植酸酶在水产饲料中的应用技术
磷是鱼体所必需的重要矿物元素,鱼体对磷的需要量高于其他矿物元素但饲料中过量的磷被认为是造成水体富营养化的重要因素之一。因此,通过提高鱼类对原料中磷的利用率,适当调整饲料中磷的含量,使其更接近鱼的需要量,来降低养殖鱼类磷的排放量,是减少水环境污染的重要途径。磷的利用率因鱼的种类和磷的来源不同而异。一般说来愈是溶解性好的盐类利用率愈高,能向胃肠道分泌胃酸的鱼类能吸收更多的磷。无胃的鱼如鲤鱼吸收磷较少。植酸酶作为一种由微生物发酵生产的酶制剂,可分解植酸和植酸盐,促进饲料中植酸和植酸盐的分解,使磷、磷酸根结合的内源性酶和其它营养素得以释放和利用,减少粪磷对环境的污染,节省无机磷酸盐的添加。植酸酶在畜禽饲料中取得了巨大了进展,在畜禽饲料中可以替代30%~75%的磷酸氢钙,然而当前植酸酶在水产上的应用还存在许多问题。本文对植酸酶在水产动物上的应用进展做一综述,阐明植酸酶应用前景和发展中亟待解决的问题。
1 植酸酶在水产中应用研究进展
鱼类消化系统内缺乏内源性植酸酶,相对于畜禽动物更难利用饲料中的植酸磷,且水产动物饲料多为高鱼粉、肉骨粉含量饲料,而水产动物对鱼粉、肉骨粉等动物性饲料中磷利用率本身就很低(约15%),对植物性饲料中磷利用率又有限(30%~50%),饲料中磷含量超过0.5%,仍需添加1.0%~2.0%的磷酸氢钙或磷酸二氢钙等元机磷酸盐。由于植酸酶具有释放植酸磷的作用,多项研究证明,在水产养殖中植酸酶替代部分磷酸二氢钙表现出了较好的养殖效果和环境效益。饲粮中添加酸性植酸酶,可以增加虹鳟日增重,提高磷的生物利用率(20%~40%),并能增加Ca、Mg、Cu、Fe、和Zn等元素的利用率,大太降低粪磷的排放Soares(1994)在欧鲈饲料中添加2400U/kg酸性植酸酶,鱼的生长与添加1.3%的磷酸二氢钙的生长效果相同,表明添加酸性植酸酶能起到节约无机磷的作用。罗琳等(2007)在基本花鲈试验研究表明用中性植酸酶部分替代磷酸二氢钙是完全可行的,并得出中性植酸酶1000U/kg替代80%左右的磷酸二氢钙综合生长效果最佳,也证明中性植酸酶存在一定的广谱应用性。余丰年等(2000)设计了酸性植酸酶预处理豆粕的工艺,研究植酸酶预处理豆粕在银鲫日粮中的应用效果,结果表明植酸酶的添加显著降低了豆粕中植酸磷的含量,并得出添加500U/kg植酸酶可分解60%的植酸磷,添加1000U/kg的植酸酶可分解80%的植酸磷。
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。
2 植酸酶在水产上应用技术
2.1酸性植酸酶应用技术
当前市场上的植酸酶以酸性植酸酶为主,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,植酸酶与柠檬酸合用存在的协同作用。因此,酸性植酸酶在有胃和无胃水产动物上通过添加酸化剂有助于提高植酸磷的利用率,而直接添加酸性植酸酶对于无胃鱼替代磷酸氢钙几乎没有作用。
2.2 中性植酸酶应用技术
中性植酸酶的酶活在pH3.0~10.0均有较高酶活性。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。近期研究表明中性植酸酶在有胃和无胃水产动物均表现较好性能,可以在水产动物胃肠道中释放大量的有效磷。中性植酸酶具有广谱性,在有胃鱼中也具有应用价值用1000FTU中性植酸酶/kg饲料替代80%左右的磷酸二氢钙为宜,其作用相当于12g/kg饲料的磷酸二氢钙。
3 结论
磷是造成水体富营养化的最主要的营养盐。过量磷排放会造成土壤硬化、结块,水质恶化。目前,饲料中添加植酸酶是解决磷污染的有效途径,符合水产养殖业可持续发展的要求,用植酸酶消除污染源头比先污染后治理更为经济有效。然而植酸酶在水产动物饲料中的应用还有待进一步探讨,解决其应用方式、保留更高的酶活性是首先要解决的问题。开发耐高温水产动物专用植酸酶产品,加大植酸酶与磷替代关系及其评价的研究以及植酸酶与各影响因子关系的研究;加大水产动物,尤其是无胃鱼饲料中使用植酸酶的基础理论研究工作力度,加强开发研制、突破中性植酸酶表达量低的瓶颈等将对我国淡水环境保护起到重要作用。随着基因工程等分子生物技术的不断发展,对植酸酶的研究及应用目前面临的问题将会逐步得到解决,相信植酸酶在节约资源、保护生态和发展环境友好型水产养殖业等方面有着广阔的应用前景。