植酸酶的特性和在动物饲料工业中的作用

专业文献综述题目:植酸酶的特性和在动物饲料工业中的作用姓名:学院:专业:班级:学号:指导教师:职称:2013年1月4日教务处制植酸酶的特性和在动物饲料工业中的作用）摘要：植酸酶作为一种新型的畜禽饲料添加剂，能有效地将植酸磷降解为肌醇和无机磷，可以提高饲料中磷和其他成分的利用率,消除植酸的抗营养作用，并减轻环境污染，已经得到越来越多的重视和应用。本文综述了植酸酶的来源、作用机理、影响酶作用的因素、在畜禽饲料工业中的作用以及目前植酸酶研究的热点。关键词：植酸酶；动物饲料；因素；应用ThecharacteristicsofphytaseandtheroleintheanimalfeedindustryHanBing(NanjingAgriculturalUniversityCollegeofVeterinaryMedicine,Nanjing210095,China)Abstract:Phytaseasanewlivestockfeedadditives,caneffectivelyphytatedegradationtoinositolandinorganicphosphoruscanbeimprovedfeedutilizationofthephosphorusandothercomponents,toeliminatetheanti-nutritionaleffectsofphyticacid,andreduceenvironmentalpollutionhasbeenmoreandmoreattentionandapplication.Phytasesources,mechanismofaction,factorsaffectingenzymeintheanimalfeedindustry,andphytaseresearchhotspot.Keywords:Phytase;animalfeed;factors;application植酸或植酸盐主要存在于植物籽实中，是植物中磷的主要储存形式，由于不易被畜禽等单胃动物利用，容易对环境造成磷污染，同时影响钙、锌、铁等矿物元素和某些蛋白质的利用，而植酸酶作为一种新型添加剂则缓解了这些问题。1、植酸酶的来源植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是一类特殊的酸性磷酸酶，能水解植酸释放出无机磷。根据植酸酶对植酸的作用方式可分为3一植酸酶和6一植酸酶。植酸酶主要来源于植物、动物、微生物。植物源植酸酶大多数植物中都含有植酸酶。目前已经在大米、小麦、黑麦、大麦、豌豆、蚕豆、大豆、绿豆、玉米、白芥菜、土豆、萝卜、生莱、莴苣、菠菜等植物或种子中发现，其中黑麦籽实的植酸酶活性在所有谷物籽实中最高。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活性才被激活，水解植酸磷供植物生长。植物源植酸酶的适宜pH值为5～7．5，不能在胃中发挥作用，植物中植酸酶的含量相对微生物中的含量较低。动物源植酸酶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，也存在于哺乳动物的小肠中。第一个从动物中鉴定的植酸酶是Mccollum等发现的犊牛肝脏和血液中的活性植酸酶。Marounek等(2009)从兔盲肠细菌中分离鉴定了26株具有产植酸酶活陛的细菌，其中1株海氏肠球菌(Enterococcushirae)所产植酸酶的活性较高。外源微生物植酸酶产植酸酶的微生物主要包括细菌、霉菌及酵母，微生物来源的植酸酶为肌醇六磷酸3一磷酸水解酶，简称3一植酸酶，主要由霉菌、酵母茵和细菌产生，常见的菌株为黑曲霉菌，该酶的最适pH值为2．5～5．5，且耐热。Sreeramulu等(1996)分离鉴定了19株噬淀粉乳杆菌和乳酸链球菌可以生产胞外植酸酶，并检测了酶活性，得出噬淀粉乳杆菌B4552产生的植酸酶活性最高，酶活性为125～146U／mL[1]。2、植酸酶的作用机理植酸酶的水解作用是逐个将植酸的磷酸基团切下，使植酸还原成肌醇。并且不同种类植酸酶起始水解的酯键不同：3-植酸酶PhyA首先从植酸的第3碳位点开始水解酯键而释放出无机磷，而6-植酸酶PhyB作用植酸时，首先从植酸的第6碳位点开始。3、影响植酸酶活性的因素3．1饲料中钙和有效磷的比值[2]。饲料中钙的含量过高，不利于植酸酶的作用，因为过多的钙会与蛋白质形成二元复合物或者通过钙的桥梁作用与蛋白质形成三元复合物，这都会影响植酸酶的活性[3]。Qian[4]等在研究肉鸡Et粮中不同钙磷比对植酸酶添加效果的影响时发现，钙和磷的沉积量随植酸酶的增加而呈线性增加，但钙磷比大于1．4：1后线性值出现负效应。一般认为，日粮中钙磷比为1．1：1．4时，植酸酶效果最佳。3．2pH值与温度。植酸酶作为一种酶蛋白，它具有适宜的pH和温度范围。不同来源的植酸酶，它的最适pH和温度也是不同的。植物性植酸酶的最适pH值在5．5左右，pH小于3．5或者大于7．5就完全失去活性，最适温度为45℃～60℃。微生物植酸酶的最适温度在56℃左右，超过65℃即失去大部分活性，80℃以上活性损失更大[5]。从瘤胃内容物培养得到的植酸酶最佳pH值为5．5，最适温度为37°C[6]”。3．3日粮中维生素水平。维生素D3与植酸酶具有协同效应，二者以不同的方式促进磷的吸收利用，因此添加维生素D3可提高植酸磷的利用率[7]。Nahashon的研究表明，在缺磷的玉米豆粕型日粮中添加5ug/ml维生素D3可使磷的沉积量从31％提高到68％，补充75U／kg植酸酶，磷的沉积量可提高79％[8]。3．4饲料中植酸酶的添加量。由于很多饲料中都含有一定量的植酸酶，并且每种饲料中的植酸含量也不同。因此只有在添加植酸酶之前充分了解这些情况，才能发挥植酸酶的最大作用。在实践中肉用仔鸡、猪和产蛋鸡推荐添加量分别为500～700、350～500和300—500U／kg，而不是追求磷的最高效率[7]。4、植酸酶在畜禽饲料中的应用动物饲料工业植物性日粮是畜禽等动物的主要饲料,饲料中的磷有2/3以上是以植酸的形式存在的。但是单胃动物,例如鸡、猪,其胃肠中几乎没有植酸酶活性,所以饲料中的植酸磷不能被其较好地吸收利用,未降解的植酸则被动物以粪便的形式排出体外,残留于土壤,并进而转移到水体中被其中的微生物降解利用,造成富营养效应,影响自然界的生态平衡。同时,动物生长代谢所需要的磷还需要额外补充来满足动物生长发育的需要,又增加了饲料的成本。国内外大量的实验都证明,在饲料中添加植酸酶,可有效分解存在于饲料中的植酸,释放无机磷,提高饲料中植酸磷的利用率,降低粪便中磷的排放量,减少环境污染。同时因为解除了植酸的抗营养作用,所以植酸酶的添加可以提高单胃动物对淀粉、脂肪和蛋白质等营养物质的利用率[9],还能释放被植酸鳌合的各种矿物元素,从而促进动物健康快速的生长。表1列出了几种商品化植酸酶及其用于添加的饲料类型。表1几种商品化植酸酶及其应用4.1植酸酶可以提高单胃动物对植酸磷的利用率一般认为,在饲料中添加植酸酶可以使磷的利用率提高20%~50%。Simons等[10]报道在玉米-豆粕日粮中添加微生物植酸酶,磷的利用率提高了60%;Cromwell等[11]报道在猪的玉米-豆粕型日粮中添加植酸酶,粪便中磷排泄量减少了34%~54%。Waldroup等[12]报道在以豆饼为基础日粮的肉鸡饲料中添加植酸酶,大约有50%植酸磷被释放。在国内,白东清等[13]研究了植酸酶对钙、磷利用效率的影响,发现在鱼饲料中添加植酸酶可以使鲤鱼对饲料中总磷的利用率提高105%~122%,其中植酸磷的利用率为74%~89%。4.2植酸酶可以提高动物对矿质元素和蛋白质的利用率在饲料中添加植酸酶,不仅可促进植酸磷的生物利用率,而且还释放了被植酸螯合的其他各种矿物元素,例如Ca2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+和Mn2+等,增加了它们的利用率,促进了动物矿质营养的平衡,进而改善动物的组织结构。Sebastian等[14]发现在低磷饲料中添加植酸酶,可使公鸡体内磷、钙、铜和锌等元素的相对沉积率分别提高12.5%、12.2%、19.3%和12.3%,增加仔鸡体重,促进骨骼矿化。由于植酸往往与蛋白质、脂肪等大分子形成复合物,而植酸酶水解植酸后可以解除其与蛋白质的复合,使蛋白质被释放出来,因此可以提高动物对蛋白质的消化作用。例如白东清等发现饲料中添加植酸酶可以使鲤鱼对蛋白质和脂肪的利用率约提高11%和12%。综上所述,在饲料中添加植酸酶可以使动物的生长性能得到提高。大量实验已表明,饲料中添加植酸酶对禽类有明显的增重效应,并改善饲料利用率,降低饲料成本。对于猪的喂养,用植酸酶替代无机磷,也可以明显增加猪的体重,并减少饲料中未被利用的磷排放到环境中造成环境污染[2]。5、存在问题及发展趋势植酸酶作为一种新型饲料添加剂，可以分解植酸，消除植酸的抗营养作用，提高磷的利用率，减少外源无机磷的添加；提高蛋白质、氨基酸的利用率，减少粪氮的排放；提高微量元素的利用率，减少矿物元素的排放；提高单位动物的生产性能，增加经济效益。无论在动物生产中还是在环境保护中都起到了一定的作用，有着非常可观的应用前景。但是植酸酶在实际应用上取得的成效与预期目标相距甚远，收效甚微。因此，在影响植酸酶应用效果的各个关键环节还需要进一步研究。5.1注重资源挖掘,尤其是特殊环境的微生物资源。利用现代分子生物学和生物技术手段,高通量筛选饲料生物制剂相关微生物及相关基因资源,获得性质优良的植酸酶新基因。5.2利用蛋白质工程技术。定向改良天然酶,甚至于创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的酶蛋白质分子,以解决天然酶难以完全符合饲料工业应用要求的问题,并进一步提高其应用性能。5.3饲料用酶的应用效果快速评估系统和配套应用技术体系研究。对影响植酸酶作用效果的因素尚缺乏系统的研究,今后仍需加强植酸酶在实际生产中应用的研究。如提高植酸酶在肉仔鸡和猪日粮中替代磷酸氢钙的比例与作用效果,其也是植酸酶解决粪磷对环境污染问题的关键。根据反刍动物与水产动物磷消化代谢特点及其影响磷利用的因素,开发和研制适合于反刍与水产动物应用的植酸酶产品也是今后的发展方向。参考文献[1]欧阳增理，杨红兰.植酸酶在畜禽养殖上的研究进展[J].四川畜牧兽医，2012第8期[2]吴华东，吴志青.植酸酶的特性及其在动物生产中的应用[J].江西畜牧兽医杂志，2011年第5期[3]ZylaK．Phytaseapplicationsinpoultryfeeding：Selectedis—sures[J]．JournalofAnimalandFeedSciences，2001，l0(2)：247～158．[4]QianH，KornegayET，DenbowDM．Phosphorusequivalenceofmicrobialphytaseinturkeydietsasinfluencebyealci—amtophosphorusratiosandphosphoruslevels[J]．PoultrySci—ence，1996，75(1)：69-81．[5]张勇．植酸酶的研究及应用[J]．河南畜牧兽医，2002，23(2)：14~l5．[6]郭圣生．从瘤胃内容物中各营养物质得到活性植酸酶[J]．饲料广角，2003，2：26～27．[7]祁艳霞，陈玉林．植酸酶的作用机理及影响植酸酶活性的因素[J]．饲料博览，2004，7：10~12．[8]NahashonSN．phytaseactivityP，CaretentionandperformanceofsinglecombwhiteleghornlayersfeddietscontainingtwoleversofApandsupplementedwithdirect-fedmicrobials[J]．PouhSci，1994，73：1552．[9]RavindranV,CabahugS,RavindranG,etal..Influenceofmicrobialphytaseonapparentilealaminoaciddigestibilityo