植酸酶在畜牧生產方面的應用介紹

當今世界集約化的動物生產體系對環境造成的污染是農業所面臨的主要問題，已引起全球的關注。磷排放的污染就是其中一個主要方面。在荷蘭、丹麥和英國等一些畜牧業發達的國家，進行了比較深入的研究，并已制定法規，限制經由豬糞尿排出的磷和氮的數量，以控制這些成分在土壤和水中的積累。2001年的國家環保總局的《畜禽養殖污染防治管理辦法》及一系列"無公害"方面的法規標準的出臺，就要求我們從飼料方面進行合理營養，特別注重飼料成份的可消化，可利用性。隨著中國執法力度的加強，植酸酶像國外一樣強制使用，以及植酸酶研究的不斷深入和人們對植酸酶認識的進一步提高，植酸酶產品將在不久的將來應用于所有的飼料產品中。 1、磷與環境污染 1.1 磷是動物生長發育等生命活動必需的重要礦物質，它在動物體內與鈣構成骨骼和牙齒，還以磷酸根的形式參與機體代謝活動，如磷酸化、DNA、RNA合成及糖代謝等。它是飼料中最昂貴的組分之一，同時，也是自然界中不可多得的資源。磷礦的過度開采與磷產品加工的污染及磷的大量排放，已經成為人們生活中普遍關注的問題之一。 1.2. 磷污染的原因及途徑。研究表明豬排出的磷大約90%存在于糞中，10%存在于尿中。糞中磷來源于未消化的磷，內源磷和微生物群體。因為排出的磷大多存在于糞中，所以養殖業所產生的糞便是磷污染的罪魁禍首。一個萬頭豬場每年食入磷總量為27—44噸（平均40噸），排出磷總量為20—33（平均31噸），排出的磷相當于193噸磷酸氫鈣。我國每年從畜禽糞便中排出的磷達250萬噸之多，排出的磷相當于1562萬噸磷酸氫鈣。在我國磷礦的有效成分低，生產1 t磷酸氫鈣要排出3 t左右的磷渣，全國每年將有300萬噸磷渣無法利用，造成很嚴重的環境污染，而飼料中有70%以上的總磷不能被利用，大量的磷排放又是水體富營養化污染的主要原因之一。過量的糞磷流入土壤后，它就和土壤顆粒緊緊結合在一起，不會從土壤濾出。相反，它會被土壤顆粒吸收，從而腐蝕土壤。富含磷的表層土被腐蝕掉后流入河流湖泊，將會引起藻類的大量增殖和其他嚴重的水體加富。因為磷是水生植物最主要的限制性養分，磷供給量的增加會促進水生植物的生長繁殖。 2.治理磷污染的措施 2.1避免在飼料中過量添加磷源 在飼料中過量使用磷及其他營養成分已很普遍。飼料配方設計時，磷的用量一般比維持正常生長所實際需要量高20%左右，并且，實際環境下的動物的采食量要比理論采食量要高，所以排出到環境中磷的比例更大。配方設計要應用有效磷，并充分考慮采食量與營養濃度的關系。 2.2 采取有效的營養措施是畜牧業污染問題的根本出路，通過系統的營養學調控理論，科學的日糧配制技術和生物技術來開發低污染日糧(生態型日糧)，使污染源的排放最小化。它主要包括四個方面的營養措施：①降低日糧中營養物質(主要是氮和磷)的濃度；②提高日糧中營養物質的消化利用效率；③減少或禁止使用有害添加物；④階段性飼養。 2.3 使用植酸酶，變飼料中的植酸磷為可利用磷。 2.3.1植酸與危害。 植酸(亦稱六磷酸肌醇)或植酸鹽廣泛存在于植物體內，約占日糧的0.26%～1.37%，在植物性飼料原料中有50％-80％的磷是以植酸磷形式存在的。畜禽要利用植酸磷，首先必須在消化道內使植酸水解成含磷的無機物。它的利用效率取決于畜禽種類、年齡、小腸中植酸酶含量等因素。單胃動物(豬、雞、魚等)因缺乏內源性植酸酶，飼料中的植酸基本不能被單胃動物直接利用而隨糞便排出體外，造成磷的大量浪費和對土壤及水源的嚴重污染。 另外，植酸還會影響多種營養物質的消化吸收，它常和二價或三價陽離子、蛋白質、胃蛋白酶、胰蛋白酶、和α－淀粉酶等絡合，形成不溶性的鹽，降低它們的生物利用率，所以植酸是一種抗營養因子。 對水產動物來講，高水平的植酸還降低魚類的生長率、飼料利用率、成活率以及甲狀腺功能，再加上鎂的利用下降以及植酸本身的毒性，導致幽門盲囊上皮細胞結構異常。此外，未被動物體利用的大量植酸磷排出體外，一方面造成磷的巨大浪費，另一方面排出體外的磷進入土壤和水中，造成BOD和COD值升高，水中溶氧含量起伏變化、水質惡化、魚體生病或魚肉帶異味等，與此同時養殖水體中排放的飼料磷促使水體中浮游植物的大量繁殖，過剩的磷的供給甚至可能誘發赤湖，給養殖業帶來巨大的損失。 2.3.1 植酸酶(Phytase)是催化植酸(肌醇六磷酸)及植酸水解成肌醇與磷酸(或磷酸鹽)一類酶的總稱。植酸酶能將肌醇六磷酸(植酸)分解成為肌醇和磷酸。不同來源植酸酶作用機理有所不同。 試驗表明添加植酸酶可促進雞對植酸磷的利用效果，一般認為，添加植酸酶可使磷的利用率提高20－40％。在肉雞的玉米-豆粕型日糧中添加植酸酶，糞尿中排磷量減少17%~42%，仔雞體增重和飼料報酬與對照組相同，甚至好過對照組在蛋雞飼料中添加植酸酶，糞尿排磷量減少40%。使用酵母制備的植酸酶的有效pH作用范圍廣，它在家禽肌胃和腺胃都可發揮作用。豬的體內試驗表明植酸酶對植酸水解反應的85％發生在胃部。在家禽體內，植酸水解主要發生在嗉囊（pH5－6）肌胃和腺胃（pH2－4），在小腸中仍然發現植酸酶有活性，甚至在大腸中也有發現。 對于水產動物，以虹鱒為實驗對象，餌料以大豆為基礎，只含有植物性的磷源，磷的含量低于最適含量，在飼料中添加1 000活性單位／kg餌料的植酸酶，結果在水溫15 ℃時，磷的利用率從17％提高到49％，水溫在10 ℃時，從6％提高到25％。用鯉魚作實驗，在以大豆粉、魚粉和大麥為基礎原料，總磷含量為7.2 g／kg的飼料添加500和1 000活性單位／kg的植酸酶，結果魚體增重和魚體灰分含量顯著提高，比不添加磷組和添加2 g／kg磷酸二氫鈣來源的磷組，磷的排泄量分別低28％和25％。 4、結論 植酸酶可以解除植酸的抗營養作用，使無機磷的用量大幅度降低，降低飼料成本；它通過將肌醇六磷酸(植酸)分解成為肌醇和磷酸而被動物消化吸收，提高飼料中礦物元素，如鈣、鋅、銅、鎂和鐵等生物學利用率；增加飼料中蛋白質、氨基酸、淀粉和脂質等營養物質的利用率；提高動物采食量和日增重，改善動物生產性能；顯著降低豬、禽糞便排泄物中磷的含量，減少了對環境的污染而成為營養學家迎接世紀難題挑戰，解決畜牧生產中磷污染的有力武器。