植酸酶在斑點叉尾鮰和羅非魚飼料中的應用

吳廣兵 石學剛

斑點叉尾鮰和羅非魚是世界范圍內(nèi)主要的養(yǎng)殖魚類。在我國，斑點叉尾鮰和羅非魚的養(yǎng)殖主要集中于南方地區(qū)，養(yǎng)殖產(chǎn)量每年遞增15%。由于近幾年來魚粉供給的不足和價格的暴漲，斑點叉尾鮰和羅非魚的飼料配方中已使用少量或不使用魚粉，這樣造成配方中磷含量的降低。為了滿足魚對磷的需要量，必須通過添加磷酸氫鈣或磷酸二氫鈣等無機磷酸鹽來彌補。但無機磷酸鹽的添加容易造成對水質(zhì)的污染，且無機磷是不可再生原料。為了減少對環(huán)境的污染，維持水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，飼料中添加植酸酶就成為一種有效的提供磷源的方法之一。

植酸（phytic acid）的化學名稱是環(huán)己六醇六磷酸酯，分子式為C6H18O24P6,分子量為660.8，是一種黃色液體，呈強酸性，易溶于水。植酸的化學結(jié)構(gòu)決定了它對其它離子有很強的絡(luò)合性。植酸酶(肌醇六磷酸酶)是能將植酸 (肌醇六磷酸)分解為肌醇和無機磷的一類酶的總稱。植物蛋白消化率低的主要問題之一就是植物飼料中的抗營養(yǎng)因子——植酸，在有些植物中植酸的含量高達70%以上。在畜禽飼糧中添加植酸酶能有效提高植酸磷的利用率,降低磷對環(huán)境的污染并消除植酸的抗營養(yǎng)作用,從而改善了蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。植酸酶在水產(chǎn)飼料中的應用尚處于研發(fā)階段，由于pH值活性的范圍較窄和熱穩(wěn)定性差，其活性易受水產(chǎn)飼料加工工藝等因素的影響，限制了其在水產(chǎn)飼料中的推廣應用。目前，對魚飼料中植酸酶應用的研究主要集中于植酸酶對不同種魚類的作用及優(yōu)化的添加劑量。國外和國內(nèi)的許多研究表明，植酸酶的添加可以提高斑點叉尾鮰和羅非魚的生長性能，且研究結(jié)果較一致。本文通過對植酸酶在斑點叉尾鮰和羅非魚上的應用效果的總結(jié)以推動植酸酶在斑點叉尾鮰和羅非魚飼料中的應用。

1 斑點叉尾鮰和羅非魚的磷需要量及植酸酶pH值和溫度最適范圍

1.1 斑點叉尾鮰和羅非魚的磷需要量(見表1)

表1 斑點叉尾和羅非魚的磷需要量

表1 斑點叉尾和羅非魚的磷需要量

種類斑點叉尾鮰斑點叉尾鮰羅非魚羅非魚羅非魚磷需要量(%，有效磷)0.40 0.45 0.50 0.50 0.76～0.79文獻來源Wilson等(1982)NRC（1993）NRC（1993）Robinson等(2003)Phromkunthong等(2008)

磷是魚類所需要的重要的礦物元素,它們是組成骨骼的重要成分。當飼料中磷不足時,會影響到魚類骨骼的發(fā)育,出現(xiàn)畸形,生長遲緩。因為天然水體中磷的含量較低，而且魚類對天然水體中磷的吸收率較低，所以魚類對磷的攝取主要依賴于飼料。Wilson等(1982)報道，斑點叉尾鮰對有效磷的需求量是0.4%，這與NRC（1993）報道的斑點叉尾鮰有效磷需求量是0.45%相接近。但不同的研究報道中羅非魚的有效磷需求量差異較大。據(jù)NRC(1993)和Robinson等(2003)的報道，羅非魚的有效磷需求量是0.5%。但Phromkunthong等(2008)指出，羅非魚最佳生長所需的有效磷為0.76%～0.79%。因此，羅非魚的有效磷需求量還需要進一步的研究來確認。

由于水中鈣的含量遠大于磷,魚類能夠通過鰓和皮膚吸收水中溶解的鈣鹽,所以如果魚類飼料中鈣含量不足,魚可以通過吸收水中的鈣而得到補充。一般養(yǎng)殖魚類的鈣磷比例為1：1或2：1，對飼料中磷的需要量為0.7%左右。用鈣磷比例為1.5：1的飼料（飼料中含鈣和磷分別為1.5%和1.0%）飼養(yǎng)斑點叉尾鮰,其生長和飼料轉(zhuǎn)化最佳（Andrews等,1973）。

1.2 飼料中的植酸磷及其影響

各種植物原料中植酸磷含量見表2。表2的數(shù)據(jù)表明，大部分魚飼料原料中的植酸鱗的含量超過60%以上。DDGS的植酸磷含量低是由于DDGS是玉米經(jīng)過發(fā)酵后的殘留物，部分植酸磷已被發(fā)酵時細菌產(chǎn)生的植酸酶所分解。魚類消化系統(tǒng)中缺乏內(nèi)源性植酸酶，未被利用的植酸磷和殘留的未吸收的磷酸鹽隨排泄物被排入水體，不但造成了飼料原料的浪費，而且造成了對水質(zhì)等環(huán)境的嚴重磷污染。

表2 各種植物原料中植酸磷含量

1.3 植酸酶的pH值和溫度適合范圍

植酸酶在自然界中廣泛分布，植物和微生物都可以產(chǎn)生植酸酶。有一些飼料原料如小麥、米糠和麩皮等含有內(nèi)源性植酸酶，但這些內(nèi)源植酸酶的pH值適合范圍窄且不耐魚料制粒加工的高溫（90℃以上），它們的穩(wěn)定性相對于細菌植酸酶低得多。另外，谷物內(nèi)源植酸酶的生物學效價遠低于細菌性植酸酶(Zimmermann等，2002)。

幾種微生物植酸酶的pH值和溫度最適范圍見表3。表3的數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)商業(yè)植酸酶的最適pH值范圍在4.5～6.5之間。根據(jù)植酸酶的最適pH值，可將其分為酸性植酸酶和中性植酸酶兩大類。酸性植酸酶的最適pH值在5.0附近，而中性植酸酶的最適pH值在8.0附近（Konietzny等，2002）。斑點叉尾鮰和羅非魚的消化道前端pH值（1.5～6.2）范圍適合酸性植酸酶的最適范圍。但無胃魚如鯉魚和草魚的消化道pH值范圍在6.0～7.3，可能更適合中性植酸酶作用條件。大多數(shù)植酸酶的最適穩(wěn)定范圍是60℃左右，因此，如果沒有特殊工藝處理，如通過基因工程對基因進行改良或通過包膜工藝處理，植酸酶是很難耐受高溫處理的，魚料高溫加工過程對普通植酸酶活性的影響較大。

表3 幾種微生物植酸酶的pH值和溫度最適范圍

2 植酸酶在魚飼料中的應用效果

2.1 植酸酶對斑點叉尾鮰和羅非魚生產(chǎn)性能和骨磷的影響(見表4)

磷是核酸和細胞膜的重要組成成分，也是骨骼組織的主要組成成分，因此，磷是魚類生長、骨骼發(fā)育和繁殖的主要營養(yǎng)素。一般認為，在魚類飼料中添加植酸酶，可使磷的利用率提高20%～45%。Jackson等(1996)報道，在斑點叉尾鮰飼料中添加植酸酶可以促進魚骨骼中磷的沉積作用。在斑點叉尾鮰飼料中添加1000FTU/kg和2 000 FTU/kg植酸酶可將磷的吸收率從負對照組的31.2%提高到55.1%和62.5%(Eya等，1997)。Li等(1997)試驗表明，在斑點叉尾鮰飼料中添加植酸酶(250、500、750 FTU/kg)與添加1%磷酸氫鈣的正對照組在體增重和飼料系數(shù)上沒有顯著性差異。Robinson等(2002)報道，在斑點叉尾鮰飼料中添加植酸酶可以將無磷酸氫鈣組的生長性能恢復到添加0.75%磷酸氫鈣組的水平。而在斑點叉尾鮰飼料中添加植酸酶組(250、500 FTU/kg)和添加1.5%磷酸氫鈣在增重和飼料系數(shù)上無差異(上海海洋大學未發(fā)表試驗結(jié)果，2011)。Yan等(2002)報道，植酸酶的添加量(500～2 000 FTU/kg)和斑點叉尾鮰骨中的磷、鈣、錳和鋅的含量成正相關(guān)。綜上所述，在斑點叉尾鮰料中添加500 FTU/kg以上的植酸酶可最低取代0.75%的磷酸氫鈣（0.12%有效磷）。

表4 添加植酸酶對斑點叉尾鮰和羅非魚生長性能和磷消化率的影響

在羅非魚飼料中添加500 FTU/kg植酸酶不能改善羅非魚體增重，而將植酸酶添加量提高到1 500 FTU/kg可明顯提高體增重(Furuya等，2001)。羅非魚飼料中添加750 FTU/kg以上的植酸酶，魚體增重、采食量、飼料系數(shù)、骨灰分和骨磷含量與添加1.5%磷酸氫鈉組的水平相當，但添加500 FTU/kg的植酸酶組的骨灰分和骨磷含量低于添加1.5%磷酸氫鈉組（Libert等，2005)。添加500 FTU/kg植酸酶在羅非魚飼料中才能將體增重提高到添加1.5%磷酸氫鈣的水平，但無法恢復飼料系數(shù)到添加1.5%磷酸氫鈣的水平（上海海洋大學未發(fā)表試驗結(jié)果，2011）。以上的研究結(jié)果表明，添加750 FTU/kg的植酸酶可以代替一部分磷酸氫鈣。有關(guān)添加植酸酶對有效磷的準確替代量還需要進一步的研究來確定。通過使用植酸酶可以避免因使用品質(zhì)不良的磷酸氫鈣引起的氟中毒。周國棟等(2001)對采集的32個磷酸氫鈣樣品進行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中7個樣品氟含量超標,超標率高達21.9%。而用植酸酶代替磷酸氫鈣,可以避免因氟超標而導致動物中毒現(xiàn)象,提高飼料的安全性，從而為食品安全提供保障。

2.2 植酸酶對魚類蛋白質(zhì)、氨基酸和能量利用率的影響

植酸作為抗營養(yǎng)因子，不僅影響磷和鈣的消化吸收，更重要的是影響了蛋白質(zhì)、氨基酸和能量的利用率。植酸上磷酸基團可以與蛋白質(zhì)上陽離子基團結(jié)合，使蛋白質(zhì)溶解性降低，從而影響蛋白質(zhì)消化。由于日糧中植酸含量、魚種類、飼料成分、pH值的不同,得到的研究結(jié)果也會有差異 (Cao等，2007)。Libert等(2005)報道，隨著植酸酶在羅非魚飼料中的添加量從500 FTU/kg增加到1 250 FTU/kg，蛋白質(zhì)和能量的利用率呈線性增長。在斑點叉尾鮰飼料中，植酸酶的添加量和蛋白質(zhì)、能量、氨基酸的消化率呈正相關(guān)。這些潛在營養(yǎng)價值的提高，可以有效節(jié)省飼料配方成本。

2.3 減少環(huán)境污染

植酸酶的使用通?？山档图仪莺拓i糞便中磷含量的20%～60%，減少磷對環(huán)境的污染。Jackson等(1996)報道，添加植酸酶能促進骨骼中磷的沉積，糞磷較對照組降低33%。Li等(1997)的研究結(jié)果表明，植酸酶的添加可減少糞磷達64%。在其它魚試驗中也有類似的結(jié)果。Schafer等(1995)用鯉魚作試驗，在總磷含量為7.2 g/kg的飼料中添加500 FTU/kg和1 000 FTU/kg的植酸酶，結(jié)果魚體增重和魚體灰分含量顯著提高，與不添加磷組和添加2%磷酸二氫鈣組相比，磷的排泄量分別低28%和25%。由于魚的糞便直接進入水體，如果通過植酸酶的添加減少糞磷含量，可以減少高磷引起的水體中單細胞藻類的過度繁殖導致的水質(zhì)不穩(wěn)定，從而影響魚的生長，因為魚類的生長和存活與水質(zhì)穩(wěn)定關(guān)系密切。

3 影響植酸酶作用效果的因素

3.1 溫度和pH值

溫度對植酸酶的活性影響顯著，在一定的溫度范圍內(nèi)，植酸酶水解底物的速度隨著溫度升高而加快,但它是一種蛋白質(zhì),高溫會使其活性下降乃至失活。植酸酶在某一溫度下變性的程度,與在該溫度下持續(xù)時間的長短有關(guān),持續(xù)時間越長,變性程度越大。目前，市場上的植酸酶耐高溫上限都在80℃以下，少數(shù)國際領(lǐng)先的酶制劑生產(chǎn)商已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)抗高溫植酸酶，其耐溫上限為95℃（如丹尼斯克福磷生TPT），已基本可以克服沉水魚料的制粒和調(diào)質(zhì)溫度對酶活的影響。因此，對普通沉水羅非魚飼料和斑點叉尾鮰飼料，可以使用耐高溫的植酸酶。但由于飼料生產(chǎn)加工有變異性，一方面需要嚴格控制制粒的溫度和濕度,另一方面需要經(jīng)常分析、檢測飼料中植酸酶的存活率，這樣可避免條件變化對植酸酶作用的影響。對膨化斑點叉尾鮰飼料和羅非魚飼料而言，由于膨化溫度已超過110℃，目前的商品耐高溫植酸酶也無法保障較高存活率，因此應使用液體后噴涂設(shè)備的液體植酸酶為主。在其它條件不變時,酶在最適pH值時活性最高。

由于消化系統(tǒng)中pH值范圍的差異，對不同的魚植酸酶顯示不同的效率。pH值范圍廣的植酸酶效果會更好。由于羅非魚和斑點叉尾鮰都是有胃魚，消化道前端的pH值范圍為1.5～6.2，與目前的商品植酸酶pH值范圍接近，因此，目前商品植酸酶在羅非魚和斑點叉尾鮰中可以應用。但對草魚和鯉魚等無胃魚，消化道前端的pH值范圍為6.0～7.3，目前商品植酸酶的活性受到較大的影響，中性植酸酶的效果會比較理想。曾紅等(2001)報道，300 FTU/kg的中性植酸酶能和1 000 FTU/kg的酸性植酸酶具有類似的效果，當中性植酸酶添加到1 000 FTU/kg時能夠完全替代無機磷。

3.2 日糧配方、營養(yǎng)水平及植酸磷濃度

配方組成也會顯著影響植酸酶的應用效果。由于植酸酶作用于原料中植酸，因此，飼料配方不同，植酸酶的使用效果也不同。在含有較多植酸磷的植物性飼料配方中使用植酸酶較理想。如米糠中植酸含量為總磷的79.5%，而DDGS中植酸含量為31.5%,由此可見，原料中植酸含量的差異是相當大的。Cheng等(2002)報道，在虹鱒飼料中添加植酸酶的效果隨著大麥、雙低菜粕、小麥或次粉的使用而不同。添加植酸酶可使這4種原料總能利用率均顯著增加，雙低菜粕的總能利用率提高最多，而對磷的表觀消化率影響最大的是大麥，其次是小麥、次粉和菜粕。

3.3 魚的種類和生長階段

魚的種類和不同生長階段對植酸酶的需求是不同的。Jackson等(1996)和Li等(1997)的研究結(jié)果均表明，在斑點叉尾鮰飼料中添加500 FTU/kg植酸酶可達到較高生長性能。而Libert等(2005)的研究顯示，在羅非料中添加750 FTU/kg可得到較高的生產(chǎn)性能。一般魚苗、魚種階段利用植酸磷能力較低，成魚階段較高。但目前幾乎沒有對同種魚在不同生長階段對植酸酶優(yōu)化需求量的研究報道，因此需要進一步的研究來確定不同生長階段對植酸酶最佳需求量。

4 植酸酶在魚飼料中應用需注意的問題

4.1 植酸酶對熱不穩(wěn)定，在遇到高溫時會使酶失去活性，而魚飼料加工過程中溫度通常高達90℃以上，因此，對酶活的影響較大。為了避免高溫對酶活的影響，通常采用以下兩種措施：一是使用耐高溫植酸酶，目前商品化耐高溫植酸酶的耐溫上限是95℃，如果能適當?shù)乜刂坪弥屏：驼{(diào)質(zhì)的溫度，沉水魚料中使用耐高溫植酸酶是可行的；二是待飼料顆粒出模后,冷卻到安全溫度時把液態(tài)酶均勻噴灑到飼料顆粒表面，不足之處是部分顆粒表面的植酸酶會流失水中，這就給液體植酸酶的應用增加了不穩(wěn)定性。因此，在魚飼料中使用植酸酶時，應該綜合考慮各方面因素，確保植酸酶能夠發(fā)揮最佳效果。

4.2 使用植酸酶不要只考慮其代替磷酸鹽的作用，而應該更多地考慮它降解抗營養(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。魚類對配方中蛋白質(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，為植酸酶在魚料中的進一步應用提供理論依據(jù)。

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