非反芻動物營養中的植酸酶：胃腸道植酸酶活性及其影響因素(續1)

孟霞

摘? 要：植酸是植物中磷酸鹽的主要儲存形式，對動物的可利用性較差，具有抗營養作用。植酸酶（即肌醇六磷酸磷酸水解酶）可逐步去除植酸或其植酸鹽中的磷酸基團，從而獲得可利用的磷。許多因素會影響植酸酶在動物體內的活性，本文主要闡述植酸酶相關因素（如最佳pH范圍、植酸酶類型和蛋白酶抗性）和動物相關因素（如物種、動物年齡和保留時間）對植酸酶活性的作用。

關鍵詞：植酸;植酸酶;胃腸道;豬;禽

中圖分類號：S816 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2021）05-0105-05

3? 植酸酶的功效評估

大量研究評估了日糧植酸酶對農場動物磷消化率和利用率的影響。這些研究表明，在日糧中添加植酸酶可提高磷的消化率，減少豬、家禽和魚的磷排泄量。

然而，不同的研究報道了500 FTU的植酸酶常規添加劑量對植酸磷消化率改善程度的不同結果。如前文所述，這可能與實驗方法、植酸酶的功效和影響植酸酶活性的其他因素有關。

3.1 植酸磷在回腸中的降解

由于添加的微生物植酸酶主要在非反芻動物的胃和小腸前端有活性，植酸磷在回腸中的降解數據有助于評估植酸酶的功效。由于受回腸食糜中植酸測定技術的限制，文獻很少報道植酸磷在回腸中的消化率。

植酸磷在回腸中的降解受日糧總磷水平的影響。Liebert等在添加或不添加外源性植酸酶的情況下測定了植酸磷在雞回腸中的消化率。結果表明，日糧中添加1 000 FTU/kg黑曲霉植酸酶主要降低嗉囊和胃內食糜中的植酸磷含量，這與植酸酶在這些器官中具有較高的活性相對應。日糧總磷水平為4.8 g/kg時，雞飼喂不添加和添加植酸酶的日糧，植酸磷在小腸末端的消化率分別為16.1%和62.5%;而當日糧總磷水平為3.6 g/kg時，植酸磷的消化率分別為23.0%和65.4%。因此，在植酸磷在小腸末端的消化率上，日糧中添加? ? 1 000 FTU/kg黑曲霉植酸酶的試驗組比不添加植酸酶的對照組高42%～46%，具體的提高幅度受日糧中的總磷含量影響。

日糧鈣水平也會影響植酸磷在肉雞回腸中的消化率。Tamim等測定了兩種日糧鈣水平（0或0.5%）對植酸磷在肉雞回腸中的降解情況。他們發現，對于不添加植酸酶的對照日糧，不添加鈣和添加0.5%鈣時，植酸磷的消化率分別為69.0%和25.4%;添加500 FTU/kg黑曲霉植酸酶或隔孢伏革菌植酸酶后，不添加鈣的日糧植酸磷在肉雞回腸中的消化率分別為79.5%和76.2%，添加0.5%鈣的日糧植酸磷在肉雞回腸中的消化率分別為58.9%和44.9%。盡管不添加鈣的日糧具有較高的植酸磷消化率，但這并不代表對商業日糧也會產生如此的效果。當添加0.5%鈣時，由于添加了500 FTU/kg的黑曲霉植酸酶或隔孢伏革菌植酸酶，植酸磷的回腸消化率分別較對照組的高20.0%和34.0%。Amerah等發現，當日糧中鈣與有效磷的比值為1.43～3.57∶1時，植酸磷的回腸消化率不受影響，肉雞飼喂添加了1 000 FTU/kg的布丘菌植酸酶（分析水平為831 FTU/kg）的日糧時，植酸磷的回腸消化率為75%～88%。對照日糧的植酸磷回腸消化率為40%～51%。這些研究之間的不同結果可以解釋為，在后一項研究中，高比例的植酸磷在消化道前端降解，這會減少消化道末端植酸鈣的形成，從而減少鈣對植酸磷降解的影響。

植酸酶對植酸磷在肉雞回腸中降解的影響也有性別差異。日糧中添加500 FTU/kg～? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 000 FTU/kg的黑曲霉植酸酶后，Wu等觀察到雄性肉雞的植酸磷回腸消化率為59%～79%（比對照組雄性肉雞的高31%～51%），雌性肉雞的為52%～72%（比對照組雌性肉雞的高25%～44%）。

日糧組成也會影響植酸磷在肉雞回腸中的消化率。在蛋雞中，van der Klis等發現，在缺磷的玉米（或豆粕或向日葵粕）型日糧中添加250 FTU/kg和500 FTU/kg的黑曲霉植酸酶，試驗一的植酸磷消化率分別為59%和72%（比對照組分別高37%和50%），試驗二的植酸磷消化率分別為50%和66%（比對照組分別高42%和58%）。有人認為，日糧中向日葵粕和植酸磷含量的不同可以部分解釋這兩個試驗獲得的不同結果。Jongbloed等報道植酸酶對豬體內植酸的消化率與飼料類型有關，因此與日糧植酸磷含量有關。添加1 500 FTU/kg的黑曲霉植酸酶后，玉米-豆粕型日糧的植酸回腸表觀消化率從9.6%提高到59.7%，而豆粕-木薯粉型日糧的植酸回腸表觀消化率從-1.4%增加到74.0%。豬飼喂不添加植酸酶和添加植酸酶的日糧，其回腸食糜中植酸磷含量分別為29.5 g/kg與12.5 g/kg（玉米-豆粕型日糧）和20.8 g/kg? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 與5.6 g/kg（豆粕-木薯粉型日糧）。這些研究人員認為，60%～74%的植酸磷在到達回腸前被1 500 FTU/kg的日糧微生物植酸酶降解了，而對照組只有10%的植酸磷被降解。由于植酸酶的加入，這兩種日糧總磷的回腸消化率分別提高了18.5%和29.8%。在這項研究中我們觀察到一個有趣的結果，即與十二指腸相比，無論日糧如何處理，植酸磷的回腸消化率都較低，具體的原因尚不清楚。有人指出，用于測定植酸磷消化率和十二指腸中液體/干物質流速差異的方法可能會過高估計植酸磷的消化率。也有人推測肌醇磷酸酯可能會在豬的小腸中再次合成。

其他因素，如試驗設計、植酸酶來源和添加水平，也可能會影響植酸磷在動物回腸中降解的測定。Kemme等發現，在飼喂添加900 FTU/kg黑曲霉植酸酶的玉米-豆粕型日糧的生長豬或育肥豬中，植酸酶降解了約38%的植酸磷。Rutherfurd等報道，與陰性對照組的豬相比，日糧中添加1 000 FTU/kg? 和2 000 FTU/kg布氏檸檬酸桿菌植酸酶的試驗組豬回腸植酸磷消化率分別提高了29%和32%。有趣的是，當使用陰性對照組作為參考時，這種外源性植酸酶的植酸磷降解作用不是發生在胃中，而是發生在空腸中，這可能與該植酸酶降解植酸磷的最適pH有關。最近發表的研究測定了豬喂給添加了500 FTU/kg和1 000 FTU/kg大腸桿菌植酸酶的玉米-豆粕型日糧后植酸磷回腸消化率，結果分別為58.4%和64.1%。陰性對照組豬的回腸植酸磷消化率為11%，因此，這種植酸酶對植酸磷的降解較對照組的高48%～53%。相比之下，Onyango等報道，在低磷日糧中添加大腸桿菌植酸酶不會顯著影響肉雞總磷的回腸消化率，但提高了總磷的全消化道消化率，這表明在確定總磷的回腸消化率的準確性方面存在一些局限性。

表3總結了一些關于植酸酶對植酸磷在回腸中的消化率的文獻數據。當排除在極低日糧鈣濃度下形成的數據時，表3中的數據表明，按500 FTU/kg的常規劑量添加的植酸酶在豬和肉雞的小腸末端能降解約45%～60%的植酸磷（比對照組的高20%～48%），因此降解是不完全的。植酸酶添加量超過1 000 FTU/kg，植酸磷的回腸消化率在56%～88%（比對照組的高29%～75%）。文獻研究報告了植酸磷在回腸中的降解有明顯的變化，這可能與日糧中植酸磷和總磷的水平、鈣的含量和形態、植酸磷的分析方法、成分組成、植酸酶類型、適應時間、動物的年齡和物種（品種和性別）有關。據觀察，當肉雞適應缺磷日糧時，磷的利用率上調，這將影響對照日糧中的植酸磷的消化率。Chung等對玉米-豆粕型日糧中添加不同類型和水平植酸酶的文獻研究結果進行了統計分析，得出日糧中鈣濃度、磷濃度、家禽的品種和年齡等因素對磷、鈣在動物體內的沉積有較大影響。

當將植酸磷的回腸消化率作為判斷植酸酶降解作用的準則時，應建立一種可以測定植酸酶在動物體內功效的標準方法。

3.2 磷的全腸道消化率、沉積率、骨灰分含量和對生長性能的影響

磷的全腸道消化率、骨灰分含量和對生長性能的影響是評估植酸酶功效的常用參數。與回腸磷的消化率相似，影響總磷消化率測量的因素有很多。最重要的因素是日糧所用無機磷的來源和含量以及大腸中的內源性植酸酶水平。Woyengo和Nyachoti回顧了植酸酶對肉雞磷消化率影響的文獻研究結果。在玉米-豆粕型日糧中添加500 FTU/kg～1 000 FTU/kg植酸酶可將磷的消化率提高12%～21%。在小麥-豆粕型日糧中添加500 FTU/kg～600 FTU/kg植酸酶，磷的消化率增加了7%～14%。

在文獻報道中，骨灰分含量和生長性能通常用于估計和驗證植酸酶釋放的無機磷，因為這些參數提供了額外的有用信息。例如，Hoppe等報道，基于骨灰分含量、磷和鈣沉積量，在飼喂谷物-豆粕型日糧的豬中，添加500 FTU/kg的植酸酶會分解42%的植酸磷。植酸酶添加量為250 FTU/kg和1 000 FTU/kg時，植酸磷的分解率分別為15%和57%。Cromwell等觀察到，使用骨剪切力作為相應標準，在飼喂豆粕型半純化日糧的生長豬中，添加250 FTU/kg、? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?500 FTU/kg和1 000 FTU/kg的植酸酶可分別降解12%、22%和43%的植酸磷。然而，Yi等報道，250 FTU/kg、500 FTU/kg、750 FTU/kg和1 000 FTU/kg的植酸酶添加水平可以將仔豬日糧中0.52 g/kg、0.83 g/kg、1.08 g/kg? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 和1.21 g/kg的植酸磷水解為脫氟磷酸鹽。如將植酸磷分解量轉換為磷酸二氫鈣，其值分別為0.41 g/kg、0.69 g/kg、0.86 g/kg和0.96 g/kg。

如上所述，胃和小腸前端的活性植酸酶將會減少植酸與日糧蛋白質的結合，消除其抗營養作用以及減少內源性氨基酸的損失。因此，除了植酸磷的釋放，氨基酸消化率和代謝能也可以用作額外的參數來確定植酸酶的功效。例如，Santos等觀察到，當減少日糧配方中代謝能、鈣和磷的添加量時，在21日齡肉雞日糧中添加? ? ? ? ? ?500 FTU/kg～1 000 FTU/kg的大腸桿菌植酸酶可使代謝能增加65 kcal/kg～195 kcal/kg，而在22～42日齡的肉雞日糧中添加750 FTU/kg和1 000 FTU/kg的植酸酶時，代謝能增加約195 kcal/kg。Onyango等報道，在低磷日糧中添加大腸桿菌植酸酶可提高總磷的消化率，磷、鈣、氮和一些氨基酸的沉積量以及脛骨灰分含量和日增重保持不變。Amerah等觀察到，日糧中添加1 000 FTU/kg的布丘菌植酸酶可提高磷、氨基酸和能量的消化率，這與肉雞增重和飼料效率的提高相呼應。微生物植酸酶對磷的利用率和氨基酸消化率的影響已被深入論述。

總之，人們可以在回腸或糞便水平測定植酸磷的消化率。磷的全消化道消化率可用于確定磷的沉積率，因為它的實際限制較少。測定植酸磷的降解的測定應在回腸水平測量，因為植酸磷在后腸會被腸道菌群降解，但釋放出的磷不會被吸收。在回腸水平直接測量植酸磷的降解將很好地表明植酸酶飼料添加劑的功效。此外，脛骨灰分含量、骨強度和生長性能是驗證植酸酶基質值（例如無機磷、鈣、能量和可消化氨基酸）的有用參數。

3.3 分析方法和植酸酶回收率

其他可能會大大影響植酸酶功效測定的因素是分析方法和分析日糧的植酸酶含量，大多數文獻研究沒有測量或報道。Kerr等利用育肥豬測試了4種商業植酸酶的功效。他們分析了這些植酸酶中的植酸酶活性，發現利用不同分析方法測得的植酸酶的活性存在顯著差異。當將官方的AOAC方法作為標準時，一種產品（Phyzyme）達到了生產商推薦的活性（5 000 FTU/g），其他植酸酶的活性比生產商聲明的活性高1.5～4.65倍（表4）。

在這項研究中，植酸酶在日糧中的添加水平是由生產商推薦的植酸酶的活性決定的，而不是根據植酸酶活性的測定值做出的。如表4 所示，當使用基于官方AOAC方法測得的活性時， 500 FTU/kg植酸酶產品分解的植酸磷與基于生產商推薦的活性的預期值相比可能存在顯著差異。顯然，在比較不同商用植酸酶產品的試驗研究中，必須使用官方方法確定產品中的活性和飼料中的活性。Onyango等也強調了在飼料配制后測量植酸酶活性的重要性。他們發現植酸酶在粉狀飼料中的活性比預測活性低得多，因此本研究中使用分析值來計算植酸磷的等效值。

（未完待續）

原題名：Phytase in non-ruminant animal nutrition： a critical review on phytase activities in the gastro-intestinal tract and influencing factors（英文）

原作者：Yuming Dersjant-Li等（丹尼斯克動物營養）