酶制剂——植酸酶

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 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。

植酸酶最适条件（使用范围）植酸酶产品最适PH值在4.5左右，在PH3.5-5.5范围内，相对酶活保持60%以上，有较宽的PH适用范围，可适应不同消化道环境而发挥作用；最适温度在60℃左右，在30-55℃范围内，相对酶活保持80%以上，制粒温度最好不超过75℃；耐酸性良好，在PH3-7的范围内，相对酶活保持90%以上。

目标，水解底物：饼粕类饲料、单胃动物，幼龄动物。

饼粕类饲料中植酸磷含量较高,应用植酸酶可充分发挥其作用。

家禽日粮中缺乏维生素D和钙时植酸酶的利用率降低,添加维生素D和钙可提高植酸酶的利用率。

反刍动物瘤胃微生物能产生植酸酶,可以有效地水解植酸盐,因此反刍动物不用考虑植酸酶的添加问题。

单胃动物肠道黏膜中的内源性植酸酶及肠道微生物产生的植酸酶活性很差,一般认为成年单胃动物肠道中植酸酶活性高于幼龄动物,猪高于鸡。

功能：1.消除饲料中植酸的抗营养作用，提高磷的作用率。

2.释放植酸结合的矿物质、蛋白质等，提高其生物利用率。

3.提高动物采食量和日增重，改善动物生产性能。

4.可替代饲料中部分无机磷，节约饲料成本。

5.降低动物粪便中磷的排泄，减轻对环境的污染。

使用量：建议配合饲料中单位添加量为猪：600-750U/KG；育雏育成蛋禽、肉禽：1000 U/KG；产蛋鸡：300 U/KG；产蛋鸭：400 U/KG。

耐热植酸酶最适PH在4.0左右，通过耐酸性评价，结果酶活存留率保持在90%以上，优选耐热菌种，酶自身耐热性好，可满足高温制粒工艺。

耐热植酸酶经85℃制粒相对酶活仍保持在85%以上，且变异系数小，表明其在实际颗粒饲料制作中，工艺耐高温性能稳定。

使用量：建议配合饲料中单位添加量为猪：600-750U/KG；育雏育成蛋禽、肉禽：1000 U/KG；产蛋鸡：300 U/KG；产蛋鸭：400 U/KG。

1.注意补充因磷酸氢钙减少而减少的钙量。

2.按比例添加到预混料、浓缩料时要预留3%-5%安全系数。

木聚糖酶最适条件（使用范围）：有效温度范围30-65℃，最适温度范围在45-60℃；有效pH值范围3.0-7.0，最适pH值范围4.8-5.5；在30℃-70℃范围内，本木聚糖酶产品相对酶活保持在60%以上；经pH 3.5-7处理，相对酶活保持在80%以上。

植酸酶的饲用及提取方法张　群1,杨国鸿2(11湖南省园艺研究所,湖南长沙　410125;21长沙九芝堂集团,湖南长沙　410008)摘　要:简述了植酸酶的来源、作用、提取方法及使用植酸酶时应注意的问题。

关键词:植酸酶;酶制剂;饲用;提取方法中图分类号:S188.34 文献标识码:B 文章编号:1006-060X (2000)06-0043-011　作　用111　作用机理植酸酶是一种能促进植酸或植酸盐水解成肌醇和磷酸的一类酶的总称。

畜禽日粮主要是植物性饲料。

在植物性饲料中磷大部分以植酸或植酸盐形式存在,约占50%～75%,而可使植酸分解的植酸酶含量较低,酶活性有限。

植物性饲料中存在的植酸酶活性常因饲料加工(高温)、贮存等因素的影响而遭到破坏,饲料中磷利用率只有33%甚至更低。

同时饲料中的植酸往往与二价矿物离子如Ca2+、Mg2+、Cu 2+、Zn 2+、Mn 2+等形成稳定的络合物,这就影响了饲料中矿物质元素的吸收。

植酸酶一方面能将植酸磷转化为无机磷,促进磷的吸收;另一方面也解除了植酸盐对Ca 2+、Fe 2+等矿物质元素吸收的抑制。

因此,饲料中添加植酸酶是必要的。

112　植酸酶是一种酶制剂植酸酶最适温度为40～50℃。

植酸酶水解植酸或植酸盐释放亚PO 43-的速度随温度升高而增快。

但植酸酶是一种蛋白质,高温会使其变性,正常畜禽消化道温度为40℃左右,植酸酶被家禽摄入后能发挥较佳的效果。

其最佳p H 值为2.5～5.5,正常牲猪和家禽胃的p H 值1.5～3.5,小肠p H 值5～7,大肠中性。

可见,植酸酶被摄入后较适合畜禽体内的p H 值环境。

2　植酸酶的提取方法目前有两条途径可提取植酸酶:一是利用生物工程技术,通过微生物的繁殖、筛选来提取;二是从植物组织和麦麸中提取。

考虑到粮食副产品的综合利用,下面以小麦麸皮为原料,介绍植酸酶的提取工艺(图1)。

3　应用植酸酶应注意的问题311　添加量及添加方式添加量涉及到需要量和安全量,植酸酶催化植酸水解同其他催化反应一样,酶量太低不能有效进行,过量则不能提高速度。

科技信息植酸酶是催化植酸及植酸盐水解成肌醇与磷酸的一类酶的总称 [1]。

植酸酶是一种胞外酶 [2], 广泛存在于自然界中, 植物、动物、微生物均可产生植酸酶。

植酸酶的活性因来源不同而有差异。

植酸酶能将肌醇六磷酸 (植酸分解成为肌醇和磷酸。

植酸酶可以专一性地水解植酸中的磷酯键, 使磷酸游离出来, 植酸酶将植酸分子上的磷酸基团逐个切下, 形成中间产物肌醇五磷酸、肌醇四磷酸、肌醇三磷酸、肌醇二磷酸、肌醇一磷酸、终产物为肌醇和磷酸 [3]。

植酸酶的作用机理见图 1。

图 1植酸酶的作用机理1. 植酸酶酶活力测定的意义酶活力也称酶活性, 是指酶催化一定化学反应的能力, 用在一定条件下, 酶所催化某一反应的速率表示。

酶活性是研究酶的特性, 分离纯化以及酶制剂生产和应用时的一项不可缺少的指标。

酶活力单位是以酶活力为根据而定义的。

国际生化协会酶委员会规定, 1min 内将1μmol 的底物转化为产物的酶量定为 1个单位,称为标准单位, 同时规定了酶作用的条件。

因标准单位在实际应用时不够方便, 故在生产上往往根据不同的酶, 制定各自不同的酶活力单位。

在测定酶活力时, 对反应温度、 pH 、底物浓度、作用时间都有统一规定, 以便同类产品互相比较。

但是酶活力单位并不能直接反映酶的绝对数量, 只不过是一种相对比较的依据 [4]。

植酸酶活性的定义为:在最适宜条件下, 每分钟从一定浓度的植酸钠溶液中释放1μmol 的无机磷所需要的酶量为一个酶活力单位。

确定植酸酶的酶活, 可以提高实验的标准性和效率。

2. 植酸酶活力测定的原理及方法酶活力测定的原理都是利用酶水解植酸钠形成无机磷,然后测定无机磷的释放量。

植酸酶活性的测定方法较多 , 但至今尚没有被世界普遍公认的植酸酶的定量分析方法。

方法包括:钒 -钼酸铵法、硫酸亚铁 -钼蓝法、 Vc-钼蓝法、丙酮 -磷钼酸铵法、微板法和微量比色法等 [5]。

可根据实验需要选择不同的方法。

2.1钒 -钼酸铵法该方法是利用植酸酶可以水解植酸磷释放出无机磷的原理。

植酸酶的作用及应用郑扬云•植酸(肌醇六磷酸)具有强大的络合力，通常与钙、镁、锌、钾等矿物质元素结合，形成不溶性盐类。

植酸(盐)广泛存在于农作物及农副产品中，很多谷物、油料作物中的植酸含量高达1％一3％，其中钙、镁、锌、钾等元素以植酸盐的形式存在。

因此植酸是一种抗营养因子．大大降低了微量矿物质的营养有效性。

植酸的这种性质会导致人和动物钙、镁、锌、钾等元素的不平衡性。

因此必须在动物的饲料中掭加钙钾等以补充矿物质，这大大提高了饲料成本。

同时饲料中天然磷的含量约为40％一70％，且以植酸磷的形式存在，而猪、禽的饲料中大量的植酸磷因不能被利用而从粪便中排出，造成环境枵染(磷富集化污染)。

•植酸酶是催化植酸及其盐类水解为肌醇和磷酸的一类酶的总称。

将植酸酶添加到动物性饲料中释放植酸中的磷分。

不但能提高食物及饲料对磷的吸收利用率，还可降解植酸蛋白质络合物，减少植酸盐对傲量元素的螯合，提高动物对植物蛋白的利用率及其植物饲料的营养价值。

同时也减少动物排泄物中有机磷的含量，减少对大自然的污染。

一、植酸酶的作用机理•植酸酶能将肌醇六磷酸(植酸)分解成为肌醇和磷酸。

植酸酶将植酸分子上的磷酸基团逐个切下，形成中间产物IP5，IP4，IP3，IP,.终产物为肌醇和磷酸。

不同来源植酸酶作用机理有所不同。

微生物产生的3一植酸酶作用于植酸时，首先从植酸的第3碳位点开始水解酯键而释放出无机磷，然后再依次释放出其他碳位点的磷，最终酯解整个植酸分子，此酶需要2价镁离子(Mg2+)参与催化过程。

来源于植物的6-植酸酶，它首先在植酸的第6碳位点开始催化而释放出无机磷。

1g植酸完全分解理论上可释放出无机磷281．6mg。

植酸酶只能将植酸分解为肌醇磷酸酯，不能彻底分解成肌醇和磷酸，要彻底分解肌醇磷酸酯，需酸性磷酸酶的帮助，酸性磷酸酶可以将单磷酸酯、二磷酸酯彻底分解成肌醇和磷酸。

大多数微生物来源的植酸酶的作用机理如下。

•植酸→1,2,4,5-,6-五磷酸肌醇+D-1,2,3,4,5-五磷酸肌醇→1,,2,5,6-四磷酸肌醇→1,2,5-三磷酸肌醇或1,2,6-三磷酸肌醇→1,2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。

关于植酸酶的几个问题什么是植酸酶？有哪些品种？答：植酸酶(或称肌醇六磷酸酶，phytase)属于磷酸单酯水解酶类，是一类特殊的酸性磷酸酯酶，它能水解植酸或植酸盐而释放出无机磷。

水解植酸中的磷酸肌醇酯键，释放磷酸，提高植物饲料原料中植酸磷利用率。

破坏植酸盐的螯合结构，释放被螯合的矿物质、微量元素和蛋白质，提高饲料矿物质、微量元素和蛋白质利用率。

根据植酸酶首先作用于植酸上的位点可分为：3-植酸酶（EC3.1.3.8），从植酸或植酸盐3-位开始将六磷酸肌醇依次降解为五、四、三、二、一-磷酸肌醇及正磷酸。

6-植酸酶（EC3.1.3.26），从6-位开始将植酸降解，最终产物都是单磷酸肌醇（2-磷酸肌醇）和正磷酸。

植酸酶的活力单位是如何定义的？目前市场上植酸酶的活力单位定义有没有什么差异？答：目前市场上见得最多的就是5000 U/g的植酸酶，但是U的定义有两种：（1）在温度37℃、pH值5.50条件下，每分钟从浓度为5.0 mmol/L植酸钠溶液中释放1 μmol 无机磷，即为一个植酸酶活性单位，以U表示。

（2）在温度37℃、pH值5.0条件下，每分钟从浓度为5.0 mmol/L植酸钠溶液中释放1 μmol 无机磷，即为一个植酸酶活性单位，以U表示。

pH 5.0条件下定义的酶活力多数是植酸酶生产厂家的企业标准，而pH 5.5条件下定义的酶活力单位与国际上植酸酶的检测方法是一样的，目前我国所颁布的国家标准也是采用pH 5.5的条件。

目前从国内和国际上的植酸酶来看，在pH 5.0条件下测定出来的酶活力单位数，比在pH 5.5条件下测定的内活力单位会有所下降，约为30%。

因此在pH 5.0条件下测出来的5000 U/g的植酸酶，在pH 5.5条件下测定将变成3500 U/g；在pH 5.5条件下的 5000 U/g的植酸酶，在pH 5.0条件下测定约为7150 U/g。

关于植酸酶的活力单位U、IU和FTU有什么差异？答：U就是英文Unit（单位）的缩写，无论如何定义都可以用U来表示；IU（International Unit）一般是指国际单位，就植酸酶来讲通常是指pH 5.5条件下测定的酶活力单位数；FTU，为Fytase Unit 的简写，Fytase是荷兰文，定义为，在温度37℃、pH5.5条件下1分钟内从0.0051mol/L的植酸钠溶液中释放出1 μmol无机磷所需的植酸酶量为1个植酸酶活力单位（FTU），这个单位定义和上面我们第二个定义是相似的。

植酸酶在饲料工业中的应用大家都知道酶是具有催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。

是生物催化剂，能通过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。

绝大多数酶的化学本质是蛋白质。

具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。

今天向我大家介绍的是饲料生产工业中非常重要的一种酶——植酸酶植酸酶产品在动物和人类营养方面有非常广泛的应用，他可分解植酸(即肌醇六磷酸)，植酸是植物体内磷酸盐和肌醇的重要储存形式。

植酸酶是一种新型的食品添加剂，能降低食物中的植酸而提高磷、锌、钙和铁等的利用率，改善动物对矿物质的吸收。

其中磷是维持动物生长发育等生命活动必需的重要矿物质，同时也是饲料中最昂贵的组分之一，植酸酶可催化植酸盐水解，使植酸盐中的磷以磷酸根的形式分离出来从而被动物吸收，提高磷的利用率，降低环境污染。

1．1植酸酶的种类1)按来源不同可分为微生物植酸酶、植物性植酸酶和动物性植酸酶。

2)按作用方式可分为3一植酸酶和6一植酸酶，其中3一植酸酶存在于植物、霉菌和细菌中，需Mg2+参与反应，性质稳定，耐酸和耐高温，在饲料工业中已被广泛使用。

而6一植酸酶只存在于植物中，适宜pH 5．0～5．5，对温度较敏感，超过60～65℃极易被破坏。

3)按加工工艺不同可分为粉状、颗粒状和液体状植酸酶。

粉状植酸酶在高温和高湿环境中易失活；脂肪包被颗粒型植酸酶在高温下脂肪膜易被融化，使植酸酶被释放出来而失活；因植酸酶在饲料中添加量极小，对喷涂精度要求高，故液体状植酸酶在饲料工业中较少使用；经特殊镶嵌的颗粒状植酸酶，热稳定性高，储存期长，在动物体内释放速度快，流动性好。

4)按酶促反应的pH有效作用范围可分为酸性植酸酶和中性植酸酶。

适用于畜禽的pH 2．5~5．5有效作用范围为酸性植酸酶，适用于鲤科鱼类的pH7．0～7．5有效作用范围为中性植酸酶。

1．2植酸酶的特性植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是一种特殊的酸性磷酸酶，适合pH为4～6，对温度的适应性要求较高，一般适宜温度在46～57℃，当超过60℃时，植酸酶的活性有部分损失，温度达70℃时，则酶活性大部分丧失。

植酸酶的运用与作用
自然界的植酸酶来源有3种：动物肠道细胞、植物的种子和组织、微生物，其中微生物是植酸酶的主要来源。

目前分离出的植酸酶主要有两种3-植酸酶和6-植酸酶前者最先水解的是肌醇3号碳原子位置的磷酸根，主要存在于动物和微生物中；后者最先水解的是6号碳原子的磷酸根，主要存在于植物组织。

1、植物来源
大多数的植物中都含有植酸酶，但植物种子中的植酸酶在干燥状态下没有活性，只有在种子吸水萌芽的过程中才被激活，水解植酸磷供植物生长。

另外，植物来源植酸酶易被过多的底物和产物抵制。

2、动物来源
动物来源的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。

反刍动物瘤胃微生物可产生大量的植酸酶，因而它能很好地利用植酸磷，而猪和家禽等单胃动物由于其肠道中植酸酶活性极其微弱，对植酸磷的利用率很低，需额外添加无机磷。

3、微生物来源
微生物来源的植酸酶为肌醇六磷酸3-磷酸水解酶，简称3-植酸酶，主要有霉菌、酵母菌和细菌产生，只所以微生物作为产酶基因库日益受到重视。

不同来源的植酸酶均能促进动物的生长和提高磷的消化利用率。

在玉米-豆粕型饲粮中添加微生物植酸酶可促进钙，磷消化利用，促进了骨骼生长，降低粪磷的排出量。

植酸酶作为单一酶制剂在饲料工业中的应用已经获得了良好的效果。

添加饲料中的植酸酶能有效的分解植酸，提高钙、磷的利用率，降低环境污染并消除植酸的抗营养作用，同时又改善了对蛋白质和矿物质等营养物质的利用率，给养殖业带来较大的经济效益。

酶制剂——植酸酶早在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水解植酸磷为无机磷的酶——植酸酶，并对植酸酶的来源、理化特性及作用机理进行了研究，从而引起了许多学者的广泛关注。

近年来，随着发酵工程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活性大幅度提高，大大降低了植酸酶生产成本，从而使之得到广泛应用。

植酸酶现已成为饲料酶制剂研究的一个热点，尤其在一些畜禽饲养密度大、环境污染严重的国家如美国、加拿大、芬兰、荷兰、法国、瑞士等。

许多科学家对这一课题的研究很感兴趣，欧洲、北美和其它地区对此的兴趣也与日俱增。

1994年欧共体、美国、芬兰、丹麦、德国等国的生产企业均前后推出各种植酸酶制剂,并利用DNA重组技术获得生产植酸酶的工程菌,为广泛应用植酸酶提供了可能。

一、植酸酶结构及性质植酸酶，又称为肌醇六磷酸水解酶，是一种可使植酸磷复合物中的磷变成可利用磷的酸性磷酸酯酶。

植酸酶广泛存在于动植物组织中，也存在于微生物（细菌、真菌和酵母）。

目前分离出的植酸酶主要有两种：3-植酸酶（EC 3.1.3.8）和6-植酸酶（EC 3.1.3.26），前者最先水解的是肌醇3号碳原子位置的磷酸根，主要存在于动物和微生物；后者最先水解的是6号碳原子的磷酸根，主要存在于植物组织。

因此，动物胃肠道可能有三种来源的植酸酶，但主要来源于饲料本身以及来源于微生物合成。

大量高浓度的植酸酶主要存在于无花果曲霉和黑曲霉与小麦麸的培养物中。

因此饲料植酸酶的生产目前主要使用微生物曲霉菌株。

霉菌植酸酶分子量一般在60 ~ 100KDal之间，曲霉植酸酶分子量较大。

如土曲霉为214Kdal，无花果曲霉为85 ~ 100KDal，黑曲霉为200KDal。

细菌植酸酶分子量一般较小，如大肠杆菌为42Kdal，枯草杆菌为38KDal。

霉菌植酸酶通常有一个最适pH，在4.2 ~ 5.5范围内。