植酸酶的來(lái)源與應(yīng)用1

1、植酸酶的來(lái)源與應(yīng)用1植酸酶的來(lái)源1. 1植物來(lái)源的植酸酶 植酸酶最早是在植物中發(fā)現(xiàn)的，早期的研究都集中在植物和動(dòng)物器官中。盡管植酸酶存在于多種植物的種子和花粉 中，其活性卻因植物的種類不同而有很大差別，如在豆類、谷類和油料 作物中，植酸酶的活力一般都較低。許多谷物飼料中含有一定數(shù)量的植 酸酶,如小麥來(lái)源的植酸酶可以使含小麥日糧中的植酸磷降解，但它們 的酶活性變異很大。在機(jī)械制粒過(guò)程中小麥的植酸酶活性并未被破壞。 在含豆科籽實(shí)的日糧中，雞可以產(chǎn)生利用植酸的適應(yīng)性，肉雞降解植酸 磷的能力受日糧鈣3和磷4水平的影響,但玉米、高粱和油籽餅中的 植酸酶活性很低5。Viveros等6測(cè)定了24種飼料的植酸

2、酶活性， 發(fā)現(xiàn)黑麥籽實(shí)的酶活性在所有谷物籽實(shí)中最高，其活性超過(guò)5 000 U/ kg , 黑小麥2 030 U/ kg，小麥1 500 U/ kg，而玉米胚、燕麥和高粱籽實(shí)幾 乎無(wú)植酸酶活性（小于100 U/ kg）。此外，來(lái)源于植物的植酸酶多屬于 62植酸酶，最適pH值在5. 07. 5，不適合在單胃動(dòng)物的酸性胃中起 作用，而且植酸酶在植物中含量較低，因而從應(yīng)用角度出發(fā)，自20世紀(jì) 60年代末植酸酶的研究轉(zhuǎn)向最適pH值為酸性、酶含量較高的微生物來(lái) 源的植酸酶。1. 2動(dòng)物來(lái)源的植酸酶動(dòng)物植酸酶存在于哺乳動(dòng)物的紅血球和血漿原生質(zhì)中。比起植物和微生物植酸酶，動(dòng)物植酸酶方面的研究非常 少，Patw

3、ardhan7首先證實(shí)小白鼠有從植酸磷釋放磷的能力，從此，大 量研究證實(shí)不同動(dòng)物的小腸黏 膜具有植酸酶活性8。植酸酶活性存在于小腸黏膜的刷狀緣，十二指 腸的酶活性最高。盡管在小鼠、雞和牛的腸粘膜上植酸酶降解植酸鹽的 活性已得到證實(shí)，已測(cè)定了人體部分組織中植酸酶的活性，但仍不了解 植酸酶在人胃和小腸中降解植酸鹽的活性如何。有學(xué)者認(rèn)為哺乳動(dòng)物小 腸中的植酸酶與堿性磷酸酶相同，因?yàn)閴A性磷酸酶確實(shí)有水解植酸磷的 作用，而且兩種酶有類似的亞細(xì)胞分布，它們對(duì)鎂、鋅的依賴性以及最適 pH值也類似，兩種酶的活性都受日糧因素如維生素D或低磷水平的修 飾。但是其他的一些證據(jù)又支持兩種酶是不同的酶，如酶的底物依賴性

4、 不同，被苯丙氨酸和氟化鈉的抑制特性不同。還有一個(gè)值得探討的問(wèn)題 就是動(dòng)物來(lái)源的酶是否是動(dòng)物體內(nèi)的微生物產(chǎn)生的。動(dòng)物來(lái)源的植酸酶 活性受動(dòng)物的遺傳特性和日糧營(yíng)養(yǎng)因素的影響，如小白鼠的酶活性比兔 的高9。小白鼠成年后的酶活性比幼鼠的低，相反，豬和雞則隨年齡的 增加，酶活性也增加10。以前認(rèn)為，單胃動(dòng)物如豬和家禽體內(nèi)產(chǎn)生的 植酸酶很少，因此飼糧中大多數(shù)植酸磷不能被消化，最終隨排泄物排出 體外。但是，后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，雞采食不添加非植酸磷和動(dòng)物性磷的低磷 日糧時(shí)，腸道植酸酶活性比添加無(wú)機(jī)磷的對(duì)照組高3倍11,故有人認(rèn)為 腸道酶活性的表達(dá)受調(diào)節(jié)機(jī)制控制，且對(duì)維持磷的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)十分重要 12。但一般而言，動(dòng)

5、物植酸酶含量較少且活性低，多胃動(dòng)物有瘤胃微 生物的植酸酶，可利用植酸鹽，單胃動(dòng)物則難以利用植酸鹽。 3 微生物來(lái)源的植酸酶1968年Shien等從68個(gè)土樣中對(duì)2 000 個(gè)菌株進(jìn)行考察發(fā)現(xiàn)，在所得到的22株黑曲霉中有21株能產(chǎn)生植酸酶, 確定第1個(gè)被分離純化的植酸酶來(lái)源于土曲霉。從此以后，陸續(xù)從十幾 種微生物中分離得到植酸酶，目前已知微生物植酸酶是32磷酸酶,屬于組氨酸酸性磷酸酶，是一種 糖基化蛋白，分子量約4560 kD。20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著生物技術(shù)和 發(fā)酵工程的發(fā)展，采用DNA重組技術(shù)使植酸酶的活性得到了大幅度提高, 為植酸酶的進(jìn)一步應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。微生物植酸酶活性最強(qiáng)的是真菌，

6、特別是Aspergilli屬的真菌。A ficuum（也稱為A niger）生產(chǎn)一種高 活性的32植酸酶，它水解植酸磷的最終產(chǎn)物是肌醇212磷酸，對(duì)這種酶的 研究也最徹底，已經(jīng)弄清楚了該酶的生理生化特性、氮末端序列13及 其蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)，目前生產(chǎn)的商用植酸酶大多數(shù)是由A ficuum生產(chǎn)的。酵母也是一種可能生產(chǎn)植酸酶的菌種，從21種酵母菌 中篩選，發(fā)現(xiàn)部分具有植酸酶活性，即它們可以在植酸磷的鈉鹽作為唯 一磷源的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，其中Schuuznniomyces castellii酶活性最高， 由它產(chǎn)生的酶已被提純并進(jìn)行特性研究，這種酶具有較廣泛的底物特異 性，而植酸磷是它最偏愛(ài)的底物

7、，而且它的適宜溫度比其他微生物來(lái)源 的植酸酶高。細(xì)菌來(lái)源的植酸酶研究相對(duì)較少，但如 Bacillus，Subtius，Klebsiella等細(xì)菌也具有植酸酶活性，12種乳酸 菌中有4種具有水解植酸磷的能力。2植酸酶應(yīng)用現(xiàn)狀 1植酸酶在飼料中的應(yīng)用2. 1. 1 能使飼料中植物有機(jī)磷得到有效利用。在飼料中采用植酸酶 替代無(wú)機(jī)磷的研究報(bào)道很多，龔利敏等14，高峰等15都證實(shí)了在不 同飼料中添加300550 U/ kg水平的植酸酶可使植酸磷的利用率提高, 生產(chǎn)性能顯著優(yōu)于對(duì)照組；與磷代謝有關(guān)的指標(biāo)如血清中磷的含量、脛 骨磷的含量、灰分中磷的含量均明顯高于不加植酸酶的對(duì)照組，并且脛 骨抗剪切力強(qiáng)度及應(yīng)

8、激能力有明顯提高。2. 1. 2 減輕江河、水域等環(huán)境污染。我國(guó)江河、水域污染極為嚴(yán)重, 而造成污染的關(guān)鍵是水體中的氮和磷過(guò)量,每年從畜禽糞便中排出的磷 就達(dá)250萬(wàn)之多，是水體富營(yíng)養(yǎng)化的罪魁禍?zhǔn)字?。大量試?yàn)研究表 明，日糧添加植酸酶可使糞中磷的排出量減少50 %左右，而通過(guò)外源磷的 添加或提高飼料轉(zhuǎn)化率的方法只能降低10 %磷的排泄，吳東16等采用 AA肉雛雞分5個(gè)處理進(jìn)行試驗(yàn)證明，在總磷、有效磷水平一致的情況下, 隨著日糧中植酸磷水平的遞增，磷的排泄量遞減。如此，我國(guó)每年磷排放 量可因此減少約180萬(wàn)七，將大大緩解水體的磷污染。2. 1. 3 能提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。周巖明等17，姚茂忠等1

9、8均證明， 在單胃動(dòng)物和禽類日糧中添加植酸酶可明顯提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。邊連全 試驗(yàn)生長(zhǎng)豬對(duì)普通玉米、豆粕、麥麩中磷的表觀消化率分別為20. 14%、 31. 42 %、49. 83 %;DDGS（玉米干酒糟及其可溶物）、玉米胚芽粕、米 糠中磷的表觀消化率分別為54. 64 %、26. 75 %、10. 85 %;小麥、稻 谷、高粱中磷的表觀消化率分別為50. 00 %、32. 42 %、16. 51 %;在 添加500 FTU/ k眥生物植酸酶的條件下，小麥、稻谷、高粱中磷的表觀 消化率分別為77. 64 %、74. 26 %、64. 38 %，表觀消化率分別提高了 27. 64 %、41. 8

10、4 %、47. 87 %。2. 1. 4 能提高鈣、鎂、鋅、錳、銅和鐵的生物利用率。其中對(duì)鈣、 鋅、錳、銅特別明顯并且促進(jìn)了動(dòng)物礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的平衡，特別是鈣、磷 平衡和銅平衡，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)物組織結(jié)構(gòu)的改善。如:使肉仔雞血清微量元 素鐵、銅和鋅等的濃度提高;提高雞的骨骼質(zhì)量，其脛骨灰分含量、磷含 量、脛骨折斷力和骨密度有顯著提高;雞的掌骨末端肥大區(qū)減少,增生區(qū) 增加,軟骨組織增加，并可促進(jìn)軟骨和骨細(xì)胞有序化。2. 1. 5 促進(jìn)動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)、氨基酸及碳水化合物的消化吸收。有報(bào) 道表明，添加植酸酶后,能使多種氨基酸消化率顯著提高,這說(shuō)明植酸和 蛋白質(zhì)鍵被植酸酶打開(kāi),并降低了植酸的水平,從而減輕了植酸對(duì)

11、胃蛋 白酶和胰蛋白酶等消化酶的影響。2. 2 植酸酶在食品中的應(yīng)用Sandberg19等研究食物中的植酸酶 在消化道內(nèi)降解植酸鹽的作用,當(dāng)在特定食譜中加入失去植酸酶活性的 麥麩,平均有95 %的植酸不被降解,而加入沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的麥麩時(shí),僅有 40 %的植酸不被降解。各項(xiàng)消化生理參數(shù)如:pH值、食物顆粒大小、胃 腸液的分泌等與人體類似進(jìn)行試驗(yàn)，在往菜籽粉中加入植酸酶,滲析液 中游離磷的含量增加了37 %20。Sandberg21等模仿條件研究了植 酸酶對(duì)鐵利用率的影響，證明植酸酶的降解可提高鐵的利用率。植酸對(duì) 鋅的利用率影響很大，鋅在小腸前端與植酸形成不溶性鰲合物，降低了 鋅的利用率。對(duì)人來(lái)說(shuō)，

12、脫植酸處理的大豆分離蛋白可以使進(jìn)入到紅細(xì) 胞中鐵的含量增加1倍，錳含量吸收增加2. 3倍22。由于豆類食品中 的植酸和蛋白質(zhì)相互作用，從而降低豆類食品中蛋白質(zhì)的利用率。大豆 中含植酸1. 02. 3 g，使用黑曲霉產(chǎn)生的處理植酸時(shí)，在溫度37C，處 理1 h可降解50 %，處理24 h可降解85 %。Know等往面團(tuán)中添加植酸 酶，結(jié)果植酸幾乎完全被降解，人的小腸中，植酸酶的活性極低，難以利 用植酸鹽,在面團(tuán)中加入同位素鐵,通過(guò)測(cè)定人血液紅細(xì)胞中的鐵含量 來(lái)檢測(cè)植酸酶對(duì)鐵吸收的影響，發(fā)現(xiàn)在面團(tuán)中加入黑曲霉植酸酶，鐵的 吸收率從14. 3 %提高到26. 1 %23。植酸酶添加于食品和飼料中，可 消除植酸所引起的抗?fàn)I