植酸酶的制備方法及其在家禽生產中的應用

孫勝祥 孫偉武 張宏利

摘 要：植酸酶是能水解植酸磷并釋放無機磷的一類酶的總稱，廣泛存在于自然界。家禽飼料中添加植酸酶具有改善生長性能、提高飼料營養物質利用率等作用。本文重點介紹植酸酶的來源、制備方法、作用效果及其在家禽生產中的應用現狀，以期為植酸酶在家禽中的高效應用提供一定參考。

關鍵詞：植酸酶；制備；家禽；應用

中圖分類號：S816.7 文獻標識碼：A 文章編號：1673-1085（2023）08-0074-04

植酸酶是將植酸（肌醇六磷酸）或植酸鹽水解為肌醇、磷酸或磷酸鹽的一類酶的總稱[1]。飼料中很多磷是以植酸磷的形式存在，而單胃動物自身無法分泌植酸酶，因此，飼料中多數植酸磷會隨糞便排出體外，從而造成磷的浪費以及環境中磷污染。此外，植酸還可與其他重要的營養物質（如蛋白質、維生素、礦物質等）結合，降低飼料的生物效價。研究表明，外源添加植酸酶可有效分解飼料中的植酸，釋放出與之結合的營養物質，提高飼料利用率和生長性能，降低生產成本，同時也減少糞便中的磷排放[2]。目前，植酸酶的制備方法主要有植物提取法和微生物發酵法。植物提取法是直接從植物組織中提取，但是由于植物中植酸酶含量極低，而且所得植酸酶對單胃動物消化道內環境的適應性較差，故植物提取法在生產上的應用價值不大。而微生物發酵法所得的植酸酶穩定性較好、作用范圍廣，現階段規模化生產和應用的植酸酶均采用微生物發酵法，主要使用的微生物是黑曲霉[3]。因此，本文主要對當前植酸酶的制備方法及其在家禽中的應用效果進行綜述，以期為植酸酶在生產中的合理利用提供一定參考。

1 植酸酶的來源

自然界中，植酸酶的來源主要有3種：植物來源、微生物來源和動物來源。

1.1 植物來源的植酸酶

植酸酶在植物中廣泛存在，如在花粉中或種子發芽時，植酸鹽被植酸酶水解為磷酸鹽和肌醇，供給種子萌發和幼苗生長的必要營養物質。來源于植物種子的植酸酶大部分屬于非特異性的磷酸水解酶，最適溫度范圍為45～58 ℃ ，最適pH范圍為4.0～6.0[3]。

1.2 微生物來源的植酸酶

該來源的植酸酶作用范圍廣、穩定性相對好，易規模化生產，應用價值最高。可產植酸酶的微生物有真菌、酵母和細菌等，其中黑曲霉是最佳微生物，其產生的酸性植酸酶，最適溫度在53～70 ℃，最適pH范圍在2.0～6.0之間。

1.3 動物來源的植酸酶

動物來源的植酸酶主要存在于哺乳動物的小腸及脊椎動物的紅血球和血漿原生質中，含量較低。程輝彩等[4]研究表明，動物來源植酸酶的活力受體內、體外條件的影響非常明顯，其有可能與堿性磷酸酶屬同一種酶，最適pH值一般為7.0～9.0。

2 植酸酶的制備方法

植酸酶的制備法主要有植物提取法和微生物發酵法。植物提取法是直接從植物組織中提取，但植物組織生成植酸酶的數量非常有限，而且所得植酸酶在單胃動物的消化道內活性很低，故植物提取法沒有生產意義。微生物發酵制備植酸酶是工業生產最主要的方法，下面主要闡述植酸酶的微生物發酵制備法。

2.1 菌株選育

目前提取植酸酶菌種的方法很多，有基因工程法、DNA重組法、誘變處理法等等。人們雖已成功利用DNA重組技術獲得基因工程菌，但其生產的產品價格昂貴，作為添加劑難以在養殖企業中進行商業推廣，所以必須對植酸酶菌種做進一步選種、選育和培養，最終獲得具有實際應用價值的生產菌種，如有研究人員從土壤中分離出黑曲霉菌種，經紫外誘變從而獲得優良菌種。具體選育流程為：提取黑曲霉→實驗室培養→紫外線誘變→分離提純→培養→提純分離→培養使用。

2.2 發酵工藝

2.2.1 工藝流程 具體發酵工藝為：斜面菌種→種子罐→發酵罐→鹽析→壓濾→裝盤→烘干→磨粉→包裝。

2.2.2 工藝設備 所需設備包括發酵罐裝置、加熱裝置、篩選裝置、反應器、離心裝置、提純裝置、粉碎裝置、制粒裝置、噴霧盤式干燥塔等。

2.2.3 工藝說明 菌種采用黑曲霉，種子罐中培養時pH為5，溫度為45 ℃，攪拌轉速為230 r/min，時間為6 h。發酵時攪拌轉速為180 r/min，時間為72 h，其余與種子培養條件相同；發酵液經過濾除去菌體，將pH調至4以下，加硫酸銨，靜置過夜，沉淀物經過濾后烘干，即得粗酶制劑。

2.2.4 植酸酶精制 將壓濾所得濾泥溶于乳酸中，用樹脂脫色，真空薄膜蒸發（40 ℃以下），再通過離子交換脫鹽，噴霧干燥或冷凍干燥的產品為精制品，酶活在40萬～60萬IU。

2.3 植酸酶處理

為了減少酶制劑在飼料加工過程中及在動物胃腸道內的酶活損失，必須對植酸酶進行一定處理。有試驗研究經過不同處理的植酸酶在動物體內的作用效果，結果發現包被顆粒狀植酸酶的作用效果最好，微丸植酸酶效果其次，液體狀植酸酶再次，粉狀植酸酶的作用效果最差[5-6]。因此，實際生產中常用的2種植酸酶處理類型就是包被型和微丸式。

2.3.1 包被型植酸酶 包被操作一般是在噴霧盤式干燥塔中進行。其制備過程大致如下：植酸酶原液→過濾→植酸酶濃縮液→混合揉合成面團狀→切割→制顆粒→包衣→干燥。

2.3.2 微丸式植酸酶 微丸式植酸酶制備過程為：混合→擠出成型（長條狀）→搓斷、滾圓→干燥。

2.4 發酵法制取植酸酶的特點

優點：植酸酶主要來源于植物和從微生物發酵中獲取，從植物中提取的植酸酶產量少，且制粒時高溫易失活，不適合單胃動物胃內的酸性環境；發酵法制取的植酸酶可以耐受高溫的制粒溫度，且能適應動物胃腸道的生理環境，并以其產量高、活性好、成本低、作用范圍和穩定性好，易規模化生產等優點，使之成為植酸酶生產的主要方式，市場銷售的植酸酶也主要是微生物植酸酶。

缺點：耐高溫的菌種不易獲得。

3 ?植酸酶的作用機制

植酸即肌醇六磷酸，廣泛存在于植物中。植酸的絡合能力非常強大，能絡合多種常量元素、微量元素及蛋白質等形成穩定的復合物。而因為單胃動物自身不能分泌植酸酶，故無法將植酸水解，從而釋放出絡合的營養物質。此外，蛋白質被植酸絡合成穩定復合物還會抑制體內多種水解酶的活性。而植酸酶能將植酸中磷酸基團逐個水解下來，最終形成肌醇，破壞植酸對礦物質和蛋白質的親和力，從而釋放出鈣、鱗等礦物質和蛋白質，提高飼料的消化利用率。植酸酶降解植酸的具體代謝途徑見圖1。

4 植酸酶在家禽生產中的應用

4.1 植酸酶在蛋雞生產中的應用

飼糧中添加植酸酶可改善蛋雞產蛋率。郝二英等[7]研究發現，在產蛋高峰期飼糧中添加植酸酶對蛋雞產蛋率、死淘率及蛋殼破損率并無顯著影響，但在產蛋后期飼糧中添加植酸酶顯著提高產蛋率，降低蛋殼破損率。王紅梅等[8]研究表明，飼糧中添加植酸酶顯著提高產蛋量、產蛋率以及鈣利用率提高，并且沒有降低蛋殼質量。此外，飼糧中添加植酸酶還可提高蛋品質。李延山等[9]研究不同植酸酶水平對雞蛋品質的影響，結果發現，500 FTU/kg植酸酶即可滿足蛋雞基本需要，而2 000 FTU/kg植酸酶可顯著提高雞蛋蛋殼顏色，且有提高產蛋量、蛋殼強度、哈氏單位的趨勢。楊玉等[10]也研究表明，飼料中添加植酸酶能改善飼料消化率，增加蛋重及蛋殼強度。而近年來越來越多的研究表明超量添加植酸酶也具有重要作用。郝甜甜等[11]研究表明，超量添加植酸酶可以分解超過90%植酸，還可以提高蛋白質、脂肪、 淀粉及礦物質元素的利用率，進而提高蛋雞的產蛋性能，降低飼料成本。張揚等[12]認為超量添加植酸酶對動物影響的可能機制有以下三點：一是釋放足夠的磷；二是可通過提高采食量來增加營養物質的攝入與吸收；三是生成肌醇，肌醇是肌醇磷脂的組成成分，會參與如淀粉酶分泌、胰島素釋放和肝糖原分解等生理反應。

4.2 植酸酶在肉雞生產中的應用

飼糧中添加植酸酶可改善肉雞生長性能及鈣、磷利用率等。黃興國等[13]研究結果顯示，飼糧中添加植酸酶顯著提高肉雞成活率及氮、磷和鈣的表觀利用率，而且飼料轉化率也略有提高。王慶云等[14]試驗報道，飼糧中添加植酸磷不僅可提高肉雞生長性能，還能促進骨骼礦物質沉積，提高脛骨中灰分、鈣、磷含量。李桂明等[15]試驗表明，飼糧中添加植酸酶可顯著提高肉雞日增重，但會降低21日齡肉雞的屠宰性能及肉品質，而對42日齡肉雞的屠宰性能與肉品質無影響。Stefanello等[16]研究表明，添加相同植酸酶的情況下，肉用仔雞生產性能雄性顯著高于雌性。Woyengo和Wilson[17]研究認為，飼料中植酸酶推薦劑量為500 FTU/Kg，肉雞飼料超量添加植酸酶，飼糧中降低0.15%非植酸磷水平后添加2000 FTU/kg植酸酶，可改善營養物質利用率，其中干物質利用率增加0.5%，粗蛋白質利用率提高28.8%，能量利用率增加0.5%，結果表明超量添加植酸酶比常規添加植酸酶更能顯著改善肉雞生產性能。

5 小結

植酸酶可以改善家禽生產性能，提高營養物質利用率，降低磷排放，減少環境污染，已在生產中被廣泛應用。然而，植酸酶的作用效果與其添加水平、飼料加工方式、營養水平（鈣、磷、蛋白質、纖維等）及動物生理條件密切有關。因此，植酸酶與這些影響因素的互作關系需要進一步研究，從而提高其作用效果。

參考文獻：

[1] 王亞林，嚴建芳，李睿，等.植酸酶固體發酵工藝的研究[J].糧食與飼料工業，2002（4）：36-35.

[2] 羅長財，馮國華.飼用植酸酶的作用機理及其應用方法[J].飼料博覽，2010（1）：30-32.

[3] 趙翠燕，許欽坤，柯野.植酸酶的來源及合成研究進展[J].中國飼料，2009（8）：11-18.

[4] 程輝彩，張麗萍.植酸酶液體發酵條件及酶學性質的研究[J].河北省科學院學報，2002，19 （3）：189-192.

[5] 董其國，徐穩，王恬，等.不同劑型植酸酶對育肥豬飼料養分利用率的影響[J].飼料研究，2009（3）：6-9.

[6] 趙春，朱忠珂.不同劑型植酸酶對肉仔雞生長性能和鈣、磷利用率的影響[J].動物營養學報，2007（06）：714-718.

[7] ?郝二英，葉密，查翹楚，等.植酸酶在家離生產中的應用研究[J].飼料廣角，2016（4）：49-50.

[8] ?王紅梅，白秀娟.植酸酶對烏骨雞產蛋期生產性能的影響[J].黑龍江畜牧獸，2008（7）：52-53.

[9] ?李延山，劉再勝，李東全，等.飼糧中鐵和植酸酶水平對蛋雞生產性能、雞蛋品質的影響[J].中國飼料，2021（23）：70-73.

[10] 楊玉，焦光月，白元生，等.植酸酶對產蛋后期蛋雞產蛋性能、蛋品質和養分利用率的影響[J].中國畜牧雜志，2013，49（21）：41-43.

[11] 郝甜甜，杜紅方.植酸酶在飼糧中超量添加的研究進展[J].動物營養學報，2017，29（02）：382-388.

[12] 張揚，劉歡，朱安南，等.超量添加植酸酶在畜禽上的應用研究進展[J].中國飼料.2022（13）：58-65.

[13] 黃興國，王超，楊承劍，等.不同植酸酶對飼喂低磷日糧肉雞生長性能及糞N、P排泄的影響[J].中國畜牧獸醫，2008，7（35）：25-28.

[14] 王慶云，楊維仁，楊在賓，等.日糧中添加無機磷和植酸酶對肉雞骨骼及生長性能的影響[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2008，8（36）：13-19.

[15] 李桂明，計成，趙麗紅，等.植酸酶對肉雞生產性能與胴體品質的影響[J].飼料工業，2008（29）：18-20.

[16] Stefanello C，Vieira S L，Santiago G O，et al.Starch digestibility， energy utilization， and growth performance of broilers fed corn-soy-bean basal diets supplemented with enzymes[J].Poultry science，2015，94（10）：2472-2479.

[17] Woyengo T A，Wilson J.Enhancing nutrient utilization in maize for broiler chickens by superdosing phytase.Animal feed science and technology，2019，252：234-240.

Preparation Methods of Phytase and Its Application

in Poultry Production

SUN Shengxiang1，2， SUN Weiwu1，2， ZHANG Hongli1，2

（1. College of Applied Technology， Gansu Agricultural University， Lintao ?730500， China;

2. Lintao Agricultural School， Lintao ?730500， China）

Abstract： Phytase is a group of enzymes which can hydrolyze phytate phosphorus and release inorganic phosphorus. The addition of phytase to poultry feed can improve growth performance and nutrient utilization. In this paper， the source， preparation， effect and application of phytase in poultry production were introduced in order to provide some references for the high efficient application of phytase in poultry.

Keywords： ? Phytase; Preparation; Poultry; Application