酶制剂——植酸酶

酶制剂——植酸酶

早在1915年，Anderson提出天然植酸磷利用率不同于化学分离纯化产品的一个可能原因是饲料成分中存在水解植酸磷为无机磷的酶——植酸酶，并对植酸酶的来源、理化特性及作用机理进行了研究，从而引起了许多学者的广泛关注。近年来，随着发酵工程和生物技术的迅速发展以及人们环境保护意识的提高，采用DNA重组技术使微生物产生植酸酶活性大幅度提高，大大降低了植酸酶生产成本，从而使之得到广泛应用。植酸酶现已成为饲料酶制剂研究的一个热点，尤其在一些畜禽饲养密度大、环境污染严重的国家如美国、加拿大、芬兰、荷兰、法国、瑞士等。许多科学家对这一课题的研究很感兴趣，欧洲、北美和其它地区对此的兴趣也与日俱增。1994年欧共体、美国、芬兰、丹麦、德国等国的生产企业均前后推出各种植酸酶制剂,并利用DNA重组技术获得生产植酸酶的工程菌,为广泛应用植酸酶提供了可能。

一、植酸酶结构及性质

植酸酶，又称为肌醇六磷酸水解酶，是一种可使植酸磷复合物中的磷变成可利用磷的酸性磷酸酯酶。植酸酶广泛存在于动植物组织中，也存在于微生物（细菌、真菌和酵母）。目前分离出的植酸酶主要有两种：3-植酸酶（EC 3.1.3.8）和6-植酸酶（EC 3.1.3.26），前者最先水解的是肌醇3号碳原子位置的磷酸根，主要存在于动物和微生物；后者最先水解的是6号碳原子的磷酸根，主要存在于植物组织。因此，动物胃肠道可能有三种来源的植酸酶，但主要来源于饲料本身以及来源于微生物合成。

大量高浓度的植酸酶主要存在于无花果曲霉和黑曲霉与小麦麸的培养物中。因此饲料植酸酶的生产目前主要使用微生物曲霉菌株。霉菌植酸酶分子量一般在60 ~ 100KDal之间，曲霉植酸酶分子量较大。如土曲霉为214Kdal，无花果曲霉为85 ~ 100KDal，黑曲霉为200KDal。细菌植酸酶分子量一般较小，如大肠杆菌为42Kdal，枯草杆菌为38KDal。霉菌植酸酶通常有一个最适pH，在4.2 ~ 5.5范围内。细菌植酸酶最适pH稍高一些。据报道,某些霉菌植酸酶，特别是曲霉植酸酶具有多个最适pH值。酶的最适温度因酶来源不同而有差异。霉菌植酸酶适宜温度通常在45 ~ 57℃范围内，黑曲霉为53℃，无花果曲霉为55℃。

二、作用机制

植酸酶的作用机理如下：植酸→D-1,2,4,5,6-五磷酸肌醇和D-1,2,4,5-五磷酸肌醇→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。

黄连锡等研究发现植酸被植酸酶降解后形成的主要产物是分子量为351的肌醇磷酸醋，并且发现植酸酶降解后会形成象AMP一样的肌醇多磷酸醋的复杂形式。

植酸酶从广义上讲，是指与植酸分解有关的酶类，它实际上包括植酸酶和磷酸酶，植酸酶只能将植酸分解为肌醇磷酸酷系列，不能彻底地将肌醇磷酸酩分解为肌醇和磷酸。植酸酶能逐步水解形成肌醇磷酸的中间产物和无机磷酸，但不同来源的植酸酶的作用方式有所不同。来自于微生物的首先水解肌醇C1和C3位上的磷酸基，而高等植物种子的植酸酶首先水解C6位上的磷酸基，但这2类植酸酶最终都产生2-磷酸肌醇，并由磷酸酶降解为肌醇和磷酸。

三、植酸酶在饲料中应用

近年来植酸酶的应用更加广泛，主要由于以下原因，其一是降低动物排泄物的磷污染的需要；其二是由于遗传工程技术的发展使产酶微生物能以适宜的成本生产足够浓度的酸性植酸酶。另外，添加无机磷的高成本也使更多的企业选择使用植酸酶。

在猪日粮中添加微生物来源的植酸酶能使植酸磷中的磷释放出来成为无机磷，从而改善磷的利用，微生物来源的植酸酶还能使其它养分从与植酸的结合状态中释放出来，因此植酸酶还能改善氮的沉积和消化、某些氨基酸和钙的沉积和消化。Lei报道，在断奶仔猪日粮中加入微生物来源的植酸酶750植酸酶单位/千克饲料，可以使磷的沉积增加50%，粪中的磷排泄降低42%。Shurson则认为Saccharomyces cerevisiae来源的植酸酶或其它含植酸酶的酵母培养物并不能改善饲料植酸磷的利用。在猪日粮中添加植酸酶替代无机磷所需植酸酶的水平也相对较高，断奶至育成期全部替代猪玉米-豆粕型日粮中的无机磷所需植酸酶的水平在750~1250 U/kg之间。

植酸酶在产蛋鸡日粮中的应用最为普遍，在产蛋鸡日粮中添加适量植酸酶替代部分无机磷对产蛋鸡生长性能无影响，并在一定程度上降低生产成本，提高经

济效益。与产蛋鸡相比#肉仔鸡生长和骨骼发育较快，对钙和磷的需要与产蛋鸡相比存在差异，植酸酶在肉仔鸡日粮中的使用剂量和替代无机磷的数量与产蛋鸡也有所不同。

在肉仔鸡日粮中添加植酸酶剂量与所替代无机磷的数量上，不同试验的结果存在一定差异。替代肉仔鸡日粮中0.1%的无机磷大约需要添加785~1200U/kg(平均值为992U/kg)植酸酶才能维持肉仔鸡的正常生产，这一添加水平约是产蛋鸡的2~3倍。

四、影响植酸酶作用效果因素

1、植酸酶添加水平、非植酸磷含量、钙磷比和维生素D对植酸酶作用效果的影

响

植酸酶在畜禽日粮中的应用效果受多种因素的影响。通常，随植酸酶添加水平的增加，磷的释放量也增加。日粮中非植酸磷的水平也会对植酸酶的作用产生影响。Shail和Roland在非植酸磷水平分别为0.225%和0.325%的玉米-豆粕型日粮中添加植酸酶，结果发现，低水平非植酸磷组肉仔鸡增重、骨中矿物质含量、骨密度和强度显著提高。但高水平非植酸磷日粮组无变化。

日粮钙磷水平和比例以及维生素D均会对植酸酶作用效果产生影响。因而，在植酸酶实际应用中应注意保持日粮适宜钙磷水平和比例，适当降低钙的水平有助于磷的吸收。同时，适当增加维生素D的水平，可有效促进植酸酶水解植酸所释放无机磷的吸收，也是提高植酸酶作用效果的一种方式。

2、外界环境与消化道内环境对植酸酶作用效果的影响

各种酶均有其催化反应的最适条件，在不同温度和PH条件下各种酶所表现出的活性也不同。植酸酶本身作为一种蛋白质，具有酶和蛋白质双重特性。一方面具有酶的特点，要求有适宜的催化反应环境条件，如温度、PH、底物和催化反应时间等，催化反应环境条件的变化会影响植酸酶作用效果。同时，植酸酶也具有蛋白质的特点，强酸、强碱、高温、有机溶剂和蛋白质消化酶等均易使植酸酶蛋白变性或被水解。饲用植酸酶主要在畜禽消化道内起作用，随着食糜向后排空，植酸酶催化反应环境条件的变化将直接影响植酸酶的应用效果。

3、其他因素对植酸酶作用效果的影响

Zyla等在体外条件下对酸性磷酸酶、酸性蛋白酶和纤维素酶对植酸酶水解植