植物植酸酶的特性及其影響因素的研究

植物植酸酶的特性及其影響因素的研究

0植酸酶的分布植物酸酶是指植物酸（六磷酸肌腱）和植物酸鹽的總稱，屬于磷酸單酯水解酶。植酸酶存在于細菌、部分真菌如啤酒酵母、無花果曲霉、黑曲霉以及少數(shù)根霉中;植物中特別是麥類作物種子中存在植酸酶;另外,在脊椎動物的紅血球和血漿原生質(zhì)中以及哺乳動物的小腸中也發(fā)現(xiàn)有植酸酶存在。來源于微生物的植酸酶屬3-植酸酶(E.C.3.1.3.8),來源于植物的植酸酶屬6-植酸酶(E.C.3.1.3.26)。目前研究、生產(chǎn)中所應用的主要是微生物植酸酶,但是,存在于植物中的植酸酶也是不容忽視的資源。為了在動物養(yǎng)殖業(yè)中更好地利用植酸酶,使植酸酶的活性更好地發(fā)揮,必須對植酸酶的性質(zhì)及其影響因素進行系統(tǒng)的研究。1不同品種小黑麥的植酸酶活性馬璽等研究了不同種類、品種麥類籽實中植酸酶的活性(見表1)。從表中可以看出,不同種類的麥類籽實中植酸酶活性的差異極大。黑麥中植酸酶活性最高,小麥黑次之,小麥中也有較高的植酸酶活性,而大麥、燕麥中的植酸酶活性很低。同一種類麥類的不同品種之間,植酸酶的活性差別也很大。在所測的4種小黑麥中,小黑麥8809的植酸酶活性僅為小黑麥92021的63.90%;黑麥2號的植酸酶活性是勝利黑麥的64.90%。2植酸酶的最佳ph值宋金彩等研究了pH值對微生物植酸酶活性的影響(見圖1);馬璽等研究了pH值對植物植酸酶活性的影響(見圖2)。微生物植酸酶對pH的反應有兩個高峰,第一個高峰在pH2.0處,但較小,第二個高峰在pH5.0處,具有最高活性。當pH值降到1.6以下或升到7.0以上時,植酸酶的活性完全喪失。石寶明等用另一種來源微生物植酸酶的研究結(jié)果與圖1有同樣的變化規(guī)律,但微生物植酸酶活性高峰后移到pH2.5和pH5.5處。有關(guān)植酸酶的研究表明,不同來源的微生物植酸酶在分子大小、結(jié)構(gòu)和特性等方面存在差異,如枯草桿菌植酸酶最佳pH為4～5,黑曲霉植酸酶最佳pH為1.8和5.7。事實上,微生物植酸酶并非是單一的一種酶,而是由植酸酶和酸性磷酸酶組成的一個酶系。植酸酶只能將植酸分解成肌醇磷酸,必須在酸性磷酸酶的協(xié)助下,才能將植酸徹底分解。無花果曲霉植酸酶包括PhA和PhB兩種,最適pH分別為2.5和5.5。在不同pH值下表現(xiàn)的酶活性與兩種酶含量有關(guān),宋金彩研究所用植酸酶最佳pH為5.0,且在pH2.0活性高峰較小,說明此酶PhA含量少。麥類籽實中植酸酶在pH5.5處酶的活性最大,其發(fā)揮作用的pH范圍較窄,僅在pH4.5～6.5之間才能保持較高活性,pH低于4.0或高于7.0時,植酸酶活性幾乎完全喪失。溫度升高,麥類籽實中植酸酶的適宜pH值降低。本研究還測定了其它幾種麥類籽實中植酸酶的適宜pH值,結(jié)果和小黑麥5305中植酸酶的變化趨勢一致,可見,這幾種麥類籽實中的植酸酶可能具有相同的結(jié)構(gòu)。3植酸酶活性不高宋金彩等、馬璽分別研究了溫度對微生物植酸酶和植物植酸酶活性的影響(見表2、圖3)。研究表明,在一定溫度范圍內(nèi),植酸酶活性隨溫度升高而增強,甚至遠遠超過標準條件下的酶活性,但當達到某一臨界溫度后,植酸酶的活性迅速下降。研究中發(fā)現(xiàn),不論是微生物植酸酶,還是植物植酸酶,溫度和pH值對酶活性的影響存在互作效應,降低pH值能提高植酸酶的熱穩(wěn)定性,而提高溫度可增強植酸酶對低pH值的耐受性。麥類籽實中的植酸酶,當pH值為6.0時,在45℃處具有最大活性,而當pH值為5.5、5.0時,則分別在50℃、55℃處表現(xiàn)出最大活性。宋金彩等的研究表明,不同pH條件下微生物植酸酶的相對活性與溫度的關(guān)系可用下列公式表達:式中:Y為相對活性;t為溫度。石寶明等的實驗結(jié)果與表2一致。4類籽實中植酸酶的熱穩(wěn)定性高溫能破壞酶蛋白分子的高級結(jié)構(gòu),使酶的活性下降或完全喪失。制粒、膨化等加工過程中的高溫對飼料中的酶制劑破壞很大。宋金彩等研究表明,微生物植酸酶在制粒和膨化過程中其活性分別損失了39.80和73.2%。提高微生物植酸酶的熱穩(wěn)定性仍是今后重要的課題。馬璽等研究發(fā)現(xiàn),麥類籽實中的植酸酶具有良好的熱穩(wěn)定性(表3)。粉碎的麥粒在70℃的條件下加熱1h,其中的植酸酶活性幾乎沒有損失,在80℃或90℃的條件下加熱1h,酶活性也僅有少量的損失,即使在100℃的高溫下處理1h,其中的植酸酶活性平均只降低12%左右。黑麥2號中的植酸酶在測試溫度范圍內(nèi)未見降低。這說明麥類籽實中的植酸酶熱穩(wěn)定性高于微生物植酸酶。麥類籽實中植酸酶由于在種子中不是單獨存在,而是和其它成分結(jié)合到一起,以結(jié)合態(tài)的形式存在,從而具有較高的耐熱性能。低純度的酶比高純度的酶耐熱,酶在干燥狀態(tài)下比潮濕狀態(tài)下對高溫的耐受力高,這可能也是麥類籽實中植酸酶具有良好熱穩(wěn)定性的原因。提純的植物植酸酶的耐熱性尚未見報道。目前,我國飼料制粒溫度一般在70℃～90℃,大多數(shù)的微生物植酸酶在這一溫度范圍內(nèi)易失活變性,而植物植酸酶在此溫度條件下相對較穩(wěn)定,因此,在顆粒料或膨化料中添加植物植酸酶值得今后進一步研究。5個月后剩余酶活情況宋金彩等研究了貯存對不同形式飼料中植酸酶活性的影響,貯存1個月后,粉料、顆粒料和膨化料中的酶活分別為加入量的79.6%、53.0%和22.0%,2個月后,剩余酶活分別為67.7%、41.0%和19.7%。馬璽等研究了貯存時間對干燥麥芽中植酸酶活性的影響(見表4)。干燥麥芽在室溫下貯存6個月,除大麥墾啤2號外,植酸酶的活性損失很小,仍保持84.36%～99.95%的活性。這可能是本試驗中干燥麥芽中的植酸酶未受到飼料中各種礦物元素和其它添加劑的破壞。貯存期間,第一個月酶活下降程度最大,以后逐漸減緩。最后3個月植酸酶活性降低很少。6種子中植酸酶活性的影響種子吸水萌發(fā)時,其中的植酸酶被激活并水解植酸鹽,釋放出無機磷供作物生長。因此,發(fā)芽可增強種子中植酸酶的活性。馬璽等研究了發(fā)芽對不同種類、品種的麥類籽實中植酸酶活性的影響(見表5)。從表中可以看出,發(fā)芽可顯著提高種子中植酸酶的活性。隨發(fā)芽時間的延長,植酸酶活性先增強,然后再逐漸降低。但不同品種發(fā)芽后植酸酶活性提高的程度不同,達到最大酶活所需的時間也不同。7無機磷的釋放宋金彩的研究表明(見圖4):300U·kg-1微生物植酸酶在64min中內(nèi)可分別從玉米、豆粕中釋放出16.83mmol·kg-1和14.56mmol·kg-1無機磷,分別占有機磷含量的37.43%和20.47%。不同時間無機磷的釋放速度不同,玉米和豆粕中的磷在最初15min幾乎沒有釋放,15～45min期間所釋放出的無機磷,分別占總釋放量的51.62%和38.80%,以后釋放速度又下降。麥麩中無機磷的釋放特點與玉米不同,開始時速度較快,以后速度減慢。馬璽等添加300U·kg-1由麥芽中提取的植酸酶,在37℃,pH5.5的條件下,經(jīng)過8h的培養(yǎng),釋放出的無機磷占植酸磷的比例分別為:玉米71.92%,豆粕38.94%。釋放的無機磷占植酸磷的比例與反應時間的關(guān)系可表示為:玉米:y=7.5755x+8.5118R2=0.9565豆粕:y=4.6145x+1.8743R2=0.9940玉米中無機磷的釋放速度和釋放程度均高于豆粕,與微生物植酸酶對玉米、豆粕中植酸磷的分解規(guī)律一致,這可能與植酸鹽的分布和存在狀態(tài)有關(guān)。8溫度和時間對植酸酶活性的影響微生物植酸酶在pH5.0,45～55℃范圍內(nèi)具有最高