植酸酶—解决畜牧生产中磷污染的有力武器
刘建平
当今世界集约化的动物生产体系对环境造成的污染是农业所面临的主要问题，已引起全球的关注。磷排放的污染就是其中一个主要方面。在荷兰、丹麦和英国等一些畜牧业发达的国家，进行了比较深入的研究，并已制定法规，限制经由猪粪尿排出的磷和氮的数量，以控制这些成分在土壤和水中的积累。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，就要求我们从饲料方面进行合理营养，特别注重饲料成份的可消化，可利用性。随着中国执法力度的加强，植酸酶像国外一样强制使用，以及植酸酶研究的不断深入和人们对植酸酶认识的进一步提高，植酸酶产品将在不久的将来应用于所有的饲料产品中。
1、磷与环境污染
1.1 磷是动物生长发育等生命活动必需的重要矿物质，它在动物体内与钙构成骨骼和牙齿，还以磷酸根的形式参与机体代谢活动，如磷酸化、DNA、RNA合成及糖代谢等。它是饲料中最昂贵的组分之一，同时，也是自然界中不可多得的资源。磷矿的过度开采与磷产品加工的污染及磷的大量排放，已经成为人们生活中普遍关注的问题之一。
1.2. 磷污染的原因及途径。研究表明猪排出的磷大约90%存在于粪中，10%存在于尿中。粪中磷来源于未消化的磷，内源磷和微生物群体。因为排出的磷大多存在于粪中，所以养殖业所产生的粪便是磷污染的罪魁祸首。一个万头猪场每年食入磷总量为27—44吨（平均40吨），排出磷总量为20—33（平均31吨），排出的磷相当于193吨磷酸氢钙。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。在我国磷矿的有效成分低，生产1 t磷酸氢钙要排出3 t左右的磷渣，全国每年将有300万吨磷渣无法利用，造成很严重的环境污染，而饲料中有70%以上的总磷不能被利用，大量的磷排放又是水体富营养化污染的主要原因之一。过量的粪磷流入土壤后，它就和土壤颗粒紧紧结合在一起，不会从土壤滤出。相反，它会被土壤颗粒吸收，从而腐蚀土壤。富含磷的表层土被腐蚀掉后流入河流湖泊，将会引起藻类的大量增殖和其他严重的水体加富。因为磷是水生植物最主要的限制性养分，磷供给量的增加会促进水生植物的生长繁殖。
2.治理磷污染的措施
2.1避免在饲料中过量添加磷源
在饲料中过量使用磷及其他营养成分已很普遍。饲料配方设计时，磷的用量一般比维持正常生长所实际需要量高20%左右，并且，实际环境下的动物的采食量要比理论采食量要高，所以排出到环境中磷的比例更大。配方设计要应用有效磷，并充分考虑采食量与营养浓度的关系。
2.2 采取有效的营养措施是畜牧业污染问题的根本出路，通过系统的营养学调控理论，科学的日粮配制技术和生物技术来开发低污染日粮(生态型日粮)，使污染源的排放最小化。它主要包括四个方面的营养措施：①降低日粮中营养物质(主要是氮和磷)的浓度；②提高日粮中营养物质的消化利用效率；③减少或禁止使用有害添加物；④阶段性饲养。
2.3 使用植酸酶，变饲料中的植酸磷为可利用磷。
2.3.1植酸与危害。
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，首先必须在消化道内使植酸水解成含磷的无机物。它的利用效率取决于畜禽种类、年龄、小肠中植酸酶含量等因素。单胃动物(猪、鸡、鱼等)因缺乏内源性植酸酶，饲料中的植酸基本不能被单胃动物直接利用而随粪便排出体外，造成磷的大量浪费和对土壤及水源的严重污染。
另外，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，所以植酸是一种抗营养因子。
对水产动物来讲，高水平的植酸还降低鱼类的生长率、饲料利用率、成活率以及甲状腺功能，再加上镁的利用下降以及植酸本身的毒性，导致幽门盲囊上皮细胞结构异常。此外，未被动物体利用的大量植酸磷排出体外，一方面造成磷的巨大浪费，另一方面排出体外的磷进入土壤和水中，造成BOD和COD值升高，水中溶氧含量起伏变化、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。
2.3.1 植酸酶(Phytase)是催化植酸(肌醇六磷酸)及植酸水解成肌醇与磷酸(或磷酸盐)一类酶的总称。植酸酶能将肌醇六磷酸(植酸)分解成为肌醇和磷酸。不同来源植酸酶作用机理有所不同。
试验表明添加植酸酶可促进鸡对植酸磷的利用效果，一般认为，添加植酸酶可使磷的利用率提高20－40％。在肉鸡的玉米-豆粕型日粮中添加植酸酶，粪尿中排磷量减少17%~42%，仔鸡体增重和饲料报酬与对照组相同，甚至好过对照组在蛋鸡饲料中添加植酸酶，粪尿排磷量减少40%。使用酵母制备的植酸酶的有效pH作用范围广，它在家禽肌胃和腺胃都可发挥作用。猪的体内试验表明植酸酶对植酸水解反应的85％发生在胃部。在家禽体内，植酸水解主要发生在嗉囊（pH5－6）肌胃和腺胃（pH2－4），在小肠中仍然发现植酸酶有活性，甚至在大肠中也有发现。
对于水产动物，以虹鳟为实验对象，饵料以大豆为基础，只含有植物性的磷源，磷的含量低于最适含量，在饲料中添加1 000活性单位／kg饵料的植酸酶，结果在水温15 ℃时，磷的利用率从17％提高到49％，水温在10 ℃时，从6％提高到25％。用鲤鱼作实验，在以大豆粉、鱼粉和大麦为基础原料，总磷含量为7.2 g／kg的饲料添加500和1 000活性单位／kg的植酸酶，结果鱼体增重和鱼体灰分含量显著提高，比不添加磷组和添加2 g／kg磷酸二氢钙来源的磷组，磷的排泄量分别低28％和25％。
4、结论
植酸酶可以解除植酸的抗营养作用，使无机磷的用量大幅度降低，降低饲料成本；它通过将肌醇六磷酸(植酸)分解成为肌醇和磷酸而被动物消化吸收，提高饲料中矿物元素，如钙、锌、铜、镁和铁等生物学利用率；增加饲料中蛋白质、氨基酸、淀粉和脂质等营养物质的利用率；提高动物采食量和日增重，改善动物生产性能；显著降低猪、禽粪便排泄物中磷的含量，减少了对环境的污染而成为营养学家迎接世纪难题挑战，解决畜牧生产中磷污染的有力武器。
