植酸酶在豬生產(chǎn)中的研究及應(yīng)用

李 濤 屈平平 王志遠(yuǎn)

（山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院，山東濰坊 261061）

畜禽飼料主要是由植物性飼料組成，常用植物性飼料中60%～70%的磷是以植酸磷或植酸鹽的形式存在。豬等單胃動物消化道中缺乏植酸酶，不能有效利用植酸磷，使得飼料中磷的利用率僅有30%或更低，同時增加了糞尿中磷的排放量，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。另外，植酸作為飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，與鈣、鎂、銅等金屬離子結(jié)合，影響了微量元素的吸收，植酸的陰性磷酸根基團和蛋白質(zhì)陽性基團相結(jié)合，降低了機體對蛋白質(zhì)和氨基酸的消化率，植酸還抑制各種消化酶的活性，影響腸道對淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)的吸收。研究表明，飼料中添加外源性植酸酶可以解決以上問題。

1 植酸酶概述

植酸酶屬磷酸單酯水解酶，能夠依次分離植酸分子中的磷，將植酸（鹽）降解為肌醇和無機磷，釋放出被植酸螯合的磷、鈣等礦物元素及淀粉、蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)。

1.1 植酸酶的種類和來源

（1）根據(jù)植酸酶脫磷位點不同，將植酸酶分為：3-植酸酶、5-植酸酶和6-植酸酶三種。3-植酸酶存在于植物、霉菌和細(xì)菌中，性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸、耐高溫，已被廣泛應(yīng)用于飼料工業(yè)。6-植酸酶只存在于植物中，對溫度較敏感，超過60～65℃極易被破壞。關(guān)于5-植酸酶的報道較少，未見其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用。

（2）據(jù)植酸酶的來源不同，將植酸酶分為：微生物植酸酶、植物植酸酶和動物植酸酶3類。微生物植酸酶主要來源于真菌、噬淀粉乳桿菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌等。無花果曲霉菌和黑曲霉菌分泌的植酸酶量相對較高，噬淀粉乳桿菌 B4552 產(chǎn)生的植酸酶活性最高。植物植酸酶存在于小麥、大麥、黑麥、豌豆等谷物籽粒，其活性在不同種類植物中差異較大。目前，通過生物技術(shù)手段將植酸酶基因轉(zhuǎn)入到玉米中，培育出轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米，使該玉米植株自身產(chǎn)生具有高活性的植酸酶。動物植酸酶主要存在于鳥類、爬行動物、魚類等血液中，而哺乳動物的小腸及脊椎動物的紅血球中的植酸酶，含量很少且活性很低，但是在反芻動物瘤胃中的植酸酶有較高的活性。

（3）按酶促反應(yīng)的pH有效作用范圍不同，將植酸酶分為：酸性植酸酶和中性植酸酶。

1.2 植酸酶的作用機理及酶活性影響因素

1.2.1 不同來源的植酸酶作用機理有所不同。微生物植酸酶（主要是3-植酸酶）作用于植酸時，首先從植酸的第3碳位點開始水解酯鍵而釋放出無機磷，然后再依次釋放出其他碳位點的磷，最終酯解整個植酸分子，此酶需要Mg2+參與催化過程。微生物植酸酶分解植酸的步驟如下：植酸→D-l，2，4，5，6-五磷酸肌醇→D-l，2，5，6-四磷酸肌醇→D-1，2，5-三磷酸肌醇、D-1，2，6-三磷酸肌醇→DL-1，2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。而植物植酸酶（主要是6-植酸酶）首先從第6碳位點開始釋放出磷，分解植酸的步驟如下：植酸→L-l，2，3，4，5-五磷酸肌醇→D-l，

2，5，6-四磷酸肌醇、L-l，2，3，4-四磷酸肌醇→D-l，2，6-三磷酸肌醇、l，2，3-三磷酸肌醇→DL-l，2二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇、DL-l磷酸肌醇。最終單磷酸肌醇分解成肌醇和磷酸。

1.2.2 植酸酶活性受溫度、pH值、礦物質(zhì)、消化酶的影響。在飼料高溫調(diào)制過程中（溫度在80℃以上），隨溫度升高，變性植酸酶增多，活性也迅速降低。植酸酶在進入動物消化道后，胃腸道內(nèi)pH也會對其產(chǎn)生影響。試驗表明，植酸酶在pH4.5～6.0時，活性超過80%，在pH 5.5時活性最高，而pH高于或低于 5.5時活性都會到影響。另外，隨飼料或飲水進入腸道內(nèi)的礦物質(zhì)及機體本身存在的各種離子都會對植酸酶的活性產(chǎn)生一定的影響。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)選擇受礦物質(zhì)抑制作用小的植酸酶產(chǎn)品，或減少飼料中礦物質(zhì)的添加量。另外，植酸酶是具有催化活性的外源酶制劑，進入消化道時會受到內(nèi)源蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶）的作用，而影響植酸酶活性的發(fā)揮。

2 植酸酶在豬生產(chǎn)性能中的應(yīng)用

2.1 減少飼料中磷添加和糞尿中磷排放

朱金清（2018）在每噸飼糧添加200 g 植酸酶（植酸酶活性為5 000 IU/g）并減少50%磷酸氫鈣添加量對肥育豬生長性能沒有不良影響。由于減少50%磷酸氫鈣的添加量，減少了糞尿中磷的排放，從而降低了對環(huán)境的污染。吳東（2013）在豬低磷日糧中添加750FTU/kg植酸酶，日增重都有一定程度的提高，料重比降低4.81%～13.14%，磷排泄量降低19.06%～26.09%，血清鈣、血清磷含量、堿性磷酸酶活性各組間差異不顯著。郭文文（2015）在正常磷水平下，添加植酸酶顯著提高了干物質(zhì)、粗灰分、有機物和磷的表觀消化率，極顯著降低了糞中磷的排泄量，銅、鋅排泄量有降低趨勢。低磷水平添加植酸酶極顯著提高了干物質(zhì)、粗灰分、有機物、磷、鈣、鐵、銅、鋅的表觀消化率，顯著降低了糞中磷、鈣、鐵、銅、鋅的排泄量。

2.2 提高飼料中礦物質(zhì)和氨基酸利用率

植酸酶能解除植酸對蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪酸、脂肪酶和蛋白酶的螯合，提高粗蛋白、氨基酸、干物質(zhì)、粗纖維和脂肪的利用率。王晶（2017）在低磷飼糧基礎(chǔ)上分別添加 500、1000 U/kg的植酸酶，生長豬日增重升高、耗料增重比降低，灰分、磷、銅、鐵、錳、鎂、鈷、苯丙氨酸、半胱氨酸的表觀消化率提高，糞便中磷、銅、鐵、錳和鈷的排泄量降低，另外添加植酸酶顯著提高了第 3 掌骨的骨骼長度。董國忠等通過在飼糧中添加植酸酶來研究其對生長肥育豬礦物元素利用和排泄的影響，表明添加植酸酶使生長豬對銅和鋅的消化率和吸收量顯著提高，添加植酸酶使育肥豬對粗灰分、磷、銅和鋅的消化率和吸收量顯著提高。

2.3 改善腸道生理狀態(tài)，增強機體免疫能力

梁陳沖（2013）對比了在仔豬飼料中添加轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米來源植酸酶和微生物來源植酸酶兩種來源的植酸酶對豬生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率及腸道 微生物區(qū)系的影響，結(jié)果顯示：第30d，與對照組相比，試驗組回腸中總需氧菌、總厭氧菌、大腸桿菌、乳酸菌、雙歧桿菌數(shù)量差異均不顯著，且試驗組間也沒有顯著差異；從趨勢分析來看，試驗組回腸中大腸桿菌、乳酸菌和雙歧桿菌數(shù)量呈提高趨勢，而總需氧菌和總厭氧菌數(shù)量未發(fā)現(xiàn)明顯變化規(guī)律。第90d表現(xiàn)出與第30d相似變化規(guī)律，與對照組相比，試驗組回腸中大腸桿菌、乳酸菌和雙歧桿菌數(shù)量呈提高趨勢。徐建雄等報道，在仔豬飼糧中添加適量的植酸酶可降低每克干糞樣中的大腸桿菌數(shù)，可能是因為植酸酶促進了仔豬營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，腸道內(nèi)可被大腸桿菌利用的營養(yǎng)物質(zhì)及發(fā)酵物質(zhì)減少，從而使大腸桿菌生長繁殖速度減慢，仔豬腹瀉率下降。

3 添加植酸酶應(yīng)注意的事項

3.1 添加量

植酸酶是通過植酸作用達到效果的，不同飼料配方植酸含量不同，其影響植酸酶的使用效果。由于影響植酸酶活性的因素較多，因此確定植酸酶的添加量和磷酸鹽的取代量關(guān)系比較難掌握，用量太低，不能啟動相關(guān)的生化反應(yīng)，但過量也不能提高生化反應(yīng)速度和程度，反而造成浪費。合適的添加量能夠保證植酸酶的作用效果和較好的經(jīng)濟性能。目前研究表明，添加植酸酶后飼料磷的最高取代量為0.1%～0.12%。實際應(yīng)用植酸酶時以部分替代無機磷較為合理和科學(xué)。一般認(rèn)為飼糧中添加植酸酶500～1000IU·kg-1都是有效果的。

3.2 溫度

高溫會破壞植酸酶活性，飼料的熱處理如制粒、膨化等工藝對植酸酶的活性有直接影響。不僅溫度對酶的活性有影響，飼料熱處理的持續(xù)時間也會影響酶的活性。為避免熱處理破壞酶的活性，實際生產(chǎn)中采用冷壓制粒、微囊包被、制粒后噴灑、拌入粉料直接飼喂等方法。

3.3 植酸酶劑型

目前市場上植酸酶的劑型主要有包衣型、粉狀、顆粒狀及液體狀。包被型顆粒酶的熱穩(wěn)定性最好，因為其表面有一層堅固而易溶的薄膜包衣，它使植酸酶顆 粒與外界的空氣和水分隔離，更利于植酸酶的穩(wěn)定。而粉酶由于完全暴露在濕熱環(huán)境中，所以其熱穩(wěn)定性較差。普通微丸酶相當(dāng)于將植酸酶分子封閉在若干的小區(qū)內(nèi)，隔離了分子與外界的接觸，提高了植酸酶的熱穩(wěn)定性。這是由于對植酸酶進行包被處理，制成微膠囊后，使酶的熱穩(wěn)定性提高。避免了在胃液中作為蛋白質(zhì)被降解而失活，因此能有效地水解植酸鹽以提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。微丸和粉狀植酸酶由于受環(huán)境溫度的影響相對較大，酶活性下降，其促生長作用不如包被植酸酶，但也達到了豬正常生長的營養(yǎng)需要。

3.4 飼糧鈣、磷和維生素D3水平

當(dāng)飼糧中植酸磷水平在0.2%左右時添加植酸酶才有意義。如果鈣磷比例過高，過量的鈣在腸道內(nèi)形成大量的不溶性植酸鈣，從而植酸酶難以接近植酸分子而發(fā)揮作用。而低鈣飼糧的鈣水平有利于發(fā)揮植酸酶的添加效應(yīng)。維生素D3對植酸酶有增效作用。維生素D3可促進小腸中鈣的吸收，提高植酸酶的活性。玉米-豆粕飼料中缺磷時添加維生素D3可提高磷存留量，補充適量植酸酶使磷存留量進一步提高。研究表明，鈣、磷比在1.4～1.6是植酸酶和維生素D3作用的最佳范圍。