促進(jìn)植酸酶應(yīng)用

張相鑫

摘 ?要：為提高磷的利用率，消除植酸的抗?fàn)I養(yǎng)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(jīng)面市，但植酸酶的功效仍有提升的空間。

關(guān)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(fā)育和維持、能量利用、蛋白質(zhì)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(yīng)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(yǎng)。隨后，細(xì)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(yè)的青睞。

1 ?加速磷的動態(tài)循環(huán)

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(yǎng)師需要在飼料中添加磷酸鹽。然而，這會增加動物生產(chǎn)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，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(yǎng)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?fàn)I養(yǎng)作用與它結(jié)合蛋白質(zhì)或鈣的能力有關(guān)，其會抑制消化酶（如胃蛋白酶）的活性，增加酶的內(nèi)源性損失，使日糧中的能量不能充分用于動物的生長發(fā)育。

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

植酸鹽引發(fā)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(yuǎn)不止釋放被植酸包被的磷，植酸酶在降低無機(jī)磷排放對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)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(huán)境污染源。最終，植酸酶會在與營養(yǎng)性磷和環(huán)境性磷的相關(guān)問題上創(chuàng)造一個雙贏的局面。這促使相關(guān)人員研制一系列不同的酶產(chǎn)品，以提高植物性飼料原料的營養(yǎng)價值。

2 ?植酸酶的極限特性

理想的植酸酶應(yīng)該能在動物胃腔中的較低pH環(huán)境中保持活性，并可以盡快開始水解植酸鹽。同時，它應(yīng)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(shí)驗室檢測中，市售的商品植酸酶表現(xiàn)出各不相同的特性，因此它們對動物生產(chǎn)性能的影響也各不相同。目前，在較低pH的環(huán)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(yīng)速度是其直接競爭對手的兩倍。為確保大多數(shù)植酸鹽在消化的早期能被水解，營養(yǎng)物質(zhì)的消化主要發(fā)生在腸道的小腸部分，因為該區(qū)段腸腔中的pH遠(yuǎn)低于腸道后段中的。因此，能在極寬pH范圍內(nèi)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?fàn)I養(yǎng)作用。制粒是飼料生產(chǎn)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(wěn)定性，是飼料生產(chǎn)者擔(dān)憂的主要問題。因此，植酸酶生產(chǎn)商需要持續(xù)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(yīng)對飼料生產(chǎn)過程中面臨的挑戰(zhàn)，并為豬提供最佳營養(yǎng)。

3 ?“更好”不一定是“好”的敵人

植酸酶生產(chǎn)商對前文所述的具有較高生物活性的植酸酶進(jìn)行了進(jìn)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(nèi)試驗中表現(xiàn)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(yōu)勢，例如，顯著提高豬的生長速度和消化率。相關(guān)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(jù)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(qiáng)的酸性環(huán)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(tǒng)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(wěn)定性，這對防止飼料配方中可利用酶的減少至關(guān)重要。與市場上現(xiàn)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(nèi)試驗表明，與作為陽性對照的傳統(tǒng)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(jī)磷，同時能使豬具有較好的飼料轉(zhuǎn)化率和生長速度。在日糧中添加新型酶后，試驗結(jié)束時仔豬的體重也得到了提高，這一結(jié)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(jié)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(biāo)。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(yōu)越的熱穩(wěn)定性，能夠使動物營養(yǎng)師在無需向用植物性原料配制的飼料中添加無機(jī)磷酸鹽時也能提高豬的生產(chǎn)性能，并且可以起到保護(hù)環(huán)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(yù)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(jìn)行精心調(diào)整仍是一個值得繼續(xù)探索的領(lǐng)域。

原題名：Raising the phytase podium（英文）

原作者：Rachael Hardy（杜邦公司動物營養(yǎng)事業(yè)部）