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1 植酸與植酸酶
1.1 植酸
植酸廣泛地存在于植物性飼料中，油料籽實和谷物副產品中植酸鹽含量高，谷物和豆類籽實中含量相對較低。常用植物性飼料中以芝麻餅(粕)和米糠中植酸鹽含量為最高，可達10％左右。植酸（亦稱環己六磷酸酯或肌醇六磷酸）是由6個分子的磷酸與環己六醇形成的磷酸酯，其分子中所含的6個分子磷酸可以解離出12個氫離子。在通常條件下，植酸帶有很強的負電荷，因而具有很強的絡合或連接陽極復合體(如陽離子或蛋白質)的能力，可與多種礦物質離子，如鎂、鉀、鈣、錳、鐵、鋅等螯合，形成穩定的畜禽（豬、雞等）難以消化利用的復合物。植酸的這一特性使它具有很強的抗營養作用，因此被視為飼料中的有害成分。
1.2 植酸酶
植酸酶屬于磷酸單酯水解酶，是磷酸酶的一種類型，能將肌醇六磷酸(植酸)分解成為肌醇和磷酸。植酸酶可以專一性地水解植酸中的磷酯鍵，將磷酸基團從植酸分子上逐個切下，形成中間產物，最終轉化為無機磷酸。不同來源的植酸酶的作用機理不同。有報道認為，單純的植酸酶只能將植酸分解為肌醇磷酸酯，不能徹底的分解成肌醇和磷酸，要徹底分解肌醇磷酸酯，需要酸性磷酸酶的幫助，酸性磷酸酶可以將單磷酸酯、二磷酸酯徹底分解成肌醇和無機磷酸。無機磷酸從植酸中被植酸酶水解后釋放出來，易于被畜禽消化道吸收，解除植酸對一些礦物元素，如鈣、鋅、銅等的抗營養效應，從而提高畜禽對植物性飼料中磷的利用率，降低飼料中鈣、磷水平，減少外源礦物性鈣、磷在飼料中的添加。植酸酶替代礦物性磷在飼料中的運用，需要降低飼料中鈣和磷水平，考慮維生素D與植酸酶之間可能存在的協同效應。這不僅對動物體具有良好的促生長效果，同時可降低有機磷從動物體中的排泄量，有利于環境保護，減少飼料成本。
植酸酶主要來源于植物和微生物，動物血液中也有少量存在，許多植物，特別是麥類籽實中含有天然植酸酶，如小麥、大麥、黑麥、玉米、水稻、高粱、油菜籽、豆類等，籽實中的植酸酶已被分離、鑒定。能產生植酸酶的微生物有細菌、部分真菌，如工程菌（工程細菌、工程酵母菌）、黑曲霉，無花果曲霉、啤酒酵母以及少數根霉。目前研究的或生產中應用的植酸酶主要經微生物發酵提純而獲得。
在自然界中植酸酶有兩種形式：6-植酸酶和3-植酸酶，它們是兩種完全不同的植酸酶。6-植酸酶主要存在于植物籽實的胚中，在干燥后籽實冬眠狀態下沒有活性，只有在種子萌發時被激活，并水解種子中的植酸。6-植酸酶的水解反應首先是從肌醇的6碳位上催化無機磷鹽，最終脂解整個植酸，它的穩定性很差，在干燥、高溫、pH值較低的情況下無活性，且易于因過多的植酸鹽底物和產物而受到強烈的抑制，難以在動物胃內pH值較低的情況下起作用。3-植酸酶由霉菌、酵母和細菌產生，它的性質穩定，耐酸、耐高溫，真正具有開發利用價值，在飼料工業中已被廣泛使用。3-植酸酶的水解反應首先從肌醇的3碳位上開始，逐步催化釋放無機磷，其作用機理為：植酸→D-1，2，4，5，6-五磷酸肌醇+D-1，2，3，4，5-五磷酸肌醇→1，2，5，6-四磷酸肌醇→1，2，5-三磷酸肌醇或1，2，6-三磷酸肌醇→1，2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。目前研究較多的是無花果曲霉菌和黑曲酶產生的植酸酶。
2 影響植酸酶應用的因素
植酸酶是一種結合蛋白，除含有蛋白質外，還含有約27.3％的寡糖，其糖鏈主要由半乳糖和甘露糖組成，通過天冬酰胺以N－糖苷鍵型與肽鏈相連接。研究表明，植酸酶的活性與糖鏈無關，糖鏈對于酶的分子量和熱穩定性有顯著影響，對于酶的等電點也有影響，酶的專一性酶活主要由其肽鏈結構決定。影響植酸酶使用效果的因素包括酶的種源、含量、溫度穩定性、pH值特性及動物體內水解效率等。
2.1 來源與生產加工工藝
植酸酶經由分離培育微生物菌種，再經微生物發酵生產提純。不同菌種來源的植酸酶其酶的分子量及耐酸、耐熱性能差異較大。B.subtills菌種中植酸酶的分子量在36～38 kD，最適pH值和最適溫度分別為6.0～7.0和55～60 ℃；A.niger菌種中植酸酶的分子量在60～100 kD，最適pH值和最適溫度分別為5.0～7.0和55～60 ℃。Segueiha等在Schwanniomyces castellii菌種中分離得到的分子量達到490 kD的大分子植酸酶，該酶有很好的耐高溫能力，其最適反應溫度為77 ℃。近年來，由于分離技術的提高，發現不同來源的植酸酶作用機理存在一定差異。
植酸酶經微生物發酵提取得到粗酶液，粗酶液再經后處理制得酶產品。后處理技術是提高酶穩定性(包括貯存穩定性、耐高溫穩定性等)及定點釋放能力的關鍵，這要考慮的是酶的劑型，固體或液體。為提高酶的穩定性，對固體酶進行包被處理是減少加工過程中酶活損失的一種非常有效的方法。固體酶產品經使用載體進行包被處理，其穩定性相對比液體酶產品好，外界空氣中水分及溫度對其影響較小，并易于存儲，但固體酶產品比液體酶產品增加了工藝程序和生產成本。
2.2 飼料加工
植酸酶應用于飼料中的添加途徑有2種：一種是在動物飼喂時直接添加到日糧中，這一途徑方便易行，能夠明顯提高日糧的飼用效果，但易造成浪費，成本增加；二是在動物全價配合飼料配方中添加，這種途徑能夠根據動物的營養需求合理添加酶制劑，并能夠改善全價料的原料搭配，減少成本。
飼料配方中原料種類的選用可影響植酸酶的效果。飼料中添加植酸酶，飼料的總磷水平必須高于動物有效磷的需要量，按飼料中磷的消化利用率來制定飼料總磷水平。飼料中鈣、磷的比例會影響植酸酶的活性，高鈣低磷使動物消化道pH值升高，抑制植酸酶的活性。一些礦物元素的添加，使某些金屬離子如Ca、Fe、Mn、Zn等，與植酸產生絡合作用，導致酶活降低，而維生素D對植酸酶有一定協同作用。
飼料的加工過程對酶有重要影響。一般植酸酶的最適溫度為30～60 ℃，但飼料的制粒溫度在75～90 ℃之間，膨化溫度通常為120～150 ℃，這樣高的溫度會使酶的蛋白變性，酶活性會降低甚至完全失活。同時飼料制粒過程中的調質、擠壓均可使酶蛋白變性失活。酶失活的程度也與在飼料中使用的酶的劑型和使用方法有關，固體酶是在制粒膨化前添加，會受制粒膨化溫度影響；液體酶是在制粒后噴涂，雖不受制粒溫度影響，但易受到空氣中水分及溫度的影響。
2.3 動物方面
動物的種類和年齡制約著酶的使用效果。單胃動物應用酶相對反芻動物要好，幼齡動物的消化道沒有完全健全，添加酶的效果優于成年動物。
微生物來源的植酸酶的最適酸度一般分為pH值2.5和pH值5.5兩種，pH值2.5的植酸酶主要在動物胃腔內起作用，而pH值5.5的植酸酶主要在動物的腸道內起作用。植酸酶主要應用于單胃動物，常見單胃動物有豬和雞。對于豬來說，植酸酶對植酸水解作用發生在胃中，其胃中食糜pH值在2～4之間；而對于雞來說，植酸水解是在嗉囊、肌胃和腺胃中進行的，嗉囊和肌胃的pH值在5～6之間。因此確定植酸酶在動物消化道內的適宜pH值對植酸酶的應用具有指導意義。
2.4 存儲條件
植酸酶及加酶飼料成品在儲存過程中易受到外界環境(如光、濕度、溫度、蟲害等)的影響，酶的活性會隨著儲存時間的延長而逐漸降低。一般來說，水分對酶的影響比高溫更為嚴重，飼料發霉會使酶受到很大威脅，在使用酶時應盡量縮短儲存時間，并保存在通風干燥、陰涼、避光處。
3 植酸酶酶活性的檢測
植酸酶展現出的經濟效益得到了廣泛的認可，其在飼料行業中將會有較大規模的應用，商品植酸酶的自身質量是加酶飼料和其在動物性能方面應用的首要保障。在眾多影響植酸酶應用效果的因素中，含量測定是最重要的質量指標，是植酸酶與其它酶制劑一樣面臨的特殊問題。植酸酶的含量以酶活單位來表示。目前對植酸酶酶活的定義尚未完全統一，沿用最多的是由BASF-GB公司提出的酶活定義，該定義被包括我國在內的國際質量認證機構、權威檢測機構、仲裁機構接受和采用。
普遍采用的植酸酶檢測方法有丙酮-磷鉬酸銨法、釩-鉬酸銨法、維生素C-鉬藍法和FeSO4-鉬藍法4種。黃遵錫等的研究表明，丙酮-磷鉬酸銨法較其它3種方法在靈敏度、精確度、穩定性、抗干擾能力等方面均有明顯優勢。目前植酸酶生產廠家和飼料廠應用最多的檢測方法是釩-鉬酸銨法，檢測方法相對簡便，易于操作。
無論采用哪種方法測定植酸酶酶活，不同生產廠商的植酸酶產品之間有不同的質量差異，這是使用廠家值得注意的。
總的說來，植酸酶在飼料工業及養殖業上的作用已得到肯定，對其在工業生產、飼料養殖的應用仍具有極大的研發空間，植酸酶的菌種來源、理化及生物性質和酶的基因工程是目前研究的主要方向，其在動物體內的生理生化作用仍有待進一步研究。
?。ň庉嫞焊?雁，snowyan78@tom.com）
譚寶玲，廣東溫氏食品集團公司，527439，廣東省云浮市新興縣勤竹鎮。
馮建文、陳麗，單位及通訊地址同第一作者。
收稿日期：2006-10-03（選自中國飼料工業網）
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