植酸酶在饲料中的应用及其研究进展
植酸酶是一种新型的、可作为动物饲料添加剂的重要酶制剂。
它对提高饲料中磷利用率，提高动物的生产性能，以及减轻高磷粪便对环境水域的磷污染有重要意义。
本文综述了植酸酶在饲料中的应用现状及工业化生产方法，讨论了其进一步的研究发展方向。
植酸酶是一种水解酶，它能将植酸磷（六磷酸肌醇）降解为肌醇和无机磷酸。
此酶分两类：3-植酸酶和6-植酸酶。
植酸酶广泛存在于植物和微生物中。
磷在植物中的主要存在形式为植酸磷，由于植酸磷不能被单胃动物直接利用，从而造成磷源浪费和形成高磷粪便污染环境。
另外，植酸磷还是一种抗营养因子，它在动物胃肠道的消化吸收过程中会与多种金属离子如Zn2+、Ca2+、Cu2+、Fe2+等以及蛋白质螯合成不溶性复合物，降低了动物对这些营养物质的利用。
因此，开展饲用植酸酶的研究，对提高畜禽业生产效益及降低磷对环境的污染有重要意义。
１植酸酶的来源及酶学性质
早在1907年Suzuki等就在谷粮中发现了具有植酸酶活性的磷酸酶。
第一个纯化的植酸来源于麸皮，研究发现它虽具有植酸酶活性，但植酸并不是它特异性底物。
来源于植物的植酸酶均属于６－植酸酶，最适pH范围在5.0~7.5，在单胃动物酸性的胃环境中不起作用。
60年代末植酸酶的研究转向最适pH为酸性、酶含量较高的微生物来源的植酸酶。
许多微生物都能产生植酸酶，尤其在曲霉属中。
1968年Shien等从68个土样中对2000个菌株进行考察发现，在所用的22株黑霉菌中有21株能产生植酸酶。
第一个被分离纯化的植酸酶来源于Aspergillus terreus NO.9A-1,它的最适pH为
４.5，最适反应温度为70℃,此酶在pH1.2~9.0均能稳定维持活性。
从此以后，陆续从十几种微生物中分离得到植酸酶，其中来源于Ａ.ficcum
NR-RL3135(A.niger var.awamori)的植酸酶phyA具有较好的耐热性，在酸性的条件下有较高酶活性，被认为是目前最具应用前景的饲用植酸梅，其酶学性质的研究也较为深入。
植酸酶phyA属于３－植酸酶，是一种糖基化蛋白，表观分子量为85KD。
它的最适pH为2.5和5.5,最适反应温度为55℃。
在37℃、pH2.5的条件下，以植酸为底物的Ｋm值为50mmol,Ca2+、Fe2+对酶活性无影响,Mn2+、Co2+有激活作用，能使酶活性分别提高30%和13%。
Cu2+、Zn2+、Fe2+、Cu+对酶活性有抑制作用，其中前两种为非竞争性抑制，后两种为竞争性抑制。
对酸性磷酸酶有抑制作用的抑制剂如Ｌ（＋）－酒石酸对它却没有抑制作用。
它是目前发现的比活性最高的植酸酶之一，它降解植酸磷形成的终产物是单磷酸肌醇和无机正磷酸。
２植酸酶在饲料中的应用效果
植酸酶对单胃动物的饲喂效果已在全世界范围内得到了确证。
它的效果主要表现在两个方面。
２.1 提高植酸磷的利用率
家禽和猪饲粮中添加植酸酶和添加无机磷的对比试验表明，使用植酸酶可替代饲粮中一部分无机磷。
至于替代的比例，由于受多方面的影响，结果差异较大。
对鸡和猪的植酸酶推荐添加量300~500U/kg日粮。
赵君梅等研究发现在雄性雏鸡的饲料中应添加600U/kg的植酸酶才可满足需要。
据Cronwell等报道，在猪的玉米-豆粕型日粮中添加植酸酶，粪便中排磷量减少34%~54%。
Simons等(1990)在肉鸡的玉米-豆粕型日粮中添加植酸酶，粪尿
中排磷量减少17%~42%。
Bilyarin(1994)在蛋鸡日粮中添加植酸酶，粪尿排磷量减少40%。
2.2消除植酸对矿物元素和蛋白质的抗营养作用
植酸有很强的络合力，能与Ca、Zn等金属离子及蛋白质鳌合成稳定的复合物，从而降低这些营养成分的利用。
植酸酶水解植酸，从而破坏了它对矿物元素和蛋白质的络合能力，使被络合的矿物元素因此而大量地被释放出来，同时由于植酸-蛋白质络合之间的键断裂，也可使蛋白质从络合物中释放出来。
Mohanna等（1990）等报道，日粮中增加植酸酶可降低植酸对Zn利用的不利影响。
3 植酸酶的生产
植酸酶的生产方法常见的有两种：一直接从植物组织中提取，但由于含量太少，难以大量生产，故没有什么商业意义；二是通过微生物发酵而制得的生物酶制剂，这种方法制得的酶平均活性可高达20%。
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 方法比色测定植酸（或盐）释放的无机磷量。
植酸酶的活力单位定义为：在测定条件下，释放1μmol/min无机磷的酶量。
使酶制剂在动物正常体温下具有高酶活性又耐短暂的制粒高温，是目前急待解决的问题。
在耐热性方面一种简单有效的方法就是对酶进行后加工处理，研究酶的
包被技术，使酶免受制粒的高温的破坏，包衣在动物胃中又可被消化而释放出酶。
目前一些商品的植酸酶就是采用这种技术，但它的加工成本较高。
随着基因工程技术的发展，有可能解决此问题，Pasamontes等在1997年首次从真菌Aspergillus fumigatus克隆出耐高温植酸酶基因，经重组表达发现，此酶在100℃高温处理20分钟,酶活仅损失10%左右,而且它作用的pH范围广，从2.5到8均可有效水解植酸。
对植酸酶基因工程的另一研究热点是培育转基因植物，使其本身含有丰富的植酸酶。
Jan等将来源于A.niger的植酸酶基因phyA转移到烟草中，结果在烟草种子中检测到了植酸酶活性。
其表达积累量可达到种子中可溶性蛋白的1%。
动物饲喂试验表明，其效果与饲料添加等量的植酸酶相当。
另外，储藏在种子的植酸酶具很好的热稳定性，将种子磨粉加工，室温下储存一年，植酸酶仍有很好的生物活性。
4 结束语
植酸酶主要应用于单胃动和水产养殖类动物，需求量大。
我国目前还没有商品化的植酸酶生产。
但是，植酸酶在我国的推广使用将具有极为重要的意义。
第一，能减轻土壤、水域的磷污染。
我国每年从畜禽粪便中排出的磷达250万吨之多，是水体富营养化污染罪魁祸首之一。
第二，能缓解我国磷资源匮乏、磷供应不足的局面，这对我国这种严重缺磷的国家而言，有着更为重要的社会效益和生态效益。
加强开展植酸酶的研究，积极寻求解决目前植酸酶生产成本过高、植酸酶性质不能满足动物营养及饲料加工的要求等问题的方法，从而促进植酸酶的产业化生产与其在养殖业中的广泛应用，应用我国饲料科技工作者研究的主要方向之一。
