促进植酸酶应用

张相鑫

摘  要：为提高磷的利用率，消除植酸的抗营养作用，在过去30年植酸酶被越来越多地用于动物饲料。目前，高效的植酸酶已经面市，但植酸酶的功效仍有提升的空间。

关键词：有效磷;植酸酶;植酸

磷在动物的新陈代谢和生理过程中起着重要的作用，如骨骼的发育和维持、能量利用、蛋白质合成和饲料的高效利用。由于单胃动物缺乏可以分解植酸盐的酶——植酸酶，因此人们将这些酶加入动物饲料中，以最大限度地提高饲料中可消化磷的供应量。自1991年从真菌中提取的首个商用植酸酶推向市场以来，植酸酶已被广泛用于动物营养。随后，细菌性植酸酶取代了真菌性植酸酶。这种新一代的植酸酶因其具有较高的活性、抗蛋白水解性和催化率而受到动物饲料行业的青睐。

1  加速磷的动态循环

在无植酸酶的单胃动物胃肠道中植酸不能被水解，因此饲料所含的天然的可利用磷不能被动物消化吸收。为了防止动物缺乏磷，动物营养师需要在饲料中添加磷酸盐。然而，这会增加动物生产者的经济负担，因为加入饲料中的磷源通常是磷酸钙，其是一种昂贵的饲料营养成分。此外，研究表明植酸盐会降低动物的生长速度。植酸盐的抗营养作用与它结合蛋白质或钙的能力有关，其会抑制消化酶（如胃蛋白酶）的活性，增加酶的内源性损失，使日粮中的能量不能充分用于动物的生长发育。

植酸盐还会降低动物小肠中营养物质的消化率，并影响小肠对多种矿物质（如钙、镁、铁和锌）的正常吸收。

植酸盐引发的问题最初是通过添加植酸酶来解决的。植酸酶可以分解饲料中可利用的植酸盐，从而使动物能够利用原本不能利用的磷源，减少在饲料中添加磷酸盐的需要。但是，在饲料中添加植酸酶的益处远不止释放被植酸包被的磷，植酸酶在降低无机磷排放对环境产生的负面影响方面也起着非常重要的作用。植酸盐中过量的磷常随动物的粪便排出，排出的磷是一个环境污染源。最终，植酸酶会在与营养性磷和环境性磷的相关问题上创造一个双赢的局面。这促使相关人员研制一系列不同的酶产品，以提高植物性饲料原料的营养价值。

2  植酸酶的极限特性

理想的植酸酶应该能在动物胃腔中的较低pH环境中保持活性，并可以尽快开始水解植酸盐。同时，它应在制粒过程中能承受住高温的影响，在动物的生理温度下具有较高的比活性（specific activity）。目前，在实验室检测中，市售的商品植酸酶表现出各不相同的特性，因此它们对动物生产性能的影响也各不相同。目前，在较低pH的环境中具有最高生物有效性和活性的植酸酶是一种来自丘氏菌属（Buttiauxella）的植酸酶，反应速度是其直接竞争对手的两倍。为确保大多数植酸盐在消化的早期能被水解，营养物质的消化主要发生在肠道的小肠部分，因为该区段肠腔中的pH远低于肠道后段中的。因此，能在极宽pH范围内保持活性的植酸酶可以在动物肠道上端尽快水解植酸盐，从而有效降低植酸盐的抗营养作用。制粒是饲料生产中普遍使用的一种高温高压加工工艺，会破坏加入饲料中酶的稳定性，是饲料生产者担忧的主要问题。因此，植酸酶生产商需要持续研制和测试新的植酸酶和配方，努力寻找新的、更合适的酶，以应对饲料生产过程中面临的挑战，并为猪提供最佳营养。

3  “更好”不一定是“好”的敌人

植酸酶生产商对前文所述的具有较高生物活性的植酸酶进行了进一步的改良，得到了新的具有高生物活性的植酸酶Axtra PHY GOLD。该植酸酶在体外试验和体内试验中表现出的性能证明其在替代动物饲料中的磷酸盐添加剂上具有较佳的优势，例如，显著提高猪的生长速度和消化率。相关研究人员在体外试验中用5种不同的植酸酶水解植酸，根据在各种不同的pH和制粒条件下磷的释放量来评估它们的性能。

拓宽植酸酶的有效pH范围可以确保它们在极强的酸性环境（如动物消化道的上端）中有更好的性能，从而能够更快地将植酸盐中的磷释放到消化系统中。与竞争对手相比，最近研制出的植酸酶具有更寬的pH范围（图1），并且在很高的制粒温度下有很好的热稳定性，这对防止饲料配方中可利用酶的减少至关重要。与市场上现有的4种植酸酶相比，该植酸酶能够更高效地释放植酸盐中的磷。体内试验表明，与作为阳性对照的传统植酸酶相比，新型植酸酶可完全替代母猪和仔猪玉米型日粮中所添加的无机磷，同时能使猪具有较好的饲料转化率和生长速度。在日粮中添加新型酶后，试验结束时仔猪的体重也得到了提高，这一结果验证了在试验中添加250 500 FTU/kg和1 000 FTU/kg植酸酶都是有效的这一结论（图2）。磷的消化率是验证植酸酶成功为动物提供磷的一个重要的指标。在一项试验中，母猪日粮中的植酸酶添加量为500 FTU/kg，与丘氏菌属（Buttiauxella）植酸酶相比，该新型植酸酶能使磷的全胃肠道磷消化率提高9.6%。因此，新研制的植酸酶具有较高的磷释放率，使磷在消化过程中能够被充分地吸收。

3  一种很有前景的新型植酸酶

该新型植酸酶具有优越的热稳定性，能够使动物营养师在无需向用植物性原料配制的饲料中添加无机磷酸盐时也能提高猪的生产性能，并且可以起到保护环境的作用。试验证明该植酸酶对无法控制终端用户制粒条件的预混合剂非常有用。因此，即使是性能极佳的酶仍可以得到改良，对酶的性能进行精心调整仍是一个值得继续探索的领域。

原题名：Raising the phytase podium（英文）

原作者：Rachael Hardy（杜邦公司动物营养事业部）