植酸酶在猪生产中的研究及应用

李 涛 屈平平 王志远

（山东畜牧兽医职业学院，山东潍坊 261061）

畜禽饲料主要是由植物性饲料组成，常用植物性饲料中60%～70%的磷是以植酸磷或植酸盐的形式存在。猪等单胃动物消化道中缺乏植酸酶，不能有效利用植酸磷，使得饲料中磷的利用率仅有30%或更低，同时增加了粪尿中磷的排放量，对环境造成严重污染。另外，植酸作为饲料中的抗营养因子，与钙、镁、铜等金属离子结合，影响了微量元素的吸收，植酸的阴性磷酸根基团和蛋白质阳性基团相结合，降低了机体对蛋白质和氨基酸的消化率，植酸还抑制各种消化酶的活性，影响肠道对淀粉、脂肪、蛋白质的吸收。研究表明，饲料中添加外源性植酸酶可以解决以上问题。

1 植酸酶概述

植酸酶属磷酸单酯水解酶，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，释放出被植酸螯合的磷、钙等矿物元素及淀粉、蛋白质、氨基酸等营养物质。

1.1 植酸酶的种类和来源

（1）根据植酸酶脱磷位点不同，将植酸酶分为：3-植酸酶、5-植酸酶和6-植酸酶三种。3-植酸酶存在于植物、霉菌和细菌中，性质稳定，耐酸、耐高温，已被广泛应用于饲料工业。6-植酸酶只存在于植物中，对温度较敏感，超过60～65℃极易被破坏。关于5-植酸酶的报道较少，未见其在动物生产中的应用。

（2）据植酸酶的来源不同，将植酸酶分为：微生物植酸酶、植物植酸酶和动物植酸酶3类。微生物植酸酶主要来源于真菌、噬淀粉乳杆菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等。无花果曲霉菌和黑曲霉菌分泌的植酸酶量相对较高，噬淀粉乳杆菌 B4552 产生的植酸酶活性最高。植物植酸酶存在于小麦、大麦、黑麦、豌豆等谷物籽粒，其活性在不同种类植物中差异较大。目前，通过生物技术手段将植酸酶基因转入到玉米中，培育出转植酸酶基因玉米，使该玉米植株自身产生具有高活性的植酸酶。动物植酸酶主要存在于鸟类、爬行动物、鱼类等血液中，而哺乳动物的小肠及脊椎动物的红血球中的植酸酶，含量很少且活性很低，但是在反刍动物瘤胃中的植酸酶有较高的活性。

（3）按酶促反应的pH有效作用范围不同，将植酸酶分为：酸性植酸酶和中性植酸酶。

1.2 植酸酶的作用机理及酶活性影响因素

1.2.1 不同来源的植酸酶作用机理有所不同。微生物植酸酶（主要是3-植酸酶）作用于植酸时，首先从植酸的第3碳位点开始水解酯键而释放出无机磷，然后再依次释放出其他碳位点的磷，最终酯解整个植酸分子，此酶需要Mg2+参与催化过程。微生物植酸酶分解植酸的步骤如下：植酸→D-l，2，4，5，6-五磷酸肌醇→D-l，2，5，6-四磷酸肌醇→D-1，2，5-三磷酸肌醇、D-1，2，6-三磷酸肌醇→DL-1，2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。而植物植酸酶（主要是6-植酸酶）首先从第6碳位点开始释放出磷，分解植酸的步骤如下：植酸→L-l，2，3，4，5-五磷酸肌醇→D-l，

2，5，6-四磷酸肌醇、L-l，2，3，4-四磷酸肌醇→D-l，2，6-三磷酸肌醇、l，2，3-三磷酸肌醇→DL-l，2二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇、DL-l磷酸肌醇。最终单磷酸肌醇分解成肌醇和磷酸。

1.2.2 植酸酶活性受温度、pH值、矿物质、消化酶的影响。在饲料高温调制过程中（温度在80℃以上），随温度升高，变性植酸酶增多，活性也迅速降低。植酸酶在进入动物消化道后，胃肠道内pH也会对其产生影响。试验表明，植酸酶在pH4.5～6.0时，活性超过80%，在pH 5.5时活性最高，而pH高于或低于 5.5时活性都会到影响。另外，随饲料或饮水进入肠道内的矿物质及机体本身存在的各种离子都会对植酸酶的活性产生一定的影响。在实际生产中，应选择受矿物质抑制作用小的植酸酶产品，或减少饲料中矿物质的添加量。另外，植酸酶是具有催化活性的外源酶制剂，进入消化道时会受到内源蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶）的作用，而影响植酸酶活性的发挥。

2 植酸酶在猪生产性能中的应用

2.1 减少饲料中磷添加和粪尿中磷排放

朱金清（2018）在每吨饲粮添加200 g 植酸酶（植酸酶活性为5 000 IU/g）并减少50%磷酸氢钙添加量对肥育猪生长性能没有不良影响。由于减少50%磷酸氢钙的添加量，减少了粪尿中磷的排放，从而降低了对环境的污染。吴东（2013）在猪低磷日粮中添加750FTU/kg植酸酶，日增重都有一定程度的提高，料重比降低4.81%～13.14%，磷排泄量降低19.06%～26.09%，血清钙、血清磷含量、碱性磷酸酶活性各组间差异不显著。郭文文（2015）在正常磷水平下，添加植酸酶显著提高了干物质、粗灰分、有机物和磷的表观消化率，极显著降低了粪中磷的排泄量，铜、锌排泄量有降低趋势。低磷水平添加植酸酶极显著提高了干物质、粗灰分、有机物、磷、钙、铁、铜、锌的表观消化率，显著降低了粪中磷、钙、铁、铜、锌的排泄量。

2.2 提高饲料中矿物质和氨基酸利用率

植酸酶能解除植酸对蛋白质、淀粉、脂肪酸、脂肪酶和蛋白酶的螯合，提高粗蛋白、氨基酸、干物质、粗纤维和脂肪的利用率。王晶（2017）在低磷饲粮基础上分别添加 500、1000 U/kg的植酸酶，生长猪日增重升高、耗料增重比降低，灰分、磷、铜、铁、锰、镁、钴、苯丙氨酸、半胱氨酸的表观消化率提高，粪便中磷、铜、铁、锰和钴的排泄量降低，另外添加植酸酶显著提高了第 3 掌骨的骨骼长度。董国忠等通过在饲粮中添加植酸酶来研究其对生长肥育猪矿物元素利用和排泄的影响，表明添加植酸酶使生长猪对铜和锌的消化率和吸收量显著提高，添加植酸酶使育肥猪对粗灰分、磷、铜和锌的消化率和吸收量显著提高。

2.3 改善肠道生理状态，增强机体免疫能力

梁陈冲（2013）对比了在仔猪饲料中添加转植酸酶基因玉米来源植酸酶和微生物来源植酸酶两种来源的植酸酶对猪生长性能、营养物质表观消化率及肠道 微生物区系的影响，结果显示：第30d，与对照组相比，试验组回肠中总需氧菌、总厌氧菌、大肠杆菌、乳酸菌、双歧杆菌数量差异均不显著，且试验组间也没有显著差异；从趋势分析来看，试验组回肠中大肠杆菌、乳酸菌和双歧杆菌数量呈提高趋势，而总需氧菌和总厌氧菌数量未发现明显变化规律。第90d表现出与第30d相似变化规律，与对照组相比，试验组回肠中大肠杆菌、乳酸菌和双歧杆菌数量呈提高趋势。徐建雄等报道，在仔猪饲粮中添加适量的植酸酶可降低每克干粪样中的大肠杆菌数，可能是因为植酸酶促进了仔猪营养物质的吸收，肠道内可被大肠杆菌利用的营养物质及发酵物质减少，从而使大肠杆菌生长繁殖速度减慢，仔猪腹泻率下降。

3 添加植酸酶应注意的事项

3.1 添加量

植酸酶是通过植酸作用达到效果的，不同饲料配方植酸含量不同，其影响植酸酶的使用效果。由于影响植酸酶活性的因素较多，因此确定植酸酶的添加量和磷酸盐的取代量关系比较难掌握，用量太低，不能启动相关的生化反应，但过量也不能提高生化反应速度和程度，反而造成浪费。合适的添加量能够保证植酸酶的作用效果和较好的经济性能。目前研究表明，添加植酸酶后饲料磷的最高取代量为0.1%～0.12%。实际应用植酸酶时以部分替代无机磷较为合理和科学。一般认为饲粮中添加植酸酶500～1000IU·kg-1都是有效果的。

3.2 温度

高温会破坏植酸酶活性，饲料的热处理如制粒、膨化等工艺对植酸酶的活性有直接影响。不仅温度对酶的活性有影响，饲料热处理的持续时间也会影响酶的活性。为避免热处理破坏酶的活性，实际生产中采用冷压制粒、微囊包被、制粒后喷洒、拌入粉料直接饲喂等方法。

3.3 植酸酶剂型

目前市场上植酸酶的剂型主要有包衣型、粉状、颗粒状及液体状。包被型颗粒酶的热稳定性最好，因为其表面有一层坚固而易溶的薄膜包衣，它使植酸酶颗 粒与外界的空气和水分隔离，更利于植酸酶的稳定。而粉酶由于完全暴露在湿热环境中，所以其热稳定性较差。普通微丸酶相当于将植酸酶分子封闭在若干的小区内，隔离了分子与外界的接触，提高了植酸酶的热稳定性。这是由于对植酸酶进行包被处理，制成微胶囊后，使酶的热稳定性提高。避免了在胃液中作为蛋白质被降解而失活，因此能有效地水解植酸盐以提高营养物质的利用率。微丸和粉状植酸酶由于受环境温度的影响相对较大，酶活性下降，其促生长作用不如包被植酸酶，但也达到了猪正常生长的营养需要。

3.4 饲粮钙、磷和维生素D3水平

当饲粮中植酸磷水平在0.2%左右时添加植酸酶才有意义。如果钙磷比例过高，过量的钙在肠道内形成大量的不溶性植酸钙，从而植酸酶难以接近植酸分子而发挥作用。而低钙饲粮的钙水平有利于发挥植酸酶的添加效应。维生素D3对植酸酶有增效作用。维生素D3可促进小肠中钙的吸收，提高植酸酶的活性。玉米-豆粕饲料中缺磷时添加维生素D3可提高磷存留量，补充适量植酸酶使磷存留量进一步提高。研究表明，钙、磷比在1.4～1.6是植酸酶和维生素D3作用的最佳范围。