植酸酶的制備方法及其在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

孫勝祥 孫偉武 張宏利

摘 要：植酸酶是能水解植酸磷并釋放無機(jī)磷的一類酶的總稱，廣泛存在于自然界。家禽飼料中添加植酸酶具有改善生長性能、提高飼料營養(yǎng)物質(zhì)利用率等作用。本文重點(diǎn)介紹植酸酶的來源、制備方法、作用效果及其在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為植酸酶在家禽中的高效應(yīng)用提供一定參考。

關(guān)鍵詞：植酸酶；制備；家禽；應(yīng)用

中圖分類號：S816.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-1085（2023）08-0074-04

植酸酶是將植酸（肌醇六磷酸）或植酸鹽水解為肌醇、磷酸或磷酸鹽的一類酶的總稱[1]。飼料中很多磷是以植酸磷的形式存在，而單胃動(dòng)物自身無法分泌植酸酶，因此，飼料中多數(shù)植酸磷會(huì)隨糞便排出體外，從而造成磷的浪費(fèi)以及環(huán)境中磷污染。此外，植酸還可與其他重要的營養(yǎng)物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等）結(jié)合，降低飼料的生物效價(jià)。研究表明，外源添加植酸酶可有效分解飼料中的植酸，釋放出與之結(jié)合的營養(yǎng)物質(zhì)，提高飼料利用率和生長性能，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也減少糞便中的磷排放[2]。目前，植酸酶的制備方法主要有植物提取法和微生物發(fā)酵法。植物提取法是直接從植物組織中提取，但是由于植物中植酸酶含量極低，而且所得植酸酶對單胃動(dòng)物消化道內(nèi)環(huán)境的適應(yīng)性較差，故植物提取法在生產(chǎn)上的應(yīng)用價(jià)值不大。而微生物發(fā)酵法所得的植酸酶穩(wěn)定性較好、作用范圍廣，現(xiàn)階段規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用的植酸酶均采用微生物發(fā)酵法，主要使用的微生物是黑曲霉[3]。因此，本文主要對當(dāng)前植酸酶的制備方法及其在家禽中的應(yīng)用效果進(jìn)行綜述，以期為植酸酶在生產(chǎn)中的合理利用提供一定參考。

1 植酸酶的來源

自然界中，植酸酶的來源主要有3種：植物來源、微生物來源和動(dòng)物來源。

1.1 植物來源的植酸酶

植酸酶在植物中廣泛存在，如在花粉中或種子發(fā)芽時(shí)，植酸鹽被植酸酶水解為磷酸鹽和肌醇，供給種子萌發(fā)和幼苗生長的必要營養(yǎng)物質(zhì)。來源于植物種子的植酸酶大部分屬于非特異性的磷酸水解酶，最適溫度范圍為45～58 ℃ ，最適pH范圍為4.0～6.0[3]。

1.2 微生物來源的植酸酶

該來源的植酸酶作用范圍廣、穩(wěn)定性相對好，易規(guī)?；a(chǎn)，應(yīng)用價(jià)值最高。可產(chǎn)植酸酶的微生物有真菌、酵母和細(xì)菌等，其中黑曲霉是最佳微生物，其產(chǎn)生的酸性植酸酶，最適溫度在53～70 ℃，最適pH范圍在2.0～6.0之間。

1.3 動(dòng)物來源的植酸酶

動(dòng)物來源的植酸酶主要存在于哺乳動(dòng)物的小腸及脊椎動(dòng)物的紅血球和血漿原生質(zhì)中，含量較低。程輝彩等[4]研究表明，動(dòng)物來源植酸酶的活力受體內(nèi)、體外條件的影響非常明顯，其有可能與堿性磷酸酶屬同一種酶，最適pH值一般為7.0～9.0。

2 植酸酶的制備方法

植酸酶的制備法主要有植物提取法和微生物發(fā)酵法。植物提取法是直接從植物組織中提取，但植物組織生成植酸酶的數(shù)量非常有限，而且所得植酸酶在單胃動(dòng)物的消化道內(nèi)活性很低，故植物提取法沒有生產(chǎn)意義。微生物發(fā)酵制備植酸酶是工業(yè)生產(chǎn)最主要的方法，下面主要闡述植酸酶的微生物發(fā)酵制備法。

2.1 菌株選育

目前提取植酸酶菌種的方法很多，有基因工程法、DNA重組法、誘變處理法等等。人們雖已成功利用DNA重組技術(shù)獲得基因工程菌，但其生產(chǎn)的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，作為添加劑難以在養(yǎng)殖企業(yè)中進(jìn)行商業(yè)推廣，所以必須對植酸酶菌種做進(jìn)一步選種、選育和培養(yǎng)，最終獲得具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的生產(chǎn)菌種，如有研究人員從土壤中分離出黑曲霉菌種，經(jīng)紫外誘變從而獲得優(yōu)良菌種。具體選育流程為：提取黑曲霉→實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)→紫外線誘變→分離提純→培養(yǎng)→提純分離→培養(yǎng)使用。

2.2 發(fā)酵工藝

2.2.1 工藝流程 具體發(fā)酵工藝為：斜面菌種→種子罐→發(fā)酵罐→鹽析→壓濾→裝盤→烘干→磨粉→包裝。

2.2.2 工藝設(shè)備 所需設(shè)備包括發(fā)酵罐裝置、加熱裝置、篩選裝置、反應(yīng)器、離心裝置、提純裝置、粉碎裝置、制粒裝置、噴霧盤式干燥塔等。

2.2.3 工藝說明 菌種采用黑曲霉，種子罐中培養(yǎng)時(shí)pH為5，溫度為45 ℃，攪拌轉(zhuǎn)速為230 r/min，時(shí)間為6 h。發(fā)酵時(shí)攪拌轉(zhuǎn)速為180 r/min，時(shí)間為72 h，其余與種子培養(yǎng)條件相同；發(fā)酵液經(jīng)過濾除去菌體，將pH調(diào)至4以下，加硫酸銨，靜置過夜，沉淀物經(jīng)過濾后烘干，即得粗酶制劑。

2.2.4 植酸酶精制 將壓濾所得濾泥溶于乳酸中，用樹脂脫色，真空薄膜蒸發(fā)（40 ℃以下），再通過離子交換脫鹽，噴霧干燥或冷凍干燥的產(chǎn)品為精制品，酶活在40萬～60萬IU。

2.3 植酸酶處理

為了減少酶制劑在飼料加工過程中及在動(dòng)物胃腸道內(nèi)的酶活損失，必須對植酸酶進(jìn)行一定處理。有試驗(yàn)研究經(jīng)過不同處理的植酸酶在動(dòng)物體內(nèi)的作用效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)包被顆粒狀植酸酶的作用效果最好，微丸植酸酶效果其次，液體狀植酸酶再次，粉狀植酸酶的作用效果最差[5-6]。因此，實(shí)際生產(chǎn)中常用的2種植酸酶處理類型就是包被型和微丸式。

2.3.1 包被型植酸酶 包被操作一般是在噴霧盤式干燥塔中進(jìn)行。其制備過程大致如下：植酸酶原液→過濾→植酸酶濃縮液→混合揉合成面團(tuán)狀→切割→制顆?！隆稍?。

2.3.2 微丸式植酸酶 微丸式植酸酶制備過程為：混合→擠出成型（長條狀）→搓斷、滾圓→干燥。

2.4 發(fā)酵法制取植酸酶的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：植酸酶主要來源于植物和從微生物發(fā)酵中獲取，從植物中提取的植酸酶產(chǎn)量少，且制粒時(shí)高溫易失活，不適合單胃動(dòng)物胃內(nèi)的酸性環(huán)境；發(fā)酵法制取的植酸酶可以耐受高溫的制粒溫度，且能適應(yīng)動(dòng)物胃腸道的生理環(huán)境，并以其產(chǎn)量高、活性好、成本低、作用范圍和穩(wěn)定性好，易規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，使之成為植酸酶生產(chǎn)的主要方式，市場銷售的植酸酶也主要是微生物植酸酶。

缺點(diǎn)：耐高溫的菌種不易獲得。

3 ?植酸酶的作用機(jī)制

植酸即肌醇六磷酸，廣泛存在于植物中。植酸的絡(luò)合能力非常強(qiáng)大，能絡(luò)合多種常量元素、微量元素及蛋白質(zhì)等形成穩(wěn)定的復(fù)合物。而因?yàn)閱挝竸?dòng)物自身不能分泌植酸酶，故無法將植酸水解，從而釋放出絡(luò)合的營養(yǎng)物質(zhì)。此外，蛋白質(zhì)被植酸絡(luò)合成穩(wěn)定復(fù)合物還會(huì)抑制體內(nèi)多種水解酶的活性。而植酸酶能將植酸中磷酸基團(tuán)逐個(gè)水解下來，最終形成肌醇，破壞植酸對礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)的親和力，從而釋放出鈣、鱗等礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)，提高飼料的消化利用率。植酸酶降解植酸的具體代謝途徑見圖1。

4 植酸酶在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 植酸酶在蛋雞生產(chǎn)中的應(yīng)用

飼糧中添加植酸酶可改善蛋雞產(chǎn)蛋率。郝二英等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)蛋高峰期飼糧中添加植酸酶對蛋雞產(chǎn)蛋率、死淘率及蛋殼破損率并無顯著影響，但在產(chǎn)蛋后期飼糧中添加植酸酶顯著提高產(chǎn)蛋率，降低蛋殼破損率。王紅梅等[8]研究表明，飼糧中添加植酸酶顯著提高產(chǎn)蛋量、產(chǎn)蛋率以及鈣利用率提高，并且沒有降低蛋殼質(zhì)量。此外，飼糧中添加植酸酶還可提高蛋品質(zhì)。李延山等[9]研究不同植酸酶水平對雞蛋品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，500 FTU/kg植酸酶即可滿足蛋雞基本需要，而2 000 FTU/kg植酸酶可顯著提高雞蛋蛋殼顏色，且有提高產(chǎn)蛋量、蛋殼強(qiáng)度、哈氏單位的趨勢。楊玉等[10]也研究表明，飼料中添加植酸酶能改善飼料消化率，增加蛋重及蛋殼強(qiáng)度。而近年來越來越多的研究表明超量添加植酸酶也具有重要作用。郝甜甜等[11]研究表明，超量添加植酸酶可以分解超過90%植酸，還可以提高蛋白質(zhì)、脂肪、 淀粉及礦物質(zhì)元素的利用率，進(jìn)而提高蛋雞的產(chǎn)蛋性能，降低飼料成本。張揚(yáng)等[12]認(rèn)為超量添加植酸酶對動(dòng)物影響的可能機(jī)制有以下三點(diǎn)：一是釋放足夠的磷；二是可通過提高采食量來增加營養(yǎng)物質(zhì)的攝入與吸收；三是生成肌醇，肌醇是肌醇磷脂的組成成分，會(huì)參與如淀粉酶分泌、胰島素釋放和肝糖原分解等生理反應(yīng)。

4.2 植酸酶在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用

飼糧中添加植酸酶可改善肉雞生長性能及鈣、磷利用率等。黃興國等[13]研究結(jié)果顯示，飼糧中添加植酸酶顯著提高肉雞成活率及氮、磷和鈣的表觀利用率，而且飼料轉(zhuǎn)化率也略有提高。王慶云等[14]試驗(yàn)報(bào)道，飼糧中添加植酸磷不僅可提高肉雞生長性能，還能促進(jìn)骨骼礦物質(zhì)沉積，提高脛骨中灰分、鈣、磷含量。李桂明等[15]試驗(yàn)表明，飼糧中添加植酸酶可顯著提高肉雞日增重，但會(huì)降低21日齡肉雞的屠宰性能及肉品質(zhì)，而對42日齡肉雞的屠宰性能與肉品質(zhì)無影響。Stefanello等[16]研究表明，添加相同植酸酶的情況下，肉用仔雞生產(chǎn)性能雄性顯著高于雌性。Woyengo和Wilson[17]研究認(rèn)為，飼料中植酸酶推薦劑量為500 FTU/Kg，肉雞飼料超量添加植酸酶，飼糧中降低0.15%非植酸磷水平后添加2000 FTU/kg植酸酶，可改善營養(yǎng)物質(zhì)利用率，其中干物質(zhì)利用率增加0.5%，粗蛋白質(zhì)利用率提高28.8%，能量利用率增加0.5%，結(jié)果表明超量添加植酸酶比常規(guī)添加植酸酶更能顯著改善肉雞生產(chǎn)性能。

5 小結(jié)

植酸酶可以改善家禽生產(chǎn)性能，提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率，降低磷排放，減少環(huán)境污染，已在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。然而，植酸酶的作用效果與其添加水平、飼料加工方式、營養(yǎng)水平（鈣、磷、蛋白質(zhì)、纖維等）及動(dòng)物生理?xiàng)l件密切有關(guān)。因此，植酸酶與這些影響因素的互作關(guān)系需要進(jìn)一步研究，從而提高其作用效果。

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Preparation Methods of Phytase and Its Application

in Poultry Production

SUN Shengxiang1，2， SUN Weiwu1，2， ZHANG Hongli1，2

（1. College of Applied Technology， Gansu Agricultural University， Lintao ?730500， China;

2. Lintao Agricultural School， Lintao ?730500， China）

Abstract： Phytase is a group of enzymes which can hydrolyze phytate phosphorus and release inorganic phosphorus. The addition of phytase to poultry feed can improve growth performance and nutrient utilization. In this paper， the source， preparation， effect and application of phytase in poultry production were introduced in order to provide some references for the high efficient application of phytase in poultry.

Keywords： ? Phytase; Preparation; Poultry; Application