植酸酶在飼料中的應用研究進展

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近年來植酸酶在畜牧業中的應用越來越普遍，其使用效果也得到認同。試驗證明，在豬和雞日糧中添加適量植酸酶能取得很好的應用效果，一方面植酸酶水解植酸鹽釋放出很大比例植酸結合態的磷，既降低了無機磷添加量，又增加了飼料配方空間，同時降低糞磷排泄量可達20%～50%；另一方面，植酸酶具有潛在的營養價值，添加適量的植酸酶可以提高微量元素、蛋白質和能量的利用率。本文針對當前植酸酶在畜牧業中的應用情況進行綜述，探討植酸酶應用效果及其影響因素，以期對植酸酶的合理應用進行適當的總結和思考。
1 植酸的抗營養作用
植物性飼料原料中大約60%～80%磷以植酸鹽形式存在，表1列出了一些常見飼料原料中植酸磷的含量。在豬和雞腸道內平均每摩爾植酸能夠結合3～6 mol鈣形成不溶性植酸鈣，降低鈣和磷利用率。植酸還可絡合微量元素使其難以被動物吸收利用，其中絡合Zn和Cu能力最強。此外，植酸對蛋白質和氨基酸吸收也存在負面作用。在動物胃腸道內植酸能抑制胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用。在酸性條件下，植酸的堿性磷酸基團結合賴氨酸、組氨酸和精氨酸等；在中性條件下，一些氨基酸的羧基還可與植酸、或與植酸結合的二價或三價金屬離子絡合形成植酸-蛋白質或植酸-金屬離子-蛋白質復合物，從而降低蛋白質利用率。

2 植酸酶的來源和特點
植酸酶廣泛存在于微生物、植物和一些動物組織中。Nys等（1996）指出,在豬和家禽消化道內降解植酸的植酸酶有４種可能來源：動物腸道組織分泌的植酸酶；飼料原料中存在的內源性植酸酶；腸道內微生物產生的植酸酶；外源微生物產生的植酸酶。Liebert等（1993）報道，雞的胃和小腸內容物植酸酶活性很低。Yi等（1996）報道，豬的胃和腸道中的內容物植酸酶活性也存在類似的情況。不同來源的植酸酶作用機理也有所不同。微生物來源的植酸酶水解磷酸鹽基團首先發生在3號碳原子位置，而植物來源植酸酶作用位置不同，首先發生在6號碳原子。此外，外源微生物（曲霉）產生的植酸酶有兩個最適pH值,分別為2.5和5.5；而植物性飼料原料中內源性植酸酶只有一個最適pH值，為5.2。植酸酶作為畜禽飼料中植酸水解最為有效的催化劑，是近年來畜牧業應用研究的熱點。
3 植酸酶在豬和雞飼料中的應用效果
3.1 提高鈣、磷的利用效率
大量文獻報道顯示，在豬和雞日糧中應用植酸酶能夠有效提高鈣和磷的生物利用效率，降低磷排泄量，有助于降低畜牧業對環境所造成的壓力。Leske等（1998）報道，在肉雞和蛋雞豆粕、玉米和米糠日糧中添加300 U/kg植酸酶，植酸磷水解率分別提高36.7、29.0和14.8個百分點，總磷存留率分別提高16.6、16.1和7.1個百分點。張沽等（2005）在含8%的雙低菜籽餅的肉雞日糧中添加600 U/kg的植酸酶替代不同比例的磷酸氫鈣，結果表明，使用植酸酶替代1/2、4/5的磷酸氫鈣，可顯著提高鈣、磷的利用率，并且明顯地降低磷的排泄量。于明等（2004）報道，用35～70 kg的杜長二元雜交閹豬進行代謝試驗，添加植酸酶可使小麥、高粱和稻谷總磷表觀消化率分別提高27.64%、47.87%和41.84%（P>0.05），磷的沉積率也分別提高27.98%、47.35%和40.63%（P>0.05）；糞磷含量分別減少49.05%、52.88%和58.82%。植酸酶在提高磷利用率的同時也增加鈣的沉積。陳文等（2005）報道，仔豬飼糧中添加植酸酶后血清磷濃度趨于升高，血清鈣、堿性磷酸酶活性有降低趨勢，鈣、磷利用率提高。
在實際生產中人們常用鈣、磷等價量來描述植酸酶能夠替代的鈣或磷添加量，表2中總結了一些關于植酸酶等價量的報道。從現有植酸酶應用研究報道可以看出，在低磷日糧中添加植酸酶效果更佳，鈣和磷沉積并不會隨植酸酶的添加劑量增加而呈線性增加，在生產中應該根據實際情況確定植酸酶的適宜添加劑量。

3.2 提高蛋白質和氨基酸的利用率
植酸在酸性和中性條件下都能結合蛋白質和氨基酸，如果植酸被植酸酶水解，就能降低其抗營養作用。易中華等（2005）報道，添加植酸酶顯著提高艾維茵肉雞日增重和日采食量，顯著提高了肉雞氮利用率并大幅度降低氮排放量。豬日糧中植酸酶的應用也存在類似的情況。Kemme（1998）通過瘺管手術測得添加800 U/kg和900 U/kg微生物源植酸酶能提高豬對氮和大多數氨基酸的回腸表觀消化率。蔡青和等(2004)報道，斷奶仔豬日糧中添加植酸酶，日糧中蛋白質消化率提高了2.8%，改善了氨基酸回腸表觀消化率，His、Ile、Leu、Lys、Met的消化率分別提高11.7％、2.7％、6.2％、5.4％、1.1％。由此可見，應用植酸酶可以改善豬和雞蛋白質和氨基酸利用率，同時降低蛋白質和氨基酸的排泄量。
3.3 對微量元素利用率的影響
植酸可結合微量元素Fe、Cu、Mn、Zn、Co和Se等，其中結合Zn和Cu能力最強。大量文獻報道揭示，在豬和雞日糧中應用植酸酶對微量元素的利用有積極作用。Revy等（2004）通過比較在含32 mg/kg鋅的仔豬基礎日糧中添加20 mg/kg鋅或1 200 U/kg植酸酶的鋅生物利用率,結果發現,添加植酸酶的效果優于添加鋅組,血清堿性磷酸酶和鋅濃度及骨中鋅濃度和鋅沉積都較好,同時植酸酶還改善了仔豬Ca、P、Mg、Fe和Cu的利用率。而Zacharias等（2003）報道，25～55 kg豬日糧中添加植酸酶會導致銅需要量有輕微的提高，而高銅日糧可以克服植酸酶對銅利用率的負面效果，并指出這可能是由于植酸酶水解植酸鹽釋放出鋅，進而鋅拮抗銅的吸收利用。Morris等（1980）認為，用植酸與鋅的比值（不超過15～20）和植酸與鈣、鋅摩爾比的乘積（不超過3.5）評定鋅的利用率比僅用日糧鋅的含量更準確。戴求仲等（2004）指出，這兩個值在臨界值以上時添加植酸酶或鋅能夠提高動物的生產性能和鋅的利用率，但當這兩個值降到接近臨界值時，添加植酸酶并同時增加日糧鋅水平，對改善動物生產性能的效果并不理想。關于添加植酸酶對豬、雞微量元素吸收利用的影響仍需進一步研究驗證，需注意各種微量元素之間固有的協同和拮抗關系。
3.4 促進能量代謝
大量研究顯示，應用植酸酶能夠促進豬和雞的能量代謝。Selle（1999）等研究指出，在肉雞高粱—豆粕—菜粕—棉粕—麥麩配合日糧中添加植酸酶，代謝能顯著升高。Johnston等（2004）為測定植酸酶對豬能量消化率的影響，試驗設計了4種日糧：①含0.50%鈣和0.19%有效磷的玉米—豆粕型日糧；②含0.40%鈣和0.09%有效磷的玉米—豆粕型日糧；③日糧①+500 U/kg植酸酶；④日糧②+500 U/kg植酸酶，通過回腸瘺管收取食糜，結果顯示，在低鈣磷日糧中添加植酸酶顯著提高回腸淀粉和干物質及能量消化率。植酸酶能夠促進豬和雞的能量代謝可能是由于植酸酶水解植酸釋放出淀粉或者淀粉酶，增加了對碳水化合物的消化代謝。
4 植酸酶應用中的影響因素
4.1 日糧原料組成
植酸酶的應用效果主要體現在其對植物性飼料原料的作用，故在哺乳仔豬料中添加植酸酶的效果不佳。不同的飼料日糧由于原料組成的差異植酸酶的應用效果和效果增幅空間也有所不同。孫育平等（2005）通過體外法研究了外源植酸酶對不同飼料原料中鈣和磷利用率的影響表明，添加外源植酸酶顯著提高豆粕、花生粕和菜粕中鈣和磷的釋放量，但對大麥和高粱中無機磷的釋放沒有顯著影響。隨著非常規飼料原料，如菜粕、棉粕、花生粕、高粱等的使用日益普遍，需加強植酸酶在非常規飼料中的應用研究，為合理設計飼料配方提供應用理論基礎。
4.2 日糧鈣磷比
植酸酶的添加效果將會受到日糧中鈣磷水平、鈣磷比值以及植酸磷水平的影響。如果鈣磷比例過高，過量的鈣在腸道內形成大量的不溶性植酸鈣，從而植酸酶難以接近植酸分子而發揮作用。在肉雞日糧中總鈣與總磷比值在1.1~1.4時效果相當，超過這個比例時生產性能、磷利用效率和骨骼礦化效率都會降低。花薇等（2006）研究了植酸酶、非植酸磷和鈣水平的不同組合對艾維茵肉仔雞生長性能、死淘率、屠宰性能及肉品質的影響，結果表明，飼糧中添加非植酸磷0.28％＋鈣0.80％＋植酸酶600 FTU/kg時，肉仔雞的綜合效益較佳。
植酸酶應用效果隨著日糧中鈣磷比值的增大而降低。Liu等(1998)報道，當生長肥育豬日糧中鈣磷比值從1增加到1.5時，平均日增重、磷消化率和掌骨硬度分別下降了4.5%、8.2%和9.7%。這可能是由于過量的鈣結合植酸形成難溶性復合物或是過量的鈣直接競爭植酸酶酶活位點而抑制酶活性，從而降低磷和其它養分的釋放。
4.3 酸化劑
日糧中添加有機酸降低日糧pH值，進而能降低畜禽胃腸道內pH值。如前所述，微生物來源植酸酶有兩個最適pH值位點2.5和5.5，胃腸道內低pH值將有助于植酸酶作用的發揮。陳冬梅（2004）采用2×2因子試驗設計，研究肉雞日糧添加植酸酶和檸檬酸對鈣、磷利用率的影響，結果表明，300 g/t植酸酶和0.5%檸檬酸合用存在協同效應，能進一步提高鈣、磷利用率。龔一峰等（2005） 研究了內源性及細菌性植酸酶和檸檬酸在低營養日糧中對肉雞生長的作用，結果表明，3者同時添加時蛋白質和鈣的利用率極顯著提高。汪莉等（2005）研究植酸酶和檸檬酸結合使用對蛋雞生產性能的影響，蛋雞日糧中添加0.2%檸檬酸與50 mg/kg植酸酶，提高了蛋雞的生產性能。而Brenes等（2003）報道，添加檸檬酸對植酸酶促進肉雞生產性能作用產生負面影響，但有提高鈣、鎂和鋅等礦物元素生物利用率的效用。關于植酸酶和酸化劑之間的關系仍需大量的試驗進一步研究論證。
5 結語
當前在豬和雞配合飼糧中應用植物性飼料原料的比例很大，而植物性飼料中植酸會結合大量的礦物質、氨基酸、蛋白質和淀粉，降低了營養成分的利用率。當添加植酸酶時，這些營養成分的利用率會得到一定程度的改善。同時適當添加植酸酶，磷、鈣和氮的排泄量減少，又可降低畜牧業對環境污染的潛在威脅。植酸酶應用效果受到很多因素的影響，如飼糧的原料組成、植酸磷含量、鈣和磷水平及鈣磷比和酸化水平等。隨著植酸酶應用機理研究的深入，植酸酶在畜牧業中的應用必將越來越廣泛。

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