植酸酶在飼料行業的應用

劉佳適

植酸酶在飼料行業的廣泛應用，給這個行業帶來了很大的影響。也引起了業界的普遍關注，植酸酶不僅僅是一個產品，已經成為一種社會現象。2005年挑戰集團的植酸酶榮獲了中國重大科技進步與應用獎，現在先讓我們從歷史的角度來了解一下植酸酶。 　　早在1907年，Suzuki和其他學者就報道磷能從有機含磷底物中被釋放出來，植酸酶就引起了人們的注意，但那時生產成本太高無法應用。直到90年代，國外幾家大公司利用基因工程技術，成功開發出商品化產品。1996年巴斯夫的植酸酶產品最先開始在中國推廣。由于植酸酶在飼料行業的應用，既具有安全、環保、高效、經濟的特點，又具有很好的社會生態環境效益，因此，在歐洲大部分國家均已強制使用植酸酶；東南亞的韓國、日本、臺灣也在推進植酸酶的使用；我國全面實施《畜禽養殖業污染物排放標準》后，推動了中國植酸酶在飼料行業的更廣泛應用。 　　中國的飼料企業由于經濟發展水平等原因很少考慮環境問題，因此在推廣植酸酶產品時，使企業不會因為可以減少磷、氮排放，減少環境污染而使用植酸酶。起初飼料企業使用植酸酶與使用磷酸氫鈣相比幾乎不降低成本，飼料企業使用植酸酶主要是為了提高磷的利用率、節省飼料配方空間。到1999年，“讓飼料企業添加植酸酶以后能降低飼料成本、產生經濟效益是推動植酸酶在中國使用的真正動力。”以創始人蔡輝益博士領導的挑戰集團決心應對這個富有時代意義的“挑戰”！ 　　2004年下半年，由于磷礦石資源有限、相關原輔材料漲價及環保要求的提高，磷酸氫鈣生產成本大大提高，售價居高不下，這些原因使國內許多企業開始大量使用植酸酶。在2004年，由于使用植酸酶，一年中我國的養殖業已經少向環境排放了近4.2萬噸磷，折合25萬噸磷酸氫鈣。——中國近三十年的發展在很大的程度以犧牲環境為代價，越來越多的人已經意識到添加一點植酸酶，原來就可以換一片綠意！ 　　植酸酶改變了飼料企業對酶制劑的認識，推動了中國飼料添加劑行業的發展，成為行業關注的熱點，同時也成為很多企業重點開發追求經濟效益的產品，從1994年進入中國，到1999年國內開始生產，再到2005年在國內市場進行生產或銷售的企業大大小小達數十家，并且還有許多大型的飼料企業紛紛宣稱要進入酶制劑這個生物技術領域，中國的植酸酶市場不由分說成了一個過度競爭的市場。這種情況下，“價格競爭”幾乎成為這些企業進入市場最重要的手段。
編輯本段現代發展
　　眾所周知，植酸酶這個產業不管如何發展，它從添加劑行業的熱點到慢慢退色將是必然，畢竟它支撐不了一個規模的行業，但它將一定能繼續為中國飼料業的發展作出它的貢獻，它帶來更多的將是行業社會效益，而不一定是企業效益。在中國飼料酶制劑行業扮演重要的角色的挑戰集團，一直在為行業的有序發展作著不懈的努力！ 　　當今科學以令人訝然的速度在發展，世人的思想也隨之在改變：過去，我們何嘗會想到“為了環保”去做些什么，眼下，就是在偏僻的農村，人們也知道保護環境就是保護自己。——“加上”一點植酸酶，就可以“減少”很多污染，這種加減法其中的精妙之處讓人無限遐思：沿著科技的軌道前行，我們擁有的將會是一個蒼蒼橫翠微的綠色家園！

劉佳適

1影響植酸酶作用的因素
　　1．1酶本身的活力CromwEll等（1993，1995）報道，添加500和1000U/kg高活力的植酸酶可分別增加玉米-豆粕型日糧磷利用率23%和33%，而添加500、1000和2000U/kg的低活力植酸酶提高日糧磷的利用率分別只有7%、10%和20%。
　　1．2底物的濃度及其分布在一定范圍內，植酸含量升高，酶催化反應的速度也隨之加快；但當其超過一定臨界濃度時，植酸酶的活性可被抑制。該臨界濃度因酶的來源不同而異，范圍從0.3mmol/L（來源于米曲霉菌）到20mmol/L（存在于大豆中）。
　　此外如前所述，谷物和油籽中植酸分布有其各自特點，這曳欠ㄐ畔⒇影響植酸酶的催化作用。
　　1．3溫度、濕度及pH值在浸濕和加熱下，種子中植酸可被降解，如浸濕和加熱到60℃持續10h可使干的小白豆中植酸減少90%（ChAng等，1977），這主要是種子中自身植酸酶活性升高的緣故。KEmmE等（1993）報道，用水浸濕日糧（添加微生物植酸酶）可提高鈣和磷的消化率，因而濕法喂豬這種技術不僅可以濕化飼料，而且可以促進酶的催化作用，提高日糧營養物質的利用率。
　　Simons等（1990）報道，低pH的發酵乳清有助于提高脂類飼料中植酸酶的活性；HEijEn等（1993）亦報道日糧中添加乳糖可明顯提高微量元素的吸收。這主要是由于其pH適合于酶的水解作用。
　　1．4植物的細胞壁植酸酶欲起催化作用首先得與植酸自由結合，因而細胞壁破裂使得植物組織中植酸釋放出來，是酶與底物結合的先決條件。HAn（1988）發現用溶細胞酶溶解細胞可使植酸酶的水解作用進一步升高。
　　1．5酶活的抑制物和激活物棉籽粕中的棉酚在腸道中可降低植酸酶活性。作為酸性磷酸酯酶的抑制物—NAF，對豆科植酸酶也起抑制作用（SutArDi等，1986）。Zn2＋、FE3＋和Cu2＋鹽對豆科中的植酸酶起抑制作用，而FE2＋對酵母植酸酶有輕微的激活作用（NAyini等，1984）。Mg2＋、CA2＋和Co2＋可激活菜豆和小麥的植酸酶（PEArs，1953），CA2＋能使花粉中植酸酶的活性提高近3倍（HArA等，1985；SCott等，1986）。
　　1．6鈣∶總磷的比率（CA∶TP）EDwArDs等（1983）報道，當日糧中鈣和磷增加時植酸磷利用率下降；QiAn等（1996）報道，火雞日糧中當CA∶TP比大于1.4∶1時，生產性能和磷的利用率降低。因此植酸酶提高磷利用率的作用與日糧中鈣水平有關（LAntzsCh等，1995），其作用機理有如下幾個方面：1）高鈣使得鈣和磷形成不溶性鹽，尤其當日糧中磷水平低于需要量時，從而降低了磷的吸收；2）高鈣和植酸形成的螯合物不利于植酸酶的作用，從而降低植酸酶活性和效率（WisE，1983；FishEr，1992）；3）高鈣可直接降低植酸酶的活性和效率（BhAnDAri，1980；JongBloED等，1993；LEi等，1994）。
　　1．71，25-二羥維生素D3（1，25-（OH）2D3）MitChEll等（（1995）報道，0～3周齡肉仔雞日糧中添加5μg的1，25-（OH）2D3或600U/kg植酸酶可替代0.1%的無機磷，當二者同時添加時可替代0.2%，而且植酸酶和1，25-（OH）2D3在體增重、骨灰分含量和佝僂病方面存在明顯互作（MitChEll等，1996）。WAssErmAn等（1973）報道，1，25-（OH）2D3可促進雞和大鼠對磷的吸收；EDwArDs（1993）報道，添加1，25-（OH）2D3可提高雞對植酸磷的利用率。因此一旦植酸酶將磷從植酸上釋放出來，1，25-（OH）2D3就可促進腸道對磷的吸收。EDwArDs等（1995）報道，1，25-（OH）2D3可提高仔雞對鈣的利用，這樣可以降低鈣對植酸酶活性的抑制（BhAnDAri，1980；JongBloED等，1993；LEi等，1994），因而腸道中1，25-（OH）2D3可間接提高植酸酶的活性，這在雞中得到了證實（DAviEs等，1970），但對鴨（EDwArDs，1994）和產蛋雞（MitChEll等，1996）還有待于進一步證實。
　　2植酸酶的應用劑量日糧中植酸酶的添加量依其植酸含量、動物品種及其他一些因素而定，如在蛋雞飼料中當底物（植酸）濃度在0.18%～0.20%左右時，磷當量為300U植酸酶＝0.08%～0.10%的可利用磷，即有50%的植酸被水解；而對肉雞和豬則需500U的植酸酶。肉仔雞、豬（仔豬和生長豬）和產蛋雞的推薦添加量分別為500～700、400～500和300～500U/kg日糧。
　　酶的應用還存在酶最大反應劑量問題。以往研究結果表明，豬日糧中添加植酸酶的最大反應劑量為700～1200U/kg（見表3），在低磷日糧中平均為1000U/kg。
　　表3豬對植酸酶的最大反應劑量
日糧 最大反應劑量
　　（U/kg） 有效磷水平
　　（%） 資料來源
斷奶仔豬 玉米豆粕型 1200 0.05 LEi等，1993
生長豬 雙低油籽粕高粱型 800～1200 0.06 VEum等，1994
生長豬 大豆粕半純合日糧 700～1000 0.05 Yi等，1996
　此外植酸酶、1，25-（OH）2D3和日糧中CA∶TP比是影響植酸降解和提高日糧中磷和鈣利用率的重要因素（QiAn等，1997）。如CA∶TP比從2.0∶1下降到1.2∶1，可使植酸酶的作用增加16%，提高鈣、磷的消化率和血漿鈣水平，增進骨骼性能，改善生產性能。
　　3植酸酶應用中有待進一步解決的問題
　　3．1適宜的pH值如常用的無花果曲霉菌植酸酶其最適pH為2.5和5.5，當pH低于2.5時其活性比pH在5.5時要下降48%，因而這使得如何在胃腸pH條件下保持酶的最大活性成了問題。
　　3．2酶的耐熱性雖然植酸酶有較高的耐熱性，但在70℃下制粒酶活性也有較大的損失。這已成為植酸酶能否在高溫制粒和高溫滅菌、消毒的現代飼料加工工業中得到廣泛應用的關鍵問題之一。