植酸酶的研究進(jìn)展及其在飼料中的應(yīng)用

申芳麗

摘 要 綜述了產(chǎn)植酸酶的菌種來(lái)源，植酸酶的適宜催化條件，以及植酸酶在飼料中的添加對(duì)動(dòng)物消化代謝的影響，并闡明了影響植酸酶發(fā)揮作用的影響因素及未來(lái)植酸酶的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 植酸酶；植酸；酶活；飼料

植物中的磷大部分以植酸磷的形式存在，人和單胃動(dòng)物消化道中無(wú)植酸酶，飼料中大量的植酸磷不能被利用而隨糞便排入環(huán)境，既浪費(fèi)了資源，又對(duì)環(huán)境造成了磷污染，而且，植酸還是一種廣譜性的抗?fàn)I養(yǎng)因子。植酸酶能分解植酸及植酸鹽釋放出磷，提高植酸磷的利用率，減少單胃動(dòng)物糞便中有機(jī)磷的排出量，減少對(duì)環(huán)境的污染。因而，植酸酶的研究與開(kāi)發(fā)具有重要的理論與實(shí)踐意義。

1 植酸

1.1 植酸的性質(zhì)

植酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)是由一分子肌醇與六分子磷酸結(jié)合而成，其化學(xué)名稱(chēng)是環(huán)己六醇六磷酸酯，分子式為C6H18O24P6，結(jié)構(gòu)式為C6H6[OPO（OH）2]6，它是一種淡黃色或黃褐色的粘稠液體，易溶于水、乙醇、丙酮，幾乎不溶于苯、氯仿、醚和己烷，比重1.56，分子量660.08。植酸分子帶負(fù)電荷，本身毒性很小，但卻有很強(qiáng)的螯合能力，與EDTA近似，因此具有抗?fàn)I養(yǎng)特性。

1.2 植酸磷在植物中的分布

植酸廣泛存在于各種植物中，在植物性飼料中的磷主要以植酸及其鹽形式存在，因此，有機(jī)磷酸化合物被稱(chēng)之為植酸磷。1932年，1944年Turk等檢測(cè)了玉米各器官中植酸含量后指出，在玉米的葉、莖、雄穗、穗軸均不存在植酸，未受精的果穗也不存在植酸，只有在胚珠受精兩周后才開(kāi)始形成，直至成熟為止。以后在大豆、芝麻、豌豆、小麥、水稻方面也有類(lèi)似報(bào)道，在小麥、水稻、大麥、黑麥中多數(shù)植酸磷存在于胚和種皮表皮附近，而玉米中的植酸磷存在于胚芽中，豆類(lèi)作物種子中植酸磷含量高于種皮。

2 植酸酶的來(lái)源

植酸酶存在于細(xì)菌、部分真菌如啤酒酵母、無(wú)花果曲霉、黑曲霉以及少數(shù)根霉等。植物中，特別是谷物、麥類(lèi)作物種子中存在植酸酶。另外，在脊椎動(dòng)物的紅血球和血漿原生質(zhì)中以及哺乳動(dòng)物的小腸中也發(fā)現(xiàn)有植酸酶存在。在實(shí)際生產(chǎn)中微生物植酸酶是最主要的來(lái)源。目前研究最多的是真菌植酸酶，特別是各種曲霉，如米曲霉門(mén)（A.orgaze）、土曲霉（A.aerrus）、黑曲霉（A.niger）、花果曲霉（A.ricuun）等。

3 植酸酶的生物學(xué)特性

植酸酶屬于磷酸單脂水解酶，是一種能降解植物性飼料中植酸及其鹽類(lèi)的磷酸酯酶。植酸酶能將植酸分解為肌醇和磷酸。大部分植酸酶（85%）在胃部發(fā)揮作用，小部分在小腸前端起作用，小腸后端無(wú)植酸酶活動(dòng)。植酸酶只作用于植酸，飼料中只有足量的植酸，添加植酸酶才有實(shí)際價(jià)值。植酸酶的最適pH一般在2到6之間，也發(fā)現(xiàn)有堿性植酸酶，其最適pH在8.0。同一菌種往往有同工酶存在，同工酶最適pH就有可能不同。常見(jiàn)的底物抑制，競(jìng)爭(zhēng)抑制等情況的出現(xiàn)，也會(huì)對(duì)酶活造成一定的損失。

4 植酸酶在飼料中的應(yīng)用

由于反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)微生物能合成包括植酸酶在內(nèi)的多種消化酶，所以植酸酶多數(shù)情況下在單胃動(dòng)物（豬、雞）飼料中使用。

4.1 添加植酸酶對(duì)日糧中植酸及植酸鹽利用的影響

Shieh等（1969）首先用霉菌產(chǎn)生的植酸酶，去除豆科植物中的植酸，這種霉菌能產(chǎn)生細(xì)胞外的植酸降解酶。大量研究表明添加微生物源植酸酶，能明顯提高日糧植酸磷的生物學(xué)利用率，即使日糧磷水平已接近營(yíng)養(yǎng)需要推薦水平，添加植酸酶還可進(jìn)一步提高仔豬對(duì)磷的表觀吸收、增加腳掌切力和骨灰分。Simons等（1990）和Kornegay等（1996）報(bào)道，隨著植酸酶添加水平的升高，日糧中植酸磷的利用率呈曲線反應(yīng)；最大磷利用率所需酶的水平在不同試驗(yàn)中差異很大。添加植酸酶可以提高日糧中磷的利用率，這不僅可減少添加無(wú)機(jī)磷的費(fèi)用，而且將降低作為肥料的糞尿中磷的水平，從而減少磷造成的環(huán)境污染。

4.2 日糧添加植酸酶對(duì)畜禽生產(chǎn)性能的影響

日糧中添加植酸酶可改善畜禽的生產(chǎn)性能。大多數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表明，日糧中添加植酸酶，其日增重和日耗料均顯著增加，飼料轉(zhuǎn)化效率不變或變化不大，因而認(rèn)為日糧添加酶后促進(jìn)體增重的增加，主要是由于采食量增加的結(jié)果。

4.3 添加植酸酶對(duì)日糧中其它礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝的影響

4.3.1 谷物和油籽中植酸分布不同

玉米籽粒90%的植酸存在于胚芽中，大豆中的植酸與蛋白質(zhì)結(jié)合所形成的蛋白質(zhì)結(jié)合體散布在整個(gè)籽粒中，沒(méi)有特定部位；而在花生、棉籽和向日葵中，這種結(jié)合體集中在類(lèi)晶體或類(lèi)球體中，并被蛋白體膜所包被。因此植酸分布不同，勢(shì)必影響與其相結(jié)合的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效率。

4.3.2 植酸酶可釋放出蛋白質(zhì)

植酸酶可將與植酸相結(jié)合的氨基酸和蛋白質(zhì)（包括消化酶和飼料蛋白質(zhì)）釋放出來(lái)，增加消化酶量和底物蛋白質(zhì)濃度，從而提高了蛋白質(zhì)和氨基酸的利用率。

5 未來(lái)植酸酶發(fā)展方向

目前商品植酸酶還存在價(jià)格昂貴、產(chǎn)量低、不耐高溫及產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。基因工程技術(shù)使克服這一缺陷成為可能。1984年國(guó)際礦物與化學(xué)品研究會(huì)成立的植酸酶研究小組開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，在基因結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入強(qiáng)其因子，可使基因高效表達(dá)。隨后美國(guó)南方研究中心（SRRC）的一個(gè)研究小組從無(wú)花果曲霉分離出phyA和phyB及酸性磷酸酶，并研究了其酶學(xué)特性，測(cè)定了基因序列。國(guó)內(nèi)報(bào)道：姚斌等（1998）從突變中篩選到產(chǎn)植酸酶菌株A.niger963，其酶學(xué)特性適合于飼料中添加，通過(guò)PCR克隆出該菌株植酸酶基因phyA2，測(cè)定了基因phyA2序列，與所報(bào)道得知核酸梅基因相比，DNA序列的同源性為91.8%，所編碼的蛋白質(zhì)的同源性為91.6%，相應(yīng)的酶學(xué)性質(zhì)也有所不同。他們還通過(guò)基因克隆，將改造后的基因轉(zhuǎn)入畢赤酵母中得到高效表達(dá)，比原菌株A.niger963的表達(dá)量高3000倍以上，是我國(guó)第一株具有實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景的生產(chǎn)飼用植酸酶的基因工程菌菌株。黃遵錫等（2000）克隆出黑曲霉植酸酶的基因，構(gòu)建出一株基因工程酵母，在30升發(fā)酵罐中酶活性可達(dá)1000u/ml發(fā)酵液，假如豆餅對(duì)釋放磷進(jìn)行測(cè)定，與國(guó)外進(jìn)口的商品酶比較沒(méi)有顯著差異。

6 結(jié)論

植酸酶不僅可以解除植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用，提高食物和飼料中多種礦物元素和蛋白質(zhì)、氨基酸的可利用性，而且能夠降低糞便排泄P造成的環(huán)境污染，是一種新型的綠色飼料添加劑。通過(guò)基因工程技術(shù)將高活性植酸基因轉(zhuǎn)移到高產(chǎn)工業(yè)菌株的基因組中，構(gòu)建高產(chǎn)、高活性的超級(jí)產(chǎn)植酸酶菌株，降低植酸酶的生產(chǎn)成本，植酸酶的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。