植酸酶在甲殼動物飼料中的應用

高濱　趙聚萍　戚傳利　王福強

摘 要：從生長、營養(yǎng)物質(zhì)消化率、酶活性等方面闡述了植酸酶應用于水產(chǎn)飼料中對甲殼類動物的影響，為飼料行業(yè)植酸酶制劑的添加提供參考。

關(guān)鍵詞：植酸酶；甲殼動物；飼料應用

目前水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和飼料工業(yè)普遍面臨飼料安全問題、環(huán)境污染問題和飼料成本上漲問題，近年，用豆粕等植物蛋白替代飼料中動物蛋白的研究報道較為廣泛。相對而言，植酸及其鹽類復合物在植物原料中存在較多，這勢必影響水產(chǎn)動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用。在水產(chǎn)飼料中添加外源酶制劑促進動物生長、減少污染物排放已經(jīng)是很普遍的作法。飼料酶制劑是唯一能在不同程度同時影響水產(chǎn)養(yǎng)殖和飼料工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的飼料添加劑。

植酸（即肌醇六磷酸）因為帶有極強的陰離子電荷[1]，所以具有強大的絡(luò)合陽離子的能力，它不但可以與植物中鈣、鎂、鋅、鉀等礦物質(zhì)元素結(jié)合，形成不溶性鹽類；還可以絡(luò)合蛋白質(zhì)，抑制消化酶，如胃蛋白酶、α-淀粉酶和胰蛋白酶的活性。植酸酶是催化植酸及其鹽類水解為肌醇和磷酸的一類酶的總稱，它能將植酸分子上的磷酸基團逐個切下，形成終產(chǎn)物——肌醇和磷酸[2]。為人熟知的催化植酸降解的酶主要有兩類：3-肌醇六磷酸酶和6-肌醇六磷酸酶。前者是從微生物中獲得的，后者主要存在于小麥等谷物中。

植酸酶越來越廣泛地應用于水產(chǎn)中。資料研究證明植酸酶可分解植酸，釋放飼料中的磷、鈣、鎂等元素[3]，使磷和其他營養(yǎng)物質(zhì)得以有效利用。其在魚類中的應用已有廣泛的研究，本文參考國內(nèi)外學者研究，力圖為植酸酶應用于水產(chǎn)甲殼動物飼料中對動物營養(yǎng)消化的影響作比較系統(tǒng)的綜述。

1 植酸酶在甲殼動物中的作用機理

植酸酶屬于磷酸單脂水解酶，可以依次切斷磷酯鍵[1]，分解植物的細胞壁或者果實種子中的植酸，使不能被利用的磷變?yōu)榭衫玫牧?。植酸酶同時也可以斷裂蛋白質(zhì)與植酸之間的化學鍵，釋放蛋白質(zhì)，提高蛋白質(zhì)的利用率。植酸酶可以降解植酸鹽，釋放被植酸絡(luò)合的金屬陽離子，如Zn2+、Cu2+、Fe2+等，提高動物對某些微量元素的利用。

2 植酸酶在甲殼動物中的應用效果

2.1 對磷的利用率的影響

磷參與能量轉(zhuǎn)換，是機體骨骼的重要組成部分，鈣磷攝入量不足會引起骨骼松軟等病癥。然而水中磷含量極低，水產(chǎn)動物須從餌料中攝入磷來維持新陳代謝，滿足機體生長需要[4]。然而飼料中過量的或者難被動物利用的植酸磷的存在會造成排泄物中磷含量的過高，造成水體污染。植酸酶在水產(chǎn)飼料中的最重要應用之一就是分解飼料中的植酸磷，降低飼料中磷含量，為動物的正常生長提供可利用的磷，降低糞便中磷的排泄。

水生動物對無機態(tài)磷的消化率與其溶解度有關(guān)，即溶解度越高，消化率越高；而對植物性飼料中以植酸磷形式存在的磷，利用率一般不超過30%。在配合飼料中添加適宜的植酸酶能促進甲殼動物的生長，提高植酸磷的利用。周萌等[5]在南美白對蝦半精制飼料中添加植酸酶，添加1 000 FTU/kg和2 000 FTU/kg植酸酶組的總磷消化率分別為54.69%和54.89%，比對照組相對提高了5.3%和5.7%；同時，添加2 000 FTU/kg組的糞便磷含量最低，磷排泄降低了7.84%，說明添加植酸酶能降低水體中磷的含量，減輕水體污染。添加一定量的植酸酶，雖然沒有顯著改善斑節(jié)對蝦的氮排泄但是對磷的排泄卻有顯著作用，水中磷含量相比對照組減少了約17%[6]。磷的表觀消化率、糞便中磷含量以及水體中磷含量是評估飼料磷利用率的最重要的指標。實驗研究說明植酸酶的添加會降低動物磷的排泄，提高其利用率，利于水體的維持。Frank Liebert等對尼羅羅非魚進行了實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)日糧添加植酸酶B或者A組的尼羅羅非魚糞便中植酸磷的排泄量均顯著減少，添加植酸酶A組的魚肝臟食糜中植酸磷濃度降低[7]。另外，添加植酸酶組飼料中磷的消化率都有極顯著的提高（P<0.01）。這是由于植酸酶分解植酸，使植酸磷變成甲殼動物可利用的磷，提高了飼料中磷的利用率，減少了糞便中磷的含量。有實驗報道，飼料中添加1 000 FTU/kg的植酸酶與添加0.85%～1.28%的磷酸二氫鈣的效果相當[8]。

2.2 對生長的影響

植酸酶的添加對甲殼類動物增重、特定生長率及存活率沒有顯著正面效果。Pradyut Biswas研究發(fā)現(xiàn)飼料中添加植酸酶組的斑節(jié)對蝦與未添加組相的體增重、飼料系數(shù)和飼料效率沒有顯著差異[6]。陳新宇等研究證明飼料中添加500～2 000 FTU/kg植酸酶對凡納濱對蝦增重率、存活率和飼料利用無顯著影響[9]。曹露等研究發(fā)現(xiàn)添加植酸酶對日本沼蝦成活率沒有顯著影響，但是添加500 FTU/kg植酸酶組沼蝦的增重率與特定生長率顯著高于正對照組[10]。

2.3 對蛋白質(zhì)利用率的影響

從理論上講，植酸酶水解植酸釋放出磷的同時，可將與植酸絡(luò)合的蛋白質(zhì)釋放出來，便于消化道分泌的各種蛋白酶作用，同時植酸酶的添加可以解除植酸與內(nèi)源性蛋白酶結(jié)合提高蛋白酶活性，提高蛋白質(zhì)利用率（宋金彩等）[11]。Jongbloed（1998）的試驗表明在蛋白質(zhì)與植酸沉淀形成后，加入胃蛋白酶和植酸酶，沉淀消失速度比單獨加入胃蛋白酶快得多[12]。外源酶制劑對甲殼動物生長性能及內(nèi)源酶活性的影響早已經(jīng)有所報道。目前國內(nèi)外對植酸酶制劑在甲殼動物飼料中的添加應用較少。周萌等人在南美白對蝦實驗中發(fā)現(xiàn)添加1 000～3 000 FTU/kg植酸酶蛋白質(zhì)消化率均比對照組高[5]。

2.4 對其他營養(yǎng)物質(zhì)利用的影響

植酸螯合陽離子，降低營養(yǎng)元素的消化率。植酸酶可以切斷植酸與礦物離子間的化學鍵，釋放出礦物元素，如鐵，鎂，鈣，鋅等，使這些營養(yǎng)元素的利用率提高。這一理論在魚類實驗中得到普遍印證。白東清等對添加植酸酶的飼料進行不同溫度處理，研究其對鯉鈣磷營養(yǎng)物質(zhì)利用率的影響，發(fā)現(xiàn)：與對照組相比添加植酸酶可以使鈣的利用率提高132%以上[13]。向虹鱒飼料中添加植酸酶能提高礦物質(zhì)的表觀消化率[14]。飼料中添加植酸酶可以使斑節(jié)對蝦肌肉中甘油三酯含量顯著降低。

對凡濱對蝦[9]和日本沼蝦[10]研究發(fā)現(xiàn)：植酸酶對蝦體成分的水分、粗蛋白、脂肪、灰分、總鈣和總磷含量都沒有顯著影響。在斑節(jié)對蝦實驗[6]中也發(fā)現(xiàn)相同結(jié)論：雖然添加1 500 U/kg植酸酶組的蝦殼灰分含量高于對照組，但是整體而言植酸酶對青蝦蝦肉灰分與蝦殼灰分沒有顯著影響。彭剛等發(fā)現(xiàn)植酸酶向飼料中的添加不能影響青蝦蝦肉及蝦殼粗灰分的含量[15]。這可能是因為蝦類的消化系統(tǒng)比較簡單，食物在體內(nèi)存留時間太短，以至于營養(yǎng)物質(zhì)難以充分吸收；或者植酸對蝦類的生長沒有什么有害的影響，所以添加或者不添加植酸酶蝦類都同樣生長。斑節(jié)對蝦[6]各實驗組間肌肉中脂肪酸組成差異很大，但是植酸酶的添加并未對飽和脂肪酸或者單不飽和脂肪酸造成顯著的影響。

2.5 對酶活性的影響

植酸可以與帶堿性基團的蛋白質(zhì)絡(luò)合，抑制消化酶活性，如胃蛋白酶、淀粉酶和胰蛋白酶的活性；而添加植酸酶后可釋放與其結(jié)合的消化酶，從而提高消化酶的活性。曹露研究發(fā)現(xiàn)與不添加植酸酶和磷酸二氫鈣的試驗組相比，飼料中添加1 000、1 500 FTU/kg植酸酶試驗組顯著高了日本沼蝦肝胰臟蛋白酶活性10.47%和11.3%；與添加了磷酸二氫鈣的試驗組相比，添加l 000、1 500 U/kg植酸酶試驗組肝胰臟蛋白酶活性分別提高了4.82%和5.61%（P<0.05）[10]?？梢钥闯?，添加植酸酶可以使日本沼蝦肝胰臟蛋白酶活性呈上升趨勢。對魚類的研究也有類似的結(jié)論，馬恒甲研究結(jié)果顯示當植酸酶添加水平大于1 000 U/kg時，草魚肝胰臟和腸道中蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性都明顯增強[16]。姚瑞清等發(fā)現(xiàn)添加1 000 U/kg植酸酶顯著提高了奧尼羅非魚腸道蛋白酶與淀粉酶活性[17]。

3 植酸酶在水產(chǎn)甲殼動物中應用的注意事項

3.1 植酸酶活性受作用環(huán)境影響

特定的酶對pH、溫度等作用條件有特定的要求，而且?guī)д姾傻慕饘匐x子或絡(luò)合物等也會影響酶活性。Mikio SHIMZU[18]研究報道從Bacillus subtilis（natto）提取的植酸酶在pH為6～6.5，60 ℃條件下酶活性最高，而且EDTA、Zn2+、Cd2+、Ba2+、Cu2+、Fe2+、Al3+等化學試劑或特定金屬陽離子離子會極大地抑制其活性。

為確保植酸酶的活性，可以采用對酶包膜的方法抑制植酸酶在海水中的溶失及與陽離子的直接接觸。同時，飼料的制粒過程一定要確保低溫，防止酶不可逆性失活。再次，要根據(jù)動物消化道內(nèi)酸堿度選擇合適種類植酸酶，以期達到最大的效益。

3.2 最適添加量

在水產(chǎn)甲殼動物植酸酶添加效果的研究中，最適添加劑量大約是500～1 000 FTU/kg。水溫18～28 ℃，飼料中添加1 000 IU/kg植酸酶即能有效改善南美白對蝦的生長和磷利用率，降低磷排泄[5]。在水溫（27±2.0） ℃的條件下，WGR和SGR以添加500 FTU/kg植酸酶的試驗組顯著高于正對照組。添加植酸酶500 FTU/kg于飼料中可以顯著降低磷排泄，提高磷的利用率[6]。在35 ℃以內(nèi)植酸酶的活性一般是隨溫度的上升而上升的，所以養(yǎng)殖環(huán)境溫度的差異會導致植酸酶的最適添加量不同。不同種類的水產(chǎn)動物對營養(yǎng)物質(zhì)有不同需求量，同種動物處于的生長時期不同對營養(yǎng)的需求也是有差異的，飼料組成的差異也是影響植酸酶添加效果的重要因素，所以實驗研究得出的最適添加量難免不一致。在魚類的研究中也是得出如此結(jié)論。但飼料中豆粕等植物蛋白原的添加量增加勢必會要求植酸酶的添加量上升。在魚類飼料中添加豆粕的研究表明，植酸酶添加量大約在250～1500 FTU/kg[12]。

4 植酸酶在水產(chǎn)甲殼動物中的應用展望

植酸酶替代無機磷在水產(chǎn)飼料中的應用已經(jīng)有廣泛而比較統(tǒng)一的研究結(jié)論，但是它降解抗營養(yǎng)因子植酸后有效提高蛋白質(zhì)、氨基酸和能量利用率的作用目前還尚未有統(tǒng)一結(jié)論。有在對蝦類的研究中發(fā)現(xiàn)鈣磷的吸收是相互影響的，但是此方面的研究尚少。甲殼類對配方中蛋白質(zhì)和氨基酸的需求比能量的需求更重要，應該加強植酸酶對蛋白質(zhì)和氨基酸的潛在營養(yǎng)價值方面的研究，為植酸酶在甲殼類飼料中的進一步應用提供理論依據(jù)。近年，隨著生活水平的提高，人們對于食物的口感及營養(yǎng)價值要求更高，植酸磷的添加是否會對甲殼動物肉體的氨基酸比例及含量有很大的影響，是否影響脂肪的含量等關(guān)乎口感及營養(yǎng)價值方面還有待加強。

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（收稿日期：2015-02-02）