植酸酶在家禽飼料中應用的研究進展

梁 欣 于曉麗 （山東省濰坊市寒亭區畜牧獸醫局 261100）

植酸的化學名為肌醇六磷酸或環己六醇磷酸酯，是從植物種籽中提取的一種有機磷酸類化合物，以植酸鈣鎂鉀鹽的形式廣泛存在于植物種子內，但單胃動物對其利用率低，大部分隨糞便排出，造成嚴重的環境污染，同時造成磷的浪費。植酸酶是催化植酸及其鹽類水解為肌醇與磷酸（鹽）的一類酶的總稱，屬磷酸單酯水解酶，是一種重要的工業酶。植酸酶具有特殊的空間結構，能夠依次分離植酸分子中的磷，將植酸（鹽）降解為肌醇和無機磷，同時釋放出與植酸（鹽）結合的其它營養物質，從而提高其利用率。

1 植酸酶的營養學功能

在消化道作用的植酸酶有3個可能來源：腸道微生物產生、飼料中的內源性植酸酶和外源微生物產生的植酸酶，但主要由微生物發酵制得，包括多種霉菌、乳酸菌等。植酸一直被認為是飼料中的抗營養物質。一方面因為植酸對金屬離子具有較強的絡合能力，與鎂、銅、鋅和錳等離子都能形成穩定的絡合物，而使這些金屬離子不能為動物吸收利用，特別是飼料中的磷絕大部分與植酸結合，形成單胃動物難以消化的植酸鹽；另一方面植酸影響胃腸道消化酶的活性和蛋白質的利用率。因此植酸一直被認為是飼料中影響畜禽生產性能的有害成分。在飼料中添加植酸酶后，可在胃腸道中水解植酸或植酸鹽，釋放出磷和各種微量元素，減少高價無機磷源的添加量和磷的排泄量，避免隨無機磷添加帶來的氟、汞、鎘、砷、鉛等有害元素進入飼料，消化酶活性得到加強，提高飼料養分的利用率，在降低飼料成本的同時增加了配方的調整空間。

2 植酸酶的作用機理

植酸酶類發揮作用主要是植酸酶和酸性磷酸酶的連續作用：植酸酶首先把植酸分解成肌醇磷酸酯，酸性磷酸酶再將肌醇磷酸酯徹底地分解成肌醇和磷酸。植酸酶將植酸分子上的磷酸基團逐個切下，形成中間產物IP5、IP4、IP3、IP2、IP，終產物為肌醇和磷酸。不同來源植酸酶作用機理有所不同。微生物產的3-植酸酶作用于植酸時，首先從植酸的第3碳位點開始水解酯鍵而釋放出無機磷，然后再依次釋放出其它碳位點的磷，最終酯解整個植酸分子，此酶需要2價鎂離子（Mg2+）參與催化過程。來源于植物的6-植酸酶，首先在植酸的第6碳位點開始催化而釋放出無機磷。1g植酸完全分解理論上可釋放出無機磷281.6mg。植酸酶在水解植酸時，可以將與其絡合的大量鎂、鋅、錳等礦物元素因植酸分子的水解釋放出來；同時，植酸酶水解植酸時，也可以斷裂蛋白質與植酸之間的鍵，將蛋白質釋放出來，從而提高了家禽對礦物質的利用率和蛋白質的消化率。

3 植酸酶對營養物質利用率的影響

家禽日糧的主要成分來自植物性原料，植物籽實中大約60%～80%的磷是以植酸的形式存在，但由于家禽體內缺乏足夠的內源性植酸酶，從而對植酸磷的利用率很低，而且植酸還和其它一些礦物元素、蛋白質、氨基酸等絡合，影響機體的吸收。植酸對金屬離子有較強的絡合性能，與鈣、鎂、銅、鐵、錳、鈷等金屬離子能生成穩定的絡合物，可與蛋白質形成蛋白質植酸鹽化合物。植酸在很寬的pH范圍內帶負電荷，與帶正電的鈣、鋅、鎂、銅、鐵等離子發生螯合作用形成難溶的化合物，影響礦物質元素的吸收利用。在動物消化道中，植酸在pH低于蛋白質等電點的條件下，帶負電的植酸（鹽）與蛋白質發生反應，形成植酸一蛋白質二元復合物；在pH高于蛋白質等電點的條件下，以Ca2+、Zn2+等陽離子為“橋梁”形成植酸-金屬離子-蛋白質三元復合物，植酸蛋白二元或三元復合物的形成，會改變蛋白質的結構，降低其溶解度，從而影響蛋白質的利用率。植酸磷不僅與植物中40%～70%磷結合，而且植酸磷還與其它二價和三價金屬元素如鈣、鎂、鋅和鐵等螯合形成極難溶解的化合物，在動物的腸道變得難以吸收。因此植酸磷的存在會增加動物對其它必需礦物元素的需要。

植酸酶作為單胃動物飼料添加劑使用時，可以提高植物性飼料磷的利用率，減少飼料中無機磷的添加量，降低飼料成本，減少動物糞便中無機磷的排出量，降低磷對環境的污染，保護環境并可改善可用性礦物質、微量元素、氨基酸和能源；還可以解除植酸對金屬離子和蛋白質的螯合作用。提高機體對蛋白質和多種微量元素的利用率，促進動物生長發育，提高生產性能。

3.1 植酸酶對蛋白質利用率的影響 植酸酶能從植酸分子上將磷酸水解下來，從而基本上破壞了它對礦物質和蛋白質的親和力，所以植酸酶能提高礦物質營養有效性和蛋白質消化率；同時可使一些酶如淀粉酶等恢復其原有的活性，從而提高了飼料的能量有效性。

植酸酶對蛋白質利用率的影響，不同實驗結果顯示有一定差異。Lan等（2002）研究顯示，肉雞日糧中添加植酸酶提高蛋白質表觀消化率[1]，Cowieson等（2006）在肉雞日糧中添加植酸酶顯示可提高氮代謝[2]，提高氮消化率[3]。飼喂雌性火雞兩種玉米豆粕型基礎日糧（粗蛋白水平分別為22.5%和28.0%；總磷0.45%），添加植酸酶750U/kg后，其氮和氨基酸的可消化率均得到提高。而火雞只有在飼喂含粗蛋白22.5%和總磷0.60%的日糧，其氮和氨基酸的可消化率才有改善[4]。

王慶云等（2008）研究表明，在肉雞日糧中，以磷酸氫鈣為磷源（對照組），其余為試驗組，其磷酸氫鈣水平分別為對照組的75%、50%、25%、0%，并添加植酸酶500FTU/kg。結果表明，添加植酸酶的各組凈蛋白利用率均高于對照組，隨無機磷水平降低分別比對照組高出2.10%，4.95%，3.48%，5.66%，說明添加植酸酶促進了蛋白質的沉積和利用[5]。但Peter等（2001）、Augspurger等（2004）研究顯示，在日糧中添加植酸酶不能提高蛋白質利用率[6，7]。出現這種截然相反的結果，可能與日糧配方中不同營養成份構成有關[8，9]。

添加植酸酶（1200U/kg）改善了3種谷物（玉米、高梁和小麥）、4種油籽餅粕（大豆粕、菜籽粕、棉籽粕和葵花籽粕）以及2種谷物副產品（小麥次粉和米糠）的蛋白質/氨基酸的可消化率。飼料中蛋白含量以及植酸的結構和化學性質可能對蛋白質消化利用有一定影響，植酸的降解與其結構的可溶性存在一定關系。植酸酶降解飼料中的植酸鹽，打破蛋白質與植酸鹽形成的絡合物，促進了營養物質的消化吸收。

3.2 植酸酶對磷利用率的影響 家禽對植酸磷的利用率非常有限，一般飼糧中60%～75%的磷不能被禽類消化，對飼糧所含植酸磷的利用率基本上為零，即使像小麥和大麥這類含有內源性植酸酶的飼料，其植酸磷的利用率也僅能達15%～30%。在飼料中添加植酸酶，直接作用于植酸鹽使之分解，明顯降低了植酸結合磷的活性，增加了可利用磷的含量，提高對磷的利用率，這不僅可以預防由缺乏磷引起的各種疾病，更主要的減少了糞便中磷的排放量，保護了自然環境。

有研究發現在低磷日糧中添加植酸酶可使磷的利用率提高60%，糞便磷排泄量減少40%。樓洪興等（1995）在肉雞日糧中添加植酸酶可以提高雞血清總磷濃度[10]。宋國華等（1997）試驗表明，低磷日糧中添加植酸酶可有效地分解植酸，提高礦物元素鈣、磷、銅、鋅的利用率，在組織中沉積量雖無顯著差異，但隨著植酸酶水平的提高，絕對沉積量有上升的趨勢[11]。徐奇友等（2000）研究顯示，在肉仔雞飼料中添加植酸酶可提高植酸磷的利用率，顯著降低磷的排泄量，植酸酶添加組分別比正常鈣磷水平的對照組降低了24.2%和24.9%[12]。王慶云等（2008）采用強飼排空法進行代謝試驗，對照組以磷酸氫鈣為磷源（I），其余為試驗組，其磷酸氫鈣水平分別為對照組的75%（II）、50%（III）、25%（Ⅳ）、0%（V），并添加植酸酶500FTU/kg。各組排泄物中磷含量（風干基礎）的結果顯示，植酸酶添加組隨無機磷水平降低分別比正常鈣磷組排泄物中磷含量降低了11.0%、17.9%、23.9%、28.4%[5]。

3.3 植酸酶對鈣利用率的影響 鈣是家禽不可缺少的一種礦物質，如日糧中鈣不足，會降低磷的吸收率，所以只有保持適當的鈣磷比才能保證蛋雞鈣和磷的需要。研究表明，在日糧中添加植酸酶使磷釋放的同時，也可將植酸結合的鈣釋放出來，使鈣的利用率也得到增高，因而提高骨結構中的含鈣量，且可以改善鈣的存留。在以植物性日糧為主的家禽日糧中，植酸酶不能完全替代磷酸氫鈣，在鈣磷比例合理的情況下，植酸酶的作用將會得到更大限度的發揮。

在一個評價植酸酶對鈣生物學利用率影響的肉仔雞試驗中，以體增重和趾骨灰分為評價指標，得出500U/kg的植酸酶相當于0.46g鈣，向肉仔雞日糧中添加植酸酶后，其鈣的存留和干物質（DM）的消化率均得到改善。以火雞進行了研究，以體增重、增重/飼料和可消化鈣為評價指標，研究表明500U/kg的植酸酶相當于0.87g鈣[4]。

在雛雞最初14d內，每kg飼料中添加750單位的植酸酶可增加鈣的吸收。蛋雞日糧中添加300單位/kg植酸酶，就應將日糧鈣減低0.3%～0.4%。在多數情況下，這就意味著在每天采食100 g飼料的情況下，日糧鈣水平應減至3.5%～3.6%。

3.4 植酸酶對其他微量元素利用率的影響 植酸酶添加到日糧中，在畜禽消化道內被激活后，對植酸或植酸鹽進行水解，釋放出與植酸結合的礦物質，從而使礦物質元素利用率提高，提高營養物質消化吸收，并且在日糧含磷水平越低時，植酸酶作用越強，植酸酶的釋放能力越強。

王慶云等研究顯示，肉雞對照組日糧中添加16.39/kg磷酸氫鈣，不添加植酸酶，其余4組分別添加l2.3、8.2、4.1和Og/kg磷酸氫鈣后，均添加植酸酶0.19g/kg（500FTU/kg）。結果顯示，28日齡肉雞脛骨中銅、錳、鐵、鋅含量隨日糧無機磷水平降低呈逐漸升高趨勢，42日齡肉雞脛骨中錳、鐵含量在各添加植酸酶組也有同樣變化趨勢，說明添加植酸酶提高了礦物質元素的利用率[5]。研究表明，在低無機磷水平日糧中添加植酸酶促進骨骼礦物質沉積，提高礦物質元素利用率，并隨日糧中無機磷水平降低，植酸酶發揮作用增大，但日糧中完全不添加無機磷并不可取。

在鈣磷比為1.2∶1～1.4∶l時，以8.2g/kg磷酸氫鈣組（0～4周齡：Ca 7.6g/kg，TP 5.4g/kg；5～7周齡：Ca 7.0g/kg，TP 5.3g/kg）添加植酸酶效果較好。

黃志勇等（2008）選用200日齡金定鴨1000只，隨機分成5個處理。處理A為對照組，有效磷水平為0.45%，處理B、C、D、E有效磷在對照組基礎上分別降低0.15%、0.30%、0.45%、0.60%，日糧有效磷水平為0.38%、0.32%、0.25%、0.18%，同時添加500FTU/kg植酸酶，研究植酸酶對礦物質表觀利用率的影響。結果顯示，日糧有效磷水平從0.45%降低到0.25%，同時添加500FTU/kg植酸酶，不會影響蛋鴨對Ca、P、Cu、Zn的利用率及其在蛋鴨血清和脛骨中的含量。當日糧中有效磷水平為0.18%時，即使添加了植酸酶，Ca、P、Cu、Zn的利用率及其在蛋鴨血清和脛骨中的含量都會顯著降低。表明日糧中不添加磷酸氫鈣效果不理想[13]。

4 小結

植酸酶作為一種新型的飼料添加劑，添加到植物性飼料中釋放植酸中的磷分，不但能提高食物以及飼料對植物磷的吸收利用率，而且可以降解植酸鹽蛋白質絡和物，減少植酸鹽對微量元素的螯合，提高動物對植物蛋白的利用率以及植物飼料的營養價值，減少動物排泄物中有機磷的含量，同時減少對大自然的污染。因此無論從社會效益和經濟效益來看，植酸酶都是一種很好的飼料添加荊，也是一種極有發展前途的飼用酶。