高濱　趙聚萍　戚傳利　王福強(qiáng)

摘 要：從生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率、酶活性等方面闡述了植酸酶應(yīng)用于水產(chǎn)飼料中對(duì)甲殼類動(dòng)物的影響，為飼料行業(yè)植酸酶制劑的添加提供參考。

關(guān)鍵詞：植酸酶；甲殼動(dòng)物；飼料應(yīng)用

目前水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和飼料工業(yè)普遍面臨飼料安全問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題和飼料成本上漲問(wèn)題，近年，用豆粕等植物蛋白替代飼料中動(dòng)物蛋白的研究報(bào)道較為廣泛。相對(duì)而言，植酸及其鹽類復(fù)合物在植物原料中存在較多，這勢(shì)必影響水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化利用。在水產(chǎn)飼料中添加外源酶制劑促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、減少污染物排放已經(jīng)是很普遍的作法。飼料酶制劑是唯一能在不同程度同時(shí)影響水產(chǎn)養(yǎng)殖和飼料工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的飼料添加劑。

植酸（即肌醇六磷酸）因?yàn)閹в袠O強(qiáng)的陰離子電荷[1]，所以具有強(qiáng)大的絡(luò)合陽(yáng)離子的能力，它不但可以與植物中鈣、鎂、鋅、鉀等礦物質(zhì)元素結(jié)合，形成不溶性鹽類；還可以絡(luò)合蛋白質(zhì)，抑制消化酶，如胃蛋白酶、α-淀粉酶和胰蛋白酶的活性。植酸酶是催化植酸及其鹽類水解為肌醇和磷酸的一類酶的總稱，它能將植酸分子上的磷酸基團(tuán)逐個(gè)切下，形成終產(chǎn)物——肌醇和磷酸[2]。為人熟知的催化植酸降解的酶主要有兩類：3-肌醇六磷酸酶和6-肌醇六磷酸酶。前者是從微生物中獲得的，后者主要存在于小麥等谷物中。

植酸酶越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于水產(chǎn)中。資料研究證明植酸酶可分解植酸，釋放飼料中的磷、鈣、鎂等元素[3]，使磷和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得以有效利用。其在魚(yú)類中的應(yīng)用已有廣泛的研究，本文參考國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究，力圖為植酸酶應(yīng)用于水產(chǎn)甲殼動(dòng)物飼料中對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)消化的影響作比較系統(tǒng)的綜述。

1 植酸酶在甲殼動(dòng)物中的作用機(jī)理

植酸酶屬于磷酸單脂水解酶，可以依次切斷磷酯鍵[1]，分解植物的細(xì)胞壁或者果實(shí)種子中的植酸，使不能被利用的磷變?yōu)榭衫玫牧?。植酸酶同時(shí)也可以斷裂蛋白質(zhì)與植酸之間的化學(xué)鍵，釋放蛋白質(zhì)，提高蛋白質(zhì)的利用率。植酸酶可以降解植酸鹽，釋放被植酸絡(luò)合的金屬陽(yáng)離子，如Zn2+、Cu2+、Fe2+等，提高動(dòng)物對(duì)某些微量元素的利用。

2 植酸酶在甲殼動(dòng)物中的應(yīng)用效果

2.1 對(duì)磷的利用率的影響

磷參與能量轉(zhuǎn)換，是機(jī)體骨骼的重要組成部分，鈣磷攝入量不足會(huì)引起骨骼松軟等病癥。然而水中磷含量極低，水產(chǎn)動(dòng)物須從餌料中攝入磷來(lái)維持新陳代謝，滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要[4]。然而飼料中過(guò)量的或者難被動(dòng)物利用的植酸磷的存在會(huì)造成排泄物中磷含量的過(guò)高，造成水體污染。植酸酶在水產(chǎn)飼料中的最重要應(yīng)用之一就是分解飼料中的植酸磷，降低飼料中磷含量，為動(dòng)物的正常生長(zhǎng)提供可利用的磷，降低糞便中磷的排泄。

水生動(dòng)物對(duì)無(wú)機(jī)態(tài)磷的消化率與其溶解度有關(guān)，即溶解度越高，消化率越高；而對(duì)植物性飼料中以植酸磷形式存在的磷，利用率一般不超過(guò)30%。在配合飼料中添加適宜的植酸酶能促進(jìn)甲殼動(dòng)物的生長(zhǎng)，提高植酸磷的利用。周萌等[5]在南美白對(duì)蝦半精制飼料中添加植酸酶，添加1 000 FTU/kg和2 000 FTU/kg植酸酶組的總磷消化率分別為54.69%和54.89%，比對(duì)照組相對(duì)提高了5.3%和5.7%；同時(shí)，添加2 000 FTU/kg組的糞便磷含量最低，磷排泄降低了7.84%，說(shuō)明添加植酸酶能降低水體中磷的含量，減輕水體污染。添加一定量的植酸酶，雖然沒(méi)有顯著改善斑節(jié)對(duì)蝦的氮排泄但是對(duì)磷的排泄卻有顯著作用，水中磷含量相比對(duì)照組減少了約17%[6]。磷的表觀消化率、糞便中磷含量以及水體中磷含量是評(píng)估飼料磷利用率的最重要的指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)研究說(shuō)明植酸酶的添加會(huì)降低動(dòng)物磷的排泄，提高其利用率，利于水體的維持。Frank Liebert等對(duì)尼羅羅非魚(yú)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)日糧添加植酸酶B或者A組的尼羅羅非魚(yú)糞便中植酸磷的排泄量均顯著減少，添加植酸酶A組的魚(yú)肝臟食糜中植酸磷濃度降低[7]。另外，添加植酸酶組飼料中磷的消化率都有極顯著的提高（P<0.01）。這是由于植酸酶分解植酸，使植酸磷變成甲殼動(dòng)物可利用的磷，提高了飼料中磷的利用率，減少了糞便中磷的含量。有實(shí)驗(yàn)報(bào)道，飼料中添加1 000 FTU/kg的植酸酶與添加0.85%～1.28%的磷酸二氫鈣的效果相當(dāng)[8]。

2.2 對(duì)生長(zhǎng)的影響

植酸酶的添加對(duì)甲殼類動(dòng)物增重、特定生長(zhǎng)率及存活率沒(méi)有顯著正面效果。Pradyut Biswas研究發(fā)現(xiàn)飼料中添加植酸酶組的斑節(jié)對(duì)蝦與未添加組相的體增重、飼料系數(shù)和飼料效率沒(méi)有顯著差異[6]。陳新宇等研究證明飼料中添加500～2 000 FTU/kg植酸酶對(duì)凡納濱對(duì)蝦增重率、存活率和飼料利用無(wú)顯著影響[9]。曹露等研究發(fā)現(xiàn)添加植酸酶對(duì)日本沼蝦成活率沒(méi)有顯著影響，但是添加500 FTU/kg植酸酶組沼蝦的增重率與特定生長(zhǎng)率顯著高于正對(duì)照組[10]。

2.3 對(duì)蛋白質(zhì)利用率的影響

從理論上講，植酸酶水解植酸釋放出磷的同時(shí)，可將與植酸絡(luò)合的蛋白質(zhì)釋放出來(lái)，便于消化道分泌的各種蛋白酶作用，同時(shí)植酸酶的添加可以解除植酸與內(nèi)源性蛋白酶結(jié)合提高蛋白酶活性，提高蛋白質(zhì)利用率（宋金彩等）[11]。Jongbloed（1998）的試驗(yàn)表明在蛋白質(zhì)與植酸沉淀形成后，加入胃蛋白酶和植酸酶，沉淀消失速度比單獨(dú)加入胃蛋白酶快得多[12]。外源酶制劑對(duì)甲殼動(dòng)物生長(zhǎng)性能及內(nèi)源酶活性的影響早已經(jīng)有所報(bào)道。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)植酸酶制劑在甲殼動(dòng)物飼料中的添加應(yīng)用較少。周萌等人在南美白對(duì)蝦實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)添加1 000～3 000 FTU/kg植酸酶蛋白質(zhì)消化率均比對(duì)照組高[5]。

2.4 對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的影響

植酸螯合陽(yáng)離子，降低營(yíng)養(yǎng)元素的消化率。植酸酶可以切斷植酸與礦物離子間的化學(xué)鍵，釋放出礦物元素，如鐵，鎂，鈣，鋅等，使這些營(yíng)養(yǎng)元素的利用率提高。這一理論在魚(yú)類實(shí)驗(yàn)中得到普遍印證。白東清等對(duì)添加植酸酶的飼料進(jìn)行不同溫度處理，研究其對(duì)鯉鈣磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率的影響，發(fā)現(xiàn)：與對(duì)照組相比添加植酸酶可以使鈣的利用率提高132%以上[13]。向虹鱒飼料中添加植酸酶能提高礦物質(zhì)的表觀消化率[14]。飼料中添加植酸酶可以使斑節(jié)對(duì)蝦肌肉中甘油三酯含量顯著降低。

對(duì)凡濱對(duì)蝦[9]和日本沼蝦[10]研究發(fā)現(xiàn)：植酸酶對(duì)蝦體成分的水分、粗蛋白、脂肪、灰分、總鈣和總磷含量都沒(méi)有顯著影響。在斑節(jié)對(duì)蝦實(shí)驗(yàn)[6]中也發(fā)現(xiàn)相同結(jié)論：雖然添加1 500 U/kg植酸酶組的蝦殼灰分含量高于對(duì)照組，但是整體而言植酸酶對(duì)青蝦蝦肉灰分與蝦殼灰分沒(méi)有顯著影響。彭剛等發(fā)現(xiàn)植酸酶向飼料中的添加不能影響青蝦蝦肉及蝦殼粗灰分的含量[15]。這可能是因?yàn)槲r類的消化系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，食物在體內(nèi)存留時(shí)間太短，以至于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)難以充分吸收；或者植酸對(duì)蝦類的生長(zhǎng)沒(méi)有什么有害的影響，所以添加或者不添加植酸酶蝦類都同樣生長(zhǎng)。斑節(jié)對(duì)蝦[6]各實(shí)驗(yàn)組間肌肉中脂肪酸組成差異很大，但是植酸酶的添加并未對(duì)飽和脂肪酸或者單不飽和脂肪酸造成顯著的影響。

2.5 對(duì)酶活性的影響

植酸可以與帶堿性基團(tuán)的蛋白質(zhì)絡(luò)合，抑制消化酶活性，如胃蛋白酶、淀粉酶和胰蛋白酶的活性；而添加植酸酶后可釋放與其結(jié)合的消化酶，從而提高消化酶的活性。曹露研究發(fā)現(xiàn)與不添加植酸酶和磷酸二氫鈣的試驗(yàn)組相比，飼料中添加1 000、1 500 FTU/kg植酸酶試驗(yàn)組顯著高了日本沼蝦肝胰臟蛋白酶活性10.47%和11.3%；與添加了磷酸二氫鈣的試驗(yàn)組相比，添加l 000、1 500 U/kg植酸酶試驗(yàn)組肝胰臟蛋白酶活性分別提高了4.82%和5.61%（P<0.05）[10]?？梢钥闯?，添加植酸酶可以使日本沼蝦肝胰臟蛋白酶活性呈上升趨勢(shì)。對(duì)魚(yú)類的研究也有類似的結(jié)論，馬恒甲研究結(jié)果顯示當(dāng)植酸酶添加水平大于1 000 U/kg時(shí)，草魚(yú)肝胰臟和腸道中蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性都明顯增強(qiáng)[16]。姚瑞清等發(fā)現(xiàn)添加1 000 U/kg植酸酶顯著提高了奧尼羅非魚(yú)腸道蛋白酶與淀粉酶活性[17]。

3 植酸酶在水產(chǎn)甲殼動(dòng)物中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

3.1 植酸酶活性受作用環(huán)境影響

特定的酶對(duì)pH、溫度等作用條件有特定的要求，而且?guī)д姾傻慕饘匐x子或絡(luò)合物等也會(huì)影響酶活性。Mikio SHIMZU[18]研究報(bào)道從Bacillus subtilis（natto）提取的植酸酶在pH為6～6.5，60 ℃條件下酶活性最高，而且EDTA、Zn2+、Cd2+、Ba2+、Cu2+、Fe2+、Al3+等化學(xué)試劑或特定金屬陽(yáng)離子離子會(huì)極大地抑制其活性。

為確保植酸酶的活性，可以采用對(duì)酶包膜的方法抑制植酸酶在海水中的溶失及與陽(yáng)離子的直接接觸。同時(shí)，飼料的制粒過(guò)程一定要確保低溫，防止酶不可逆性失活。再次，要根據(jù)動(dòng)物消化道內(nèi)酸堿度選擇合適種類植酸酶，以期達(dá)到最大的效益。

3.2 最適添加量

在水產(chǎn)甲殼動(dòng)物植酸酶添加效果的研究中，最適添加劑量大約是500～1 000 FTU/kg。水溫18～28 ℃，飼料中添加1 000 IU/kg植酸酶即能有效改善南美白對(duì)蝦的生長(zhǎng)和磷利用率，降低磷排泄[5]。在水溫（27±2.0） ℃的條件下，WGR和SGR以添加500 FTU/kg植酸酶的試驗(yàn)組顯著高于正對(duì)照組。添加植酸酶500 FTU/kg于飼料中可以顯著降低磷排泄，提高磷的利用率[6]。在35 ℃以內(nèi)植酸酶的活性一般是隨溫度的上升而上升的，所以養(yǎng)殖環(huán)境溫度的差異會(huì)導(dǎo)致植酸酶的最適添加量不同。不同種類的水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有不同需求量，同種動(dòng)物處于的生長(zhǎng)時(shí)期不同對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求也是有差異的，飼料組成的差異也是影響植酸酶添加效果的重要因素，所以實(shí)驗(yàn)研究得出的最適添加量難免不一致。在魚(yú)類的研究中也是得出如此結(jié)論。但飼料中豆粕等植物蛋白原的添加量增加勢(shì)必會(huì)要求植酸酶的添加量上升。在魚(yú)類飼料中添加豆粕的研究表明，植酸酶添加量大約在250～1500 FTU/kg[12]。

4 植酸酶在水產(chǎn)甲殼動(dòng)物中的應(yīng)用展望

植酸酶替代無(wú)機(jī)磷在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用已經(jīng)有廣泛而比較統(tǒng)一的研究結(jié)論，但是它降解抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸后有效提高蛋白質(zhì)、氨基酸和能量利用率的作用目前還尚未有統(tǒng)一結(jié)論。有在對(duì)蝦類的研究中發(fā)現(xiàn)鈣磷的吸收是相互影響的，但是此方面的研究尚少。甲殼類對(duì)配方中蛋白質(zhì)和氨基酸的需求比能量的需求更重要，應(yīng)該加強(qiáng)植酸酶對(duì)蛋白質(zhì)和氨基酸的潛在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面的研究，為植酸酶在甲殼類飼料中的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。近年，隨著生活水平的提高，人們對(duì)于食物的口感及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值要求更高，植酸磷的添加是否會(huì)對(duì)甲殼動(dòng)物肉體的氨基酸比例及含量有很大的影響，是否影響脂肪的含量等關(guān)乎口感及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面還有待加強(qiáng)。

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（收稿日期：2015-02-02）