植酸酶在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進(jìn)展

（河南省動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，河南 鄭州 450008）

植酸酶在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進(jìn)展

石海軍

（河南省動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，河南 鄭州 450008）

磷作為一種必需礦物元素，在動(dòng)物營養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用。磷在畜禽及水產(chǎn)動(dòng)物等主要用植物源性飼料中含量較高，但其中大部分以植酸及植酸鹽的形式存在，難以被機(jī)體利用。大量未被利用的植酸態(tài)磷、未被攝食飼料直接溶散的磷以及未被吸收的磷酸鹽隨糞尿排出體外，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。磷排放量超標(biāo)已經(jīng)成為全球水體富營養(yǎng)化的主要因素。近年來，人們對養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境問題倍加關(guān)注，加之磷貨源日益緊缺，價(jià)格不斷攀升，如何合理有效減少無機(jī)磷的使用、提高飼料中植酸磷的利用率、減少畜禽及水產(chǎn)動(dòng)物糞磷排放，以改善環(huán)境和節(jié)約資源，成為動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

1 植酸酶的概念

植酸酶（Phytase）屬于磷酸水解酶，是可以將植酸和植酸鹽水解為可以利用的無機(jī)磷酸鹽和肌醇的酶的統(tǒng)稱，可以提高植物性原料中磷的利用率，并且可以減少糞便中磷的含量。植酸酶廣泛存在于動(dòng)植物組織和一些真菌和細(xì)菌中。已知自然界中存在兩類植酸酶：一類為6-植酸酶，只存在于植物的籽實(shí)中，在種子發(fā)芽時(shí)被激活，并且水解種子的植酸，其適宜的pH值范圍為0～7.5，這些酶會(huì)因?yàn)檫^多的底物或產(chǎn)物而受到強(qiáng)烈的抑制。另外，由于植物性植酸酶的耐熱性差，在膨化加熱處理的飼料中植酸酶的有效利用率很低。另一類植酸酶為3-植酸酶，存在于植物、霉菌和細(xì)菌中，而且要有二價(jià)鎂離子參與反應(yīng)。霉菌產(chǎn)生的植酸酶活性較強(qiáng)，比較耐熱，在酸性條件下存在酶活高峰，與動(dòng)物胃中的底物相適應(yīng)。微生物來源的植酸酶使磷的消化率明顯增加，因此商業(yè)生產(chǎn)的植酸酶均來自曲霉菌。

2 植酸酶在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

魚類消化系統(tǒng)內(nèi)缺乏內(nèi)源性植酸酶，相對于畜禽更難利用飼料中的植酸磷，且水產(chǎn)動(dòng)物飼料多為高魚粉、肉骨粉含量飼料，而水產(chǎn)動(dòng)物對魚粉、肉骨粉等動(dòng)物性飼料中磷利用率本身就很低（影響植酸酶在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中應(yīng)用的因素約15%），對植物性飼料中磷利用率又有限（30%～50%），所以，雖然配合飼料中總磷含量超過0.5%，仍需添加1.0%～2.0%的磷酸氫鈣或磷酸二氫鈣等無機(jī)磷酸鹽，來補(bǔ)充魚類生長發(fā)育過程中對磷的需求。

由于植酸酶釋放磷的作用，多項(xiàng)研究證明，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，應(yīng)用植酸酶部分替代或完全替代飼料中的磷酸氫鈣或磷酸二氫鈣等磷酸鹽，表現(xiàn)出了較好的養(yǎng)殖效果和環(huán)境效益。在對虹鱒的研究中，向以大豆產(chǎn)品或其他餅粕等植物蛋白源為基礎(chǔ)的飼糧中添加酸性植酸酶，可以增加虹鱒日增重，提高磷的生物利用率（20%～40%），并能增加鈣、鎂、銅、鐵、錫和鋅等元素的利用率，大大降低糞磷的排放。Soares（1994）在歐鱸（Dicentrarchuslabrax）飼料中添加2 400 U/kg酸性植酸酶，魚的生長與添加1.3%的磷酸二氫鈣的生長效果相同，表明添加酸性植酸酶能起到節(jié)約無機(jī)磷的作用。羅琳等（2007）在日本花鱸（Lateolabraxjaponicus）試驗(yàn)中證明，用中性植酸酶部分替代磷酸二氫鈣是完全可行的，并得出中性植酸酶1 000 U/kg替代80%左右的磷酸二氫鈣綜合生長效果最佳，也證明中性植酸酶存在一定的廣譜應(yīng)用性。據(jù)曾虹等（2002）報(bào)道，在餅粕含量為65%的鯉魚飼料中，添加1 000 U/kg的中性植酸酶可以將鯉魚對飼料磷的利用率提高41.3%，單位增重的磷排出降低32%。當(dāng)以增重為指標(biāo)時(shí)，飼料中添加中性植酸酶對鯉魚日增重的影響與添加0.85%～1.28%的磷酸二氫鈣相當(dāng)。

在對水產(chǎn)動(dòng)物飼料以植酸酶不同添加方式研究磷代謝中，Cain等（1995）報(bào)道通過酸性植酸酶預(yù)處理豆粕作為鯉魚幼魚（1.9 g）飼料。投喂商品飼料的幼魚，每增重1 kg要排泄4.54 g磷，而投喂酸性植酸酶預(yù)處理豆粕飼料的幼魚每增重1 kg僅排泄磷1.61 g，水中磷濃度較對照組降低了65%～88%，養(yǎng)殖環(huán)境得到很大改善，其表現(xiàn)出很高的環(huán)境保護(hù)效益。程宗佳（2004）報(bào)道，用冷擠壓制粒法，研究添加酸性植酸酶對大豆產(chǎn)品型虹鱒魚飼料中的應(yīng)用效果，表明植酸酶可以在虹鱒大豆產(chǎn)品基礎(chǔ)配方飼料中有效釋放鈣、鎂、總磷、錳、鋅，同時(shí)，還能提高干物質(zhì)、粗蛋白和大部分氨基酸（除色氨酸和酪氨酸以外）的消化率。結(jié)果顯示，在虹鱒飼料中添加500 U/kg飼料的植酸酶效果最佳，添加高于1 000 U/kg飼料的植酸酶并不能進(jìn)一步提高植酸磷的消化率。這表明植酸酶在水產(chǎn)動(dòng)物豆粕型日糧配方中存在最適添加量的問題，過量添加并不能得到較好的應(yīng)用效果。余豐年等（2000）設(shè)計(jì)了酸性植酸酶預(yù)處理豆粕的工藝，研究植酸酶預(yù)處理豆粕在異育銀鯽日糧中的應(yīng)用效果，結(jié)果顯示，植酸酶的添加顯著降低了豆粕中植酸磷的含量，添加500 U/kg植酸酶可分解60%的植酸磷，添加1 000 U/kg的植酸酶可分解80%的植酸磷，證明植酸酶體外預(yù)處理原料添加方法的可行性，并且發(fā)現(xiàn)隨著植酸酶添加量的提高植酸磷的分解呈上升趨勢，但是沒對此體外植酸酶預(yù)處理豆粕工藝最適植酸酶添加量和最大植酸磷分解量進(jìn)行研究，實(shí)際應(yīng)用中還需進(jìn)一步探討。Baruah等（2007）采用先篩選植酸酶和檸檬酸最佳配比500 U/kg：3%，后用此配比預(yù)處理豆粕的方法，配制日糧飼喂野鯪（Labeorohita），有效地提高了植酸磷的分解效率和飼料中磷的生物利用率，同時(shí)給我們提供了如何更加有效在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中應(yīng)用植酸酶的新方法。

由此可見，用植酸酶預(yù)處理原料的使用方法是植酸酶在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中應(yīng)用的有效途徑，并表現(xiàn)出了較好的應(yīng)用前景，但此方法還應(yīng)經(jīng)大量中試試驗(yàn)，對其預(yù)處理工藝的工藝參數(shù)進(jìn)行完善和優(yōu)化后，方可推廣。

3 影響植酸酶在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中應(yīng)用的因素

植酸酶活性單位IU是在37℃、pH值5.5條件下，1min內(nèi)從0.0051mol/L的植酸鈉溶液中釋放出1μmol的無機(jī)磷所需要的酶量?；钚栽礁撸瑔挝粫r(shí)間內(nèi)水解植酸、植酸鹽的量就越多。因此，在使用中應(yīng)創(chuàng)造植酸酶發(fā)揮作用的適宜條件，避免植酸酶損耗。

3.1 溫度

植酸酶的活性大小受到溫度及pH值的影響。Sugiura（1999）等報(bào)道，微生物植酸酶的最適溫度為55℃，最適pH值5.3；在37℃時(shí)，酶的水解速度遠(yuǎn)大于15℃時(shí)的水解速度。這表明在未達(dá)到最適溫度之前，植酸酶的活性隨溫度的升高而增加。

3.2 pH值

在其他條件不變時(shí)，酶在最適pH值時(shí)活性最高。微生物植酸酶的最適pH值為5.3，因此日糧酸化處理可以增加微生物植酸酶的活性。Sugiura等（1999）報(bào)道，在含微生物植酸酶的日糧中添加檸檬酸可以進(jìn)一步提高灰分的利用率，尤其是鈣、總磷、鍶、鋅等元素的利用率顯著提高。同時(shí)，不同來源的微生物植酸酶因菌株、生產(chǎn)工藝不同，活性存在差異，對魚類的作用效果也有區(qū)別，需要進(jìn)行飼養(yǎng)試驗(yàn)確定不同來源酶的最適添加劑量。

3.3 魚的種類

不同種類魚因其消化道環(huán)境存在差異，植酸酶的作用效果也不同。魚分為有胃魚和無胃魚，其消化道內(nèi)的酸堿度差別較大，它們對植酸的消化率也不同。吉紅（1999）研究表明，無胃魚消化道pH值為6.8～7.3，對植酸鹽的利用率僅為8%；有胃魚（如虹鱒）胃液中可分泌鹽酸，pH值較低，適合于酸性植酸酶，對植酸鹽的利用率則為19%。

3.4 植酸酶的添加方式

植酸酶的添加方式也影響著使用效果，目前采用的方法有直接添加到飼料中、制粒冷卻后液態(tài)噴涂和對飼料預(yù)處理三種方式，但這三種方法均存在著弊端，第一種由于制粒溫度過高，酶活力損失大；第二種容易造成植酸酶集中在粉化的小顆粒中，而這些小顆粒料通常被回收重新制粒，使噴涂的植酸酶被破壞，并且在貯存過程中會(huì)發(fā)生飼料的粉化，從而使表面的植酸酶脫落損失；最后一種涉及水解過程，在生產(chǎn)中難以推廣應(yīng)用。

4 植酸酶在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中的應(yīng)用前景

自20世紀(jì)90年代廣泛開展植酸酶研究以來，植酸酶的應(yīng)用很好地解決了植物性蛋白原料中植酸磷不能被利用又污染環(huán)境的問題。由于近幾年水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對水環(huán)境的污染加劇，磷源日益減少，迫切需要加強(qiáng)植酸酶在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中的開發(fā)、應(yīng)用和推廣，使植酸酶在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益中發(fā)揮更大的作用。

植酸酶在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步探索，解決其應(yīng)用方式、保留更高的酶活性是首先要解決的問題。開發(fā)耐高溫水產(chǎn)動(dòng)物專用植酸酶產(chǎn)品，加大植酸酶與磷替代關(guān)系及其評價(jià)的研究以及植酸酶與各影響因子關(guān)系的研究；加大水產(chǎn)動(dòng)物，尤其是無胃魚飼料中使用植酸酶的基礎(chǔ)理論研究工作力度，加強(qiáng)開發(fā)研制、突破中性植酸酶表達(dá)量低的瓶頸等將對我國淡水環(huán)境保護(hù)起到重要作用。隨著基因工程等分子生物技術(shù)的不斷發(fā)展，對植酸酶的研究及應(yīng)用等問題將會(huì)逐步得到解決，相信植酸酶在節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)和發(fā)展環(huán)境友好型水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景?！?/p>