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饲料用植酸磷的形成与演化

磷是肉类营养中最重要的养分之一。家畜必须从饲料中得到充足的磷,才能维持正常生命和生产活动,特别是现代高产动物对营养物质的缺乏十分敏感,因此在现代畜牧生产中,饲养者必须考虑磷的添加问题。单胃动物(猪、鸡)饲料中植物性饲料所占比例很大,这种情况下,虽然饲料中总磷含量较高,但可被单胃动物利用的有效磷不足。植酸(Phyticacid)和植酸盐是谷物饲料中磷的主要存在形式。绝大多数单胃动物(猪、鸡等)不能充分消化利用植酸(Phyticacid)和植酸盐中的磷,必须在饲料中添加无机磷酸盐。这不仅增加了饲养成本,且不能被动物消化吸收的磷的排放,也会对环境造成污染。此外,植酸盐能络合某些营养物质,降低其在单位动物体内的消化吸收率,因此也被看作是抗营养因子。如:植酸可与蛋白质形成络合物,降低蛋白质的利用率;植酸还可抑制消化酶的作用效果,这种抑制作用可能是由于植酸的络合作用减少了Ca2+数量,这些负面的影响也解释了植酸对蛋白质利用率的影响。最近的研究表明,日粮中添加植酸酶可释放出谷物饲料中的磷,使磷能为单胃动物所利用。因此可减少饲料中无机磷的添加量。

1种植酸

1.1h1804p6

植酸的化学结构是由一分子肌醇与六分子磷酸结合而成,其化学名称是环己六醇六磷酸酯,分子式为C6H18O24P6,结构式为C6H6[OPO(OH)2]6,它是一种淡黄色或黄褐色的粘稠液体,易溶于水、乙醇、丙酮,几乎不溶于苯、氯仿、醚和己烷,比重1.56,分子量660.08。植酸分子带负电荷,本身毒性很小,但却有很强的螯合能力,与EDTA近似,因此具有抗营养特性。

1.2玉米中的植酸

植酸广泛存在于各种植物中,在植物性饲料中的磷主要以植酸及其盐形式存在,因此,有机磷酸化合物被称之为植酸磷。1932年,1944年Turk等检测了玉米各器官中植酸含量后指出,在玉米的叶、茎、雄穗、穗轴均不存在植酸,未受精的果穗也不存在植酸,只有在胚珠受精两周后才开始形成,直至成熟为止。以后在大豆、芝麻、豌豆、小麦、水稻方面也有类似报道,在小麦、水稻、大麦、黑麦中多数植酸磷存在于胚和种皮表皮附近,而玉米中的植酸磷存在于胚芽中,豆类作物种子中植酸磷含量高于种皮。畜禽饲粮中植物性饲料所占比例较大,含植酸磷高,尤其是油粕、糠麸等含有较高比例的植酸磷。

2产植酸酶的微生物

在很多动植物及微生物体内都含有植酸酶。植酸酶存在于各种脊椎动物的红细胞和血浆中,也存在于哺乳动物小肠中。植酸酶还存在于小麦和大豆等植物体中。但微生物植酸酶的产量高,活性高,成本低,适宜大规模工业化生产。目前市场所售植酸酶制剂绝大多数来源于微生物。产植酸酶的微生物种类很多,其中最主要的是真菌曲霉属微生物。如米曲霉(A.oryzae)土曲霉(A.terrus)黑曲霉(A.niger)和无花果曲霉(A.ficcum)它们都能分泌具有高活力的植酸酶。在已发现的几十种植酸酶的来源中,Shiel和Ware(1968)所筛选的无花果曲霉(A.ficcum)产生的胞外酶活性最高,含有两种植酸酶phyA和phyB,phyA的最适pH为2.5和5.5,phyB的最适pH为2,pH值为2.5和2与动物胃中pH相适应,pH值为5.5与动物肠中pH值相适应。因此该菌株成为各国实验室进行植酸酶研究的首选材料。

3植酸酶的使用

植酸酶(Phytase)属于磷酸单脂水解酶,是一种能降解植物性饲料中植酸及其盐类的磷酸酯酶。植酸酶能将植酸分解为肌醇和磷酸。大部分植酸酶(85%)在胃部发挥作用,小部分在小肠前端起作用,小肠后端无植酸酶活动。植酸酶只作用于植酸,饲料中只有足量的植酸,添加植酸酶才有实际价值。

植酸酶的主要指标是单位酶活性,1单位酶活(ⅠFTU)是指在37℃、pH=5.5时,1分钟内从植酸十二钠分解出1μmol无机磷的酶量,每种植酸酶产品都应标有酶活性,酶活性越高,其性能越好。植酸酶的最适温度在40到60℃,因此如果要在饲料中添加植酸酶,控制饲料加工过程中调制及制粒的温度是有效利用植酸酶的关键。Simons(1990)研究发现,植酸酶样品在制粒前蒸汽加热至50℃,制粒过程中达到81℃,其酶活性下降16%;样品如蒸汽加热至65℃,制粒过程中达到84℃或87℃时,则酶活性下降到原来的83%和46%。Nenman(1990)用A.niger生产植酸酶做实验表明,将其置于90℃环境30分钟,其活性损失不超过16%。因此认为植酸酶在制粒条件下较稳定,只要再生产过程中严格控制温度、时间等条件,完全可将酶活损失降低到最低限度。植酸酶的最适pH一般在2到6之间,也发现有碱性植酸酶,其最适pH在8.0。同一菌种往往有同工酶存在,同工酶最适pH就有可能不同。如无花果曲霉(Aspergillusficuum)有最适pH为5.0,4.0,3.0