【营养学论文】浅谈植酸酶减轻水体富营养化

磷是畜禽营养物质中功能最多的营养素之一，畜禽必须从饲料中得到充足的磷才能维持正常生命和生产活动。畜禽饲料主要由玉米和豆粕等植物性原料构成，虽然饲料中总磷含量较高，但主要是植酸磷，可被利用的有效磷不足。研究表明，日粮中添加植酸酶可促进饲料中植酸和植酸盐的分解，提高植物性饲料中磷的利用率，减少粪磷对环境的污染，节省无机磷酸盐的添加。

正文：

磷是动物生长繁殖及代谢所必须的矿物质元素之一。玉米、豆饼粕、谷糠等为猪禽饲料的主要来源，所含磷的40%—70%以植酸磷形式存在。猪禽等单胃动物消化道内缺乏能分解消化植酸磷的酶，因此仅能利用玉米中10%—20%的磷、豆饼中25%—35%的磷，剩余的磷从粪便中排出[1]，造成磷源的极大浪费并且污染环境。植酸磷是一个含六个磷酸基团的环状化合物，植酸磷不仅结合植物中大多数磷，而且还与多种金属元素等螯合形成极难溶解的化合物，在动物的肠道变得难于吸收，因此通常将植酸磷列入抗营养因子。

植酸酶又称为肌醇六磷酸水解酶，可使植酸磷复合物中的磷变成可利用磷的酸性磷酸酯酶。植酸酶不仅可以解除植酸的抗营养作用，提高饲料中矿物元素、氨基酸和蛋白质的可利用性，而且能够降低粪便排泄磷所引起的环境污染[2]。大量研究表明，在猪禽日粮中添加植酸酶，每头猪可使饲料中磷的利用率提高40%—60%，粪便中磷的排出量减少30%—50%，可增加经济效益40—50元。因此在饲料中添加植酸酶对提高畜禽业生产效益及降低植酸磷对环境的污染有重要意义[3]。

　　　植酸酶广泛存在于动植物组织中，也存在于微生物。目前分离出的植酸酶主要有两种：3—植酸酶和6—植酸酶，3—植酸酶最先水解的是肌醇3号碳原子位置的磷酸根，主要存在于动物和微生物；6—植酸酶最先水解的是6号碳原子的磷酸根，主要存在于植物组织。因此动物胃肠道植酸酶主要来源于饲料本身以及来源于微生物合成[4]。

　　　植物植酸酶多存在于植物的种子和花粉中，植物种子中的植酸酶大部分属于非特异性的磷酸水解酶，其活性因植物种类的不同而有很大的区别，如在豆类和谷类中的植酸酶活力一般都比较低。此外，植物中的植酸酶多为6—植酸酶，最适pH是4.0—7.5，不适合在单胃动物中应用，植物中植酸酶含量相对微生物中含量低。

　　　动物植酸酶存在于哺乳动物的小肠黏膜，人小肠黏膜具有植酸酶活性，但是非常低，降解植酸的作用有限。研究发现，许多动物包括人类在日粮中缺乏磷的时候能适应性地增加肠道植酸和磷酸酶的活性。

　　　微生物植酸酶的来源主要包括细菌、霉菌及酵母。其中霉菌分泌的植酸酶量相对较高，特别是曲霉属有较强的产植酸酶的能力，一直被认为是植酸酶的主要生产菌。一般而言，细菌植酸酶往往是胞内酶，而丝状真菌植酸酶是胞外酶，容易分离提纯[5]。

　　　植酸酶在猪应用中的结果变异较大，这其中受到日粮的类型、猪的生理状态和酶的使用等多种因素的影响。仔猪在断奶时遭受多重的应激后，机体的基础代谢变慢，消化机能发育不完全，从而使仔猪的生产潜力受到了严重抑制。在日粮中添加植酸酶，可增加仔猪对营养物质的吸收利用。蔡青和等人的实验表明断奶仔猪日粮中添加植酸酶，降低了42天时血清中的葡萄糖、血清尿素氮和血清碱性磷酸酶水平，提高了42日龄时断奶仔猪血清中的激素水平，改善了机体对吸收营养物质的利用[6]。在低磷日粮中添加植酸酶能改善生长猪的生长性能，显著提高饲料原料中的磷的表观消化率，也提高了钙和蛋白质的表观消化率。于明等人实验测得，添加植酸酶使小麦、高粱和稻谷中的总磷表观消化率分别提高27.64%、47.87%和41.84%，磷沉积率分别提高27.98%、47.35%和40.63%，三种饲料多重比较差异极显著，钙的表观消化率和蛋白质的表观消化率均有所提高，但差异不显著[7]。张建刚等人的实验证明，生长肥育猪饲粮中添加400—750U/kg的植酸酶，对胴体性状和猪肉品质无显著影响，但可以使其日增重提高6%—20%，料重比降低5%左右，单位增重饲料成本也显著下降[8]-[9]。董其国等人的实验表明，添加500U/kg植酸酶显著提高了生长肥育猪的日增重和饲料的转化效率；日粮中添加植酸酶能提高饲料养分的利用率，其中500U/kg的添加量效果最佳；日粮中添加植酸酶能提高部分氨基酸的消化率，其中1000U/kg的植酸酶能显著提高Lys，Met，Thr和Ile的消化率，对其他氨基酸并无明显的作用[10]。故在猪日粮中添加植酸磷可提高猪对磷及其他矿物元素的利用率，提高猪对蛋白质、氨基酸的利用率，进而提高能量消化率，提高日增重，降低料肉比，提高猪生产性能[11]。

在肉鸡的玉米豆粕型日粮中，提高日粮中植酸水平，显著降低回肠中钠的消化率，而添加植酸酶能显著提高钠的消化率。而钠的利用率的提高能有效促进日粮电解质平衡（DEB=Na++K+-Cl-mep/kg），Haydon和West(1990)发现，DEB的的增强可使回肠氨基酸消化率平均提高6.1%[12]。张强敏等发现，在肉鸡玉米豆粕和小麦日粮中添加584FTU/kg的植酸酶，减少了蛋白质的沉积达3.8%，另外还减少了采食量[13]。丁宏标发现，在肉鸡玉米豆粕型日粮中添加500FTU/kg的植酸酶，促进了屠体中蛋白质的沉积，但同时却减少了能量的摄入[14]。Simons等报道，肉鸡日粮中添加植酸酶降低约25%的磷的排泄量,提高了植酸磷的利用率[15]。通过在饲料中添加植酸磷可提高植酸磷的利用率，减少磷的排泄量。

　　　在现阶段使用的畜禽饲料配方中，玉米、糠麸、饼粕类饲料用量非常大，其中大量植酸磷成为抗营养因子，在单胃动物饲料中添加植酸酶可明显提高植酸磷的生物学利用率，为植酸磷的利用提供了一条新途径，植酸酶能提高动物生产性能，因此植酸酶作为催化植酸水解的有效酶，其应用将有很大的发展空间。同时植酸盐被植酸酶水解后使许多抗营养特性被消除，有利于单胃动物对矿物质和氨基酸的吸收利用[16]-[18]。

经济效益分析表明，饲料中添加植酸酶以取代猪禽饲料中必须添加的无机磷将成为今后发展的趋势。饲料用酶市场迅速扩大的趋势和广阔前景，吸引了许多研究机构和公司涉足其研究。饲料酶制剂已成为世界工业酶产业中增长速度最快、势头最强劲的一部分，2006年中国酶制剂产值达4.64亿元，其中植酸酶占1.43亿元。随着生物工程技术的快速发展，植酸酶的生产已经产业化，使植酸酶的生产成本大幅度降低，也为植酸酶在畜禽养殖中的普遍应用提供了可能。

　　　饲用植酸酶等酶制剂在饲料中得到广泛的推广和应用，其效果已在全世界范围内得到确证。植酸酶作为一种高效、环保型的绿色饲料添加剂，在饲料中添加植酸酶不仅可以降低饲料生产成本，提高饲料中钙磷的利用率，更重要的是还可降低粪便中磷的排泄量，减少磷对环境的污染，促进我国畜牧业的可持续发展[19]-[21]。

植酸酶在生产中必须能耐受制粒过程的高温、消化道的pH值和胃蛋白酶的消化作用，也就是说这类饲料对植酸酶产品的高温稳定性要求比较高。目前,植酸酶已经广泛应用到多种动物饲料，其中在蛋鸡饲料的应用最成熟，然而在猪、肉鸡以及水产养殖动物还有很大的发展空间，因此利用基因工程技术构建热稳定性好、具有特异性的高产植酸酶菌株显得尤为重要。我国植酸磷的研究开发仍处于起步阶段，植酸酶在饲料中的应用也大多处于试验阶段，植酸酶的工业化生产刚刚起步，食用性植酸酶的研究和植酸酶产品的深度开发更是空白。因此，做好植酸酶的研究和开发不仅可以促进现代养殖畜牧业、食品业的发展，而且植酸酶生产本身就可以发展成为具有广阔前景的绿色产业[22]。

结束语：

　　　植酸酶主要应用于单胃动和水产养殖类动物，需求量大。由于我国目前还没有商品化的植酸酶生产，因此植酸酶在我国的推广使用将具有极为重要的意义。植酸酶一方面能减轻土壤、水域的磷污染，如水体富营养化；另一方面能缓解我国磷资源匮乏、磷供应不足的局面，这对我国这种严重缺磷的国家而言，有着更为重要的社会效益和生态效益[23]。通过对有关植酸酶文献的阅读总结，我对植酸酶的应用及研究进展有了初步的了解，相信在未来植酸酶产品在畜禽养殖业中的应用必将越来越广泛。