囊和肌胃的pH值在5～6之間。因此確定植酸酶在動(dòng)物消化道內(nèi)的適宜pH值對(duì)植酸酶的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
2.4 存儲(chǔ)條件
植酸酶及加酶飼料成品在儲(chǔ)存過程中易受到外界環(huán)境(如光、濕度、溫度、蟲害等)的影響，酶的活性會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長而逐漸降低。一般來說，水分對(duì)酶的影響比高溫更為嚴(yán)重，飼料發(fā)霉會(huì)使酶受到很大威脅，在使用酶時(shí)應(yīng)盡量縮短儲(chǔ)存時(shí)間，并保存在通風(fēng)干燥、陰涼、避光處。
3 植酸酶酶活性的檢測(cè)
植酸酶展現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)效益得到了廣泛的認(rèn)可，其在飼料行業(yè)中將會(huì)有較大規(guī)模的應(yīng)用，商品植酸酶的自身質(zhì)量是加酶飼料和其在動(dòng)物性能方面應(yīng)用的首要保障。在眾多影響植酸酶應(yīng)用效果的因素中，含量測(cè)定是最重要的質(zhì)量指標(biāo)，是植酸酶與其它酶制劑一樣面臨的特殊問題。植酸酶的含量以酶活單位來表示。目前對(duì)植酸酶酶活的定義尚未完全統(tǒng)一，沿用最多的是由BASF-GB公司提出的酶活定義，該定義被包括我國在內(nèi)的國際質(zhì)量認(rèn)證機(jī)構(gòu)、權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)、仲裁機(jī)構(gòu)接受和采用。
普遍采用的植酸酶檢測(cè)方法有丙酮-磷鉬酸銨法、釩-鉬酸銨法、維生素C-鉬藍(lán)法和FeSO4-鉬藍(lán)法4種。黃遵錫等的研究表明，丙酮-磷鉬酸銨法較其它3種方法在靈敏度、精確度、穩(wěn)定性、抗干擾能力等方面均有明顯優(yōu)勢(shì)。目前植酸酶生產(chǎn)廠家和飼料廠應(yīng)用最多的檢測(cè)方法是釩-鉬酸銨法，檢測(cè)方法相對(duì)簡便，易于操作。
無論采用哪種方法測(cè)定植酸酶酶活，不同生產(chǎn)廠商的植酸酶產(chǎn)品之間有不同的質(zhì)量差異，這是使用廠家值得注意的。
總的說來，植酸酶在飼料工業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)上的作用已得到肯定，對(duì)其在工業(yè)生產(chǎn)、飼料養(yǎng)殖的應(yīng)用仍具有極大的研發(fā)空間，植酸酶的菌種來源、理化及生物性質(zhì)和酶的基因工程是目前研究的主要方向，其在動(dòng)物體內(nèi)的生理生化作用仍有待進(jìn)一步研究。
（編輯：高 雁，snowyan78@tom.com）
譚寶玲，廣東溫氏食品集團(tuán)公司，527439，廣東省云浮市新興縣勤竹鎮(zhèn)。
馮建文、陳麗，單位及通訊地址同第一作者。
收稿日期：2006-10-03（選自中國飼料工業(yè)網(wǎng)）
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