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植酸酶在猪饲料中的应用

作者:张汀来源:中国猪e网时间:2009-06-04 16:12点击:

      摘要:植酸酶是一种水解酶,能降解饲料中的抗营养因子植酸并释放出无机磷及与植酸结合的蛋白质、微量元素等,特别是提高了饲料中植酸磷的利用率,减少磷的排放量,降低环境中磷的污染,并能消除植酸的抗营养作用,提高饲料各种营养组分的消化利用率。本文综述了植酸酶应用于猪饲料中的经济和生态意义,阐述了在猪饲料中应用植酸酶来发掘饲料中潜在的营养价值,减轻高磷对环境的污染这一生态畜牧业发展方向。

     关键词:植酸酶 猪 饲料 应用

     植酸酶替代无机磷饲料已进入大规模应用阶段,它所体现的经济效益与社会效益已是不争的事实。畜禽饲料中添加植酸酶不仅可提高植酸磷的消化率,减轻养殖业带来的磷污染,保护环境,还可改善蛋白质、氨基酸和能量的利用效果,提高畜禽生产性能。
     磷在动物生长发育过程中起着重要作用,与钙等物质共同形成骨骼和牙齿,以磷酸根的形式参与各种生命代谢活动,如物质的磷酸化,DNA、RNA的生物合成及糖代谢等。是饲料中较昂贵的组分,同时作为自然界不可再生的资源,一方面在过度开采磷矿,我国磷矿的含量低,生产1吨磷酸氢钙要排出3吨左右的磷渣,全国每年有300万吨磷渣无法利用,也造成严重的环境污染。另一方面磷又被大量排放,我国每年从畜禽粪便中排出的磷达250万吨之多,排出的磷相当于1562万吨磷酸氢钙。与此同时,谷物原料中总磷的70%无法被利用。大量排放的磷又是水体富营养化污染的主要原因之一。磷的过渡消耗和污染已经成为人们普遍关注的问题,解决磷污染,节约有限的磷矿资源迫在眉睫。
     2001年的国家环保总局的《畜禽养殖污染防治管理办法》及一系列“无公害”方面的法规标准的出台,限制了畜禽排泄物中磷的超量排放,这就要求我们更加科学地进行饲料配制,在饲料中应用植酸酶以降低磷的使用及排放。


      1.植酸的抗营养特性及猪磷的代谢

 

   

      1.1   植酸(亦称六磷酸肌醇)或植酸盐广泛存在于植物体内,约占日粮的0.26%~1.37%,在植物性饲料原料中有60%~80%的磷以植酸磷形式存在的,是饲料中主要的抗营养因子之一。中性pH条件下,植酸的磷酸基团上至少有一个或两个负氧离子,它可以通过阳离子将两个磷酸基团络合起来。图1是植酸和植酸盐的复合物的化学结构。
      从图1的结构可以看出,植酸还会影响多种营养物质的消化吸收,它常和二价或三价阳离子、蛋白质、胃蛋白酶、胰蛋白酶和α-淀粉酶等络合,形成不溶性的盐,降低它们的生物利用率,因此谷物中存在的植酸对动物而言是一种抗营养因子。高水平的植酸还降低饲料的利用率,阻碍动物的正常生长。此外,未被动物体利用的大量植酸磷排出体外,造成磷的浪费,排出体外的磷进入土壤和水中,造成BOD(生化需氧量)和COD(化学需氧量)值升高,水中溶氧量减少、水质恶化、鱼体生病或鱼肉带异味等,与此同时养殖水体中排放的饲料磷促使水体中浮游植物的大量繁殖,过剩的磷的供给甚至可能诱发赤湖,给养殖业带来巨大的损失。
      1.2 猪磷代谢  猪磷源为内源性或饲料磷,后者包括无机磷源和饲料中含有的磷。动物机体总磷的80%贮存于骨中,骨磷是猪的主要磷贮库。研究表明,适宜钙:磷比例,胃肠道酸性环境等因素有利于猪磷消化吸收和利用,吸收后磷主要贮存骨中,未利用磷大部分为植酸磷及部分内源分泌磷排出体外,甲状旁腺激素、降钙素、VD及猪的稳定调控机理协调作用对猪磷营养与代谢进行调控。猪软组织中磷因周转速度较快,不利于代谢作用发挥对磷利用的要求。猪饲料中通常含有大量米糠,麦麸,棉粕和菜粕,植酸磷的含量一般可达0.25~0.4%。由于猪体内缺乏植酸酶,所以猪对饲料中植物性磷的利用率只有15%左右,85%的磷将随粪便排出体外,既浪费昂贵的磷源,又污染环境。

      2.植酸酶的酶学性质
     植酸酶(phytase)属于磷酸单酯水解酶,能催化植酸及植酸盐水解成肌醇和磷酸(磷酸盐)。
     目前市场面上商业应用植酸酶根据对植酸的作用方式分为两种类型:(1)3-植酸酶(3-phytases,EC3.1.3.8),系统名为肌醇六磷酸3-磷酸水解酶。3-植酸酶作用于植酸时,首先从第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它碳位点的无机磷,最终酯解整个植酸分子。这种植酸酶存在于真菌、细菌和植物中,且需要二价镁离子参与催化过程。(2)6-植酸酶(6-phytases,EC3.1.3.26),系统名为肌醇六磷酸6-磷酸水解酶。它首先从植酸的6碳位点催化水解而释放出无机磷。

      3.植酸酶在猪饲料中的应用
      3.1植酸酶应用商品猪饲料中的可行性
       过去许多学者以为,理论可行,但无实际商业化推广价值。随着植酸酶研究的不断深入, 通过基因工程的方法对植酸酶的酶学特性进行改良,使其在PH值2-5.5一个区间都保持有一个较高的酶活值,能很好地适合于猪的胃环境而发生作用;发酵与植酸酶表达效率的提高,为生产成本降低提供了可能;目前,植酸酶在猪浓缩料中的应用已得到广泛的认同,主要体现在通过降低配方空间,大量节约饲料成本;改善饲料的外观特性,降低粉尘;提高饲料中氨基酸、矿物盐及和各消化酶等营养素的利用效率;迎合时代要求,减少饲料对环境的污染等方面。
      3.2植酸酶对猪营养物质消化率和生产性能的影响
      在猪饲料中添加植酸酶,可使磷的利用率提高50~70%,粪磷含量降低30~50%,蛋白质和氨基酸的消化率提高2%~5%,排泄量减少5%~10%。释放植酸盐中被螯合的Ca、Zn、Cu、Fe等矿物元素,利用率提高9%~13% 。这已是公认的事实。现在大量的试验数据和实际应用结果都肯定和支持了植酸酶的作用效果。
       刚断奶的仔猪消化酶本身就分泌不足,植酸的存在使消化障碍更为严重,成为仔猪生长的主要有害因子。饲料中植酸磷含量越高,仔猪生产性能越差。断奶仔猪日粮中植酸磷由0.12%提高到0.23%和0.33%,仔猪日增重由392克下降到351克和330克,饲料转化率由1.29增加到1.43和1.57。Ketaren等在仔猪饲料中添加植酸酶,明显地提高了蛋白质和氨基酸在小肠的消化率。Mroz等在生长猪的玉米-豆粕型日粮中添加800U/kg植酸酶,粗蛋白、赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸和精氨酸的消化率分别提高了2.5%、0.9%、3.9%、1.2%和2.5%,氮的沉积率提高了5.4%。Grela和Krasucki在泌乳母猪饲料中添加植酸酶,粗蛋白、氨基酸和有机物的消化率分别提高了2%、2.5%和7%。
       在仔猪和生长猪饲料中添加植酸酶,可显著提高日增重和饲料转化率(见下表1)。Jongbloed等分析了11个试验发现,用植酸酶替代全价平衡日粮中的部分磷酸氢钙,猪的生长速度提高了6%,采食量提高了3%,饲料转化率提高了4.3%。
                                                                                              表1 植酸酶对生猪日增重与饲料转化率的影响
添加量,U/kg
试验猪年龄/体重
日增重,%
转化率,%
资料来源 
500
38.0kg 
+5.60
+7.40  
Cromwell(1993)  
500  
20.7kg 
+11.94  
+6.10  
Cromwell(1993)
1000
20.7kg 
+20.90
+6.11  
Cromwell(1993)
500
10.2kg
+15.56  
+9.76
Young(1993)
750
8.8kg
+28.17  
+5.46
Lei(1993)
440
27.8kg
+10.94  
+8.11
Alain(1986)
500
18d–47d
+9.67  
+5.62  
Kwon(1995)
500
47d–74d
+7.24
+2.85
Kwon(1995)
-
生长猪
+50.23
+11.1
韩延明(1995)
1200
仔猪
+56.94  
+28.48
刘建秀(1997)  

      有机酸对仔猪的重要性早已得到证明。在猪饲料中同时使用植酸酶和有机酸,可使饲料的利用效果更好。Eidelsburger报道,单独添加使猪的平均日增重比对照组增加了12%,单独添加甲酸则提高了10%,而和甲酸组合使用,则使日增重提高了26%。对饲料消耗的数据进行分析也得到类似的结果,以对照组为100%,单独添加为92.7%,单独添加甲酸为93.1%,二者同时添加时饲料消耗下降到80.7%。植酸酶和有机酸协同作用将是仔猪营养上的一个重大突破,可明显降低断奶仔猪的腹泻率,提高仔猪生长速度,为改善环境,减少抗生素的用量提供了可行的方案。


     参考文献:
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     单安山 植酸酶在猪饲料中的应用 养猪 (4):4-8 1997
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