植酸酶的制备方法及其在家禽生产中的应用

孙胜祥 孙伟武 张宏利

摘 要：植酸酶是能水解植酸磷并释放无机磷的一类酶的总称，广泛存在于自然界。家禽饲料中添加植酸酶具有改善生长性能、提高饲料营养物质利用率等作用。本文重点介绍植酸酶的来源、制备方法、作用效果及其在家禽生产中的应用现状，以期为植酸酶在家禽中的高效应用提供一定参考。

关键词：植酸酶；制备；家禽；应用

中图分类号：S816.7 文献标识码：A 文章编号：1673-1085（2023）08-0074-04

植酸酶是将植酸（肌醇六磷酸）或植酸盐水解为肌醇、磷酸或磷酸盐的一类酶的总称[1]。饲料中很多磷是以植酸磷的形式存在，而单胃动物自身无法分泌植酸酶，因此，饲料中多数植酸磷会随粪便排出体外，从而造成磷的浪费以及环境中磷污染。此外，植酸还可与其他重要的营养物质（如蛋白质、维生素、矿物质等）结合，降低饲料的生物效价。研究表明，外源添加植酸酶可有效分解饲料中的植酸，释放出与之结合的营养物质，提高饲料利用率和生长性能，降低生产成本，同时也减少粪便中的磷排放[2]。目前，植酸酶的制备方法主要有植物提取法和微生物发酵法。植物提取法是直接从植物组织中提取，但是由于植物中植酸酶含量极低，而且所得植酸酶对单胃动物消化道内环境的适应性较差，故植物提取法在生产上的应用价值不大。而微生物发酵法所得的植酸酶稳定性较好、作用范围广，现阶段规模化生产和应用的植酸酶均采用微生物发酵法，主要使用的微生物是黑曲霉[3]。因此，本文主要对当前植酸酶的制备方法及其在家禽中的应用效果进行综述，以期为植酸酶在生产中的合理利用提供一定参考。

1 植酸酶的来源

自然界中，植酸酶的来源主要有3种：植物来源、微生物来源和动物来源。

1.1 植物来源的植酸酶

植酸酶在植物中广泛存在，如在花粉中或种子发芽时，植酸盐被植酸酶水解为磷酸盐和肌醇，供给种子萌发和幼苗生长的必要营养物质。来源于植物种子的植酸酶大部分属于非特异性的磷酸水解酶，最适温度范围为45～58 ℃ ，最适pH范围为4.0～6.0[3]。

1.2 微生物来源的植酸酶

该来源的植酸酶作用范围广、稳定性相对好，易规模化生产，应用价值最高。可产植酸酶的微生物有真菌、酵母和细菌等，其中黑曲霉是最佳微生物，其产生的酸性植酸酶，最适温度在53～70 ℃，最适pH范围在2.0～6.0之间。

1.3 动物来源的植酸酶

动物来源的植酸酶主要存在于哺乳动物的小肠及脊椎动物的红血球和血浆原生质中，含量较低。程辉彩等[4]研究表明，动物来源植酸酶的活力受体内、体外条件的影响非常明显，其有可能与碱性磷酸酶属同一种酶，最适pH值一般为7.0～9.0。

2 植酸酶的制备方法

植酸酶的制备法主要有植物提取法和微生物发酵法。植物提取法是直接从植物组织中提取，但植物组织生成植酸酶的数量非常有限，而且所得植酸酶在单胃动物的消化道内活性很低，故植物提取法没有生产意义。微生物发酵制备植酸酶是工业生产最主要的方法，下面主要阐述植酸酶的微生物发酵制备法。

2.1 菌株选育

目前提取植酸酶菌种的方法很多，有基因工程法、DNA重组法、诱变处理法等等。人们虽已成功利用DNA重组技术获得基因工程菌，但其生产的产品价格昂贵，作为添加剂难以在养殖企业中进行商业推广，所以必须对植酸酶菌种做进一步选种、选育和培养，最终获得具有实际应用价值的生产菌种，如有研究人员从土壤中分离出黑曲霉菌种，经紫外诱变从而获得优良菌种。具体选育流程为：提取黑曲霉→实验室培养→紫外线诱变→分离提纯→培养→提纯分离→培养使用。

2.2 发酵工艺

2.2.1 工艺流程 具体发酵工艺为：斜面菌种→种子罐→发酵罐→盐析→压滤→装盘→烘干→磨粉→包装。

2.2.2 工艺设备 所需设备包括发酵罐装置、加热装置、筛选装置、反应器、离心装置、提纯装置、粉碎装置、制粒装置、喷雾盘式干燥塔等。

2.2.3 工艺说明 菌种采用黑曲霉，种子罐中培养时pH为5，温度为45 ℃，搅拌转速为230 r/min，时间为6 h。发酵时搅拌转速为180 r/min，时间为72 h，其余与种子培养条件相同；发酵液经过滤除去菌体，将pH调至4以下，加硫酸铵，静置过夜，沉淀物经过滤后烘干，即得粗酶制剂。

2.2.4 植酸酶精制 将压滤所得滤泥溶于乳酸中，用树脂脱色，真空薄膜蒸发（40 ℃以下），再通过离子交换脱盐，喷雾干燥或冷冻干燥的产品为精制品，酶活在40万～60万IU。

2.3 植酸酶处理

为了减少酶制剂在饲料加工过程中及在动物胃肠道内的酶活损失，必须对植酸酶进行一定处理。有试验研究经过不同处理的植酸酶在动物体内的作用效果，结果发现包被颗粒状植酸酶的作用效果最好，微丸植酸酶效果其次，液体状植酸酶再次，粉状植酸酶的作用效果最差[5-6]。因此，实际生产中常用的2种植酸酶处理类型就是包被型和微丸式。

2.3.1 包被型植酸酶 包被操作一般是在喷雾盘式干燥塔中进行。其制备过程大致如下：植酸酶原液→过滤→植酸酶浓缩液→混合揉合成面团状→切割→制颗粒→包衣→干燥。

2.3.2 微丸式植酸酶 微丸式植酸酶制备过程为：混合→挤出成型（长条状）→搓断、滚圆→干燥。

2.4 發酵法制取植酸酶的特点

优点：植酸酶主要来源于植物和从微生物发酵中获取，从植物中提取的植酸酶产量少，且制粒时高温易失活，不适合单胃动物胃内的酸性环境；发酵法制取的植酸酶可以耐受高温的制粒温度，且能适应动物胃肠道的生理环境，并以其产量高、活性好、成本低、作用范围和稳定性好，易规模化生产等优点，使之成为植酸酶生产的主要方式，市场销售的植酸酶也主要是微生物植酸酶。

缺点：耐高温的菌种不易获得。

3  植酸酶的作用机制

植酸即肌醇六磷酸，广泛存在于植物中。植酸的络合能力非常强大，能络合多种常量元素、微量元素及蛋白质等形成稳定的复合物。而因为单胃动物自身不能分泌植酸酶，故无法将植酸水解，从而释放出络合的营养物质。此外，蛋白质被植酸络合成稳定复合物还会抑制体内多种水解酶的活性。而植酸酶能将植酸中磷酸基团逐个水解下来，最终形成肌醇，破坏植酸对矿物质和蛋白质的亲和力，从而释放出钙、鳞等矿物质和蛋白质，提高饲料的消化利用率。植酸酶降解植酸的具体代谢途径见图1。

4 植酸酶在家禽生产中的应用

4.1 植酸酶在蛋鸡生产中的应用

饲粮中添加植酸酶可改善蛋鸡产蛋率。郝二英等[7]研究发现，在产蛋高峰期饲粮中添加植酸酶对蛋鸡产蛋率、死淘率及蛋壳破损率并无显著影响，但在产蛋后期饲粮中添加植酸酶显著提高产蛋率，降低蛋壳破损率。王红梅等[8]研究表明，饲粮中添加植酸酶显著提高产蛋量、产蛋率以及钙利用率提高，并且没有降低蛋壳质量。此外，饲粮中添加植酸酶还可提高蛋品质。李延山等[9]研究不同植酸酶水平对鸡蛋品质的影响，结果发现，500 FTU/kg植酸酶即可满足蛋鸡基本需要，而2 000 FTU/kg植酸酶可显著提高鸡蛋蛋壳颜色，且有提高产蛋量、蛋壳强度、哈氏单位的趋势。杨玉等[10]也研究表明，饲料中添加植酸酶能改善饲料消化率，增加蛋重及蛋壳强度。而近年来越来越多的研究表明超量添加植酸酶也具有重要作用。郝甜甜等[11]研究表明，超量添加植酸酶可以分解超过90%植酸，还可以提高蛋白质、脂肪、 淀粉及矿物质元素的利用率，进而提高蛋鸡的产蛋性能，降低饲料成本。张扬等[12]认为超量添加植酸酶对动物影响的可能机制有以下三点：一是释放足够的磷；二是可通过提高采食量来增加营养物质的摄入与吸收；三是生成肌醇，肌醇是肌醇磷脂的组成成分，会参与如淀粉酶分泌、胰岛素释放和肝糖原分解等生理反应。

4.2 植酸酶在肉鸡生产中的应用

饲粮中添加植酸酶可改善肉鸡生长性能及钙、磷利用率等。黄兴国等[13]研究结果显示，饲粮中添加植酸酶显著提高肉鸡成活率及氮、磷和钙的表观利用率，而且饲料转化率也略有提高。王庆云等[14]试验报道，饲粮中添加植酸磷不仅可提高肉鸡生长性能，还能促进骨骼矿物质沉积，提高胫骨中灰分、钙、磷含量。李桂明等[15]试验表明，饲粮中添加植酸酶可显著提高肉鸡日增重，但会降低21日龄肉鸡的屠宰性能及肉品质，而对42日龄肉鸡的屠宰性能与肉品质无影响。Stefanello等[16]研究表明，添加相同植酸酶的情况下，肉用仔鸡生产性能雄性显著高于雌性。Woyengo和Wilson[17]研究认为，饲料中植酸酶推荐剂量为500 FTU/Kg，肉鸡饲料超量添加植酸酶，饲粮中降低0.15%非植酸磷水平后添加2000 FTU/kg植酸酶，可改善营养物质利用率，其中干物质利用率增加0.5%，粗蛋白质利用率提高28.8%，能量利用率增加0.5%，结果表明超量添加植酸酶比常规添加植酸酶更能显著改善肉鸡生产性能。

5 小结

植酸酶可以改善家禽生产性能，提高营养物质利用率，降低磷排放，减少环境污染，已在生产中被广泛应用。然而，植酸酶的作用效果与其添加水平、饲料加工方式、营养水平（钙、磷、蛋白质、纤维等）及动物生理条件密切有关。因此，植酸酶与这些影响因素的互作关系需要进一步研究，从而提高其作用效果。

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[17] Woyengo T A，Wilson J.Enhancing nutrient utilization in maize for broiler chickens by superdosing phytase.Animal feed science and technology，2019，252：234-240.

Preparation Methods of Phytase and Its Application

in Poultry Production

SUN Shengxiang1，2， SUN Weiwu1，2， ZHANG Hongli1，2

（1. College of Applied Technology， Gansu Agricultural University， Lintao  730500， China;

2. Lintao Agricultural School， Lintao  730500， China）

Abstract： Phytase is a group of enzymes which can hydrolyze phytate phosphorus and release inorganic phosphorus. The addition of phytase to poultry feed can improve growth performance and nutrient utilization. In this paper， the source， preparation， effect and application of phytase in poultry production were introduced in order to provide some references for the high efficient application of phytase in poultry.

Keywords：   Phytase; Preparation; Poultry; Application