植酸和植酸酶的用途

江苏省药理学会

国家卫生健康委员会发布的2022年第2号公告中,新增了植酸酶作为食品添加剂。这个新品种有什么来头?

先从一个已经用了很长时间的食品添加剂植酸说起。Phytic acid,环己六醇六磷酸。又名肌醇六磷酸,简称IP6。无色至淡黄色液体,制成的钠盐为白色固体.植酸属于有机磷类化合物,是植物储存磷的形式。主要存在于植物的种子、根干和茎中,尤以豆类和谷物、坚果种子中含量最高。

凡是种子都有植酸。粮食中占约1%。坚果更多,含2-9%不等。种子中植酸多是有道理的。因植酸具有抗氧化能力,能帮助种子更安全地度过休眠期。种子一旦发芽,里边的植酸酶会被激活,分解植酸出的磷正好供幼苗生长所需。种子越是外层,含的植酸越多。所以粗粮的植酸远多于细粮。

植酸含6个磷酸基团,具有强酸性。6个磷酸基个个带负电荷,像螯足一样具有很强的结合(螯合)能力。既可与钙、铁、镁、锌等二价以上的金属离子产生不溶性化合物,也可与蛋白质类形成牢固的复合物(配位键)。植酸一般采用米糠、玉米麸皮等提取。工业上往往用植酸的钙镁复盐,市场上叫菲丁Phytin。植酸可作为抗氧化剂、螯合剂、水软化剂、金属防腐蚀剂等,广泛应用于油漆涂料、日用化工、医药、金属加工、纺织工业、塑料工业及高分子工业等多领域中。由于植酸的安全性较高,也被食品工业作为食品添加剂用于果蔬及水产的保鲜剂、护色剂,以及糕点装饰、腌腊食品、某些饮料稳定剂,最大使用量为0.2g/kg。比如用植酸与微量柠檬酸混合配制的溶液,对果蔬、花卉的保鲜效果很好。水产品罐头中添加微量植酸,可防止磷酸铵镁结晶生成。

在食品工业上用作酵母等发酵促进剂,并作为油脂、色素和果酱防腐的抗氧化剂。用于医药原料,具有恢复人体内磷的平衡、改进细胞的营养作用。

在食品工业上用作酵母等发酵促进剂,并作为油脂、色素和果酱防腐的抗氧化剂。用于医药原料,具有恢复人体内磷的平衡、改进细胞的营养作用。虽说植酸与金属离子的结合力与EDTA相当,但新的研究表示,尚不能证实植酸对钙、镁、锌、铁等的吸收有显著影响。一些判断缺乏实验支持,或是有相互矛盾的试验。对于摄入较多植酸会引起骨质疏松,还是改善骨质疏松,都只是推论而无法断言。

况且含植酸较高的食物,大多是健康食物,比如糙米、坚果等。已知植酸和植酸的水解物肌醇可用于辅助治疗癌症,减少化疗的副作用。植酸对改善糖尿病,降低心血管病风险,减少尿酸,预防肾结石,也都有一定的临床证据。另外,植酸对消化酶的抑制作用,可以用摄入维生素C完全解决。不过,有些动物摄入植酸后排出的粪便含磷太高,对环境造成不良影响是确实的。

有实验表明,谷物经长时间浸泡或发酵处理后,植酸降解率为95%,发芽也有类似作用。这是由于激活了植酸酶造成的。所以植酸酶也成为我们研究的目标。

植酸酶,phytases,可将植酸(盐)水解为肌醇和无机磷,也同时释放出被植酸绑架的其它物质。植酸酶解除了植酸对矿物元素的强烈束缚,增加了矿物元素吸收利用。法国、澳大利亚和新西兰等国的食品安全机构,均允许植酸酶作为食品工业用酶制剂。

牛羊鹿和啮齿动物(兔、老鼠)的消化道内有植酸酶,对它们来说,植酸算是一种正常的营养素。而人类和大部分单胃动物则缺少植酸酶。说明人类和这些动物吃了种子,理论上植酸可能会令食物中的营养利用率打折扣。

学术界早在1907年就知道了植酸酶,发现它在自然界的动物、植物、微生物中广泛存在,但提取成本太高。虽然说种子浸泡或发芽可激活其中的植酸酶,但耗时较长(至少泡一天),也太麻烦。相对来说,微生物产植酸酶较多些,包括细菌和真菌等。比如黑曲霉Aspergillusniger等真菌,是生产植酸酶的主要来源。直到1990年代,利用基因工程技术培育出高产菌种后,植酸酶的生产才得到较快发展,进入大规模生产.植酸酶在食品工业中主要用在饮料和发酵生产中,实际应用尚有限。它更多是在饲料工业上有所作为,很多欧洲和韩日等国都强制使用。我国1996年开始引进德国巴斯夫的植酸酶技术,开始用于饲料行业。

加入了植酸酶的酶解饲料,可以使猪、鸡、鸭、鱼虾等动物的粪便中排磷量减少40~60%。这不仅大大降低了磷排放,减少富营养性污染,也为国家节约了大量昂贵的磷矿资源。之前动物饲料里要额外添加很多无机磷营养剂的。眼下人们认识到保护环境的重要性,加一点植酸酶,换一片绿意!植酸酶不仅仅是一个产品,它的应用已经成为一种社会现象。标志着中国在饲料行业的重大科技进步!如今我国的植酸酶生产有了新的开发,产品已经出口到几十个国家。目前我国农科院研发出了更先进的植酸酶转基因玉米,可直接用于饲料,降低成本。