植酸酶替代无机磷在水产动物饲料中的应用.doc

植酸酶替代无机磷在水产动物饲料中的应用摘要 植酸酶作为一种微生物酶制剂，可分解植酸和植酸盐，使磷和其他营养物质得以释放和利用。 在水产动物饲料中添加植酸酶可以部分或全部替代无机磷酸盐。 从而节约饲料成本，减少了粪磷对环境的污染。 本文对植酸酶替代无机磷在水产动物饲料中的应用作一综述。关键词 植酸酶；无机磷；水产动物Abstract As a microbial enzyme preparation，phytase can decompose phytic acid and phytate.So that phosphorusand other nutrients to be released and utilized.Phytase can be added to replace some or all of inorganic phosphate in theaquatic animal feed.This article reviewed the applications of phytase alternative to inorganic phosphorus in aquatic animalfeed.Key words phytase；inorganic phosphorus；aquatic animal磷作为一种必需的矿物质元素， 在动物营养中发挥着重要作用（霍启光，2006）。磷在水产动物的植物性饲料中含量虽然较高， 但大部分以植酸及其盐的形式存在， 由于单胃动物尤其是鱼类的消化道中缺乏水解植酸的植酸酶， 因此很难有效利用以植酸及其盐形式存在的磷。 日粮中如果缺乏有效磷，会导致畜禽及水产动物生长发育缓慢、体重下降、 饲料转化率降低及骨骼畸形等一系列变化， 严重者可引起死亡 （常巧玲和訾乃涛，2005）。因此，为了满足水产动物对磷的营养需求，需要向饲料中添加无机磷， 结果大量未被利用的磷随着粪便排放到养殖水体中， 造成磷的浪费和水体环境的污染，极易引起水体富营养化，直至危及鱼、虾等水生生物的生存。植酸酶可将植酸水解为正磷酸盐和肌醇衍生物，释放出无机磷，从而提高植物性饲料中磷的利用率， 更好地被水生生物所利用。植酸酶因其在这方面发挥的潜在作用，不仅成为了研究热点， 同时也成为了应用最为广泛和成功的酶制剂之一（王爱民，2002）。1 植酸、植酸盐和植酸酶植酸，即六磷酸肌醇，在植物体中一般不以游离形式存在，在中性 pH 值条件下，具有极强的螯合能力，通常与钙、镁、钾、钠、锌、铁、铜及锰等物质形成不溶性的盐类， 从而降低饲料中这些矿物质元素的利用率（白东清等，2003）。植酸也能与可溶性蛋白质结合引起蛋白质变性， 导致蛋白质的消化率降低。植酸还可以导致消化酶的失活，如对胃蛋白酶、胰蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的活性有抑制作用，从而降低了蛋白质、淀粉、脂肪这些营养物质的消化吸收率。 植酸盐广泛存在于植物组织之中，其中在谷类、豆类和油科等作物籽实中含量最丰富， 且在植物性饲料中约 2/3 的磷以植酸及其盐的形式存在， 畜禽及水产动物对其利用率非常有限（NRC，1993）。植酸酶作为一种由微生物发酵生产制得的酶制剂，可分解植酸和植酸盐，促进饲料中植酸及其盐的分解，使磷、磷酸根结合的内源性酶和其他营养素得以释放和利用， 从而节省了无机磷酸盐的添加，减少了粪磷对环境的污染。2 植酸酶替代无机磷在水产动物饲料中的应用效果由于植酸酶可以将植酸和植酸盐中的磷释放出来，大量研究表明：在水产养殖中，应用植酸酶部分替代或完全替代饲料中的磷酸氢钙或磷酸二氢钙等磷酸盐， 表现出了较好的养殖效果和环境效益。2.1 提高磷的利用率并减少粪磷的排放 植酸磷能被植酸酶水解为可被水生动物利用的磷，因此，植酸酶可以促进磷的表观消化率的提高，并且可以促进磷在骨骼和肌肉中的沉积， 一般认为添加 植 酸 酶 使 磷 的 利 用 率 提 高 20 % 40 % 。Rodehutseord 和 Preffer （1995） 以虹鳟为对象 ， 饲料以大豆为基础，只含有植物性磷源，磷的含量低于最适含量，在饲料中添加 1000 U/kg 的植酸酶，结果在水温 15 时， 磷的利用率从 17 %提高到49 % ； 水温在 10 时 ， 从 6 % 提高到 25 % 。Chengn 和 Hardy （2002b） 报道 ， 添加 600 U/kg 日粮的微生物植酸酶可以将虹鳟对大麦、菜籽粕、小麦和次粉中植酸磷的表观消化率从 14 %、45 %、12 % 和 16 % 分别提高到 100 % 、75 % 、93 % 和81 %。 Sugiura 等（2001）报道，用植酸酶处理的以豆粕为基础的低灰分日粮， 虹鳟的粪磷排泄值为0.32 g/kg 日粮， 比饲喂商用虹鳟饲料的磷排放降低了 95 % 98 %。 曾虹等（2002）报道，在饼粕含量为 65 %的鲤饲料中，添加 1000 U/kg 的中性植酸酶可以将鲤对饲料磷的利用率提高 41.3 %，单位增重的磷排出降低 32 %。2.2 提高鱼的生产性能 对于植酸酶对鱼类生产性能的影响， 在不同种类的鱼中已经有较多的研究。有试验证明，在以植物性蛋白源为主的饲料中，植酸酶对于鱼的生长性能有一定的促进作用。Jackson 等 （1996） 在以全植物蛋白的饲料中添加植酸酶饲喂斑点叉尾 的试验中， 发现添加植酸酶对斑点叉尾 的增重有促进作用。 余丰年和王道尊（2000）在异育银鲫饲料中添加 1000 U/kg的植酸酶， 植酸酶组比对照组的体重提高了25 %。2.3 提高微量元素的利用率 植酸酶水解植酸的同时，还可以破坏植酸对矿物质的亲和力，释放被植酸络合的 Zn2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Mg2+等金属阳离子，有利于饲料中矿物质元素的吸收和利用，提高鱼类对微量元素的利用率， 并促进 Zn2+、Ca2+、Mn2+在鱼血液、骨骼以及肌肉中的沉积（刘晓辉，1998）。 Cheng 和 Hardy（2002b）试验发现，在以大麦、双低菜籽粕、小麦和粗小麦粉为原料的饲料中添加 500 U/kg 植酸酶，试验组和对照组虹蹲对饲料中钙、镁、锰、总磷和植酸磷消化率显著提高。程宗佳（2004）报道，在虹蹲基础日粮中添加 500、1000、2000 U/kg 和 4000 U/kg 的植酸酶显著提高钙、镁、锰和锌的消化率。2.4 提高蛋白质和氨基酸的利用率 在适宜的pH 值条件下，植酸在消化道中可与蛋白质作用形成难溶的植酸-蛋白质络合物， 降低鱼类对蛋白质的消化利用率，导致鱼体增重趋缓、饲料利用率降低、养殖成本增加。 在添加植酸酶后，可以使植酸盐蛋白质复合物分解， 将植酸络合的蛋白质释放出来，便于消化道分泌的各种蛋白酶作用，同时还可以使与植酸结合的内源性蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等得以游离和解抑制，营养物质提高消化率，因而提高了饲料的代谢能值 （杨雨虹等，2006）。Storehakken 等（1998）在均重 0.1 kg 大西洋蛙，以豆粕、 鱼粉为基础饲料原料添加植酸酶， 结果表明， 添加植酸酶明显改善了动物对蛋白质的表观消化率。 Cheng 和 Hardy（2002b）在以豆粕-明胶-糊精为基础的半纯合日粮中添加 500 U/kg 日粮的植酸酶可以提高粗蛋白质、异亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸和酪氨酸表观消化率，如果加大添加剂量，当达到 2000 U/kg 日粮或 4000 U/kg 日粮时，与不添加植酸酶的日粮相比，除了组氨酸、亮氨酸和甘氨酸没有影响外， 其他氨基酸的表观消化率均显著提高。2.5 提高能量的利用率 添加植酸酶可以释放被植酸络合的各种酶，提高淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等的活性或使其恢复原有的活性， 使日粮中养分的消化率有所提高。 Cheng 和 Hardy（2002a）在含玉米烧酒糟残液干燥物的饲粮中添加 0、750、1500 U/kg 和 2250 U/kg 4 种剂量的植酸酶， 测得虹鳟对各养分的表观消化率：干物质从 65.5 %提高到 76.9 %； 粗脂肪从 83.8 %提高到 90.9 %；总能从 71.8 %提高到 78.9 %。 一般认为，由于添加植酸酶增加了粗蛋白质和粗脂肪的表观消化率，所以总能的表观消化率和消化能增加 （杨雨虹，2006）。3 影响植酸酶在水产动物饲料中应用的因素3.1 饲料中钙、磷水平以及钙磷比值对植酸酶效果的影响 添加植酸酶能提高饲料中钙利用率，同时动物饲料中钙水平对植酸酶的有效性有较大影响。高俊杰和车向荣（2006）认为，饲料中钙水平影响植酸酶作用效果的机制可能是： 过剩的钙形成不可溶的钙-植酸盐复合物， 不利于植酸酶作用；其次，高钙日粮引起肠内 pH 值升高，从而降62009 年第 23 期中国饲料低植酸酶的活性；再次，过剩的钙可能竞争酶的活性中心， 直接抑制植酸酶的活性。 Simons 等（1990）报道，在低钙和高钙日粮中分别添加 250U/kg 植酸酶，植酸盐分别降解 62 %和 56 %。3.2 温度和 pH 值 温度和 pH 值是影响植酸酶在水产动物饲料中应用的首要因素。 植酸酶和其他酶制剂相同，属于热敏性饲料添加剂，对温度较为敏感，高温易失活，一般情况下不能耐受 70 以上的高温，温度在 85 90 时，酸性植酸酶的活性降为原来的 30 %， 甚至更低 （邢自力等，2003）。植酸酶有多个最适 pH 值范围，根据最适 pH值的不同，分为酸性植酸酶和中性植酸酶。来源于真菌和大肠杆菌的酸性植酸酶的酶活范围为 pH2.0 7.0，在 pH 2.0 2.5 以及 pH 4.0 5.5 两个区间都存在酶活高峰。 而中性植酸酶的酶活在pH 3.0 10.0 均有 50 %以上存活 （曾虹，2002）。在无胃的鲤科鱼类消化道中， 由于没有胃酸的分泌，消化道中 pH 约呈中性，不利于酸性植酸酶发挥作用；而在有胃鱼类中，由于具有胃酸的分泌，消化道中酸性增强， 有利于酸性植酸酶发挥酶效（王枫等，2007）。 因此，从 pH 对植酸酶活性的影响来看， 不同鱼类对植酸酶的应用效果将会有较大差异。3.3 有机酸 由于大多数微生物植酸酶在 pH 值为 2.5 和 5.5 活性最高，添加有机酸能提供一个有利于植酸酶水解植酸的胃肠 pH 值， 同时还可降低胃排空速度，延长植酸酶对底物的作用时间，因此，理论上添加有机酸可以提高植酸酶的活性。陈冬梅（2003）报道，柠檬酸和植酸酶合用，柠檬酸能加强植酸酶的作用，可以进一步提高饲粮钙、磷利用率， 以及植酸酶与柠檬酸合用存在的协同作用。影响植酸酶活性的因素还有许多， 如饲料在肠道中的存在时间， 植酸盐的可溶性及抑制剂和激活剂的存在与否 （张勇，2002）。 植酸酶来源不同，活性有差别。 此外，也与饲料类型及加工过程有关。4 植酸酶与无机磷相互替代关系的研究植酸酶与无机磷的替代关系目前无统一的定论。 曾虹等（2001）试验表明，在饼粕含量为 65 %的鲤饲料中， 添加 1000 U/kg 的中性植酸酶可以使鲤对饲料磷的利用率提高 41 % 59.4 %，单位增重的磷排出量降低 32 %。 当以增重为指标时， 饲料中添加的中性植酸酶对鲤增重的影响与添加 0.85 % 1.28 %的磷酸二氢钙相当，即添加1000 U/kg 中性植酸酶可替代 0.15 % 0.27 %的有效磷。 余丰年等（2000）试验中添加 1000 U/kg植酸酶分别与添加 9.0 g/kg 和 8.2 g/kg 的磷酸二氢钙相当。杨雨虹等（2006）在鲤的研究中认为，饲料中添加 1500 U/kg 和 3000 U/kg 植酸酶分别相当于添加 6.9 g/kg 和 8.0 g/kg 磷酸二氢钙。由此可见，试验对象、饲料配方组成、原料品质、 养殖环境等因素造成了各研究结果之间的差异。尤其是，如何确定植物性饲料中可利用磷和植酸磷的含量，以提高日粮中营养平衡的精确性；如何保持植酸酶在消化道内达到最大的活性； 以及植酸酶的添加对微量元素利用率的影响机理和适宜的添加方式， 以确定植酸酶与无机磷的相互替代关系还需要进一步的研究。5 植酸酶替代无机磷在水产动物饲料中的发展前景植酸酶可以有效地取代无机磷并减少鱼体磷的排泄量已得到了证实。 植酸酶能否在鱼类饲料中得到更广泛的应用主要取决于植酸酶的价格、效果和环境保护部门对磷排放量的规定 （曾虹，1998）。 当前对水环境的最大危害是磷污染，磷的污染会造成土壤硬化、结块，水质恶化，对人类的生存环境构成威胁。从提高饲料资源利用率和水产养殖业的经济效益以及环境保护等方面来看， 植酸酶在鱼饲料中的应用前景广阔，必须加强对其应用条件、添加方式和适宜添加量的研究，以期降低添加成本，提高经济效益和生态效益。参考文献1白东清，乔秀亭，魏东，等.植酸酶对鲤钙、磷等营养物质利用率的影响J.天津农学院学报，2003，10（l）：6 10.2常巧玲，訾乃涛.植酸酶在水产养殖中的应用研究J.饲料研究，2005，4：53 55.3陈冬梅.植酸酶和柠檬酸对肉鸡生产性能及钙、磷利用率的影响J.畜牧与兽医，2003，35（4）：9 12.4程宗佳.植酸酶在大豆产品型虹鳟鱼饲料中的添加量对干物质和营养成分表观消化率的影响（3）J.饲料广角，2004，16：32 34.5高俊杰，车向荣.影响植酸酶作用效果因素的研究进展J.畜牧与饲料科学，2006，6：59 61.6霍启光.动物磷营养与磷源M.北京： 中国农业科学技术出版社，7中国饲料 2009 年第 23 期11 月 18 日，由江苏牧羊集团主办的“创新牧羊 超越想象”系列观摩活动2009 牧羊新型双螺杆膨化机浙江粤海观摩会在浙江嘉善举行。 国内多家知名水产饲料企业的 60 多位代表出席观摩活动。这次观摩会在浙江粤海饲料有限公司举行，分为研讨和现场观摩两部分。研讨环节，江苏牧羊集团粉碎和膨化技术专家对“全新第三代超微粉碎机”和“新型 MY1202 双螺杆膨化机”这两款设备作了详细介绍，代表们就设备的结构性能、领先技术点和经济实用性等问题进行了提问和讨论，并就超微粉碎技术、膨化加工技术、水产饲料生产技术等进行了交流研讨。在现场观摩环节，全体代表现场观摩了两款设备生产对虾饲料、海水鱼饲料的运行情况，还对两款设备的性能进行了测试。 参会代表对两款设备高产量、低电耗的出色表现给予了高度评价，并纷纷采集了样品。近年来，饲料企业对水产饲料品质的要求逐步提高，膨化饲料生产技术受到人们越来越多的关注。 据悉，美国 70 %的水产饲料生产均采用膨化技术加工，我国水产膨化饲料的生产规模也越来越大，并正在逐步取代硬颗粒饲料的生产。江苏牧羊集团顺应这一技术发展趋势，立足创新，不断研制技术先进、性能优越的加工设备，并加大力度推广应用，目的就是让广大水产饲料企业共享饲料加工技术的新成果，在提升饲料加工品质的同时，有效降低饲料加工成本，使之真正为企业创造利润，为推动我国饲料加工机械工业的不断进步做出新贡献。持续创新 共享成果牧羊集团主办“创新牧羊 超越想象”系列观摩活动2006.7刘晓辉.植酸酶对蛋白质和矿物利用率的影响J.中国饲料，1998，15：12 13.8王爱民.酶制剂在水产饲料中的应用研究J.广东饲料，2002，11（6）：23 25.9王枫，韩志忠，董宏伟，等.植酸酶的酶学性质研究J.淡水渔业，2007，37（5）：23 25.10邢自力，陈华友，谢芳，等.植酸酶及其热稳定性研究进展J.中国生物工程技术杂志，2003，23（5）：31 35.11杨雨虹，郭庆，祖立闯，等.植酸酶对鲤鱼生长及磷利用率的影响J.淡水渔业，2006，36（5）：20 23.12余丰年，王道尊.植酸酶对异育银卿生长及饲料中磷利用率的影响J.中国水产科学，2000，7（2）：106 109.13曾虹，姚斌，任泽林.中性植酸酶 NPHYA 的酶学性质及其在鲤鱼饲料中的应用效果J.水生生物学报，2002，26（增刊）：67 74.14曾虹，姚斌，周文豪，等.中性植酸酶在鲤鱼饲料中的应用J.中国水产，2001，5：87.15曾虹.植酸酶的研究进展及其在鱼饲料中的应用前景J.上海水产大学学报增刊，1998：39 43.16张勇.植酸酶的研究及应用J.河南畜牧兽医，2002，2（23）：14 15.17 Cheng Z J，Hardy R W.Apparent digestibility coefficients of nutrients areimproved by phytase supplementation in corn distillers dried grain with solu-ble for rainbow trout （Oncorhynchus mykiss） J.Journal of Animal Science，2002，50：345 346.18 Cheng Z J，Hardy R W.Effeet of microbial phytase on apparent nutrientdiges tibility of barley，canola meal，wheat and wheat middlings，measured invivo using rainbow trout （Oncorhynchus mykiss）J.Aquac Nutr，2002，8：271 277.19 Jackson L S，Li M H，Robinson E H.Use of microbial phytase in channelcatfish Ictalurus punctatus diets to improve utilization of phytate phosphorusJ.World Aquacult Soc，1996，27：309 313.20 NRC（National Research Council）.Nutrient requirement of fishM.Na-tional Academy of Science，Washington D C，1993.21 Rodehutscord M，Pfeffer E.Effects of supplemental microbial Phytase onPhosph -orus digestibility and utilization in rainbow trout （Oncorhynchusmykiss）J.Water Science and Technology，1995，31（10）：143 147.22 Simons P C