植酸酶
植酸酶
五 植酸酶的生产及工艺调控
1 植酸酶的生产
1.1 植酸酶的生产菌种
植酸酶广泛存在于自然界中，在植物、微生物中均有发现。早在 1907 年 Suzuki 等就在谷糠中发现了具有植酸酶活性的磷酸酶，据
报道，小麦、水稻、豆类、玉米及大麦等多种植物都能产生植酸酶，
但植物中植酸酶含量极低。为提高植酸酶的应用价值，人们将研究重 点转向了酶含量较高的微生物来源的植酸酶。
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植酸酶
植酸酶的理化性质
三 植酸酶的理化性质
植酸酶是一种单体蛋白, 其分子量因来源不同差异很大,一个大分子和一个小肽片断。研究发现无花果
曲霉植酸酶有594 个氨基酸残基, 其中包括 37% 的非极性氨基酸、 42% 的极性中性氨基酸、11. 5% 的酸性氨基酸和9. 5% 的碱性氨基
工业中的应用通过降解植酸盐, 提高饲料中磷利用率, 无机磷的用量
可以大幅度降低, 甚至可以完全被替代; 植酸酶有促生长作用
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植酸酶
植酸酶的应用及市场前景
, 可提高饲料中矿物元素,如钙、锌、铜、镁和铁的生物学利用率以
及饲料中蛋白质、氨基酸、淀粉和脂质等营养物质的利用率; 有利于 提高动物的生产性能。表 1列出了几种商品化植酸酶及其用于添加的
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植酸酶
植酸酶的生产及工艺调控
确定最适基质为椰子油饼，酶活达 30.1U/gds，其次是芝麻油饼，酶 活为 28.9 U/gds。在椰子油饼和芝麻油饼以1： 1的比例混合的基质 中，酶活可达 35 U/gds。在混合基质中补加 1%的葡萄糖可使酶活提 高至52 U/gds，进一步补加 0.5%的硝酸铵可使酶活提高到64 U/gds 。Singh 等研究了耐热霉菌 Sporotrichumthermophile Apinis 以芝 麻油饼为基质固态发酵生产植酸酶的工艺。利用 Plackett-Burman 试验确定影响发酵的主要因子为葡萄糖、硫酸铵和培养时间，然后以 响应面确定了最优发酵条件：葡萄糖 3%、硫酸铵0.5%、培养时间 120 h，优化后的发酵酶活较优化前提高了 2.6 倍，达 348.76 U/g DMR。
植酸酶
植酸酶的性质
• 植酸酶是一种能水解植酸为肌醇和磷酸的 一类酶的总称，它具有特殊的空间结构可 将植酸磷(六磷酸肌醇)降解为肌醇和无机磷 酸，属于磷酸单酯水解酶。是胞外酶。 • 其分子量因来源不同存在很大差异，这主 要是由于糖基化的原因造成的。植酸酶基 因在不同的表达系统中, 糖基化程度不一样。
植酸酶高产菌株选育实例
5)、酶活测定 制作定磷标准曲线。取发酵液10mL， 4000 r/min离心15 min去菌体,10倍稀释： 取0.1 mL稀释液+1.9 mL Tris— HCI(p7．5)+4mL植酸钠(2 mmo1/L)，55℃ 反应30 min，再加入4 mL反应终止液。显 色10 min。4000r/min离心10 min。波长 415 nm处测定OD值。
植酸酶生产应用中存在的问题
利用转基因植物生产植酸酶 以微生物作为转化受体生产植酸酶存在以下缺点： 第一，微生物发酵需要庞大的设备投资和高成本的 培养基 第二，原核生物不能对表达产物进行准确的翻译后 加工及蛋白质的糖基化 第三，通过微生物发酵生产的植酸酶能让动物感染 病原体
参考文献：
1.马俊孝.饲用植酸酶的研究进展 [J].饲料工业, 2010,31(16). 2.李晓宇，陈耀国，柳志强.植酸酶生产与应用的研究进展 [J]-中国农学通报， 2011,27（03）：257-261. 3.张若寒.饲用植酸酶应用技术现状及生产企业面临的挑战与机遇[J]-专家论坛， 2008,44（06）. 4.于平，陈益润.土壤中高产植酸酶芽孢杆菌菌株的筛选及鉴定[J]-中国食品学报， 2010,10(06). 5.贺建华.植酸磷和植酸酶研究进展[J]-动物营养学报，2005,17(01). 6.姚斌，范云六.植酸酶的分子生物学和基因工程[J]-生物工程学报，2000,16(01). 7.龙跃，杨博，王永华，等.植酸酶的高密度发酵、制备及其应用研究[J]-饲料工 业，2010,31(20). 8.汪世华，吕茂洲，等.植酸酶的现状及其研究进展[J]-广州食品工业科技， 2010,1（18）.
植酸酶在水产中的应用
植酸酶在水产中的应用说起植酸酶在水产中的应用，这事儿得从咱水产养殖的那些个日常说起。
你知道不，那些鱼虾蟹啥的，一个个看着挺欢实，其实它们吃食儿的时候，也有不少讲究。
就拿饲料来说吧，里面含有大量的磷，但这些磷啊，大部分都以植酸磷的形式存在着。
植酸磷这东西，对于单胃动物，尤其是咱们的水产朋友们来说，简直就是“难啃的骨头”。
为啥呢？因为它们体内缺少一种能分解植酸的酶，结果这磷的利用率，低得可怜，有时候连一成都不到。
咱就说这罗非鱼吧，一个个长得挺肥美，但要是饲料里的磷它们吸收不了，那长得再肥也是白搭。
这时候，植酸酶就派上用场了。
植酸酶啊，就像是个“磷的解放者”，它能把植酸磷水解成无机磷，这样一来，水产朋友们就能更好地吸收利用磷了。
你别说，这植酸酶的作用可不止于此。
它还能提高饲料的利用率，让水产朋友们吃得少，长得快。
这不，我隔壁老王家的鱼塘，自从用了植酸酶，那鱼长得跟吃了激素似的，个儿大肉厚，看得我都眼馋。
而且啊，植酸酶还是个环保小能手。
你没见那些没被吸收利用的植酸磷和无机磷酸盐，被水产朋友们排出体外后，对环境造成了多大的污染。
用了植酸酶，这些问题就迎刃而解了。
它能让磷的排泄量大大降低，减少了对土壤和水体的污染，实现了绿色水产养殖。
有一天，我去老王家串门，看着他那鱼塘里欢腾的鱼儿，忍不住打趣道：“老王啊，你这鱼塘是用了啥仙丹妙药啊，鱼儿们一个个都这么精神？”老王笑得合不拢嘴，说：“嗨，还不是用了植酸酶嘛！这东西真好使，鱼儿长得快，水质也干净多了。
”我跟老王聊得正起劲，他儿子小王也凑了过来。
小王是个大学生，学的是水产养殖专业。
他跟我说：“叔啊，这植酸酶啊，不仅能让鱼儿长得好，还能减少饲料的浪费呢。
你想啊，鱼儿吸收得多了，排出来的就少，这样一来，饲料利用率不就上去了嘛。
”我一听，心里那叫一个感慨啊。
这植酸酶，真是个好东西，既能让咱的水产朋友们吃得香、长得壮，又能保护环境、减少浪费。
这不就是咱们水产养殖者梦寐以求的吗？所以啊，我现在逢人就推荐植酸酶。
植酸酶的发酵生产及应用
植酸酶的发酵生产及应用植酸酶是一种能够水解植酸的酶类，在发酵生产和应用领域具有广泛的应用前景。
本文将从植酸酶的发酵生产和应用两个方面进行详细的探讨。
首先，植酸酶的发酵生产。
目前植酸酶的发酵生产主要采用真菌发酵的方法。
常用的真菌有产酸曲霉、黄曲霉、木霉等。
发酵过程主要包括菌种培养、培养基制备、发酵过程控制等几个步骤。
首先，菌种培养是植酸酶发酵生产的首要步骤。
优良的菌株是植酸酶产生的关键，需要通过筛选获得。
一般通过在选择性培养基中进行培养，利用染色剂或基因工程方法筛选得到高产酶菌株。
其次，培养基的制备对植酸酶的产量和质量也有直接影响。
植酸酶的合成需要碳源、氮源、矿质盐和适宜的pH等，因此，优化培养基的配方十分重要。
常用的碳源有蔗糖、葡萄糖等，氮源有蛋白酵解物、酵母粉等。
此外，培养基pH的调节也是关键之一，一般在酸性环境下植酸酶的产量较高。
最后，发酵过程的控制也是影响植酸酶产量的重要因素。
温度、pH、氧气供应等都会影响菌体的生长和酶的合成。
一般发酵温度在25-30摄氏度之间，发酵时间约为48-72小时。
其次，植酸酶的应用领域广泛。
由于植酸酶能够降解植物组织中的植酸，因此在农业、饲料、食品加工等领域都有广泛的应用。
植酸酶在农业领域的应用主要是改善土壤中的磷素利用率。
土壤中的磷素主要以植酸形式存在，但植酸对植物来说是不可利用的。
通过添加植酸酶可以将土壤中的植酸降解为可利用的无机磷，提高植物对磷素的吸收利用率，从而提高农作物的产量和质量。
在饲料领域，植酸酶的应用主要是改善畜禽对植物饲料的饲用价值。
植物饲料中植酸的含量较高，会对畜禽的消化系统造成不利影响。
通过添加植酸酶，可以降解植酸，提高植物饲料的能量价值和营养利用率。
在食品加工领域，植酸酶的应用主要是改善食品品质和可溶性磷含量。
植酸对人体来说是不可消化的，容易形成不可溶性盐类。
在食品制作过程中，通过添加植酸酶，可以将食品中的植酸降解为可溶性磷，提高食品的可溶性磷含量，同时改善食品的品质。
植酸酶发酵生产方法
植酸酶发酵生产方法我折腾了好久植酸酶发酵生产方法，总算找到点门道。
说实话，刚开始搞植酸酶发酵生产的时候，我就是瞎摸索。
最开始我就按照一些书本上的基本流程来，原料什么的就大概按照比例配好，感觉这事儿应该挺简单的，结果是大错特错。
就像是做菜，你以为把食材都放进去就行，其实每一步都有讲究。
我试过简单地把微生物放进去，等着它生产植酸酶。
但我不知道温度、pH值这些，这就像你想让种子发芽，但是环境完全不对。
微生物根本不怎么生长，那产出来的植酸酶就少得可怜。
后来我才知道温度这块很关键。
不同的微生物用来发酵生产植酸酶就有不同的适宜温度范围，就像不同的花需要不同的温度环境来开放。
还有pH值啊，我一开始完全忽略这个。
后来慢慢尝试调节，比试了好多个数值范围，发现这个对微生物的生长繁殖影响可太大了。
如果说微生物是士兵，pH值就是它们作战的地形。
不合适的pH值就像士兵们在沼泽地里战斗，完全发挥不出实力。
在发酵罐这一块我也吃过苦头。
我一开始用的发酵罐都没清理干净，残留了一些杂质，这就好比你把新房子和旧房子混在一起盖，结果肯定好不了。
这些杂质影响微生物的正常生长，导致植酸酶生产的质量和数量都不行。
后来我就开始谨慎起来。
每次用之前都仔仔细细清洗发酵罐，然后严格控制温度。
说到温度，我会在前期先做预实验，找到这个微生物最适宜的温度区间，再去大规模进行发酵。
pH值也是，我用酸碱度测试仪一点一点地调，直到得到比较合适的值。
我后来还发现，原料的质量和来源也很重要。
虽然都是那些原料，但不同产地或者不同批次的质量多少有点差异。
就像苹果，即使都是红富士，不同果树上长出来的味道也不一样。
我开始挑选质量更稳定的原料来源，这样发酵生产植酸酶的时候就更稳定了。
我想给想做植酸酶发酵生产的朋友一个建议，就是一定要做好记录。
每一次尝试，不管是成功还是失败，把温度、pH值、原料这些信息都详细记下来。
这样万一后面出现问题也好从之前的记录里找原因。
而且实验的时候不要嫌麻烦，条件之间要小幅度调整，这样才能找到最理想的组合。
植酸酶的分子量
植酸酶的分子量依来源不同差别很大，主要分布在35~200KDa之间，最大达700KDa，最小仅
10∼13KDa 。
大豆植酸酶为54kD，Greiner等从fababeans中分离的植酸酶分子力量约为65KD。
Laboure等发现玉米幼苗植酸酶由两个38KDa的同型二聚体组成，分子量为76Kda。
绿豆植酸酶达158kD。
A.terreus植酸酶分子量为214KDa，由六个约37KDa的小亚基组成。
酵母S1castellii植酸酶分子量为490KDa，它是一个四聚体蛋白，由一个125KDa的大亚基和三个70KDa的小亚基组成。
其余来源的植酸酶基本上都是单体蛋白。
此外，采用发酵法生产的植酸酶分子量在2000~50000，管式超滤膜系统可以将植酸截留达到浓缩的目的，且一次超滤浓缩达6倍以上。
采用管式超滤膜技术代替薄膜蒸发浓缩植酸酶发酵液，实现低能耗、低损失、高浓缩倍数、无污染。
植酸酶在水产饲料中的研究进展
结合，形成不易被消化的物质，而植酸酶能够分解植酸，释放出蛋白
质，从而提高蛋白质的利用率。
CHAPTER 02
植酸酶在水产饲料中的应用
植酸酶对水产饲料营养价值的影响
提高饲料中磷的利用率
植酸酶可以水解植酸，释放出磷，提高饲料中磷的利用率，减少 磷的排放，降低环境染。
促进水产动物的生长
植酸酶可以释放出植酸中的营养物质，提高饲料的营养价值，促 进水产动物的生长。
植酸酶在水产饲料中的前景 展望
提高植酸酶的活性与稳定性
探索适合水产饲料的植酸酶品种
01
通过基因工程或筛选具有高活性的植酸酶品种，提高其在水产
饲料中的活性。
优化发酵工艺
02
通过改进发酵工艺，提高植酸酶的产量和纯度，进而提高其在
水产饲料中的稳定性。
添加辅酶或激活剂
03
寻找能够提高植酸酶活性或稳定性的辅酶或激活剂，以改善其
基因克隆与表达
通过基因工程技术，将植酸酶基因克隆到 表达载体中，实现植酸酶的高效表达。
VS
基因改造
对植酸酶基因进行定点突变或插入等改造 ，提高植酸酶的活性、稳定性或抗逆性。
植酸酶的生产工艺研究
微生物发酵
利用微生物发酵法生产植酸酶，研究发酵条件、工艺参数等对植酸酶产量的影响。
化学合成
研究化学合成法生产植酸酶的工艺路线及优化方法。
植酸酶的作用机制
01
破坏植物细胞壁
植酸酶能够分解植物细胞壁中的植酸，从而释放出其中的营养物质，
提高饲料的营养价值。
02
促进矿物质吸收
植酸酶能够分解植酸，释放出磷酸和肌醇等矿物质，这些矿物质能够
被动物吸收利用，促进动物的生长和发育。
植酸酶测定
植酸酶活性测定植酸(Phyticacid).其化学名称为六磷酸肌醇，由1分子肌醇和6分于鳞酸结合而成，分子式是C6H18O24P6,通式为C6H6[OPO(OH)2]6,分子660.8。
植酸及植酸盐中的磷即为植酸磷，植酸广泛存在于谷物籽实和油料作物种子。
植酸酶(phytases)能将磷酸残基从植酸上水解下来，因此破坏了植酸对矿物元素强烈的亲和力，所以说植酸酶能增加矿物元素的营养效价，而且由于释放出的Ca2÷可参加交联或其他反应中去，从而改变了植物性食品的质地。
植酸酶一般只适于在单胃动物中使用。
反刍动物由于瘤胃微生物能合成植酸酶，因此在饲料中一般不需要使用植酸酶。
植物体中的植酸一般不以游离形式存在，而是与钙、镁、钠、钾等结合形成复合盐，植酸盐在多数植物中以植酸钙镁复盐的形式存在，但大麦中主要是植酸钾镁复盐，小麦中主要是植酸铁。
饲料中的无机磷可直接为肠道所吸收，而有机磷则需要先经酶的作用水解为无机磷，然后方能为肠道吸收。
单胃动物消化道中无分解植酸的植酸酶，故对植酸磷的利用率很低。
植酸的抗营养作用不仅表现在植酸磷的低利用率上，还通过整合或络合作用影响其它矿物元素如铁、锌、铜、钙以及蛋白质的可消化性，并抑制淀粉酶、胰蛋白酶、胄蛋白酶的活性。
测定原理植酸酶可以水解植酸钠释放出无机磷，通过加入锐铝酸核显色/终止液使水解反应停止，同时与水解释放出的无机磷产生颜色反应，形成黄色的帆铝磷络合物(NHQ PO4NH4VO3-16M O O3;,在415nm波长下测定磷的含量，以标准磷溶液为参照，计算酶活。
植酸酶的含量以酶活性单位表示。
1植酸酶单位定义为:在37℃、pH5.5的条件下，1分钟内从0.005ImOIL的植酸钠溶液中释放出1微摩尔(UmoD无机磷所需要的植酸酶量。
操作步骤样品准备样品粉碎过后过60目筛。
称取2.0g左右粉碎样品，放入4个IOomL烧杯中(每种样品4个重复)。
加入50 mL浓度为0.25 mL、PH为5.50、在冰箱中冷却的乙酸缓冲液并用磁力搅拌器搅动60分钟，使酶蛋白充分溶出，制成一个悬浮液。
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【原料】粉状植酸酶、液体植酸酶、包被型植酸酶与耐高温颗粒植酸酶之间的区别
植酸酶是生物技术与饲料科学相结合开发出的饲料添加剂，其主要作用是促进饲料原料中植酸的分解，释放出无机磷、肌醇及其他营养物质（金属离子、蛋白质、氨基酸、淀粉等），增加动物对这些营养物质的吸收利用率，从而降低饲料中无机磷的添加，更进一步降低饲料成本。
植酸酶是具有生物活性的生物大分子，对温度、湿度、pH、金属离子等极为敏感，容易受外界环境影响而失去生物活性。
目前，国内植酸酶的主要剂型包括粉状、包被、液体、耐高温颗粒等，各种剂型均有各自的优缺点。
一粉状植酸酶
市售粉状植酸酶一般有两种方式，一种是将纯化植酸酶发酵液与一定比例载体混合成一定酶活浓度的混合物，经过干燥而生产出的一次成型粉状产品；另一种是将植酸酶与载体吸附后干燥成高酶活的粉状原酶，原酶再与一定比例稀释剂混合，生产出特定酶活浓度的产品。
二者的区别是前者所有粉状颗粒上均有酶活的存在，而后者仅有一部分粉状原酶上有酶活，而稀释剂上无酶活分布。
粉状植酸酶简单的加工技术决定了此产品的优势和缺点，优点是生产工艺简单，成本低廉，适用于生产对植酸酶效价破坏小的饲料产品，可在冬春季时用于粉状配合饲料。
缺点是有效成分因裸露不能得到有效保护，产品贮存稳定性差，有效期短；活性成分抗逆性差；粉尘损失大，不利于生产人员身体健康，且污染环境；静电效应大，易造成静电损失，特别是用原酶二次稀释的产品，若稀释剂的容重与原酶不一致，易造成分级，流动性较差，在饲料中混合均匀度变异系数在8%~15%，远大于一次成型粉状植酸酶在饲料中6%~10%的变异系数。
粉状植酸酶的裸酶在动物采食后会迅速发挥作用，但是受消化道中酸、蛋白酶等的影响，效率下降较大。
二液体植酸酶
在饲料制粒后喷涂液体植酸酶，在现代饲料工业中已广为使用，其优点是成本相对低廉，同时避免高温制粒对酶活的影响。
缺点：①需要增加后喷涂设备，安装费用和日常维护成本较高；②生产过程中由于各种因素的影响，喷头易堵，造成生产被动；③用液体酶生产的产品酶活变异系数在20%~60%，远高于配合饲料要求的7%的变异系数；④植酸酶喷在颗粒料表面，在搬运过程中产生摩擦，植酸酶易随细粉落在袋底，使酶活不均匀；⑤酶在颗粒表面，对植酸酶无任何保护，酶活稳定性差；⑥雾化的植酸酶遇到饲料中的粉尘，易形成湿度大的结块，散落在饲料中，易发霉变质，影响饲料的品质，造成客户投诉；⑦对制粒质量要求高，粉率高时易使酶活不均匀，吸附在粉状饲料中植酸酶的浓度远高于颗粒料中的浓度。
鉴于液体植酸酶存在的缺点，选择澄清透明、运输使用过程中不易产生沉淀、pH 值远离等电点的高品质产品是有效使用液体植酸酶的关键。
三包被型植酸酶
包被型植酸酶是将植酸酶与适宜的辅料混合，挤压成型后抛圆，干燥成致密、球状固体制剂。
将大部分酶分子包裹于包衣内部，避免与外界不良环境接触。
优点是保证植酸酶的储存、运输、应用制粒等方面对外界不良环境的抵抗作用，始终保持完整可保证在饲料混合过程中均匀分布。
缺点：一是包衣的选择比较困难，需要保证与饲料原料中的植酸同步释放，在动物采食至食物变成食糜过程中逐步发挥作用。
二是植酸酶与底物发挥作用的时间、位置不好控制，做不到定点释放，效果较差。
四耐高温颗粒植酸酶
植酸酶应用大多以干粉粒的形式在饲料加工调质和制粒之前添加，而酶活性在制粒的过程中损失较小。
耐高温植酸酶采用基因定点突变和糖基化修饰的耐高温菌种、分子交联和凝胶包埋的分子固定化技术、应用稳定剂结合复合高分子多层包衣技术提高耐温性，阻止湿热因素以及其他物质对酶分子的破坏，进一步消除逆性因子对植酸酶的破坏作用，使耐高温植酸酶能在畜禽体内保持较高活力并发挥生物水解作用。
耐高温植酸酶具有酶解效率高、流动性好、耐高温、定点释放等几乎集中了粉剂、液体、包被的所有优点。
五结论
综上比较，在饲料生产中应用效果最好的植酸酶是天然耐高温颗粒型裸酶，随着基因工程和分子生物技术的应用，相信天然耐高温颗粒型裸酶会越来越多的应用于饲料行业。