利用替代碳源生产黑曲霉植酸酶与木聚糖酶的生化特性及其在动物饲料体外水解中的应用

本研究针对谷物中植酸(IP6)和非淀粉多糖(NSPs)等抗营养因子限制动物饲料消化率的问题，通过固态培养黑曲霉(Aspergillus japonicus)生产植酸酶(PhyAj)和木聚糖酶(XynAj)，并评估其与商业酶的效能对比。结果表明，以麦麸+豆粕(1:1)为底物时，PhyAj(10.23±0.63 U/g)和XynAj(31.83±2.87 U/g)产量最高，酶促饲料降解率分别达90.15%(A4)和81.64%(A6)，显著提升磷(9.44±0.44 mg/g)与还原糖(172.40±2.71 mg/g)释放，为开发高效饲料酶制剂提供新策略。

　　

论文解读

谷物作为非反刍动物的主要营养来源，却暗藏"营养陷阱"——植酸和非淀粉多糖(NSPs)等抗营养因子会与矿物质、蛋白质结合形成难消化复合物，导致动物对营养物质的吸收率大幅降低。据统计，全球每年因饲料消化率不足造成的经济损失高达数十亿美元。传统解决方案是添加商业酶制剂，但现有产品的活性和稳定性仍存在局限。更棘手的是，随着畜牧业规模扩大，如何通过绿色工艺生产高性价比酶制剂成为行业痛点。

针对这一系列问题，来自巴西马托格罗索联邦大学的研究团队将目光投向了一类特殊的微生物——黑曲霉(Aspergillus japonicus)。这种真菌此前已被发现能分泌多种水解酶，但其在饲料酶领域的潜力尚未充分挖掘。研究人员创新性地采用麦麸与豆粕(1:1)混合的农业废弃物作为固态培养底物，仅用72小时就成功制备出高活性植酸酶(PhyAj)和木聚糖酶(XynAj)，其酶活分别达到10.23±0.63 U/g和31.83±2.87 U/g。通过体外模拟消化实验发现，这种"真菌酶鸡尾酒"对小麦麸的磷释放量(9.44±0.44 mg/g)和米糠的还原糖释放量(172.40±2.71 mg/g)均显著优于市售酶制剂，相关成果发表在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》。

研究团队主要采用三项关键技术：1) 固态培养技术利用农业废弃物作为低成本底物；2) 酶动力学分析确定PhyAj和XynAj的最适温度(55°C)与pH(分别为4.5和5.5)；3) 体外消化模型定量评估饲料成分降解效率。

关键研究发现

1. 微生物培养与酶生产：麦麸与豆粕组合能同时诱导PhyAj和XynAj的高效表达，这与底物中植酸和木聚糖含量直接相关。
2. 酶学特性：PhyAj在pH 3.0-5.0保持稳定，且被MnCl₂激活；XynAj在50-70°C宽温域保持高活性。
3. 饲料降解效能：PhyAj使饲料降解率提升90.15%(A4组)，XynAj使日粮消化率提高88.10%(D7组)，均超越商业对照。
4. 营养释放：24小时内从小麦麸释放的磷含量达9.44±0.44 mg/g(A7)，从米糠释放的还原糖达172.40±2.71 mg/g(A1)。

结论与展望
该研究证实黑曲霉能通过绿色工艺生产高性能饲料酶制剂。特别值得注意的是，PhyAj对植酸的降解效率打破常规认知——其作用效果比预期高出近30%，这可能与其独特的空间结构有关。而XynAj展现的宽温域适应性，使其在饲料加工的高温制粒环节仍能保持活性。这种"一菌双酶"的生产模式，不仅降低酶制剂成本，更开创了农业废弃物高值化利用的新路径。未来研究可进一步解析这些酶的分子机制，并探索其在畜禽养殖中的实际应用效果。