植酸酶

LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
自然界中产植酸酶的微生物种类繁多，细菌、酵母、霉菌都分泌一定 量的植酸酶，其中对黑曲霉（As－pergullus niger）的研究报道较 多。张卫兵等从 100 多个样品中，分离、筛选出一株高产植酸酶的 黑曲霉菌株，在 30 ℃摇瓶发酵 4 d 时酶活达到 6105.5 U/ml，所 获酶的最适温度为 45 ℃、最适 pH 值为 5。杨燕凌筛选出产植酸酶 的黑曲霉菌株 A. niger FZ41，液体发酵最高酶活可达 219 U/ml。
馏清液和酒糟中的植酸含量。
LOGO
植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
（5）其他方面应用 利用植酸酶降解米糠等农副产品中的植酸( 盐) , 可以生产肌醇或肌
醇磷酸盐等产品。这一应用正成为新的研究热点, 我国已有学者对此
进行了初步的研究。
LOGO
植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
4.2 植酸酶的市场前景 植酸酶的研究从 20世纪 60年代就已开始,但由于对其认识不足, 相 对于其他工业用酶发展缓慢, 到 80年代时, 饲料中还几乎不添加任 何植酸酶。随着人们对动物营养学、饲料学研究的深入和集约化养殖 的形成, 植酸酶的良好前景得以体现, 同时分子生物学和基因工程技 术的发展, 使植酸酶的规模化廉价生产成为可能, 因此在饲料中应用 植酸酶发展极为迅速。
LOGO
植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
（3）在环境保护中的应用 磷是水生植物生长最主要的限制性营养因子。大量磷进入流水中, 刺 激藻类及其它地面水生植物生长, 其后大量水生植物腐败, 导致淡水 水质恶化,水中缺氧, 危及鱼虾及其他野生生物的生存。在食品和饲 料中添加植酸酶, 可减少粪便排泄物中磷含量, 从而减少环境高磷所 造成的污染, 尤其是在水体中的含量, 有利于保护生态环境。 （4）在酒精工业的应用 植酸酶可促进发酵、提高酒精产量、减少杂质生成，并能显著降低蒸
工业中的应用通过降解植酸盐, 提高饲料中磷利用率, 无机磷的用量
可以大幅度降低, 甚至可以完全被替代; 植酸酶有促生长作用
LOGO
植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
, 可提高饲料中矿物元素,如钙、锌、铜、镁和铁的生物学利用率以
及饲料中蛋白质、氨基酸、淀粉和脂质等营养物质的利用率; 有利于 提高动物的生产性能。表 1列出了几种商品化植酸酶及其用于添加的
LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
1.2 植酸酶的固态发酵生产 固体发酵法是以麸皮、玉米淀粉、黄豆饼粉等农副产品或加工废 弃物为主要原料,拌入种曲后，装入盘或帘子上，摊成薄层(厚约 1 cm)，在一定温度和湿度下进行发酵。其主要特点是发酵体系没有游 离水存在，微生物是在有足够湿度的固态底物上进行反应，发酵环境 接近于自然状态下的微生物生长习性，产生的酶系更全，投资低、能 耗低、操作简易、回收率高、产生的环境污染少，尤其适于饲料用植 酸酶的生产。
饲料类型。
LOGO
植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
（2）在食品工业中的应用 人的小肠中, 植酸酶活性极低, 难以利用植酸盐。用食品级的植酸酶 处理粮食, 可以减少植酸对微量元素如铁、锌的螯合, 提高粮食的营 养价值。利用植酸酶作为面包改良剂的研究表明, 在面包发酵期添加 植酸酶可以显著改善面包的品质, 并且缩短发酵时间。植酸酶降解植 酸提高了面包的营养, 同时植酸酶的添加使内源性 A- 淀粉酶活性增 高, 可以替代 A- 淀粉酶的添加。
院
系：生命科学学院
任课老师：XX 教授 姓 学 名：XX 号：XXXXXXXXXX
LOGO
植酸酶
植酸酶
一 植酸酶的定义
主要内容：
二 植酸酶的分类
三 植酸酶的理化性质 四 植酸酶的应用与市场前景 五 植酸酶的生产及工艺调控 六 展望与总结
LOGO
植酸酶
植酸酶的定义
一 什么是植酸和植酸酶
植酸的化学名称是肌醇六磷酸酯，是肌醇和磷酸根结合而成的化
LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
稻草、米糠、榨油后的油饼（如椰子油饼、芝麻油饼、棕榈油饼、花 生油饼）等也是微生物固态发酵生产植酸酶的良好基质。汪世华等以 稻草和米糠为主要基质，确定了绿色木霉 LH374 固态发酵的最佳条 件为：稻草和米糠的比例为 8： 2，起始 pH 值为 6.5，培养温度为 30 ℃，培养时间为 96 h，含水量为 60%，硫酸铵的添加量为 2%， 在最适条件下生产植酸酶平均可达1580 U/g。Ramachandran 等以 Rhizopus oligosporus为试验菌株，利用榨油后的油饼（如椰子油饼 、芝麻油饼、棕榈油饼、花生油饼）为基质固态发酵生产植酸酶。
合物，其化学结构是由六个碳原子构成的正六边形，每个碳原子上连
有一个带负电的磷酸根，具很强的螯合能力，与EDTA接近。植酸的分 子式为C6H18O24P6，含磷量为281.6mg/g。其结构见下图：
LOGO
植酸酶
植酸酶的定义
植酸酶( phytase)属于磷酸水解酶， 是催化植酸和植酸盐水解成肌 醇和磷酸( 或盐) 的一类酶的总称, 系统名称为肌醇六磷酸酶, 属于 磷酸单脂水解酶, 是一类特殊的酸性磷酸酶,水解产物是肌醇、无机 磷及其他可能与植酸结合的物质，如钙、锌、镁、锰等微量元素以及 蛋白质、淀粉。
LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
植酸酶在天然材料中含量较低，生产成本高。虽然 Ware 和
Shiech 在 1967 年已提出在单胃动物的饲料中添加植酸酶，但在相 当长的时间内并没有得到广泛的推广应用。基因工程技术的发展，为 解决这一问题提供了有效途径。1990 年德国 BASF 公司率先利用基 因工程技术构建植酸酶基因工程菌，与天然植酸酶产生菌株相比，大 幅度提高了酶的表达量，大大降低了植酸酶的生产成本。目前工业化 生产所用的菌株都以植酸酶基因工程菌为主。
LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
为开发水产养殖用植酸酶，李朝霞等开展了中性植酸酶高产菌株的筛 选及产酶条件研究，以地衣芽孢杆菌为原始出发菌株，用紫外线反复 诱变，最终获得一株中性植酸酶高产菌株 Bacillus licheniformis LL8，在 55 ℃、pH 值为7.5 条件下培养 30 h 后，中性植酸酶活力 最高达到2268.4 U/ml。
LOGO
植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
大量研究表明, 在猪、禽日粮中添加植酸酶, 每头猪可增加经济效益 40~ 50元, 并可使饲料中磷的利用率提高 40% ~60% , 粪便中磷的排 出量减少 30% ~ 50% 。因此在饲料中添加植酸酶对提高畜禽业生产 效益及降低植酸磷对环境的污染有重要意义。目前饲料用酶已成为世 界工业酶产业中增长速度最快、势头最强劲的一部分, 2006年中国酶 制剂产值达 4. 64亿元, 其中植酸酶占 1. 43亿元。2007年国内植酸 酶销售 12 000 t, 销售额达 1. 44亿元 (单位价格降低, 为 12元 /kg), 用于配合饲料 9 300多万t。
LOGO
植酸酶
植酸酶的理化性质
三 植酸酶的理化性质
植酸酶是一种单体蛋白, 其分子量因来源不同差异很大, 一般在
35-700 kD 之间, 包括一个大分子和一个小肽片断。研究发现无花果
曲霉植酸酶有594 个氨基酸残基, 其中包括 37% 的非极性氨基酸、 42% 的极性中性氨基酸、11. 5% 的酸性氨基酸和9. 5% 的碱性氨基
五 植酸酶的生产及工艺调控
1 植酸酶的生产
1.1 植酸酶的生产菌种
植酸酶广泛存在于自然界中，在植物、微生物中均有发现。早在 1907 年 Suzuki 等就在谷糠中发现了具有植酸酶活性的磷酸酶，据
报道，小麦、水稻、豆类、玉米及大麦等多种植物都能产生植酸酶，
但植物中植酸酶含量极低。为提高植酸酶的应用价值，人们将研究重 点转向了酶含量较高的微生物来源的植酸酶。
LOGO
植酸酶
植酸酶的分类
二 植酸酶的分类
植酸酶的分类及来源植酸酶主要指 6-植酸酶和 3-植酸酶。
6-植酸酶( EC 3. 1. 3. 26) 首先催化磷酸从肌醇的第六位碳脱落,
3-植酸酶( EC 3. 1. 3. 8) 首先使肌醇第三位碳的磷酸解离, 最终 产物都是单磷酸肌醇和正磷酸。植酸酶有三种来源:动物、植物和微
酸, 其二级结构由 17. 3% 的 A螺旋、29%B折叠、32.6% 的转角和
24. 7% 的无规卷曲所形成。植酸酶除含有蛋白质外, 还含有约 27. 3%的寡糖, 是一种糖蛋白。纯化的酶晶体结构包含434 个氨基酸,
115 个水分子和一个硫化物结合位点的二价硫离子。
LOGO
植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
韩建春等以黑曲霉 AS3.4309 为出发菌株，采用紫外线和 EB 的复合 诱变获得植酸酶高产菌 AS3.4309-12，并确定了最佳固态发酵条件： 发酵温度 30 ℃，玉米面和麸皮比例4： 6，起始 pH 值 5，培养基 水分 51.3%，液体种子接种量 5%，发酵时间 108 h，发酵酶活可达 280 U/g 湿基。刘玲玲等以纳豆芽孢杆菌 JSU-2 为试验菌株，运用 响应面法对其产植酸酶的条件进行优化，确定最佳产酶发酵条件为： 麸皮粒径 3 mm、麸皮与水的比例为 1：9.6、接种量为 31 ml 和培 养时间为 25 h，酶活达 595U/g 麦麸。
四 植酸酶的应用及市场前景
4.1 植酸酶的应用
（1）在饲料工业中的应用
磷是动物体内必需的一种矿物营养元素，在动物生命活动过程中起着 重要作用。 然而获取磷的唯一来源是靠饲料，而植物性饲料中的磷
绝大部分(60%-70%)以植酸磷形式存在，因单胃动物体内缺乏水解植
酸及其盐的植酸酶而难以吸收。植酸酶将植酸分子上的磷酸基团逐个 切下，最终的产物为肌醇和磷酸，因而易于被动物体吸收。 在饲料
生物, 因来源不同而具有显著不同的分子特征和催化特性。
LOGO
植酸酶
植酸酶的分类
1 在Biblioteka Baidu物消化道内作用的植酸酶可能来源于：a 小肠内分泌；b 肠道 微生物产生 ；c 饲料中的内源性植酸酶；d 外源微生物产生的植酸 酶等。其中，外源植酸酶在植酸水解过程中起主要作用。在自然界中 ，植酸酶广泛存在于动植物组织和微生物中。 2 植物植酸酶均属于肌醇六磷酸-6-磷酸酶，存在于大多数禾谷物中 ，其活性有很大的差异。而小麦、 大麦和经处理的玉米蒸馏物的活 性很高。谷物植酸酶在干燥状态下没有活性，在消化道被激活后才有 活性。 3 微生物植酸酶属于肌醇六磷酸-3-磷酸水解酶，自然界中许多微生 物都产植酸酶，目前认为产量最高的是真菌，其主要来源于曲霉菌和 黑曲霉菌。
LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
褚西宁等从发霉植酸钠溶液中分离到一株产植酸酶的变灰青霉 （ penicillium canescens）P4，在以添加 4%(NH4)2SO4、1%葡萄糖、 1.5 倍水的麸皮、玉米面、黄豆饼粉（7： 2： l）培养基中，28 ℃ 恒温培养 6 d 后，植酸酶活性可达 3.12 U/g 干曲。陈红歌等以麸 皮作为主要培养料，添加 NH4Cl（1.15%）和蛋白胨（3%），加水比 例为 1： 1，28 ℃培养 84 h，根霉 R01 固态发酵生产植酸酶，酶 活达到 7852 nmol（/min·g）干曲。
LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
确定最适基质为椰子油饼，酶活达 30.1U/gds，其次是芝麻油饼，酶 活为 28.9 U/gds。在椰子油饼和芝麻油饼以1： 1的比例混合的基质 中，酶活可达 35 U/gds。在混合基质中补加 1%的葡萄糖可使酶活提 高至52 U/gds，进一步补加 0.5%的硝酸铵可使酶活提高到64 U/gds 。Singh 等研究了耐热霉菌 Sporotrichumthermophile Apinis 以芝 麻油饼为基质固态发酵生产植酸酶的工艺。利用 Plackett-Burman 试验确定影响发酵的主要因子为葡萄糖、硫酸铵和培养时间，然后以 响应面确定了最优发酵条件：葡萄糖 3%、硫酸铵0.5%、培养时间 120 h，优化后的发酵酶活较优化前提高了 2.6 倍，达 348.76 U/g DMR。
LOGO
植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
到 2010年, 饲料用酶的市场值将达到 10亿美元。饲料用酶市场迅速 扩大的趋势和广阔前景, 吸引了许多研究机构和公司涉足其研究。目 前, 饲用植酸酶等酶制剂在饲料中得到广泛的推广和应用, 其效果已 在全世界范围内得到确证。
LOGO
植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控