植酸鹽的提取、克隆及抗?fàn)I養(yǎng)特性

植酸鹽的提取、克隆及抗?fàn)I養(yǎng)特性

植物酸是種子儲存磷酸的方法，主要以植物酸鹽和白色水體的形式存在。大米和小麥中的植酸鹽分別存在于糊粉層和糠麩中，玉米中的植酸鹽主要在胚乳中。植物中60%～80%的磷以植酸形式存在，植酸是磷酸肌醇構(gòu)成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具有12個質(zhì)子解離位點，其中6個具強酸性，電離常數(shù)為1.5:3個具弱酸性，電離常數(shù)分別為5.7、8和7.6。植酸與高價陽離子螯合能力強，形成植酸-蛋白鹽或植酸-礦物質(zhì)-蛋白鹽復(fù)合，可降低磷、鈣、錳、鋅、銅和蛋白質(zhì)的生物利用率，從而造成飼料中大量的磷不能被動物體吸收，隨糞便被排除體外，造成環(huán)境的污染；同時需要飼料中額外添加磷酸氫鈣等物質(zhì)補充動物機體對磷元素的需求，間接性造成有限資源的浪費。植酸酶本身是一種蛋白質(zhì)，是綠色、環(huán)保、安全的添加劑，通過各種飼料中添加植酸酶，增加植物中植酸磷的分解來滿足動物體對磷的需求，提高飼料中磷的利用率，合理的保護(hù)環(huán)境。1植物酸酶1.1采用生物強化技術(shù)，提高植酸酶活性植酸酶按來源可分為3種。一是天然植酸酶的提取，主要提取對象是植物、微生物和細(xì)菌，但天然植酸酶產(chǎn)量低，提純困難，成本高：二是通過發(fā)酵工程和生物技術(shù)，采用DNA重組使微生物產(chǎn)生的植酸酶活性大幅提高，從而很大程度降低了生產(chǎn)成本；三是通過克隆，將產(chǎn)生植酸酶的基因克隆到動物體內(nèi)，使動物自身產(chǎn)生植酸酶，從而大量利用植物性飼料中的磷。1.3植酸酶活性機制植酸酶包括很多種，根據(jù)植酸酶的結(jié)構(gòu)特點可分為2種：一種是肌醇六磷酸-3-磷酸酯酶，另一種是肌醇六磷酸-6-磷酸酯酶，在第6碳位點開始水解酶鏈而釋放出無機磷，然后再依次稀釋出其它碳位點的無機磷，最終酶解整個植酸分子；能將肌醇六磷酸(植酸)分解成為肌醇和磷酸。不同來源植酸酶作用機理有所不同；植酸的水解反應(yīng)可在消化道內(nèi)發(fā)生也可在飼料被采食前發(fā)生；在水解過程中植酸酶使植酸與蛋白質(zhì)之間的化學(xué)鍵斷裂，釋放出復(fù)合物中蛋白質(zhì)，從而提高蛋白質(zhì)的利用率。糧中鈣、磷水平是影響植酸酶活性的重要因索之一，高鈣和磷形成不溶性鹽，且高鈣能夠和植酸形成螯合物，不利于植酸酶的作用。2植物酸酶的應(yīng)用2.1植酸酶對豬日糧的影響植酸鹽大約以10.0g的濃度或以大約2.8g的植酸磷濃度普遍存在于肉雞日糧中。在家禽營養(yǎng)上，植酸鹽是一種多陰離子分子，它與帶正電的養(yǎng)分有很強的結(jié)合能力，很難被消化，所以植酸鹽中的磷僅部分可被利用，表現(xiàn)出它的抗?fàn)I養(yǎng)特性。(1）提高家禽生產(chǎn)性能。在蛋雞飼養(yǎng)試驗中，通過飼料中添加植酸酶與飼料中添加磷酸氫鈣的對比，可以得出在日糧中添加植酸酶蛋雞的產(chǎn)蛋率、日產(chǎn)蛋量普遍提高，提高程度與植酸酶的添加量有一定的關(guān)系，在雞的死淘汰率、料蛋比、破蛋率相對有不同程度的下降，在蛋雞的飼養(yǎng)中添加一定量的植酸酶對提高蛋雞的生產(chǎn)性能有很大的影響。李貴明等“植酸酶對肉雞生產(chǎn)性能及飼料養(yǎng)分消化率的影響”試驗中，添加一定量植酸酶對提高日增重和改善脛骨強度有顯著的效果。試驗證明飼料中添加植酸酶后喂養(yǎng)肉雞，死亡率下降，相同采食量情況下，肉雞體重有一定的提高，進(jìn)而降低了飼養(yǎng)成本。(2）提高植酸磷和礦物元素的利用率。植酸酶的主要作用是水解植酸釋放出磷，從而提高植物性飼料中的磷利用率，翟明仁等人的“肉雞低磷日糧添加植酸酶代謝試驗”以及其它家禽的試驗過程中，均設(shè)置添加磷酸氫鈣為對照組，測定試驗組家禽的糞便中鈣磷的含量、糞便中蛋白質(zhì)和糞便中植酸磷的含量均呈下降的狀態(tài)，測定試驗組中家禽的脛骨總灰分及脛骨含鈣量均有不同程度的提高。Jeroch等(1994)也認(rèn)為，用含低磷但含高植酸酶活性的谷物類飼料，肉仔雞可以滿足磷的需要。(3）提高蛋白質(zhì)，氨基酸的利用率。岳增華等人(2009)的“植酸酶對肉雞日糧蛋白質(zhì)和氨基酸利用率的影響”中，按體質(zhì)量相近和性別各半原則，隨機分成4組，每組設(shè)6個重復(fù)，每重復(fù)l6只雞。l組為不添加植酸酶的基礎(chǔ)日糧組(對照組)；2組為日糧中添加500U/kg植酸酶替代0.09%的無機磷試驗組；3組為日糧中添加500U/kg植酸酶替代0.11%的無機磷試驗組；4組為日糧中添加500U/kg植酸酶替代0.13%的無機磷試驗組。試驗分為試驗前期(0～21d)和后期(22～42d)。結(jié)果表明：在肉雞玉米一豆粕型日糧中添加植酸酶，粗蛋白利用率提高1.11%(前期)和0.86%(后期)；蘇氨酸利用率提高1.8%(前期)和1.94%(后期)，纈氨酸利用率提高1.69%(前期)和1.76%(后期)，賴氨酸利用率提高1.24%(前期)和1.35%(后期)，亮氨酸利用率提高1.58%(前期)和1.7%(后期)，苯丙氨酸利用率提高1.93%(前期)和2.05%(后期)，酪氨酸利用率提高3.39%(前期)和3.73%(后期)，組氨酸利用率提高2.35%(前期)和2.5%(后期)，由大量實驗結(jié)論得出添加植酸酶后肉雞對必需氨基酸的利用率有所提高。2.2在豬飼料和飼料中添加植酸酶在豬飼料中添加植酸酶，可使磷的利用率提高50%～70%，糞磷含量降低30%～50%，蛋白質(zhì)和氨基酸的消化率提高2%～5%，排泄量減少5%～l0%。釋放植酸鹽中被螯合的Ca、Zn、Cu、Fe等礦物質(zhì)元素，利用率提高9%～13%。Ketaren等(1991,1993)在仔豬飼料中添加植酸酶，明顯地提高了蛋白質(zhì)和氨基酸在小腸的消化率。John(1996)在豬飼糧中在較低磷水平下添加植酸酶，有效地提高生長豬的增重，平均日增重提高21.62%～68.30%，飼料報酬提高l0.1l%～58.60%。張永剛、劉建高等“植酸酶對生長肥育豬生長性能的影響“試驗中，非低磷狀態(tài)下添加植酸酶可以提高生長肥育豬的平均日增重和飼料報酬，但提高不到10%，可以得出，磷含量的水平影響著植酸酶活性的發(fā)揮。利用植物植酸酶來提高豬對飼料中植酸磷的利用率，在生產(chǎn)中是可行的，現(xiàn)在大量的試驗數(shù)據(jù)和實際應(yīng)用結(jié)果都肯定和支持了植酸酶的作用效果。2.3植酸酶在魚飼料中的應(yīng)用大部分魚類飼料都以植物性原料為基礎(chǔ)，而60%～80%的磷結(jié)合在植酸中，很難為魚類消化利用。為滿足魚類對磷的需要，飼料中又添加了大量磷，由于魚體內(nèi)缺乏分解植酸的內(nèi)源性植酸酶，未被動物體利用的大量植酸磷排出體外，造成磷的浪費；排出體外的磷進(jìn)入土壤和水中，造成BOD(生化需氧量)和COD(化學(xué)需氧量)值升高，水中溶氧量減少、水質(zhì)惡化等，養(yǎng)殖水體中排放的飼料磷促使水體中浮游植物大量繁殖，甚至可能誘發(fā)赤湖，造成海中滸苔泛濫，給江河湖泊及海水帶來巨大的損失。彭剛、陸全平等在“飼料中添加植酸酶對青蝦生長性能的影響”實驗中，通過飼料中添加植酸酶可以降低餌料系數(shù)，提高成活率，但對蝦肉和蝦殼粗灰分并無顯著性影響。在青蝦日糧中添加植酸酶可以促進(jìn)生長，降低餌料系數(shù)和死亡率，減少飼料中無機磷的添加量，減輕養(yǎng)殖水體的污染。王吉橋、葉林在“植酸酶在魚類飼料中的應(yīng)用”中，通過添加植酸酶可以促進(jìn)鯉魚、虹鱒等魚類磷的吸收，可以完全替代額外磷的添加，并且提高了蛋白質(zhì)及總能的利用率。因此，在魚飼料中添加植酸酶不僅可以提高飼料中的磷利用率，降低生產(chǎn)成本，還可以減少對魚賴以生存的水環(huán)境的直接污染。植酸酶作為一種新型綠色添加劑，在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖中，隨著國家對水環(huán)境保護(hù)的越來越重視以及為實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，植酸酶將具有更廣闊的應(yīng)用前景。3法律、法規(guī)、自然農(nóng)業(yè)等變量下的植酸酶活性當(dāng)前，飼料工業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)，行業(yè)競爭激烈，飼料原料資源偏緊、價格高漲以及原料行情波動頻繁等因素，使飼料企業(yè)競爭壓力加大。同時，面對磷資源的短缺及磷污染嚴(yán)重，已經(jīng)威脅到我國養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。為倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的號召，響應(yīng)保護(hù)環(huán)境的政策，植酸酶已經(jīng)成為飼用酶制劑中發(fā)展最快、最環(huán)保、最新型、最成熟的一種添加劑，具有較高的進(jìn)一步研究開發(fā)價值。但是在植酸酶的應(yīng)用過程中也應(yīng)注意一下幾點問題：(1）大量試驗證明，只有在飼糧中有效磷水平較低的情況下，植酸酶才能發(fā)揮其最佳性能，在有效磷較高的日糧中添加植酸酶效果不明顯。飼料中鈣磷比例協(xié)調(diào)，有利于植酸酶活性的發(fā)揮。(2）在飼料加工制粒過程中，溫度高達(dá)73～90℃，高溫使植酸酶活性大幅度降低。因此，在配合飼料加工過程中，應(yīng)采用合適的飼料加工工藝，確保減少植酸酶的活性的喪失。(3）在不同動物種類、性別、年齡中，動物體對植酸酶的需求有一定的差異，應(yīng)該根據(jù)動物的生長階段選用相應(yīng)的植酸酶。相同動物中，動物幼齡階段使用植酸酶的效果好于成年階段；單胃動物對植酸酶的需求相對反芻動物應(yīng)用要多。植酸酶又稱肌醇六磷酸酶，是一種能降解植物性飼料中的植酸及其鹽類的酯酶，屬于磷酸單脂水解酶。它作為一種酶蛋白，只有在適宜的環(huán)境條件下才能表現(xiàn)出高活性。植酸酶的最適合pH為4.0～7.5，在pH3.0時活性顯著下降甚至完全失活。細(xì)菌來源的植酸酶最