植酸酶對蛋白質和氨基酸利用率的影響

kiroco

90年代以來，人們對植酸酶的特性及其在畜禽中的應用，進行了較深入的研究，大量試驗和生產證明，單胃動物飼料中添加植酸酶，可使動物對植酸磷的利用率提高9%～24%個百分點，同時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氨基酸利用率方面的作用，尚未得到完全證實，本文從理論上信紙述植酸酶影響蛋白質氨基酸利用率的可能性，并介紹一些初步試驗結果。

1  植酸酶提高蛋白質氨基酸利用率的理論依據

    植酸是一種強酸，具有很強的螯合能力，其6個帶負電的磷酸根基軒，除與金屬陽離子結合外，還可與蛋白質分子進行有效的絡合，從而降低動物對蛋白質的消化率（Gifford等，1990；Pallauf等，1995）。當pH低于蛋白質的等電點時，蛋白質帶正電荷，由于強烈的靜電作用，易與帶負電的植酸形成不溶性復合物（Cheryan，1980；Reddy等1982）；蛋白質上帶正電荷的基團，很可能是賴氨酸的ε-氨基、精氨酸和組氨酸的胍基；當pH高于蛋白質等電點時，蛋白質的游離羧基和組氨酸上未質子化的咪黨代會基帶負電荷，此時蛋白質則以多價陽離子如Ca2+、Ng2+、Zn2+等為橋，與植酸形成三元復合物。植酸蛋白二元或三元復合物的形成，會改變蛋白質的結構，降低其溶解度，并進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，可將與植酸絡合的蛋白質釋放出來，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。另外植酸可與內源性蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等絡合，降低酶活性，從而導致蛋白質等消化率降低。

2  體外試驗

2.1  植酸與蛋白質絡合試驗  見表1。如表1所示，蛋白質與植酸是否能形成沉淀，強烈依賴于溶液的pH值，當pH為2時，除米糖蛋白和豆餅蛋白的蛋白質溶解率（溶液中可溶蛋白質占總蛋白質的比率）為22%、91%外，其他來源蛋白質（酪蛋白、玉米、菜籽、葵花籽）的溶解率均達100%。添加植酸后，菜籽蛋白溶解率降至63%，玉米、細米糠、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溶液前，先與過量植酸酶水浴，則可阻止絡合物沉淀的產生，細米糠蛋白質溶解率提高到57%，遠高于未水浴時的溶解率，其他來源蛋白質的溶解率恢復到83%～100%。pH為3時，蛋白質溶解率的變化規律與此同時pH為2時相似，只是絕對值不同。

表1   添加植酸酶與植酸對蛋白質溶液中蛋白質相對數量的影響

	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+植酸+植酸酶；Ⅱ蛋白質+植酸；Ⅲ蛋白質

2.2  消化試驗   體外消化試驗證明，植酸含量與蛋白質消化率呈負相關，特別是蛋白質含量較高的植物性飼料，其蛋白質消化率隨植酸含量降低而增高（Knuckles，1985）。Jongbloed（1998）的試驗表明在蛋白質與植酸沉淀形成后，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，僅有胃蛋白酶時卻無此作用。本試驗證明，植酸酶能夠裂解植酸蛋白復合物，促進蛋白質的消化利用。

3  體內試驗

    目前關于單胃動物飼料中添加植酸酶，能改善蛋白質、氨基酸利用率的體內試驗報道較少，不同研究所得結果不盡一致。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）報道，添加植酸酶，可明顯提高蛋白質和氨基酸在豬小腸和大腸中的消化率。Mroz等（1994）研究發現，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、有機物、粗蛋白質的回腸表觀消化率，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）報道，植酸酶對生長豬磷、鈣、蛋白質利用率有顯著影響。對氨基酸缺乏日糧，Young等（1993）報道，仔豬日糧中添加500U/kg植酸酶，提高平均日增重15.56%，飼料轉化率9.76%，氮利用率7.64%。Nottingham大學研究表明，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，植酸酶未能改進飼料效率，無論氨基酸缺乏與否，日增重都得到改善。Biehl和Baker（1997）研究發現，植酸酶對氨基酸利用率的影響與蛋白質來源有關，無論氨基酸缺乏與否，1200U/kg植酸酶均不能改善喂以玉米-花生餅型日糧的雞生長、采食量和飼料報酬；但對氨基酸缺乏的玉米-豆餅型日糧，則能顯著提高增重/耗料比，據測定9種必需氨基酸和半胱氨酸的平均真消化率約提高2%，但未達顯著水平。Kemme等（1995）報道，添加900U/kg植酸酶，不僅使蛋白質而且使賴氨酸、色氨酸、異亮氨酸和蘇氨酸的表觀消化率均得到改善。

    植酸酶對肉雞、蛋雞和火雞的氮沉積和吸收有顯著影響。Han等（1995）報道，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）報道，植酸酶對蛋雞的氮吸收有促進作用，250U/kg使氮吸收率由79.2%提高到81.3%，差異顯著。Yi（1996）報道，在低磷（非植酸磷0.45%）、低蛋白質（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%，干物質和氮的沉積率顯著增加；在低磷高蛋白質（CP28%）和高磷（非植酸磷0.6%）低蛋白質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；但高磷高蛋白質日糧中添加植酸酶，對氨基酸的消化率和沉積率無影響。

    綜上所述，在大多數情況下，植酸酶的應用，能提高動物對蛋白質的利用率，使糞中氮排泄量減少。不同試驗結果所以不一致，很有可能與蛋白質植酸復合物的數量與分布有關。當植酸在單子葉植物的糊粉層和雙子葉植物的蛋白質體內沉積時，植酸蛋白質復合物便開始形成（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合，并存在于整個種籽（Maga，1982），花生、棉籽中植酸鹽，集中在蛋白體膜內的晶狀體或球狀體的亞結構中（Erdman，1979）。植酸與蛋白質形成復合物的可能性大小有差異，不同來源蛋白質與植酸形成絡合物的能力不同，故植酸酶對蛋白質利用率的作用，與蛋白質的來源及日糧中氨基酸是否缺乏有關。