植酸酶在家禽饲料中应用的研究进展

梁 欣 于晓丽 （山东省潍坊市寒亭区畜牧兽医局 261100）

植酸的化学名为肌醇六磷酸或环己六醇磷酸酯，是从植物种籽中提取的一种有机磷酸类化合物，以植酸钙镁钾盐的形式广泛存在于植物种子内，但单胃动物对其利用率低，大部分随粪便排出，造成严重的环境污染，同时造成磷的浪费。植酸酶是催化植酸及其盐类水解为肌醇与磷酸（盐）的一类酶的总称，属磷酸单酯水解酶，是一种重要的工业酶。植酸酶具有特殊的空间结构，能够依次分离植酸分子中的磷，将植酸（盐）降解为肌醇和无机磷，同时释放出与植酸（盐）结合的其它营养物质，从而提高其利用率。

1 植酸酶的营养学功能

在消化道作用的植酸酶有3个可能来源：肠道微生物产生、饲料中的内源性植酸酶和外源微生物产生的植酸酶，但主要由微生物发酵制得，包括多种霉菌、乳酸菌等。植酸一直被认为是饲料中的抗营养物质。一方面因为植酸对金属离子具有较强的络合能力，与镁、铜、锌和锰等离子都能形成稳定的络合物，而使这些金属离子不能为动物吸收利用，特别是饲料中的磷绝大部分与植酸结合，形成单胃动物难以消化的植酸盐；另一方面植酸影响胃肠道消化酶的活性和蛋白质的利用率。因此植酸一直被认为是饲料中影响畜禽生产性能的有害成分。在饲料中添加植酸酶后，可在胃肠道中水解植酸或植酸盐，释放出磷和各种微量元素，减少高价无机磷源的添加量和磷的排泄量，避免随无机磷添加带来的氟、汞、镉、砷、铅等有害元素进入饲料，消化酶活性得到加强，提高饲料养分的利用率，在降低饲料成本的同时增加了配方的调整空间。

2 植酸酶的作用机理

植酸酶类发挥作用主要是植酸酶和酸性磷酸酶的连续作用：植酸酶首先把植酸分解成肌醇磷酸酯，酸性磷酸酶再将肌醇磷酸酯彻底地分解成肌醇和磷酸。植酸酶将植酸分子上的磷酸基团逐个切下，形成中间产物IP5、IP4、IP3、IP2、IP，终产物为肌醇和磷酸。不同来源植酸酶作用机理有所不同。微生物产的3-植酸酶作用于植酸时，首先从植酸的第3碳位点开始水解酯键而释放出无机磷，然后再依次释放出其它碳位点的磷，最终酯解整个植酸分子，此酶需要2价镁离子（Mg2+）参与催化过程。来源于植物的6-植酸酶，首先在植酸的第6碳位点开始催化而释放出无机磷。1g植酸完全分解理论上可释放出无机磷281.6mg。植酸酶在水解植酸时，可以将与其络合的大量镁、锌、锰等矿物元素因植酸分子的水解释放出来；同时，植酸酶水解植酸时，也可以断裂蛋白质与植酸之间的键，将蛋白质释放出来，从而提高了家禽对矿物质的利用率和蛋白质的消化率。

3 植酸酶对营养物质利用率的影响

家禽日粮的主要成分来自植物性原料，植物籽实中大约60%～80%的磷是以植酸的形式存在，但由于家禽体内缺乏足够的内源性植酸酶，从而对植酸磷的利用率很低，而且植酸还和其它一些矿物元素、蛋白质、氨基酸等络合，影响机体的吸收。植酸对金属离子有较强的络合性能，与钙、镁、铜、铁、锰、钴等金属离子能生成稳定的络合物，可与蛋白质形成蛋白质植酸盐化合物。植酸在很宽的pH范围内带负电荷，与带正电的钙、锌、镁、铜、铁等离子发生螯合作用形成难溶的化合物，影响矿物质元素的吸收利用。在动物消化道中，植酸在pH低于蛋白质等电点的条件下，带负电的植酸（盐）与蛋白质发生反应，形成植酸一蛋白质二元复合物；在pH高于蛋白质等电点的条件下，以Ca2+、Zn2+等阳离子为“桥梁”形成植酸-金属离子-蛋白质三元复合物，植酸蛋白二元或三元复合物的形成，会改变蛋白质的结构，降低其溶解度，从而影响蛋白质的利用率。植酸磷不仅与植物中40%～70%磷结合，而且植酸磷还与其它二价和三价金属元素如钙、镁、锌和铁等螯合形成极难溶解的化合物，在动物的肠道变得难以吸收。因此植酸磷的存在会增加动物对其它必需矿物元素的需要。

植酸酶作为单胃动物饲料添加剂使用时，可以提高植物性饲料磷的利用率，减少饲料中无机磷的添加量，降低饲料成本，减少动物粪便中无机磷的排出量，降低磷对环境的污染，保护环境并可改善可用性矿物质、微量元素、氨基酸和能源；还可以解除植酸对金属离子和蛋白质的螯合作用。提高机体对蛋白质和多种微量元素的利用率，促进动物生长发育，提高生产性能。

3.1 植酸酶对蛋白质利用率的影响 植酸酶能从植酸分子上将磷酸水解下来，从而基本上破坏了它对矿物质和蛋白质的亲和力，所以植酸酶能提高矿物质营养有效性和蛋白质消化率；同时可使一些酶如淀粉酶等恢复其原有的活性，从而提高了饲料的能量有效性。

植酸酶对蛋白质利用率的影响，不同实验结果显示有一定差异。Lan等（2002）研究显示，肉鸡日粮中添加植酸酶提高蛋白质表观消化率[1]，Cowieson等（2006）在肉鸡日粮中添加植酸酶显示可提高氮代谢[2]，提高氮消化率[3]。饲喂雌性火鸡两种玉米豆粕型基础日粮（粗蛋白水平分别为22.5%和28.0%；总磷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。而火鸡只有在饲喂含粗蛋白22.5%和总磷0.60%的日粮，其氮和氨基酸的可消化率才有改善[4]。

王庆云等（2008）研究表明，在肉鸡日粮中，以磷酸氢钙为磷源（对照组），其余为试验组，其磷酸氢钙水平分别为对照组的75%、50%、25%、0%，并添加植酸酶500FTU/kg。结果表明，添加植酸酶的各组净蛋白利用率均高于对照组，随无机磷水平降低分别比对照组高出2.10%，4.95%，3.48%，5.66%，说明添加植酸酶促进了蛋白质的沉积和利用[5]。但Peter等（2001）、Augspurger等（2004）研究显示，在日粮中添加植酸酶不能提高蛋白质利用率[6，7]。出现这种截然相反的结果，可能与日粮配方中不同营养成份构成有关[8，9]。

添加植酸酶（1200U/kg）改善了3种谷物（玉米、高梁和小麦）、4种油籽饼粕（大豆粕、菜籽粕、棉籽粕和葵花籽粕）以及2种谷物副产品（小麦次粉和米糠）的蛋白质/氨基酸的可消化率。饲料中蛋白含量以及植酸的结构和化学性质可能对蛋白质消化利用有一定影响，植酸的降解与其结构的可溶性存在一定关系。植酸酶降解饲料中的植酸盐，打破蛋白质与植酸盐形成的络合物，促进了营养物质的消化吸收。

3.2 植酸酶对磷利用率的影响 家禽对植酸磷的利用率非常有限，一般饲粮中60%～75%的磷不能被禽类消化，对饲粮所含植酸磷的利用率基本上为零，即使像小麦和大麦这类含有内源性植酸酶的饲料，其植酸磷的利用率也仅能达15%～30%。在饲料中添加植酸酶，直接作用于植酸盐使之分解，明显降低了植酸结合磷的活性，增加了可利用磷的含量，提高对磷的利用率，这不仅可以预防由缺乏磷引起的各种疾病，更主要的减少了粪便中磷的排放量，保护了自然环境。

有研究发现在低磷日粮中添加植酸酶可使磷的利用率提高60%，粪便磷排泄量减少40%。楼洪兴等（1995）在肉鸡日粮中添加植酸酶可以提高鸡血清总磷浓度[10]。宋国华等（1997）试验表明，低磷日粮中添加植酸酶可有效地分解植酸，提高矿物元素钙、磷、铜、锌的利用率，在组织中沉积量虽无显著差异，但随着植酸酶水平的提高，绝对沉积量有上升的趋势[11]。徐奇友等（2000）研究显示，在肉仔鸡饲料中添加植酸酶可提高植酸磷的利用率，显著降低磷的排泄量，植酸酶添加组分别比正常钙磷水平的对照组降低了24.2%和24.9%[12]。王庆云等（2008）采用强饲排空法进行代谢试验，对照组以磷酸氢钙为磷源（I），其余为试验组，其磷酸氢钙水平分别为对照组的75%（II）、50%（III）、25%（Ⅳ）、0%（V），并添加植酸酶500FTU/kg。各组排泄物中磷含量（风干基础）的结果显示，植酸酶添加组随无机磷水平降低分别比正常钙磷组排泄物中磷含量降低了11.0%、17.9%、23.9%、28.4%[5]。

3.3 植酸酶对钙利用率的影响 钙是家禽不可缺少的一种矿物质，如日粮中钙不足，会降低磷的吸收率，所以只有保持适当的钙磷比才能保证蛋鸡钙和磷的需要。研究表明，在日粮中添加植酸酶使磷释放的同时，也可将植酸结合的钙释放出来，使钙的利用率也得到增高，因而提高骨结构中的含钙量，且可以改善钙的存留。在以植物性日粮为主的家禽日粮中，植酸酶不能完全替代磷酸氢钙，在钙磷比例合理的情况下，植酸酶的作用将会得到更大限度的发挥。

在一个评价植酸酶对钙生物学利用率影响的肉仔鸡试验中，以体增重和趾骨灰分为评价指标，得出500U/kg的植酸酶相当于0.46g钙，向肉仔鸡日粮中添加植酸酶后，其钙的存留和干物质（DM）的消化率均得到改善。以火鸡进行了研究，以体增重、增重/饲料和可消化钙为评价指标，研究表明500U/kg的植酸酶相当于0.87g钙[4]。

在雏鸡最初14d内，每kg饲料中添加750单位的植酸酶可增加钙的吸收。蛋鸡日粮中添加300单位/kg植酸酶，就应将日粮钙减低0.3%～0.4%。在多数情况下，这就意味着在每天采食100 g饲料的情况下，日粮钙水平应减至3.5%～3.6%。

3.4 植酸酶对其他微量元素利用率的影响 植酸酶添加到日粮中，在畜禽消化道内被激活后，对植酸或植酸盐进行水解，释放出与植酸结合的矿物质，从而使矿物质元素利用率提高，提高营养物质消化吸收，并且在日粮含磷水平越低时，植酸酶作用越强，植酸酶的释放能力越强。

王庆云等研究显示，肉鸡对照组日粮中添加16.39/kg磷酸氢钙，不添加植酸酶，其余4组分别添加l2.3、8.2、4.1和Og/kg磷酸氢钙后，均添加植酸酶0.19g/kg（500FTU/kg）。结果显示，28日龄肉鸡胫骨中铜、锰、铁、锌含量随日粮无机磷水平降低呈逐渐升高趋势，42日龄肉鸡胫骨中锰、铁含量在各添加植酸酶组也有同样变化趋势，说明添加植酸酶提高了矿物质元素的利用率[5]。研究表明，在低无机磷水平日粮中添加植酸酶促进骨骼矿物质沉积，提高矿物质元素利用率，并随日粮中无机磷水平降低，植酸酶发挥作用增大，但日粮中完全不添加无机磷并不可取。

在钙磷比为1.2∶1～1.4∶l时，以8.2g/kg磷酸氢钙组（0～4周龄：Ca 7.6g/kg，TP 5.4g/kg；5～7周龄：Ca 7.0g/kg，TP 5.3g/kg）添加植酸酶效果较好。

黄志勇等（2008）选用200日龄金定鸭1000只，随机分成5个处理。处理A为对照组，有效磷水平为0.45%，处理B、C、D、E有效磷在对照组基础上分别降低0.15%、0.30%、0.45%、0.60%，日粮有效磷水平为0.38%、0.32%、0.25%、0.18%，同时添加500FTU/kg植酸酶，研究植酸酶对矿物质表观利用率的影响。结果显示，日粮有效磷水平从0.45%降低到0.25%，同时添加500FTU/kg植酸酶，不会影响蛋鸭对Ca、P、Cu、Zn的利用率及其在蛋鸭血清和胫骨中的含量。当日粮中有效磷水平为0.18%时，即使添加了植酸酶，Ca、P、Cu、Zn的利用率及其在蛋鸭血清和胫骨中的含量都会显著降低。表明日粮中不添加磷酸氢钙效果不理想[13]。

4 小结

植酸酶作为一种新型的饲料添加剂，添加到植物性饲料中释放植酸中的磷分，不但能提高食物以及饲料对植物磷的吸收利用率，而且可以降解植酸盐蛋白质络和物，减少植酸盐对微量元素的螯合，提高动物对植物蛋白的利用率以及植物饲料的营养价值，减少动物排泄物中有机磷的含量，同时减少对大自然的污染。因此无论从社会效益和经济效益来看，植酸酶都是一种很好的饲料添加荆，也是一种极有发展前途的饲用酶。