植酸酶的发酵生产及应用

饲料及饲料添加剂　中国畜牧兽医文摘　２０１８年　３４卷第６期　

植酸酶在猪生产中的研究及应用　

李涛屈平平王志远　

（山东畜牧兽医职业学院，山东潍坊２６１０６１）　

［摘要］本文综述了植酸酶的种类、来源和作用机制以及植酸酶在猪生产中的应用，表明饲料中添加植酸酶可提高猪的生长性　

能、提高蛋白质、氨基酸、微量元素和磷的表观消化率及利用率，减少粪尿中磷的排放及对环境的污染，并简要阐述了添加植酸酶应　

注意的事项。　［关键词］植酸酶猪生产　生产性能表观消化率　消化利用率　

畜禽饲料主要是由植物性饲料组成，常用植物性饲料中　

６０％　７０％的磷是以植酸磷或植酸盐的形式存在。猪等单胃动物　

消化道中缺乏植酸酶，不能有效利用植酸磷，使得饲料中磷的利　

用率仅有３０％或更低，同时增加了粪尿中磷的排放量，对环境造　成严重污染。另外，植酸作为饲料中的抗营养因子，与钙、镁、　

铜等金属离子结合，影响了微量元素的吸收，植酸的阴性磷酸根　

基团和蛋白质阳性基团相结合，降低了机体对蛋自质和氨基酸的　

消化率，植酸还抑制各种消化酶的活性，影响肠道对淀粉、脂　

肪、蛋白质的吸收。研究表明，饲料中添加外源性植酸酶可以解　

决以上问题。　

１植酸酶概述　

植酸酶属磷酸单酯水解酶，能够依次分离植酸分子中的磷，　

将植酸（盐）降解为肌醇和无机磷，释放出被植酸螯合的磷、钙　

等矿物元素及淀粉、蛋白质、氨基酸等营养物质。　

１．１植酸酶的种类和来源　（１）根据植酸酶脱磷位点不同，将植酸酶分为：３一植酸　酶、５一植酸酶和６一植酸酶三种。３一植酸酶存在于植物、霉菌和细　

菌中，性质稳定，耐酸、耐高温，已被广泛应用于饲料工业。６一　

植酸酶只存在于植物中，对温度较敏感，超过６０～６５℃极易被破　

坏。关于５一植酸酶的报道较少，未见其在动物生产中的应用。　

（２）据植酸酶的来源不同，将植酸酶分为：微生物植酸酶、　植物植酸酶和动物植酸酶３类。微生物植酸酶主要来源于真菌、噬　

淀粉乳杆菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等。无花果曲霉菌和黑曲　

１８　食品工程　ＦＯＯＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２００７年第２期　６月出版　植酸酶在食品中的应用　Ｐｈｙｔａｓｅ　ｉｎ　ｆｏｏｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　李波　（黑龙江省农业科学院科研处，哈尔滨１　５００８６）　Ｌｉ　Ｂ０　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ。Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００８６，Ｃｈｉｎａ）　

摘要植酸酶是能够水解植酸盐的主要作为单胃　动物饲料添加剂应用的一种磷酸酶，降低食品中植　酸盐含量能够增加矿物质的生物利用率。近年来，　植酸酶不断应用于食品的生产加工中。在食品生产　中加入植酸酶，除了能提高矿物质和微量元素的生　物利用率，还能改善终产品的质量和产量。目前，　植酸酶在面包加工、植物蛋白分离物的生产和谷物　糠的分馏中都有应用。　关键词植酸酶植酸盐食品应用　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｐｈｙｔａｓｅ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ　ａ　ｓｕｂｇｒｏｕｐ　ｏｆ　ｐｈｏｓ——　ｐｈａｔａｓｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｍａｉｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｆｅｅｄ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｉｎ　ｄｉｅｔｓ　ｆｏｒ　ｍｏｎｏｇａｓｔｒｉｃ　ａｎｉｍａｌｓ．Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｔｈｉｓ　ｃｌａｓｓ　ｏｆ　ｅｎｚｙｍｅｓ　ｈａｓ　ｏｆｔｅｎ　ｂｅｅｎ　ｆｏｕｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｉｎｔｅｒ——　ｅｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｕｓｅ　ｉｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｏｆ　ｆｏｏｄ　ｆｏｒ　ｈｕｍａｎ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｄｅｃｌｉｎｅ　ｉｎ　ｆｏｏｄ　ｐｈｙｔａｔｅ　ｒｅｓｕｈｓ　ｉｎ　ａｎ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｍｉｎｅｒａｌ　ａｎｄ　ｔｒａｃｅ　ｅｌｅ—　ｍｅｎｔ　ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ，ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈｙｔａｓｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｆｏｏｄ　ｐｒｏ—　ｃｅｓｓｉｎｇ　ｗａｓ　ｒｅｐｏｒｔｅｄ　ｔｏ　ａｆｆｅｃｔ　ｙｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆｔｈｅ　ｆｉ——　ｎａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｕｐ　ｔｏ　ｎｏｗ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ　ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ　ｐｈｙｔａｓｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｆｏｏｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｒｅｐｏｒｔ——　ｅｄ　ｆｏｒ　ｂｒｅａｄｍａｋｉｎｇ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｌａｎｔ　ｐｒｏｔｅｉｎ　ｉｓｏｌａｔｅｓ，　ｃｏｒｎ　ｗｅｔ　ｍｉｌｌｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｅｒｅａｌ　ｂｒａｎ．　ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｐｈｙｔａｓｅ　Ｐｈｙｔａｔｅ　Ｆｏｏｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　植酸酶，又称为肌醇六磷酸水解酶，是一种可　以使植酸盐中的磷变成可利用磷的磷酸酯酶。植酸　酶存在于植物、微生物和一些动物组织中。根据催　李波，男，１９８０年出生，２００５年毕业于农北农业大学食　品专业，研究实习员。　收稿日期：２００７—０５—１８　化机理的不同，可分为组氨酸植酸酶、ｐ螺旋桨式　植酸酶、半胱氨酸植酸酶；根据最适ｐＨ的不同，　可分为酸ｌ生植酸酶和碱性植酸酶；根据水解植酸盐　第一个磷酸基团的位置不同，又分为３一植酸酶、　６一植酸酶和５一植酸酶。　目前，植酸酶主要作为饲料添加剂广泛应用于　猪和家禽的养殖，在水产养殖中也有一定的应用。　在植物来源的动物饲料中，大部分磷酸盐是以植酸　盐形式存在的。而像猪和家禽这样的单胃动物缺少　分解植酸的酶，所以在饲料中添加植酸酶不仅可以　提高磷酸盐的生物利用率，而且能够减少磷在环境　中的排泄。　植酸酶在食品加工和生产上有巨大的应用潜　力。现在这一领域的研究主要集中在植物食品的营　养价值的提高和食品加工技术的改进。富含植酸盐　的饮食会极大的降低膳食中矿物质的吸收，在食品　加工中添加植酸酶，除了能提高矿物质和微量元素　的生物利用率，还能改善终产品的质量和产量，并　且植酸盐降解后形成的一些肌醇磷酸酯在体内具有　重要的生理学功能。　１面包加工　植酸酶是一种非常好的面包改良剂。制作面包　过程中添加植酸酶，除了降低生面团和鲜面包中的　植酸盐含量外，还能在不影响生面团ｐＨ值的情况　下缩短发酵时间，同时面包的体积增大，内部结构　也得到了改善。在所有的配方设计中，添加植酸酶　的配方，面包屑的硬度降低，展现了良好的弹柔　性，其他品质指标像黏性和咀嚼性也降低了。面包　品质的改善是植酸酶间接作用于Ｏｔ

2.2 植酸酶主要生产方法

植酸酶的生产根据来源不同可以分成两种：

一种是直接从植物组织中提取；

另一种是通过微生物的发酵进行生产。

由于植物组织中含量太少，且所得植酸酶不适合单胃动物的消化道环境，故第一种方法没有什么商业意义。目前商品植酸酶制剂一般都是通过微生物发酵所制得的。

微生物植酸酶具有产量高、在动物消化道中酶活性高等优点，成为目前生产商品植酸酶的主要来源。目前用于工业生产植酸酶的微生物主要是曲霉，如米曲霉、土曲霉、黑曲霉和无花果曲霉等。

随着现代生物技术的发展，利用基因工程技术，对微生物进行改良和改造，培养高产量、高活性的植酸酶菌株，是植酸酶在实际生产当中得到广泛应用的关键。

90年代，国外几家大公司利用基因工程技术，开发成功商品化产品。如:丹麦NOVO公司，用米曲霉为植酸酶基因工程菌，生产最适pH为5.5的植酸酶;此外德国BASF公司也开发成功基因工程菌生产植酸酶;荷兰AIKO公司与美国PANLABS公司合作，于91年开发成功一株产植酸酶的基因工程菌，产最适pH为2.5的植酸酶。

国内在这方面也做了大量的工作，可分为二条技术线路

2.2.1 传统诱变选育:是对野生菌株采用传统诱变选育，目前固体发酵酶活达45U/克干曲；

例：生产植酸酶的微生物以黑曲霉菌为主要菌种，使用土豆、葡萄糖为培养所需的原料，以稻壳、麸皮、无机氮和无机盐等作培养基而制备。

其工艺流程为：

试管斜面菌 三角瓶种子 试盘种子

主原料 混料 高温灭菌 冷却 接种 通风培养水、无机氮、无机盐等

酶粉 干燥 浓缩 提取母液

粗酶制品 制粒 粉碎 干燥

质量指标：棕黄色外观的细小颗粒，分散性好，有发酵物的天然风味，无霉变味，无异味。酶活力单位约65U/g，重金属含量符合国家饲料添加剂要求。

注：酶活测定方法为，在植酸酶的作用下，用Taussley-Schoor试剂按Har Land

ＨＥＮＡＮ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＮＩＭＡＬ　ＨＵＳＢＡＮＤＲＹ　ＡＮＤ　ＶＥＴＥＢ／ＮＡＲＹ　ＭＥＤＩＣＩＮＥ。２００２ｆ２３）２　０　植酸酶的研究及其应用　张勇林东康（河南农业大学牧医工程学院４５０２）　摘要：是能降解植酸厦盐的酶。它能提高磷利用率，解除植酸对一些矿物元素如钙、锌、轶、铜等的抗营养效应，不仅对动物具有良好的增重效果，同时可降低动物排泄磷量，减少环境污染。植酸酶作为饲料添加利，其作用效果受到饲料中钙、磷水平厦维生素Ｄ含量的影响。　植酸酶能替代饲料中的无机磷

。　中圈分类号：ｓ８１６．７９　１　植酸酶研究现状　早在１９１５年，Ａｎｄｅｒｓｏｎ提出天　然植酸磷利用率不同于化学分离纯　化产品的一个可能原因是饲料成分　中存在永解植酸磷为无机磷的酶　——植酸酶，并对植酸酶的来源、理　化特性及作用机制进行了研究。　Ｎｅｌｓｏｎ（１９６８）对植酸酶的研究指出，　植物植酸酶酶活性似乎不够稳定，　而且提取纯化有一定的难度。Ｎｅｌｓｏｎ　（１９６８）首次发现无花果曲霉产生植　酸酶，体外实验时这种植酸酶能永　解豆粕中９７％的植酸磷。此后，植酸　酶的研究开始转人微生物领域。近　年来，随着发酵工业和生物技术的　迅速发展以及人们环境保护意识的　提高，采用ＤＮＡ重组技术使微生物　产生植酸酶话性大幅度提高，大大　降低了植酸酶生产成本。我国姚斌　等（１９９８）通过基因工程的方法获得　了高效表达，生产植酸酶的基因工　程酵母，其植酸酶的表达量较天然　的植酸酶产生菌黑曲霉高３０００倍　以上，有望实现植酸酶的产业化生　产。目前用于工业生产植酸酶的微　生物主要是曲霉，如无花果曲霉和　黑曲霉，无花果曲霉的植酸酶已经　取得到分离和纯化，黑曲霉的植酸　酶基因已经克隆和高效表达。　植酸（ｐｈｙｔｉｃ　ａｃｉｄ）也称肌醇六磷　酸，其化学名称为环己六醇六磷酸　酯，分子式为Ｃ…Ｈ　Ｏ”　，它是一种　淡黄色或淡褐色的粘稠液体，易溶　于水、乙醇，几乎不溶于苯、氯仿、醚　和己烷，比重１．５６，分子量６６０　０８。　植酸本身毒性很小，但却具有很强　的螫合能力，与ＥｌＹｒＡ接近。可与多　种矿物质离子如镁、钾　钙、锰、铁、　锌螫合，形成不溶性复合物　同时，　还可与蛋白质形成螫合物；当介质　删西　文献标识码：Ａ　文章编号　ｐＨ值低于等电点时，生成植酸一蛋　白质复合物，高于等电点时，形成植　酸一金属离子一蛋白质复合物。因　此具有抗营养作用。　植酸的提取物为白色粉末，难　溶于水。当植酸盐受到高热时可转　化为五　四、三磷酸肌醇，其螫合能　力依次下降，降至三磷酸肌醇时。对　动物钙磷吸收的影响就不大了　（Ｅｄｗａｒｄｓ．１９９３）。　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，故此有机化合物称　为植酸磷。其植酸磷含量约占饲料　总磷量的６０％一８０％，其中以芝麻　饼和米糠含量最高（ＮＲＣ，１９９４）。其　分布的部位也各不相同，如玉米在　胚芽部分，多数作物，包括稻谷、油　料及豆类籽实存在于亚细胞内容物　中，主要以蛋白质络合物的形式存　在于整个种子中。植酸盐的含量还　受品种、水土、加工方式、植株成熟　度的影响。处于成熟期的种子，植酸　盐的含量最高，这是为种子出苗前　贮存磷源，以供生长。当种子休眠状　态解除，开始发芽时，种子内的植酸　盐就会被解除，其中的磷和肌醇则　可用于出芽。这一过程是在植物开　始发芽时形成的植酸酶催化下完成　的。　植酸既是抗营养因子，自身又　是难消化的物质，这一点已被许多　科学家的研究所证实。植酸的抗营　养作用主要表现在影响单胃动物对　许多金属离子以及蛋白质、氨基酸　的吸收（Ｇ￣ａｆ，１９８６）。　２植酸酶　２．１　植酸酶的来源与性质　植酸酶即肌醇六磷酸永解酶，　它可以通过催化水解反应将植酸盐　１Ｏ０４—５０９０（２Ｏ０２ｌ０２—００１４—０２　从植酸中释放出来，因而其作为饲　料添加剂可以达到提高磷利用率的　目的，又可以降低环境中的磷污染。　现已知植酸酶有三种类型：肌醇六　磷酸３一磷酸永解酶、肌醇六磷酸　６一磷酸水解酶和非特性的正磷酸　盐单酯磷酸永解酶。　植酸酶有三种来源：微生物、植　物种子和动物肠道细胞中。由于动　物中植酸酶含量很低，植物中的植　酸酶因加工、贮藏等因素破坏，难以　获得大量的植酸酶，所以真正具有　开发价值的仅限于利用微生物生产　植酸酶。而且，微生物植酸酶具有口Ｈ　范围广（ｐＨ２．０～７．０）、活性高（比植　物性植酸酶高１０％）、可耐受较高温　度、不被消化道中蛋白酶降解及易　于生产等诸多优点。现有的商品植　酸酶均由微生物曲霉菌发酵获得：　产量高，话性可达６５００单位／克干　基，成本可与无机磷酸盐相比。　植物性植酸酶最佳ｐＨ值在５．５　左右，ｐＨ值小于３．５和大于７．５时　就完全失去活性，最适温度在４５℃　和６０℃之间，而微生物源的植酸酶　具有两个最适值范围，在ｐＨ２．５和　５．５两处，微生物植酸酶的最适温度　为５６℃左右，超过６５℃即失去大部　分活性。８０℃以上话性损失更大。　２．２　影响植酸酶话性的因素　影响植酸酶的活性除口Ｈ值和　温度外，还有许多因素可影响植酸　酶的活性，如：湿度、饲料在肠道中　存在的时阃、植酸盐的可溶性及抑　制剂与激活剂的存在与否等。　３　植酸酶在动物生产中的应用　植酸盐不仅螫合矿物质，而且　螫合蛋白质等，运用植酸酶去除植　酸的效果不仅对单个矿物元素有影