促進植酸酶應用

張相鑫

摘 ?要：為提高磷的利用率，消除植酸的抗營養作用，在過去30年植酸酶被越來越多地用于動物飼料。目前，高效的植酸酶已經面市，但植酸酶的功效仍有提升的空間。

關鍵詞：有效磷;植酸酶;植酸

磷在動物的新陳代謝和生理過程中起著重要的作用，如骨骼的發育和維持、能量利用、蛋白質合成和飼料的高效利用。由于單胃動物缺乏可以分解植酸鹽的酶——植酸酶，因此人們將這些酶加入動物飼料中，以最大限度地提高飼料中可消化磷的供應量。自1991年從真菌中提取的首個商用植酸酶推向市場以來，植酸酶已被廣泛用于動物營養。隨后，細菌性植酸酶取代了真菌性植酸酶。這種新一代的植酸酶因其具有較高的活性、抗蛋白水解性和催化率而受到動物飼料行業的青睞。

1 ?加速磷的動態循環

在無植酸酶的單胃動物胃腸道中植酸不能被水解，因此飼料所含的天然的可利用磷不能被動物消化吸收。為了防止動物缺乏磷，動物營養師需要在飼料中添加磷酸鹽。然而，這會增加動物生產者的經濟負擔，因為加入飼料中的磷源通常是磷酸鈣，其是一種昂貴的飼料營養成分。此外，研究表明植酸鹽會降低動物的生長速度。植酸鹽的抗營養作用與它結合蛋白質或鈣的能力有關，其會抑制消化酶（如胃蛋白酶）的活性，增加酶的內源性損失，使日糧中的能量不能充分用于動物的生長發育。

植酸鹽還會降低動物小腸中營養物質的消化率，并影響小腸對多種礦物質（如鈣、鎂、鐵和鋅）的正常吸收。

植酸鹽引發的問題最初是通過添加植酸酶來解決的。植酸酶可以分解飼料中可利用的植酸鹽，從而使動物能夠利用原本不能利用的磷源，減少在飼料中添加磷酸鹽的需要。但是，在飼料中添加植酸酶的益處遠不止釋放被植酸包被的磷，植酸酶在降低無機磷排放對環境產生的負面影響方面也起著非常重要的作用。植酸鹽中過量的磷常隨動物的糞便排出，排出的磷是一個環境污染源。最終，植酸酶會在與營養性磷和環境性磷的相關問題上創造一個雙贏的局面。這促使相關人員研制一系列不同的酶產品，以提高植物性飼料原料的營養價值。

2 ?植酸酶的極限特性

理想的植酸酶應該能在動物胃腔中的較低pH環境中保持活性，并可以盡快開始水解植酸鹽。同時，它應在制粒過程中能承受住高溫的影響，在動物的生理溫度下具有較高的比活性（specific activity）。目前，在實驗室檢測中，市售的商品植酸酶表現出各不相同的特性，因此它們對動物生產性能的影響也各不相同。目前，在較低pH的環境中具有最高生物有效性和活性的植酸酶是一種來自丘氏菌屬（Buttiauxella）的植酸酶，反應速度是其直接競爭對手的兩倍。為確保大多數植酸鹽在消化的早期能被水解，營養物質的消化主要發生在腸道的小腸部分，因為該區段腸腔中的pH遠低于腸道后段中的。因此，能在極寬pH范圍內保持活性的植酸酶可以在動物腸道上端盡快水解植酸鹽，從而有效降低植酸鹽的抗營養作用。制粒是飼料生產中普遍使用的一種高溫高壓加工工藝，會破壞加入飼料中酶的穩定性，是飼料生產者擔憂的主要問題。因此，植酸酶生產商需要持續研制和測試新的植酸酶和配方，努力尋找新的、更合適的酶，以應對飼料生產過程中面臨的挑戰，并為豬提供最佳營養。

3 ?“更好”不一定是“好”的敵人

植酸酶生產商對前文所述的具有較高生物活性的植酸酶進行了進一步的改良，得到了新的具有高生物活性的植酸酶Axtra PHY GOLD。該植酸酶在體外試驗和體內試驗中表現出的性能證明其在替代動物飼料中的磷酸鹽添加劑上具有較佳的優勢，例如，顯著提高豬的生長速度和消化率。相關研究人員在體外試驗中用5種不同的植酸酶水解植酸，根據在各種不同的pH和制粒條件下磷的釋放量來評估它們的性能。

拓寬植酸酶的有效pH范圍可以確保它們在極強的酸性環境（如動物消化道的上端）中有更好的性能，從而能夠更快地將植酸鹽中的磷釋放到消化系統中。與競爭對手相比，最近研制出的植酸酶具有更寬的pH范圍（圖1），并且在很高的制粒溫度下有很好的熱穩定性，這對防止飼料配方中可利用酶的減少至關重要。與市場上現有的4種植酸酶相比，該植酸酶能夠更高效地釋放植酸鹽中的磷。體內試驗表明，與作為陽性對照的傳統植酸酶相比，新型植酸酶可完全替代母豬和仔豬玉米型日糧中所添加的無機磷，同時能使豬具有較好的飼料轉化率和生長速度。在日糧中添加新型酶后，試驗結束時仔豬的體重也得到了提高，這一結果驗證了在試驗中添加250 500 FTU/kg和1 000 FTU/kg植酸酶都是有效的這一結論（圖2）。磷的消化率是驗證植酸酶成功為動物提供磷的一個重要的指標。在一項試驗中，母豬日糧中的植酸酶添加量為500 FTU/kg，與丘氏菌屬（Buttiauxella）植酸酶相比，該新型植酸酶能使磷的全胃腸道磷消化率提高9.6%。因此，新研制的植酸酶具有較高的磷釋放率，使磷在消化過程中能夠被充分地吸收。

3 ?一種很有前景的新型植酸酶

該新型植酸酶具有優越的熱穩定性，能夠使動物營養師在無需向用植物性原料配制的飼料中添加無機磷酸鹽時也能提高豬的生產性能，并且可以起到保護環境的作用。試驗證明該植酸酶對無法控制終端用戶制粒條件的預混合劑非常有用。因此，即使是性能極佳的酶仍可以得到改良，對酶的性能進行精心調整仍是一個值得繼續探索的領域。

原題名：Raising the phytase podium（英文）

原作者：Rachael Hardy（杜邦公司動物營養事業部）