植酸酶的作用及应用郑扬云•植酸(肌醇六磷酸)具有强大的络合力，通常与钙、镁、锌、钾等矿物质元素结合，形成不溶性盐类。

植酸(盐)广泛存在于农作物及农副产品中，很多谷物、油料作物中的植酸含量高达1％一3％，其中钙、镁、锌、钾等元素以植酸盐的形式存在。

因此植酸是一种抗营养因子．大大降低了微量矿物质的营养有效性。

植酸的这种性质会导致人和动物钙、镁、锌、钾等元素的不平衡性。

因此必须在动物的饲料中掭加钙钾等以补充矿物质，这大大提高了饲料成本。

同时饲料中天然磷的含量约为40％一70％，且以植酸磷的形式存在，而猪、禽的饲料中大量的植酸磷因不能被利用而从粪便中排出，造成环境枵染(磷富集化污染)。

•植酸酶是催化植酸及其盐类水解为肌醇和磷酸的一类酶的总称。

将植酸酶添加到动物性饲料中释放植酸中的磷分。

不但能提高食物及饲料对磷的吸收利用率，还可降解植酸蛋白质络合物，减少植酸盐对傲量元素的螯合，提高动物对植物蛋白的利用率及其植物饲料的营养价值。

同时也减少动物排泄物中有机磷的含量，减少对大自然的污染。

一、植酸酶的作用机理•植酸酶能将肌醇六磷酸(植酸)分解成为肌醇和磷酸。

植酸酶将植酸分子上的磷酸基团逐个切下，形成中间产物IP5，IP4，IP3，IP,.终产物为肌醇和磷酸。

不同来源植酸酶作用机理有所不同。

微生物产生的3一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2价镁离子(Mg2+)参与催化过程。

来源于植物的6-植酸酶，它首先在植酸的第6碳位点开始催化而释放出无机磷。

1g植酸完全分解理论上可释放出无机磷281．6mg。

植酸酶只能将植酸分解为肌醇磷酸酯，不能彻底分解成肌醇和磷酸，要彻底分解肌醇磷酸酯，需酸性磷酸酶的帮助，酸性磷酸酶可以将单磷酸酯、二磷酸酯彻底分解成肌醇和磷酸。

大多数微生物来源的植酸酶的作用机理如下。

•植酸→1,2,4,5-,6-五磷酸肌醇+D-1,2,3,4,5-五磷酸肌醇→1,,2,5,6-四磷酸肌醇→1,2,5-三磷酸肌醇或1,2,6-三磷酸肌醇→1,2-二磷酸肌醇→2-磷酸肌醇。

二、植酸酶的分类•按结构的不同，可以将酸性植酸酶划分为有代表性的组氨酸酸性磷酸酶(HAP)β-螺旋植酸酶（BPP）和紫色酸性磷酸酶（PAP）。

•(1)组氨酸酸性磷酸酶（HAP）•大多数知名的植酸酶都是HAP，这个类的所有•成员都有一个共同的活性位点保守序列RHGXRXP和一个水解磷酸单脂的两步作用机制。

Wyss 和他的同事比较了几种真菌来源的植酸酶的水解特性，提出了2个类别的HAP 植酸酶：一类有比较宽的底物特异活性，但是对植酸的特异活性比较低；第二类底物特异活性比较窄，但是对植酸的特异活性比较高。

（2）β-螺旋植酸酶（BPP）与HAP不同，BPP是最近发现的一类有着特殊水解机制的酶。

BPP基因已经从Bacillius subtili和Bacillus amyloliquefaciens中获得。

该分子的三维模型近似于有6个叶片的螺旋的基本形式。

对蛋白数据库的搜索，显示没有其他的已知磷酸酶有这种类型的结构。

依赖于Ca2+的束缚，具有热稳定性和水解活性。

BPP有2个磷酸盐束缚位点，对它的底物的水解出现在“剪切位点”和邻近的“亲和位点”，后者增加了对底物的亲和力。

Ca2+通过创造一个有利的静电环境使束缚变得容易。

但是，目前BPP没有已知的对应的磷酸酶，是否已在其他的细菌或者真菌中发现还有待于确认。

(3)紫色酸性植酸酶（PAP）另一个植酸酶Gmphy 已经从发芽的黄豆种子中分离出来了。

Gmphy 有着紫色酸性磷酸酶的活性位点保守序列。

它的三维结构和水解机制已经很明确了。

对基因数据库的搜索结果示，在植物，哺乳动物，真菌和细菌中显示了类似于PAP的序列。

纯化的Gmphy 的大小估计在70~72kda，和其他植物来源的PAP 的分子大小相近。

但是Gmphy 是仅知已报道的有较高植酸酶活性的PAP。

三、植酸酶的分布•许多作物籽实及其加工剐产品中均含有天然植酸酶，如小麦、玉米、大麦、黑麦、小黑麦、燕麦、水稻、豆类等籽实中植酸酶已被分离并鉴定。

不同作物种类及品种的植酸酶含量差异很大，如玉米、高梁、油菜籽的植酸酶活性很低，而小麦、小黑麦和黑麦的一些蒸馆副产品物均含有很高的植酸酶活性。

小麦、小黑麦和黑麦所含的植酸酶大部分在糠麸中。

Peers测定出小麦籽实不同部位的植酸酶活性占小麦籽实总活性的89％，其余部分很少。

种子休眠期的植酸盐与植酸酶是分开的，但在其萌发或加工及动物消化时植酸酶和植酸盐底物相互接触而使植酸盐分解。

四、植酸酶的作用效果•植酸是植物性饲料中普遍存在的一种抗营养因子．植酸中的磷大部分位于植酸盐中难以被猪和禽所利用而随粪便排出体外，污染环境，但添加植酸酶催化植酸盐的水解可提高植酸磷利用率20%~50%，减轻集约化养殖场排泄物中磷对环境的污染：植酸盐中的磷可以与饲料中的矿物质结合形成络和物降低动物对Zn,Mn,Ca,Cu,Fe,Mg等矿物元素的作用：植酸盐还可与蛋白质结合，从而降低这些营养成分的消化利用率。

为了提高磷的利用率减少磷的排泄量，畜牧生产上用植酸酶来解决该问题。

•(1)提高植酸磷的利用率。

所有植物性饲料都含有1％～5％的植酸盐，这些盐的含磷量占饲料总含磷量的60％～80％。

由于单胃动物消化道内不含植酸酶，导致其无法或不能很好利用植物性饲料中的磷。

•（2）消除植酸对矿物元素和蛋白质的抗营养作用。

植酸具有很强的结合能力，能够与许多矿物质晃素和蛋白质结合形成稳定的复合物，降低这些营养物质的利用率。

植酸被酶水解后，结合的营养物被释放来，提高了猪、禽对矿物质的利用率和蛋白质的消化率。

•（3）恢复消化酶的活性。

植酸可抑制体内多种酶的活性。

YMn(1983)报道，饲料中植酸的存在会使动物对淀粉的消化率降低。

有研究表明，大鼠日粮中添加植酸纳时脂肪的消化率有所降低。

饲料中添加植酸酶后可使淀粉酶、脂酶、蛋白酶恢复其活性，使整个日粮养分的消化率所提高。

五、植酸酶在畜牧业中的应用—在养禽业中的应用•（1）提高氮、磷利用率, 减少氮磷排泄, 降低污染•饲料中添加微生物植酸酶可使谷类和油饼类等植物饲料中酸磷所含的大部分磷释放出来, 从而满足动物对磷的需要, 提高磷的利用率, 同时减少了磷的排泄量. Belybain( 1994) 在蛋鸡中添加植酸酶, 结果粪尿中磷的排出量减少了40%, 由于粪尿中磷排出量的减少使磷对环境的污染程度也有了较大程度的降低. Nelson 等( 1968) 首先报导了日粮中添加植酸酶提高了雏鸡对植酸磷的利用率. Si-mons 等( 1990) 对4~6 周龄的玉米-豆粕型肉鸡日粮添加750~ 2 000 IU / kg 的植酸酶, 使肉鸡的磷排泄量减少25%左右.（2）提高钙的利用率, 增加骨骼强度, 减少钙沉淀钙是家禽不可缺少的一种矿物质如日粮中钙不足会降低磷的吸收率, 所以只有保持适当的钙、磷比才能保证蛋鸡对钙和磷的需要. 研究表明雏鸡最初14 d 内饲料中添加750 IU / kg的植酸酶可增加钙的吸收, 蛋鸡日粮中添加300 IU/ kg 植酸酶, 应将日粮钙减低0. 3%~ 0. 4%。

Simons 等( 1991) 发现, 日粮中总磷水平保持在0. 4%, 而植酸酶添加率从300 IU/ kg 单位提高到1 500 IU / kg 时, 胫骨断裂机率显著减少, 且断裂强度得到显著提高.结果表明钙和磷的沉积量随植酸酶的增加而呈线性增加, 但钙磷比大于1.4:1 后线性值出现负效应。

3）提高家禽生产性能, 降低生产成本荷兰的试验结果表明, 把微生物植酸酶加入低磷含量的基础饲料中可显著改善生长率和饲料利用率.接受250 IU / kg 植酸酶的鸡, 其生长率大大低于那些接受750, 1 000 或1500 IU / kg 植酸酶的鸡; 所食饲料中添加1 500 IU/ kg 植酸酶的鸡在0~ 24 d 内的生长率高于其它各组鸡, 说明植酸酶能明显改善饲料利用率. 在雏鸡饲料中添加0. 1% 的植酸酶可使雏鸡平均日增重和饲料报酬分别提高1%和4. 3%. 在以玉米和大豆粕为基础的鸡饲料中添加1. 0%的植酸酶可使鸡日增重提高到18. 5% ~ 39. 0%( P< 0. 01) .单安山( 1998)对鸡日粮应用植酸酶进行了可行性分析, 结果表明, 扣除节省磷酸氢钙的成本, 每吨饲料因添加植酸酶可节约12. 5 元.六、食品加工过程中的植酸脱磷•用食品级的植酸酶处理粮食，以分解粮食中的植酸(盐)，减少植酸对微量元素的螯合，提高粮食的营养价值。

在大豆加工中可对大豆蛋白进行酶催化改性，从而提高其营养和商品价值。

面包生产过程中添加植酸酶可以清除揉面中的植酸，面包制作中用的植酸酶应该是安全无毒，高活性，Ca2+依赖型的，最适pH应在4．5—5．0，并在30℃左右具有高反应速度。

浸渍是玉米浆的生产程序之一，浸渍是为了软化玉米粒，破碎细胞壁，从而获得玉米浆。

微生物植酸酶能加速这一过程，改良株胚的分离，获得高产量的淀粉和面筋，并能改善玉米浆的品质。

在谷物(玉米、小麦等)淀粉加工中处理废弃物，降低对环境的污染。

七、使用植酸酶时的注意事项•植酸酶作用效果与动物日粮中植酸磷的含量关系密切。

植酸磷含量在0.2%以上时，使用植酸酶有效，植酸（盐）含量越高，植酸酶效果越明显。

•植酸酶是蛋白质，对光、热较敏感。

而在饲料生产过程中，由于粉碎、预混、制粒以及其它添加剂的影响都可能使酶的活性受损甚至变性。

使用酶制剂，应尽可能减少生产工艺对酶的活性的影响，制粒温度最好不要超过80度，以保证植酸酶有较好的作用效果。

•大量研究证明，日粮中钙元素含量过高会造成植酸酶活性下降，影响植酸酶使用效果，因此，切忌超量使用石粉作为填充物造成钙超标。

•防潮：植酸酶一旦受潮易发生霉变且活力下降。

•防止高温：严禁烈日爆晒、烘烤等，否则均可导致酶活力降低或失活。

•避免接触强酸、强碱、重金属。

•尽可能缩短贮存期，使用有效期内的产品。

产品应置于通风、干燥、阴凉、避光处。

总结•植酸酶不仅可以解除植酸的抗营养作用，提高食物和饲料中多种矿物元素和蛋白质、氨基酸的可利用性，而且能够降低粪便排泄磷造成的环境污染，是一种新型的绿色饲料添加剂。

通过基因工程技术将高活性植酸基因转移到高产工业菌株的基因组中，构建高产、高活性的超级产植酸酶菌株，降低植酸酶的生产成本，植酸酶的应用必将越来越广泛。