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1、本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 第 页 共 页 目 录1 绪论.11.1 植酸与植酸酶.11.2 植酸酶的分类.31.3 植酸酶的来源.41.4 植酸酶的基本酶学性质.61.5 植酸酶的作用机理.61.6 植酸酶的应用意义.7第 2 章 植酸酶发酵过程主要影响因素研究.92.1 试验材料.112.2 试验方法.112.3 试验结果与讨论.142.4 本章小结.25结 论.26参考文献.27致谢.29本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 第 1 页 共 30 页 1 绪论绪论自从人类畜牧业产生以来，最大限度的发挥家畜的生产潜力和生产价值一直是生产者们和动物营养科学家们共同追求的目标，因此，在配
2、置家畜饲料时，他们从来不考虑家畜营养物质和矿物元素的排泄量，而导致大量的营养物质和矿物元素随动物的粪便排出体外。在广大农村，分散而且低密度的圈养条件下，动物的排泄物是一种非常好的有机肥料，但随着畜牧业大力发展，畜牧业生产集约化的程度大幅度的提高，饲养密度和饲养规模急剧增加，必然导致在较小的面积上产生出大料的排泄物。这些排泄物不得到合理的分散和处理，便会对周围的环境造成严重的污染。猪鸡等家畜，由于是单胃动物，胃中缺乏植酸酶，对植物性饲料中的磷的利用率非常低，为满足单胃动物对磷的需求量，生产中不得不在饲料中添加大量的无机磷，结果大量的未消化的无机磷随动物粪便排泄稻周围环境中，对生态环境造成了很严重
3、的威胁。目前，国内外大量的实验证明，在家畜的饲料中添加植酸酶可以提高家畜对磷的利用率，从而可以减少向环境中排放的磷。植酸酶是一种可作为饲料及食品添加剂的新型酶制剂，可以分解动物饲料中的植酸磷，释放出动物能直接吸收的利用的磷，可以有效减少单胃动物的排便中磷的含量，因此可以减少磷对环境的污染。在饲料中添加少量的植酸酶可以代替添加大量价格昂贵的无机磷酸钙，使饲料成本降低，而饲料的综合利用率提高。植酸酶还能消除植酸对多种金属离子的螯合作用，可以提高动物对植物蛋白和多种矿物元素的利用率以及植物性饲料的营养价值。植酸酶因其多方面的应用特点，植酸酶已成为饲料、医学、人类营养、食品工业、植物生理学和植物育种等
4、领域关注的焦点。1.1 植酸与植酸酶植酸与植酸酶1.1.1 植酸磷是动植物的重要元素，作为一种必须的矿物元素在动植物营养中发挥着非常重要的作用磷是动植物核酸、核蛋白和磷脂的重要成分，并与蛋白质的合成、细胞的分裂、细胞的生长有着密切关系。磷是许多辅酶如 NAD+、NADP+等的成分，也是本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 第 2 页 共 30 页 ATP 和 ADP 的成分。磷在机体内参与碳水化合物的代谢和运输，如在光合作用和呼吸作用的生理过程中，糖的合成、转化、降解大多数是在磷酸化以后才起反应的。磷对氮的代谢有重要作用，如硝酸还原有 NAD 和 FAD 的参与，而磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺则参与氨
5、基酸的转化。磷还与脂肪转化有关，脂肪代谢需要NADPH、ATP、CoA 和 NAD+的参与。68%-80%的磷在植物性饲料中都是以植酸的方式存在1。植酸( phy tic acid, 简称 PA) 又名肌醇六磷酸, 是维生素 B 族的一种肌醇六磷酸酯, 化学名环己六醇- 1, 2, 3, 4, 5, 6- 六磷酸二氢酯。由 1 分子肌醇和 6 分子磷酸结合而成，分子式为 C6H18024P6，通式为 C6H6OP(OH)26分子量为 660.8 。植酸广泛以植酸钙镁钾盐存在于植物种子内，是许多植物组织中磷的主要存在方式，占总磷的 60%-90% 。植酸对大多数金属离子有极强的络合能力，络合能力
6、与 EDTA 类似。植酸二价以上金属盐均可定性沉淀2。在饲料中，植物性的饲料含有约 1% 4%的磷, 其中 60% 80% 的磷通常是以植酸磷的形式稳定的存在于植酸盐复合物中, 这些矿物磷只有在植酸磷被分解游离的情况下才能供家畜吸收及利用, 单胃动物, 如猪和家禽消化道内缺乏植酸酶, 因而对磷的吸收率非常低。另外植酸不仅能够螯合 Ca2+ 、Mg 2+ 、Zn2+ 、Fe2+ 等二价金属离子, 降低了矿物质在肠道中的吸收；植酸还能与蛋白质和氨基酸等螯合，抑制体内消化酶的酶活性。植酸的存在大大降低了蛋白质及脂肪物质等营养物质的消化和吸收，使多种微量元素和常量元素的利用率降低,降低了植物性饲料的整
7、体生物作用。1.1.2 植酸酶植酸酶(phytase)，是催化植酸盐及植酸水解成为磷酸和肌醇的一类生物酶的总称，系统名称是肌醇六磷酸酶3，是特殊的酸性磷酸酶，是一种磷酸单脂水解酶，具有特殊的空间结构能水解植酸释放出肌醇和无机磷。在植物性的动物饲料中，大部分的磷酸盐是以植酸的形式存在的。而单胃动物缺少分解植酸的植酸酶。为了改良磷酸盐的生物利用度可以在植物性饲料中添加少量的异种植酸酶，减少植酸的抗营养作用；大量减少无机磷在环境中的排泄，由此可以降低农业生态对环境造成的负担，并且大大减缓了江，河，湖泊及海洋的富营养化；同时也大大减少了动物饲料对无机磷的添加量，本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 第
8、3 页 共 30 页 然而无机磷是一种不可再生的矿物质资源。为保护环境目前欧洲十几个国家规定不添加植酸酶的饲料不准上市4。1.2 植酸酶的分类植酸酶的分类1.2.1 基于最适 pH 和立体专一性的植酸酶分类植酸化学名为环己六醇- 1, 2, 3, 4, 5, 6- 六磷酸二氢酯5。因植酸分子的特殊立体构象, 植酸酶水解植酸时具有立体专一性，根据立体的专一性, 由国际纯粹与应用化学联合会-国际生物化学与分子生物学联合会(IUPAC-IUBMB)目前承认了三类常见的植酸酶（3-植酸酶、5-植酸酶和 6-植酸酶）。3-植酸酶开始水解植酸时首先释放出 C3 位磷酸基团, 随后逐渐释放其它的磷酸基团,
9、5-植酸酶和 6-植酸酶分别从 C5和 C6位开始水解植酸。微生物和植物绝大多数分别产 3-植酸酶以及 6-植酸酶。最适 PH 是各种酶的基本属性之一，根据酶活性最适 pH 值不同，植酸酶也可大致分为两类：酸性植酸酶和碱性植酸酶，酸性植酸酶在 pH 值 5.0 左右具有较高活性，碱性植酸酶在 pH 值接近 8.0 的时候有较高活性。除了芽孢杆菌和百合花粉外，大部分的生物植酸酶和植物植酸酶都属于酸性植酸酶，为了适应畜禽的胃肠酸性环境, 酸性植酸酶一直受到研究者的青睐和开发，因此酸性植酸酶在饲料和人类食品的适用性中比碱性植酸酶更广泛的底物特异性而被广泛关注。1.2.2 基于结构和催化机理的植酸酶分
10、类按结构的不同，可以将酸性植酸酶划分为有代表性的组氨酸酸性磷酸酶(HAP)-螺旋植酸酶（BPP），紫色酸性磷酸酶（PAP），半胱氨酸磷酸酶植酸酶(CPhy)。(1)组氨酸酸性磷酸酶（HAP）大多数知名的植酸酶都是 HAP，这个类的所有成员都有一个共同的活性位点保守序列 RHGXRXP 和一个水解磷酸单脂的两步作用的机制。Wyss 和他的同事通过比较几种来源于真菌的植酸酶的水解的特性，提出了 2 个类别的 HAP 植酸酶：一类底物特异活性比较宽，但是特异活性对植酸的比较低；第二类底物比较窄特异活性，但是比较高特异活性对植酸。本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 第 4 页 共 30 页 （2）- 螺旋植酸酶（BPP）与 HAP 不同，BPP 是最近发现的一类有着特殊水解机制的酶。BPP 基因已经从Bacillius subtili 和 Bacillus amyloliquefaciens 中获得。该分子的三维模型近似于有 6 个叶片螺旋的基本结构。搜索蛋白数据库，数据显示没有其它的目前已知的磷酸酶具有这种的结构。由于 Ca2+的束缚，而具有特定热水解活性和稳定性。BPP有 2 个束缚位点的磷酸盐，对它的底物的水解
