安徽技术师范学院学报,2003,17(3):213~216Jour nal of Anhui T echnical T eachers College植酸的抗营养作用及钝化途径(综述)杜永才1,周庆安2,3,何瑞国3(1.宿州职业技术学院动物科学系,安徽宿州234101;2.杨凌职业技术学院,陕西杨凌712100;3.华中农业大学,湖北武汉430070)摘要:本文综述了植酸的化学特性、植酸在常规饲料中的含量、植酸对动物的抗营养机理以及钝化植酸活性,提高饲料营养价值的途径。
关键词:植酸;抗营养作用;钝化;途径中图分类号:S816.11文献标识码:A文章编号:1672-3589(2003)03-0213-04ntinutritional Effect of Phytic Acid and Inactivated WayDU Yong-Cai1,ZHOU Qing-an2,3,HE Ru-i guo3(1.Department of Animal Science,Suzhou Vocational and technical College,Suzhou,234101;2.YangLing Vocational and T echnical College,Yang Ling,721000;3.H aZhong Ag riculture University,WuHan,430070,China)Abstract:T his paper reviews the chemical properties of phytic acid,the phytic acid content of con-ventional feed,antinutritional mechanism on animals and the w ays to inactivating the activity of o-phytic acid and improving nutritive value offeedKey Words:Phytic acid;Antinutrition;Inactivation;Way植酸(phytic acid),六磷酸酯环已六醇(myo-inosito-l hex akis phosphate,IP6)也叫六磷酸肌醇,分子式为(C6H28O24P6),结构式为C6H6[OPO(OH)2]6,具有很强的螯合力,可与多种物质形成螯合物[1,2]。
植酸一般以植酸盐形式广泛存在于植物体内,约占日粮的0.26%~ 1.37%,尤其是在植物籽实中,是植物储磷的主要形式,植酸磷占总磷的60%~80%,其中芝麻饼和米糠中植酸含量最高[3]。
植酸的含量取决于植物的品种、成熟期、加工程度、气候、水源、土壤、地理位置、生长年份以及生理状态(如发芽)等。
在pH中性条件下,植酸的磷酸基上至少有1~2个负氧离子,它可以通过两个阳离子将两个磷酸基络合起来。
植酸含磷最高达28.2%,是植物组织贮存磷的主要形式。
植物为了繁衍,在孕穗或结籽时,将从土壤中吸收无机磷以植酸的形式贮存起来,以供种子发芽或出苗时需要。
据报道,植酸及其前体,从一磷酸环已酯(IP1)到六磷酸环已酯(IP6),广泛存在于植物籽实及组织中,尤其是在谷物及油料作物的籽实中。
在植物中主要以植酸钙镁钾盐)))菲丁(phyotin)形式存在。
在成熟的植物籽实中,肌醇磷主要以植酸(IP6)形式存在。
但在谷物加工中,其它形式的肌醇磷可能存在。
Sandberg等[4]报道,在加热过程中,高温可将植酸转化为较低的五或四或三磷酸酯环已酯(IP5或IP4或IP3)。
收稿日期:2003-07-02作者简介:杜永才(1964-),男,安徽凤阳县人,在读硕士,讲师,主要研究方向为动物营养与饲料科学。
1植酸在常规饲料中的含量由于植物性饲料中的磷大多数以植酸磷的形式存在,而单胃动物体内缺乏植酸酶或酶的活性不高,长期以来人们往往是按照植物性饲料中磷的有效率为总磷的1/3来设计配方,有的甚至忽略不计,而用无机磷来满足动物对磷的需要,势必会造成磷源的浪费,导致磷的过量排泄。
植物性饲料中的磷以植酸磷和非植酸磷两种形式存在,非植酸磷并非100%为动物所利用,植酸磷的含量也不是简单的占植物总磷的2/3,植酸磷/总磷的值变化范围为0%~93%之间[5~7],不同植物性饲料中植酸磷的含量差异很大。
表1列出了部分常用植物性饲料中的植酸磷(PP)在总磷(TP)中所占的比例。
表1常用饲料中植酸磷占总磷的比例(%)T able1T he proportion of PP to T P in the F eed staffs(%)饲料名称Specice of feedstuff P P/T P T P饲料名称Specice of eedstuffPP/T P T P玉米M aize66(69.6)0.26(0.28)小麦W heat67(71.4)0.30(0.35)大麦Barley56(63.6)0.34(0.37)麸皮Bran70 1.37燕麦Oat560.34米糠Rice bran85 1.50豆饼Soybean41(0.59)高梁K aoliang68(55.7)0.31(0.17)豆粕Soybgan610.61豌豆G ar den pea(38.0)(0.37)芝麻饼Sesame meal81 1.27蚕豆Broad bean(44.4)(0.38)棉籽饼Cottonseed cake70(59.5) 1.07(1.05)苜蓿粉Alfafa meal)0.30(0.25)菜籽饼Rapeseed meal(62.8)(0.84)研究表明,不同饲料或同一饲料不同资料来源的数值不同,Ravindran等[8]分析了29种常用食物及10种饲料中的总磷及植酸磷含量,发现谷物、油菜和豆科籽实中植酸磷较高,达到总磷60%~ 80%,根和块茎中含有中等水平植酸磷,占总磷的21%~25%,绿色叶中植酸磷含量很低。
农副产品类饲料中,米糠及饼粕类植酸磷占总磷的56%~77%,其中芝麻饼及米糠中植酸磷含量最高,分别为3. 67%和3.65%。
Eeckhout等[5]报道在51种常用饲料中谷物及副产品的PP/T P值高于油料作物籽实,而块根、茎、脱水苜蓿等样品中的PP/T P值几乎为零。
植物成熟时,为以后发芽出苗贮备的磷以植酸磷的形式存在于种籽中。
小麦、稻谷、大麦及黑麦等的植酸盐存在于种子表层,而玉米贮存于胚芽中,豆类籽实的植酸盐分布于整个种子的蛋白质络合物中。
植酸含量与其他养分含量之间存在一定关系,但研究报道的文献资料较少。
Eeckhout等[5]认为小麦及其副产品中植酸磷与总磷呈显著相关(R2=0.953,RSD=0.06),玉米及副产品中植酸磷与总磷显著相关(R2=0.982,RSD=0.042)外,其它谷物和饼粕中植酸磷与总磷之间相关不显著;研究发现大豆(n=25)植酸与蛋白质、锌、钙含量呈负相关(P=0.05),与粗蛋白+铁含量呈正相关(P=0.05)。
2植酸对动物的抗营养作用2.1影响磷的消化与吸收植酸是饲料中不可忽视的抗营养因子,植物性饲料中大约2/3的磷与肌醇结合形成植酸。
畜禽要利用植酸磷,首先必须在消化道内使植酸水解成含磷的无机物。
植酸磷的利用效率取决于动物种类、年龄、小肠中植酸酶含量等因素。
单胃动物(猪、鸡、鱼等)因缺乏内源性植酸酶,饲料中的植酸基本不能被直接利用而随粪便排出体外,造成磷的大量浪费及对土壤和水源的严重污染,此问题在集约化饲养密度较高,而水和土地资源较为贫乏的地区尤为突出。
据相关资料,一个万头猪场,每年食入磷为27~44吨(平均40吨),排出磷为20~33吨(平均31吨),排出的磷相当于120吨磷酸钙。
植酸磷的低利用率导致了两个问题:¹需要在单胃动物日粮中添加无机磷,增加了饲料成本;º粪便中排出大量的磷,对环境造成污染。
反刍动物由于瘤胃微生物产生植酸酶的作用,植酸磷的消化率较高。
2.2影响矿物元素的利用植酸具有较大的螯合潜力,能与阳离子如Ca2+、M g2+、Fe2+、Cu2+、Mn2+等形成多种不溶性盐,使这些阳离子难为单胃动物及禽类利用[10]。
王康宁等[11]认为1mol/L植酸平均与1~6mol/L金属离子在肠道pH值条件下,形成不溶性的植酸盐。
稳定的植酸盐中Ca/P为1,而大多数植物性饲料植酸盐中钙少于磷,故能进一步络合钙。
由于钙在饲粮矿物质中含量最多,植酸钙是消化道中最常见的植酸盐。
214安徽技术师范学院学报2003年一方面,饲粮高钙容易形成大颗粒的植酸钙盐,使植酸盐更难溶,更难被植酸酶水解,植酸磷利用率、吸收率进一步降低。
另一方面,饲粮高植酸显著降低动物对钙的吸收,可导致动物缺钙,如幼畜的佝偻病。
植酸对动物日粮中矿物元素的影响是广泛的,但研究报道不多,特别是有关其机制研究则更少。
植酸及其所有前体(IP 1到IP 6)均可影响矿物元素的利用率。
Sandberg 等[4]证实,在饲料加工、动物胃肠消化过程中植酸可降解为IP 5、IP 4及IP 3,这些化合物进一步水解则更困难。
植酸对矿物元素利用率的影响程度与其在日粮中含量有关。
当植酸在日粮中占一定比例时(\1%),才影响矿物元素如Zn 、Ca 、M g 的利用,大鼠日粮中0.8%以下植酸不影响铜的吸收。
当植酸水平高于1%时会降低铜的吸收,其机制是植酸影响了铜在肠道中的溶解与吸收。
植酸对不同来源铜利用率影响不同,植酸对CuSO 4利用率降低最为显著(P<0.01),对天然饲料来源铜的降低最少。
植酸对矿物元素利用率的影响还与其他元素含量有关。
有学者提出,用[植酸]@[钙]/[锌]的摩尔比值评价锌的利用率,如果数值大于20时,可导致锌沉积量降低,动物生长受阻。
2.3 影响蛋白质吸收及消化酶的活性在动物消化道中,植酸在微酸性或碱性条件下,可与蛋白质、消化酶结合形成不溶性复合物。
当pH 低于蛋白质等电点时,带负电的植酸及其盐与蛋白质分子中精氨酸(Arg)、赖氨酸(Lys)、组氨酸(His)结合形成植酸-蛋白质二元复合物;当pH 高于蛋白质等电点时,以二价阳离子为/桥梁0形成植酸-金属离子-蛋白质三元复合物,从而降低了动物体对金属阳离子、氨基酸(AA)的吸收,抑制了消化酶(蛋白水解酶、淀粉水解酶、脂肪酶)的活性,使饲料中营养物质的消化与利用受到影响。
在发芽小麦日粮中,植酸通过与钙结合影响淀粉酶活性。
植酸对不同来源的淀粉酶活性抑制率达50%~100%。
植酸可与胰蛋白酶结合,从而降低饲料蛋白的消化率。
体外条件(in v itro)下,植酸对A -淀粉酶活性的抑制与蛋白质含量有关。