吳廣兵 石學(xué)剛

斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚是世界范圍內(nèi)主要的養(yǎng)殖魚類。在我國，斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚的養(yǎng)殖主要集中于南方地區(qū)，養(yǎng)殖產(chǎn)量每年遞增15%。由于近幾年來魚粉供給的不足和價格的暴漲，斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚的飼料配方中已使用少量或不使用魚粉，這樣造成配方中磷含量的降低。為了滿足魚對磷的需要量，必須通過添加磷酸氫鈣或磷酸二氫鈣等無機(jī)磷酸鹽來彌補(bǔ)。但無機(jī)磷酸鹽的添加容易造成對水質(zhì)的污染，且無機(jī)磷是不可再生原料。為了減少對環(huán)境的污染，維持水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，飼料中添加植酸酶就成為一種有效的提供磷源的方法之一。

植酸（phytic acid）的化學(xué)名稱是環(huán)己六醇六磷酸酯，分子式為C6H18O24P6,分子量為660.8，是一種黃色液體，呈強(qiáng)酸性，易溶于水。植酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了它對其它離子有很強(qiáng)的絡(luò)合性。植酸酶(肌醇六磷酸酶)是能將植酸 (肌醇六磷酸)分解為肌醇和無機(jī)磷的一類酶的總稱。植物蛋白消化率低的主要問題之一就是植物飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子——植酸，在有些植物中植酸的含量高達(dá)70%以上。在畜禽飼糧中添加植酸酶能有效提高植酸磷的利用率,降低磷對環(huán)境的污染并消除植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用,從而改善了蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。植酸酶在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用尚處于研發(fā)階段，由于pH值活性的范圍較窄和熱穩(wěn)定性差，其活性易受水產(chǎn)飼料加工工藝等因素的影響，限制了其在水產(chǎn)飼料中的推廣應(yīng)用。目前，對魚飼料中植酸酶應(yīng)用的研究主要集中于植酸酶對不同種魚類的作用及優(yōu)化的添加劑量。國外和國內(nèi)的許多研究表明，植酸酶的添加可以提高斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚的生長性能，且研究結(jié)果較一致。本文通過對植酸酶在斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚上的應(yīng)用效果的總結(jié)以推動植酸酶在斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚飼料中的應(yīng)用。

1 斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚的磷需要量及植酸酶pH值和溫度最適范圍

1.1 斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚的磷需要量(見表1)

表1 斑點(diǎn)叉尾和羅非魚的磷需要量

表1 斑點(diǎn)叉尾和羅非魚的磷需要量

種類斑點(diǎn)叉尾鮰斑點(diǎn)叉尾鮰羅非魚羅非魚羅非魚磷需要量(%，有效磷)0.40 0.45 0.50 0.50 0.76～0.79文獻(xiàn)來源Wilson等(1982)NRC（1993）NRC（1993）Robinson等(2003)Phromkunthong等(2008)

磷是魚類所需要的重要的礦物元素,它們是組成骨骼的重要成分。當(dāng)飼料中磷不足時,會影響到魚類骨骼的發(fā)育,出現(xiàn)畸形,生長遲緩。因?yàn)樘烊凰w中磷的含量較低，而且魚類對天然水體中磷的吸收率較低，所以魚類對磷的攝取主要依賴于飼料。Wilson等(1982)報道，斑點(diǎn)叉尾鮰對有效磷的需求量是0.4%，這與NRC（1993）報道的斑點(diǎn)叉尾鮰有效磷需求量是0.45%相接近。但不同的研究報道中羅非魚的有效磷需求量差異較大。據(jù)NRC(1993)和Robinson等(2003)的報道，羅非魚的有效磷需求量是0.5%。但Phromkunthong等(2008)指出，羅非魚最佳生長所需的有效磷為0.76%～0.79%。因此，羅非魚的有效磷需求量還需要進(jìn)一步的研究來確認(rèn)。

由于水中鈣的含量遠(yuǎn)大于磷,魚類能夠通過鰓和皮膚吸收水中溶解的鈣鹽,所以如果魚類飼料中鈣含量不足,魚可以通過吸收水中的鈣而得到補(bǔ)充。一般養(yǎng)殖魚類的鈣磷比例為1：1或2：1，對飼料中磷的需要量為0.7%左右。用鈣磷比例為1.5：1的飼料（飼料中含鈣和磷分別為1.5%和1.0%）飼養(yǎng)斑點(diǎn)叉尾鮰,其生長和飼料轉(zhuǎn)化最佳（Andrews等,1973）。

1.2 飼料中的植酸磷及其影響

各種植物原料中植酸磷含量見表2。表2的數(shù)據(jù)表明，大部分魚飼料原料中的植酸鱗的含量超過60%以上。DDGS的植酸磷含量低是由于DDGS是玉米經(jīng)過發(fā)酵后的殘留物，部分植酸磷已被發(fā)酵時細(xì)菌產(chǎn)生的植酸酶所分解。魚類消化系統(tǒng)中缺乏內(nèi)源性植酸酶，未被利用的植酸磷和殘留的未吸收的磷酸鹽隨排泄物被排入水體，不但造成了飼料原料的浪費(fèi)，而且造成了對水質(zhì)等環(huán)境的嚴(yán)重磷污染。

表2 各種植物原料中植酸磷含量

1.3 植酸酶的pH值和溫度適合范圍

植酸酶在自然界中廣泛分布，植物和微生物都可以產(chǎn)生植酸酶。有一些飼料原料如小麥、米糠和麩皮等含有內(nèi)源性植酸酶，但這些內(nèi)源植酸酶的pH值適合范圍窄且不耐魚料制粒加工的高溫（90℃以上），它們的穩(wěn)定性相對于細(xì)菌植酸酶低得多。另外，谷物內(nèi)源植酸酶的生物學(xué)效價遠(yuǎn)低于細(xì)菌性植酸酶(Zimmermann等，2002)。

幾種微生物植酸酶的pH值和溫度最適范圍見表3。表3的數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)商業(yè)植酸酶的最適pH值范圍在4.5～6.5之間。根據(jù)植酸酶的最適pH值，可將其分為酸性植酸酶和中性植酸酶兩大類。酸性植酸酶的最適pH值在5.0附近，而中性植酸酶的最適pH值在8.0附近（Konietzny等，2002）。斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚的消化道前端pH值（1.5～6.2）范圍適合酸性植酸酶的最適范圍。但無胃魚如鯉魚和草魚的消化道pH值范圍在6.0～7.3，可能更適合中性植酸酶作用條件。大多數(shù)植酸酶的最適穩(wěn)定范圍是60℃左右，因此，如果沒有特殊工藝處理，如通過基因工程對基因進(jìn)行改良或通過包膜工藝處理，植酸酶是很難耐受高溫處理的，魚料高溫加工過程對普通植酸酶活性的影響較大。

表3 幾種微生物植酸酶的pH值和溫度最適范圍

2 植酸酶在魚飼料中的應(yīng)用效果

2.1 植酸酶對斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚生產(chǎn)性能和骨磷的影響(見表4)

磷是核酸和細(xì)胞膜的重要組成成分，也是骨骼組織的主要組成成分，因此，磷是魚類生長、骨骼發(fā)育和繁殖的主要營養(yǎng)素。一般認(rèn)為，在魚類飼料中添加植酸酶，可使磷的利用率提高20%～45%。Jackson等(1996)報道，在斑點(diǎn)叉尾鮰飼料中添加植酸酶可以促進(jìn)魚骨骼中磷的沉積作用。在斑點(diǎn)叉尾鮰飼料中添加1000FTU/kg和2 000 FTU/kg植酸酶可將磷的吸收率從負(fù)對照組的31.2%提高到55.1%和62.5%(Eya等，1997)。Li等(1997)試驗(yàn)表明，在斑點(diǎn)叉尾鮰飼料中添加植酸酶(250、500、750 FTU/kg)與添加1%磷酸氫鈣的正對照組在體增重和飼料系數(shù)上沒有顯著性差異。Robinson等(2002)報道，在斑點(diǎn)叉尾鮰飼料中添加植酸酶可以將無磷酸氫鈣組的生長性能恢復(fù)到添加0.75%磷酸氫鈣組的水平。而在斑點(diǎn)叉尾鮰飼料中添加植酸酶組(250、500 FTU/kg)和添加1.5%磷酸氫鈣在增重和飼料系數(shù)上無差異(上海海洋大學(xué)未發(fā)表試驗(yàn)結(jié)果，2011)。Yan等(2002)報道，植酸酶的添加量(500～2 000 FTU/kg)和斑點(diǎn)叉尾鮰骨中的磷、鈣、錳和鋅的含量成正相關(guān)。綜上所述，在斑點(diǎn)叉尾鮰料中添加500 FTU/kg以上的植酸酶可最低取代0.75%的磷酸氫鈣（0.12%有效磷）。

表4 添加植酸酶對斑點(diǎn)叉尾鮰和羅非魚生長性能和磷消化率的影響

在羅非魚飼料中添加500 FTU/kg植酸酶不能改善羅非魚體增重，而將植酸酶添加量提高到1 500 FTU/kg可明顯提高體增重(Furuya等，2001)。羅非魚飼料中添加750 FTU/kg以上的植酸酶，魚體增重、采食量、飼料系數(shù)、骨灰分和骨磷含量與添加1.5%磷酸氫鈉組的水平相當(dāng)，但添加500 FTU/kg的植酸酶組的骨灰分和骨磷含量低于添加1.5%磷酸氫鈉組（Libert等，2005)。添加500 FTU/kg植酸酶在羅非魚飼料中才能將體增重提高到添加1.5%磷酸氫鈣的水平，但無法恢復(fù)飼料系數(shù)到添加1.5%磷酸氫鈣的水平（上海海洋大學(xué)未發(fā)表試驗(yàn)結(jié)果，2011）。以上的研究結(jié)果表明，添加750 FTU/kg的植酸酶可以代替一部分磷酸氫鈣。有關(guān)添加植酸酶對有效磷的準(zhǔn)確替代量還需要進(jìn)一步的研究來確定。通過使用植酸酶可以避免因使用品質(zhì)不良的磷酸氫鈣引起的氟中毒。周國棟等(2001)對采集的32個磷酸氫鈣樣品進(jìn)行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中7個樣品氟含量超標(biāo),超標(biāo)率高達(dá)21.9%。而用植酸酶代替磷酸氫鈣,可以避免因氟超標(biāo)而導(dǎo)致動物中毒現(xiàn)象,提高飼料的安全性，從而為食品安全提供保障。

2.2 植酸酶對魚類蛋白質(zhì)、氨基酸和能量利用率的影響

植酸作為抗?fàn)I養(yǎng)因子，不僅影響磷和鈣的消化吸收，更重要的是影響了蛋白質(zhì)、氨基酸和能量的利用率。植酸上磷酸基團(tuán)可以與蛋白質(zhì)上陽離子基團(tuán)結(jié)合，使蛋白質(zhì)溶解性降低，從而影響蛋白質(zhì)消化。由于日糧中植酸含量、魚種類、飼料成分、pH值的不同,得到的研究結(jié)果也會有差異 (Cao等，2007)。Libert等(2005)報道，隨著植酸酶在羅非魚飼料中的添加量從500 FTU/kg增加到1 250 FTU/kg，蛋白質(zhì)和能量的利用率呈線性增長。在斑點(diǎn)叉尾鮰飼料中，植酸酶的添加量和蛋白質(zhì)、能量、氨基酸的消化率呈正相關(guān)。這些潛在營養(yǎng)價值的提高，可以有效節(jié)省飼料配方成本。

2.3 減少環(huán)境污染

植酸酶的使用通常可降低家禽和豬糞便中磷含量的20%～60%，減少磷對環(huán)境的污染。Jackson等(1996)報道，添加植酸酶能促進(jìn)骨骼中磷的沉積，糞磷較對照組降低33%。Li等(1997)的研究結(jié)果表明，植酸酶的添加可減少糞磷達(dá)64%。在其它魚試驗(yàn)中也有類似的結(jié)果。Schafer等(1995)用鯉魚作試驗(yàn)，在總磷含量為7.2 g/kg的飼料中添加500 FTU/kg和1 000 FTU/kg的植酸酶，結(jié)果魚體增重和魚體灰分含量顯著提高，與不添加磷組和添加2%磷酸二氫鈣組相比，磷的排泄量分別低28%和25%。由于魚的糞便直接進(jìn)入水體，如果通過植酸酶的添加減少糞磷含量，可以減少高磷引起的水體中單細(xì)胞藻類的過度繁殖導(dǎo)致的水質(zhì)不穩(wěn)定，從而影響魚的生長，因?yàn)轸~類的生長和存活與水質(zhì)穩(wěn)定關(guān)系密切。

3 影響植酸酶作用效果的因素

3.1 溫度和pH值

溫度對植酸酶的活性影響顯著，在一定的溫度范圍內(nèi)，植酸酶水解底物的速度隨著溫度升高而加快,但它是一種蛋白質(zhì),高溫會使其活性下降乃至失活。植酸酶在某一溫度下變性的程度,與在該溫度下持續(xù)時間的長短有關(guān),持續(xù)時間越長,變性程度越大。目前，市場上的植酸酶耐高溫上限都在80℃以下，少數(shù)國際領(lǐng)先的酶制劑生產(chǎn)商已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)抗高溫植酸酶，其耐溫上限為95℃（如丹尼斯克福磷生TPT），已基本可以克服沉水魚料的制粒和調(diào)質(zhì)溫度對酶活的影響。因此，對普通沉水羅非魚飼料和斑點(diǎn)叉尾鮰飼料，可以使用耐高溫的植酸酶。但由于飼料生產(chǎn)加工有變異性，一方面需要嚴(yán)格控制制粒的溫度和濕度,另一方面需要經(jīng)常分析、檢測飼料中植酸酶的存活率，這樣可避免條件變化對植酸酶作用的影響。對膨化斑點(diǎn)叉尾鮰飼料和羅非魚飼料而言，由于膨化溫度已超過110℃，目前的商品耐高溫植酸酶也無法保障較高存活率，因此應(yīng)使用液體后噴涂設(shè)備的液體植酸酶為主。在其它條件不變時,酶在最適pH值時活性最高。

由于消化系統(tǒng)中pH值范圍的差異，對不同的魚植酸酶顯示不同的效率。pH值范圍廣的植酸酶效果會更好。由于羅非魚和斑點(diǎn)叉尾鮰都是有胃魚，消化道前端的pH值范圍為1.5～6.2，與目前的商品植酸酶pH值范圍接近，因此，目前商品植酸酶在羅非魚和斑點(diǎn)叉尾鮰中可以應(yīng)用。但對草魚和鯉魚等無胃魚，消化道前端的pH值范圍為6.0～7.3，目前商品植酸酶的活性受到較大的影響，中性植酸酶的效果會比較理想。曾紅等(2001)報道，300 FTU/kg的中性植酸酶能和1 000 FTU/kg的酸性植酸酶具有類似的效果，當(dāng)中性植酸酶添加到1 000 FTU/kg時能夠完全替代無機(jī)磷。

3.2 日糧配方、營養(yǎng)水平及植酸磷濃度

配方組成也會顯著影響植酸酶的應(yīng)用效果。由于植酸酶作用于原料中植酸，因此，飼料配方不同，植酸酶的使用效果也不同。在含有較多植酸磷的植物性飼料配方中使用植酸酶較理想。如米糠中植酸含量為總磷的79.5%，而DDGS中植酸含量為31.5%,由此可見，原料中植酸含量的差異是相當(dāng)大的。Cheng等(2002)報道，在虹鱒飼料中添加植酸酶的效果隨著大麥、雙低菜粕、小麥或次粉的使用而不同。添加植酸酶可使這4種原料總能利用率均顯著增加，雙低菜粕的總能利用率提高最多，而對磷的表觀消化率影響最大的是大麥，其次是小麥、次粉和菜粕。

3.3 魚的種類和生長階段

魚的種類和不同生長階段對植酸酶的需求是不同的。Jackson等(1996)和Li等(1997)的研究結(jié)果均表明，在斑點(diǎn)叉尾鮰飼料中添加500 FTU/kg植酸酶可達(dá)到較高生長性能。而Libert等(2005)的研究顯示，在羅非料中添加750 FTU/kg可得到較高的生產(chǎn)性能。一般魚苗、魚種階段利用植酸磷能力較低，成魚階段較高。但目前幾乎沒有對同種魚在不同生長階段對植酸酶優(yōu)化需求量的研究報道，因此需要進(jìn)一步的研究來確定不同生長階段對植酸酶最佳需求量。

4 植酸酶在魚飼料中應(yīng)用需注意的問題

4.1 植酸酶對熱不穩(wěn)定，在遇到高溫時會使酶失去活性，而魚飼料加工過程中溫度通常高達(dá)90℃以上，因此，對酶活的影響較大。為了避免高溫對酶活的影響，通常采用以下兩種措施：一是使用耐高溫植酸酶，目前商品化耐高溫植酸酶的耐溫上限是95℃，如果能適當(dāng)?shù)乜刂坪弥屏：驼{(diào)質(zhì)的溫度，沉水魚料中使用耐高溫植酸酶是可行的；二是待飼料顆粒出模后,冷卻到安全溫度時把液態(tài)酶均勻噴灑到飼料顆粒表面，不足之處是部分顆粒表面的植酸酶會流失水中，這就給液體植酸酶的應(yīng)用增加了不穩(wěn)定性。因此，在魚飼料中使用植酸酶時，應(yīng)該綜合考慮各方面因素，確保植酸酶能夠發(fā)揮最佳效果。

4.2 使用植酸酶不要只考慮其代替磷酸鹽的作用，而應(yīng)該更多地考慮它降解抗?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。魚類對配方中蛋白質(zhì)和氨基酸的需求比能量的需求更重要，應(yīng)該加強(qiáng)植酸酶對蛋白質(zhì)和氨基酸的潛在營養(yǎng)價值方面的研究，為植酸酶在魚料中的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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