植酸酶的开发利用研究进展

欧阳富龙，等：植酸酶的开发利用研究进展　一１３一　植酸酶的开发利用研究进展　欧阳富龙彭媛媛张光磊贺建华　（湖南农业大学动物科技学院，湖南长沙４１０１２８）　

摘要：近年来植酸酶研究有了长足的进步，植酸磷、植酸酶的作用机理都比较清楚；酶　种分类也相对系统化，但不够完善；制备方法也比较成熟。本文对饲粮中的磷与植酸磷性　质、植酸酶的作用机理和研究进展展开综述，发现植酸酶在饲粮中的添加方式、作用效果及　耐高温、耐酸等耐性条件酶制备的研究仍是重点，并对其现存的问题进行分析。　关键词：植酸酶；植酸磷；分类；研究进展　

Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｄｖａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｈｙｔａｓｅ　Ｏｕｙａｎｇ　Ｆｕｌｏｎｇ　Ｐｅｎｇ　Ｙｕａｎｙｕａｎ　Ｚｈａｎｇ　Ｇｕａｎｇｌｅｉ　Ｈｅ　Ｊｉａｎｈｕａ　（Ｈｕｎａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｎｉｍａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｈｕｎａｎ　Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０１２８）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｐｈｙｔａｓｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｈａｖｅ　ｍａｄｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｐｈｙｔ￣ｅ　ａｎｄ　ｐｈｙｔａｓｅ　ｉＳ　ｃｌｅａｒ；Ｅｎｚｙｍｅ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ｎｏｔ　ｐｅｒ—　ｆｅｃｔ；Ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｍａｔｕｒｅ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｎａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ａｎｄ　ｐｈｙｔａｔｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｏｄｄｅｒ，ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｐｈｙｔａｓｅ，ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ａｎｄ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｄｄ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｐｈｙｔａｓｅ　ｉｎ￣ｄｄｅｒ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ，ａｃｉｄ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｅｎｚｙｍｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｗａｓ　ｓｔｉｌｌ　ｔｈｅ　ｆｏｃｕｓ，ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔ—　ｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｐｈｙｔａｓｅ；ｐｈｙｔａｔｅ；ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｄｖａｎｃｅｓ　

磷是动物机体所必需的矿物质元素之一，动物　主要从饲粮中获取所需要的磷。当动物体从饲粮　中获取的有效磷不足时便会产生磷缺乏症。其主　要表现为：骨骼变形、生长缓慢、佝偻病和骨软症；　妊娠母畜缺磷时，胎儿生长可能会受到影响；长期　缺乏则可能发生产后瘫痪、导致骨质疏松；雄性动　物缺磷易导致畸形和死亡精子数增加等ｕ“Ｊ。　为满足动物维持和生产对磷的需要量，人们　通常在饲粮中添加无机磷。但外源磷的添加又　导致了动物粪磷偏高、饲料成本增加、环境污染　等新问题。因此充分开发利用饲粮本身所含的　有机磷变成了必然选择。本世纪以来，众多研究　表明植酸酶的研究与开发及其在饲粮中的添加，　大幅度提高了饲粮中磷的利用率，有效的降低了　动物粪磷的含量，在一定程度上缓解了饲粮资源　浪费及环境污染的问题。本文对饲粮中的磷利　用及近年来植酸酶的研究及其在饲料中的利用　进行简要综述，并对其现存的问题进行分析，为　饲粮中磷利用的进一步研究提供参考。　ｌ饲粮中的磷、植酸磷及有效磷　１．１饲粮中的磷及植酸磷　磷是动植物机体不可缺少的元素，不仅参与　－－－——１４－－－——　中国饲料添加剂　２０１５年第７期（总第１５９期）　生物体的代谢，更是生物体的重要组成部分。因　为植物性饲料成本低、来源广、营养价值全面且　动物可吸收，因此绝大部分动物饲料来源为植　物。而绝大部分植物性饲料原料其本身含有可　为０．４９％，而米糠中的　含磷爨达１．７２％。然而　植物性饲粮中所含的磷不是１００％能被动物吸　收利用的，只有其中一部分磷（也就是有效磷）　能被机体吸收利用，其它的４０％一７０％的磷是　观的磷，如玉米中含磷量为Ｏ．３％，豆粕含磷量　以植酸磷的形式存在（其结构如图１所示）。　表１　几种常见饲粮原料中总磷、植酸磷及有效磷的含量　

注：此统计数据来源于２００４中国饲料成分及营养价值表。　植酸磷是一种六个磷酸基团的环状化合物，　但由于其环上的六个磷酸羟基上的氢原子比较　活泼，因此极易与其它二价三价的金属原子形成　螯合物。而植酸磷又几乎存在于所有的植物性　饲料中，占到总磷的５５％以上，在大多数油籽和　豆科植物中占干物质的１％～５％（如表１所　示）。其不仅与植物中６０％一７０％的磷结合，而　且还能与饲料中的其它二价和三价金属元素如　钙、镁、锌和铁等螯合形成极难溶解的化合物　（图１Ｂ）。这些化合物在单胃动物体内比较难以　吸收，因此绝大部分随着粪便排出体外，这就是　动物粪中含磷的主要原因。另外植酸磷还可以　与卵白质发生反应，天然植酸一卵白质二元复合　物（低于卵白质等电点ｐＨ介质时）或以金属阳　离子为桥，天然植酸一金属阳离子一卵白质三元　复合物（高于卵白质等电点ｐＨ介质时），降低卵　白质的利用率　ｊ　Ｏ从植酸磷的结构和以上研究　报道我们可以得出：植酸磷在饲料中不但影响动　物对磷的有效利用，增加了粪磷的含磷量，更影　响钙、镁、锌等其它矿物元素的有效性。事实上，　在没有植酸酶水解的情况下，植酸磷在单胃动物　中的抗营养作用远不仅于此。姚银花等　总结　植酸磷的抗营养性时指出，其主要表现在以下四　个方面：①植酸对金属离子有较强的络合性能，　降低这些离子的可消化性。②植酸抑制消化淀　粉、脂肪、蛋白质的酶类，影响动物对这些物质　的吸收。③植酸与内源蛋白质酶如胰蛋白酶　和糜蛋白酶结合，抑制酶的活性。④在低ｐＨ　时，植酸的阴性磷酸根基团能和蛋白质阳性基　团结合，尤其和氨基酸的氨基相结合，降低蛋　白质和氨基酸的消化率。而在畜禽日粮中添　加的植酸酶，其能在消化道内水解饲料中植酸　或植酸盐，释放出磷酸根离子和被植酸螯合的　锌、铜、钙、锰等矿物元素及蛋白质和氨基酸等　营养物质，使这些营养成分能被有效的吸收利　用。　１．２饲粮中的磷、有效磷及植酸磷的关系　前些年，研究者对总磷、有效磷及植酸磷、植　酸酶之间的关系开展了不少研究，发现这四种物　质之间存在着显著的相关关系。如贺建华　研　究认为植物性饲料中的总磷、有效磷和植酸磷存　在着以下关系：有效磷：Ｋ（总磷一植酸磷）＋植　酸磷ＸＡ，其中Ｋ为无机磷的有效性，Ａ为植酸　磷水解的有效性。不同动物采用的Ｋ值和Ａ值　不一样，如肉鸡一般取Ｋ值为０．７５，生长猪为　０．８５，而Ａ值在５０％～７５％之间波动。而方热　军等［８　利用体外透析法测定１９种植物性饲料和　２种混合性饲料磷的透析率，结果表明用于预测　饲料可透析磷的方程为：①Ｙ＝一０．７２５＋０．５６６　Ｘ总磷（ｇ／ｋｇ）一０．３５　Ｘ植酸磷（ｇ／ｋｇ）＋０．００４４　欧阳富龙，等：植酸酶的开发利用研究进展　一ｌ５一　×植酸酶（ｇ／ｋｇ）（Ｒ　＝Ｏ．９１８，ＲＳＤ　０．２０７，Ｐ＜　０．００１）；②真可消化磷（　ｋｇ）＝０　５４２＋ｌ　０１７　×可透析磷（ｇ／　）（Ｒ　＝０．８９９，ＲＳＤ＝０。２６１，Ｐ　＜０．０００１）。将方热军等的①②号方程整合可　得：真可消化磷（有效磷）＝０＿５４２—０．７３７＋　０．５７６×总磷（ｇ／ｋｇ）一０．３５６×植酸磷（　ｋｇ）＋　０．００４７×植酸酶（ｇ／ｋｇ）。在贺建华的公式中虽　然忽略了植酸酶的作用，但其Ｋ值是根据不同　动物进行修正的，其可能是把植酸酶的作用间接　计算在Ｋ值中。相对于贺建华，方热军的公式　ｏ　ＩＩ　Ｎｏ－Ｐ—ＯＨ　Ｉ　ｌ　－．ｃ．一　一ＯＨ　¨　Ｏ　（Ａ）　显得更精确，对植酸酶对植酸磷的水解作用也有　细致的数量等级关系。但根据近几年的研究来　看，由于不同植物性饲粮内含的植酸酶种类不一　样、催化活性不一　因此其适用范围有限。不同　的单胃动物个体间也存在差异，要找到饲粮中总　磷、有效磷及植酸磷　植酸酶之间精确的数量等　级关系也是不切实际的。况且随着微生物发酵　技术的提高，植酸酶的造价成本较低；严格按照　其数量等级关系添加植酸酶也没有太大意义。　因此近年来关于此方面的报道较少。　

ｆ、　（Ｂ）　图１植酸磷结构图［Ａ为Ａｎｄｅｒｓｏｎ（１９１４）提出的植酸磷结构图，Ｂ为Ｅｒｄｍａｎ（１９７９）　提出的植酸酶与钙、镁、锌等的螯合图］　’　２植酸酶的研究进展　自１９０７年，Ｓｕｚｕｋｉ和其他学者报道磷能从　有机含磷底物中释放出来，植酸酶就引起了人们　的注意，不过那时生产成本太高无法应用。但人　们并没有放弃对植酸磷的研究，１９３７年Ｐａｔ．　ｗａｒｄｈａｎ　首先证实了小白鼠有从植酸磷中释放　出磷的能力，自从那以后，大量研究证实不同动　物的小肠黏膜具有植酸酶活性。Ｎｅｌｓｏｎ【１　首次　提出由Ａ．ｆｉｅｕｕｍ曲霉菌产生的植酸酶能够提高　肉仔鸡对大豆粕植酸磷的利用率，达到与添加无　机磷相似的饲养效果以后，动物营养研究者们便　开始对外源添加植酸酶与提高植酸磷在饲料方　面的应用展开了大量的研究。　２．１植酸酶的作用机理　如今植酸酶的作用机理研究已经比较清楚。　植酸酶（肌醇六磷酸水解酶）是催化植酸及其盐　类水解为肌醇与磷酸（盐　）的一类酶的总称，属　磷酸单酯水解酶，是一种生物活性酶。它具有特　殊的空间结构，能够依次分离植酸分子中的磷，　将植酸（盐）降解为肌醇和无机磷，同时释放出　与植酸（盐）结合的其它营养物质。每个植酸分　子在植酸酶的水解下可释放出六个磷离子（即　每克植酸完全水解可产生２５—２６ｍｇ磷）。因植　酸分子的特殊立体构象，植酸酶开始水解植酸　具有立体专一性。植酸分子由肌醇环和６个磷　酸基团通过磷酸单酯键连接构成。立体构象中，　５个磷酸基团处于对称平面位置，剩下的１个磷　酸基团处于垂直轴向位置。根据Ａｇｒａｎｏｆｆ法则，　肌醇环上６个碳原子编码顺序是轴向羟基所处　碳原子为ｃ２，植酸分子中共面的５个磷酸基团