植酸酶對動物飼料中營養(yǎng)物質(zhì)利用的影響

張相鑫 陳權(quán)

摘? 要：沒有兩種酶是完全相同的，作為一種能夠分解植酸的底物特異性酶，植酸酶也不例外。特定的酶能作用于特定的底物，雖然在理論上似乎是酶“越多越好”，但高品質(zhì)的酶通常有別于許多傳統(tǒng)的酶，可以在不提高酶添加量的情況下增加經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：酶;植酸酶;飼料

中圖分類號：S816.79 文獻標(biāo)志碼：C 文章編號：1001-0769（2021）02-0099-04

植酸是磷在植物中的主要儲存方式，且存在于許多植物性飼料原料中。植酸鹽本身具有抗?fàn)I養(yǎng)作用，因為它能結(jié)合飼料中的礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)，從而減少它們與消化酶的接觸。

未被消化的植酸鹽一旦被動物排泄到環(huán)境中，由于其含有高水平的磷，最終會成為一種環(huán)境污染物。

如果在飼料中添加能夠分解植酸鹽的合適的植酸酶，其就可以成為單胃動物飼料中營養(yǎng)物質(zhì)——主要是磷——的有機來源。

植酸酶是一種蛋白質(zhì)型生物催化劑，可通過分解植酸鹽來提高肉雞和豬對飼料中磷、鈣、鋅、鈉、鎂和氨基酸的消化率和利用率。大多數(shù)植酸酶來源于真菌或細(xì)菌，很少來自植物。

市場上銷售的植酸酶有許多不同形式，可以在不同的溫度、pH和植酸鹽含量的環(huán)境中使用。

1? 植酸酶的選擇

不同的植酸酶可以在動物消化道的不同部位發(fā)揮作用，具體取決于它們的種類和包被情況。目前市場銷售的植酸酶有三種：第一種是3-植酸酶，該酶能夠從植酸鹽肌醇環(huán)結(jié)構(gòu)的三磷酸肌醇（IP3）位點開始去除磷酸鹽殘基;第二種是6-植酸酶，該酶能從六磷酸肌醇（IP6）位點開始分解植酸鹽;第三種是5-植酸酶，該酶可以從肌醇環(huán)的五磷酸肌醇（IP5）位點開始分解植酸鹽（圖1）。

現(xiàn)今所有被用作動物飼料添加劑的植酸酶，無論其來自微生物還是來自植物，都能在動物的前胃或胃中發(fā)揮有效的作用。在考察產(chǎn)品時，需要考慮四個主要標(biāo)準(zhǔn)，以選擇最有效的解決方法。

植酸酶應(yīng)能夠在低pH環(huán)境中發(fā)揮有效的作用。植酸酶主要在家禽的嗉囊中發(fā)生去磷酸化作用，嗉囊腔中的pH為4.0～5.0。為了確保能在嗉囊中有效分解，植酸酶在酸性環(huán)境中具有較高的穩(wěn)定性非常重要。

植酸酶應(yīng)能夠有效分解IP6分子。為了能夠徹底分解植酸鹽以確保磷的供應(yīng)量最大化，所選擇的植酸酶需要能有效降解分子，以使其可以與肌醇環(huán)發(fā)生盡可能多地接觸。這是植酸酶分類很重要的一個標(biāo)準(zhǔn)。

分解時間決定了植酸鹽隨后的一切。植酸酶應(yīng)該是速效型的，以便能夠快速地降解分子，使生物功效最大化。由于植酸鹽在動物體內(nèi)能與許多重要營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合，這可確保其在動物腸道中完全水解，進而能夠釋放出更多的營養(yǎng)物質(zhì)以供吸收。

重要的是，在整個飼料生產(chǎn)過程中植酸酶還應(yīng)能夠經(jīng)受住高溫。酶是一類熱敏性蛋白質(zhì)，因此飼料的制粒可能會影響它們的穩(wěn)定性。植酸酶可以包被或不包被，可以制成顆粒狀或粉狀，也能以固態(tài)狀或液體狀形式存在。在動物體內(nèi)，不同形式的植酸酶將會擁有不同的生理機制，因此在選擇植酸酶時應(yīng)充分考慮它的類型。

2? 額外的益處

植酸酶對動物的益處遠(yuǎn)不止于僅從飼料原料中獲取生物可利用的磷。未被消化的植酸鹽具有抗?fàn)I養(yǎng)作用，因為它不能被動物分泌的常規(guī)消化酶所降解。除此之外，植酸鹽對礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)的高結(jié)合性親和力使它們的生物可利用率較低，結(jié)果它們變得更難利用。

未被消化的植酸鹽分子會變成動物消化道的刺激物，動物會通過促進黏蛋白的分泌做出反應(yīng)，以保護胃和腸道上皮層不受這種刺激物的消極影響。這種作用會加重動物的能量負(fù)擔(dān)，動物需要消耗更多的飼料來補償這種損失，所有這些都會增加養(yǎng)豬生產(chǎn)的成本。

鈣、鋅、鐵和銅都屬于能被植酸鹽捕捉的礦物質(zhì)。如果與植酸鹽結(jié)合，礦物質(zhì)的這種結(jié)合可能會造成動物缺乏礦物質(zhì)營養(yǎng)。在這些礦物質(zhì)中，最值得引起注意的可能是鈣。

植酸鹽在家禽的嗉囊中被分解后，可在小腸中形成鈣和植酸鹽復(fù)合物。在飼料中添加植酸酶添加劑，IP6分子可以被更早地分解，從而避免其在小腸中與鈣結(jié)合。

高品質(zhì)的植酸酶可最大限度地釋放出被包被或結(jié)合的營養(yǎng)物質(zhì)，并為動物節(jié)省能量。植酸鹽能夠結(jié)合礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)，因此它能通過直接影響蛋白質(zhì)的可利用率和減少礦物質(zhì)的供應(yīng)量降低氨基酸的消化率——形成金屬硫蛋白，即含金屬的酶。這類酶在動物消化道中非常豐富，要用掉某些元素的大部分供應(yīng)量。植酸與這些礦物質(zhì)的結(jié)合將使它們不能被酶利用，這將會影響動物的新陳代謝。一般而言，植酸酶會對新陳代謝產(chǎn)生顯著的積極影響。研究表明，在飼料中添加植酸酶能夠逆轉(zhuǎn)植酸對能量利用的消極影響。

坦率地講，提高能量、氨基酸和蛋白質(zhì)的消化率并非植酸酶的功能，而是植酸酶添加劑的額外益處。有人認(rèn)為，植酸酶對能量利用率的積極影響源于積累的蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉變得可消化，因為它們不再與植酸結(jié)合。植酸鹽被證明是一種腸道刺激物，可促進黏蛋白的分泌。植酸酶破壞植酸會降低黏蛋白的總產(chǎn)量，起因是刺激性變小，導(dǎo)致形成黏蛋白層所需的能量減少。

3? 最佳的劑量

當(dāng)關(guān)注高級作用時，如鈣、鋅、鈉、鎂和氨基酸的釋放，植酸酶的品質(zhì)開始有所差異，因為高品質(zhì)的植酸酶能夠充分降解植酸鹽底物，確保植酸鹽中的所有礦物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)被釋放出。

與其他植酸酶相比，具有固有熱穩(wěn)定性的飼用植酸酶能釋放出更多的可消化磷。另外，這種酶在胃蛋白酶存在和pH變化較大的環(huán)境中，都具有穩(wěn)定的性能。

在植酸鹽含量很低時該酶也能發(fā)揮出有效的作用，可確保植酸鹽在動物腸道內(nèi)被完全水解。這種具有固有熱穩(wěn)定性的酶在商業(yè)生產(chǎn)條件下也被證明具有熱穩(wěn)定性，可確保植酸酶的品質(zhì)在高溫條件下不受影響。

高質(zhì)量的植酸酶在添加量較低時就可以降解大部分的IP5和IP6，并且不需要較高的劑量即可降解所有非植酸型磷（Non-Phytate Phosphorus，NPP）。

植酸酶降解植酸鹽的速率也非常重要。高質(zhì)量的植酸酶可在5 min內(nèi)降解IP6和IP5，并在20 min內(nèi)將肌醇環(huán)上的磷去除。

4? 結(jié)論

眾多比較試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在每千克飼料中添加500 FTU的植酸時，熱穩(wěn)定性的飼用植酸酶對肉雞增重和脛骨灰分含量的提高效果最佳（圖2和3）。

與市場上銷售的多種植酸酶產(chǎn)品相比，熱穩(wěn)定植酸酶能使飼料的磷當(dāng)量值提高30%～60%。

劑量反應(yīng)研究表明，在玉米-大豆型日糧中添加2 000 FTU/kg的熱穩(wěn)定植酸酶，磷的釋放率高達(dá)0.23%，這表明植酸鹽結(jié)合的磷幾乎全部被釋放出。但是，當(dāng)添加量為? ? ? 1 000 FTU/kg～1 500 FTU/kg時，磷的釋放達(dá)到一個平衡狀態(tài)。

植酸酶對肉雞增重或飼料轉(zhuǎn)化率的磷當(dāng)量值高于脛骨灰分礦化，這表明植酸酶的作用不僅僅是磷的釋放。

研究表明，要達(dá)到最大的生物學(xué)功效不一定取決于日糧中植酸酶的含量，而在于所用植酸酶的類型和品質(zhì)。

出于初始成本的考慮而犧牲植酸酶的品質(zhì)并不能確保可取得最大的投資回報率，因此在選擇植酸酶產(chǎn)品時必須要考慮到這一點，這是非常重要的。

原題名：The impact of phytase on nutrient utilization of animal feed（英文）

原作者：Nasser Odetallah博士（羅福斯國際有限公司全球技術(shù)服務(wù)部執(zhí)行經(jīng)理）