植酸酶在水产养殖中的应用研究进展

（河南省动物卫生监督所，河南 郑州 450008）

植酸酶在水产养殖中的应用研究进展

石海军

（河南省动物卫生监督所，河南 郑州 450008）

磷作为一种必需矿物元素，在动物营养中发挥着重要作用。磷在畜禽及水产动物等主要用植物源性饲料中含量较高，但其中大部分以植酸及植酸盐的形式存在，难以被机体利用。大量未被利用的植酸态磷、未被摄食饲料直接溶散的磷以及未被吸收的磷酸盐随粪尿排出体外，对环境造成严重的污染。磷排放量超标已经成为全球水体富营养化的主要因素。近年来，人们对养殖业的环境问题倍加关注，加之磷货源日益紧缺，价格不断攀升，如何合理有效减少无机磷的使用、提高饲料中植酸磷的利用率、减少畜禽及水产动物粪磷排放，以改善环境和节约资源，成为动物营养学研究的热点之一。

1 植酸酶的概念

植酸酶（Phytase）属于磷酸水解酶，是可以将植酸和植酸盐水解为可以利用的无机磷酸盐和肌醇的酶的统称，可以提高植物性原料中磷的利用率，并且可以减少粪便中磷的含量。植酸酶广泛存在于动植物组织和一些真菌和细菌中。已知自然界中存在两类植酸酶：一类为6-植酸酶，只存在于植物的籽实中，在种子发芽时被激活，并且水解种子的植酸，其适宜的pH值范围为0～7.5，这些酶会因为过多的底物或产物而受到强烈的抑制。另外，由于植物性植酸酶的耐热性差，在膨化加热处理的饲料中植酸酶的有效利用率很低。另一类植酸酶为3-植酸酶，存在于植物、霉菌和细菌中，而且要有二价镁离子参与反应。霉菌产生的植酸酶活性较强，比较耐热，在酸性条件下存在酶活高峰，与动物胃中的底物相适应。微生物来源的植酸酶使磷的消化率明显增加，因此商业生产的植酸酶均来自曲霉菌。

2 植酸酶在水产动物饲料中的应用

鱼类消化系统内缺乏内源性植酸酶，相对于畜禽更难利用饲料中的植酸磷，且水产动物饲料多为高鱼粉、肉骨粉含量饲料，而水产动物对鱼粉、肉骨粉等动物性饲料中磷利用率本身就很低（影响植酸酶在水产动物饲料中应用的因素约15%），对植物性饲料中磷利用率又有限（30%～50%），所以，虽然配合饲料中总磷含量超过0.5%，仍需添加1.0%～2.0%的磷酸氢钙或磷酸二氢钙等无机磷酸盐，来补充鱼类生长发育过程中对磷的需求。

由于植酸酶释放磷的作用，多项研究证明，在水产养殖中，应用植酸酶部分替代或完全替代饲料中的磷酸氢钙或磷酸二氢钙等磷酸盐，表现出了较好的养殖效果和环境效益。在对虹鳟的研究中，向以大豆产品或其他饼粕等植物蛋白源为基础的饲粮中添加酸性植酸酶，可以增加虹鳟日增重，提高磷的生物利用率（20%～40%），并能增加钙、镁、铜、铁、锡和锌等元素的利用率，大大降低粪磷的排放。Soares（1994）在欧鲈（Dicentrarchuslabrax）饲料中添加2 400 U/kg酸性植酸酶，鱼的生长与添加1.3%的磷酸二氢钙的生长效果相同，表明添加酸性植酸酶能起到节约无机磷的作用。罗琳等（2007）在日本花鲈（Lateolabraxjaponicus）试验中证明，用中性植酸酶部分替代磷酸二氢钙是完全可行的，并得出中性植酸酶1 000 U/kg替代80%左右的磷酸二氢钙综合生长效果最佳，也证明中性植酸酶存在一定的广谱应用性。据曾虹等（2002）报道，在饼粕含量为65%的鲤鱼饲料中，添加1 000 U/kg的中性植酸酶可以将鲤鱼对饲料磷的利用率提高41.3%，单位增重的磷排出降低32%。当以增重为指标时，饲料中添加中性植酸酶对鲤鱼日增重的影响与添加0.85%～1.28%的磷酸二氢钙相当。

在对水产动物饲料以植酸酶不同添加方式研究磷代谢中，Cain等（1995）报道通过酸性植酸酶预处理豆粕作为鲤鱼幼鱼（1.9 g）饲料。投喂商品饲料的幼鱼，每增重1 kg要排泄4.54 g磷，而投喂酸性植酸酶预处理豆粕饲料的幼鱼每增重1 kg仅排泄磷1.61 g，水中磷浓度较对照组降低了65%～88%，养殖环境得到很大改善，其表现出很高的环境保护效益。程宗佳（2004）报道，用冷挤压制粒法，研究添加酸性植酸酶对大豆产品型虹鳟鱼饲料中的应用效果，表明植酸酶可以在虹鳟大豆产品基础配方饲料中有效释放钙、镁、总磷、锰、锌，同时，还能提高干物质、粗蛋白和大部分氨基酸（除色氨酸和酪氨酸以外）的消化率。结果显示，在虹鳟饲料中添加500 U/kg饲料的植酸酶效果最佳，添加高于1 000 U/kg饲料的植酸酶并不能进一步提高植酸磷的消化率。这表明植酸酶在水产动物豆粕型日粮配方中存在最适添加量的问题，过量添加并不能得到较好的应用效果。余丰年等（2000）设计了酸性植酸酶预处理豆粕的工艺，研究植酸酶预处理豆粕在异育银鲫日粮中的应用效果，结果显示，植酸酶的添加显著降低了豆粕中植酸磷的含量，添加500 U/kg植酸酶可分解60%的植酸磷，添加1 000 U/kg的植酸酶可分解80%的植酸磷，证明植酸酶体外预处理原料添加方法的可行性，并且发现随着植酸酶添加量的提高植酸磷的分解呈上升趋势，但是没对此体外植酸酶预处理豆粕工艺最适植酸酶添加量和最大植酸磷分解量进行研究，实际应用中还需进一步探讨。Baruah等（2007）采用先筛选植酸酶和柠檬酸最佳配比500 U/kg：3%，后用此配比预处理豆粕的方法，配制日粮饲喂野鲮（Labeorohita），有效地提高了植酸磷的分解效率和饲料中磷的生物利用率，同时给我们提供了如何更加有效在水产动物饲料中应用植酸酶的新方法。

由此可见，用植酸酶预处理原料的使用方法是植酸酶在水产动物饲料中应用的有效途径，并表现出了较好的应用前景，但此方法还应经大量中试试验，对其预处理工艺的工艺参数进行完善和优化后，方可推广。

3 影响植酸酶在水产动物饲料中应用的因素

植酸酶活性单位IU是在37℃、pH值5.5条件下，1min内从0.0051mol/L的植酸钠溶液中释放出1μmol的无机磷所需要的酶量。活性越高，单位时间内水解植酸、植酸盐的量就越多。因此，在使用中应创造植酸酶发挥作用的适宜条件，避免植酸酶损耗。

3.1 温度

植酸酶的活性大小受到温度及pH值的影响。Sugiura（1999）等报道，微生物植酸酶的最适温度为55℃，最适pH值5.3；在37℃时，酶的水解速度远大于15℃时的水解速度。这表明在未达到最适温度之前，植酸酶的活性随温度的升高而增加。

3.2 pH值

在其他条件不变时，酶在最适pH值时活性最高。微生物植酸酶的最适pH值为5.3，因此日粮酸化处理可以增加微生物植酸酶的活性。Sugiura等（1999）报道，在含微生物植酸酶的日粮中添加柠檬酸可以进一步提高灰分的利用率，尤其是钙、总磷、锶、锌等元素的利用率显著提高。同时，不同来源的微生物植酸酶因菌株、生产工艺不同，活性存在差异，对鱼类的作用效果也有区别，需要进行饲养试验确定不同来源酶的最适添加剂量。

3.3 鱼的种类

不同种类鱼因其消化道环境存在差异，植酸酶的作用效果也不同。鱼分为有胃鱼和无胃鱼，其消化道内的酸碱度差别较大，它们对植酸的消化率也不同。吉红（1999）研究表明，无胃鱼消化道pH值为6.8～7.3，对植酸盐的利用率仅为8%；有胃鱼（如虹鳟）胃液中可分泌盐酸，pH值较低，适合于酸性植酸酶，对植酸盐的利用率则为19%。

3.4 植酸酶的添加方式

植酸酶的添加方式也影响着使用效果，目前采用的方法有直接添加到饲料中、制粒冷却后液态喷涂和对饲料预处理三种方式，但这三种方法均存在着弊端，第一种由于制粒温度过高，酶活力损失大；第二种容易造成植酸酶集中在粉化的小颗粒中，而这些小颗粒料通常被回收重新制粒，使喷涂的植酸酶被破坏，并且在贮存过程中会发生饲料的粉化，从而使表面的植酸酶脱落损失；最后一种涉及水解过程，在生产中难以推广应用。

4 植酸酶在水产动物饲料中的应用前景

自20世纪90年代广泛开展植酸酶研究以来，植酸酶的应用很好地解决了植物性蛋白原料中植酸磷不能被利用又污染环境的问题。由于近几年水产养殖业对水环境的污染加剧，磷源日益减少，迫切需要加强植酸酶在水产动物饲料中的开发、应用和推广，使植酸酶在社会、经济、环境效益中发挥更大的作用。

植酸酶在水产动物饲料中的应用还有待进一步探索，解决其应用方式、保留更高的酶活性是首先要解决的问题。开发耐高温水产动物专用植酸酶产品，加大植酸酶与磷替代关系及其评价的研究以及植酸酶与各影响因子关系的研究；加大水产动物，尤其是无胃鱼饲料中使用植酸酶的基础理论研究工作力度，加强开发研制、突破中性植酸酶表达量低的瓶颈等将对我国淡水环境保护起到重要作用。随着基因工程等分子生物技术的不断发展，对植酸酶的研究及应用等问题将会逐步得到解决，相信植酸酶在节约资源、保护生态和发展环境友好型水产养殖业等方面有着广阔的应用前景。□