植酸酶對(duì)肉雞氨基酸回腸消化率影響的系統(tǒng)觀(續(xù)1)

孟祥光 譯自，Vol.225，№182～194

王祎汀 校 張配配 復(fù)校

3 討論

3.1 氨基酸對(duì)植酸酶的反應(yīng)模式

本次薈萃分析是為了在一定程度上澄清植酸酶對(duì)氨基酸回腸表觀消化率的影響。Selle和Ravindran(2007)提供了迄今為止對(duì)這一主題最全面的概述，報(bào)告植酸酶對(duì)肉雞日糧氨基酸回腸表觀消化率的影響(來(lái)自13項(xiàng)研究)約為3%。這一數(shù)值與本次分析相比更有優(yōu)勢(shì)(4.1%)。此外，在Selle和Ravindran(2007)的綜述中，植酸酶對(duì)蘇氨酸的回腸消化率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)蛋氨酸的影響，這一模式在本綜述研究中得到了證實(shí)。氨基酸對(duì)植酸酶的這種反應(yīng)模式表明，內(nèi)源性日糧蛋白質(zhì)強(qiáng)烈地參與了植酸/植酸酶營(yíng)養(yǎng)，這在Cowieson等(2004)以及Cowieson和Ravindran(2007)的研究中已經(jīng)得到了證實(shí)。事實(shí)上，Cowieson等(2008)記錄了在內(nèi)源性氨基酸流上植酸介導(dǎo)和植酸酶介導(dǎo)的變化與胃蛋白酶和黏蛋白的氨基酸組成之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的高水平相關(guān)性。這不僅是一個(gè)對(duì)科學(xué)好奇的問題，而且可能會(huì)對(duì)腸道的完整性、凈能以及在測(cè)定單種飼料原料中的這些養(yǎng)分時(shí)氨基酸值的可加性產(chǎn)生重大影響。有趣的是，本文提出的植酸酶的平均反應(yīng)不亞于碳水化合物酶和蛋白酶的反應(yīng)，這表明這些飼用酶的混合對(duì)提高肉雞的蛋白質(zhì)消化率可以帶來(lái)相當(dāng)大的潛力(假設(shè)具有互補(bǔ)性，但有一定程度的次可加性)。此外，應(yīng)該注意的是，至于Cowieson和Bedford(2009)和本文所述的碳水化合物酶評(píng)估，本次薈萃分析只使用了文獻(xiàn)報(bào)告的數(shù)值，而Cowieson和Roos(2014)在對(duì)蛋白酶進(jìn)行綜述時(shí)也考慮了內(nèi)部報(bào)告上未公布的數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，公布的數(shù)據(jù)對(duì)多項(xiàng)試驗(yàn)獲得的廣泛效果提供了更“樂觀”的看法，因此薈萃分析(如本文所述)給出的平均效果估計(jì)值可能略高于根據(jù)所有(已發(fā)表的和未發(fā)表的)數(shù)據(jù)獲得的估計(jì)值。

3.2 消化率標(biāo)記物的選擇

Selle和Ravindran(2007)指出，在將AIA或TiO2用作營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率標(biāo)記物的日糧中，氨基酸對(duì)植酸酶的平均反應(yīng)(4.4%)不同于將CrO2作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率標(biāo)記物的日糧的(1.4%)。這一現(xiàn)象在本分析中得到了證實(shí)，當(dāng)以AIA、TiO2或CrO2為消化率標(biāo)記物時(shí)，氨基酸對(duì)植酸酶的反應(yīng)分別為6.1%、3.8%和2.2%。這些差異所涉及的機(jī)制不完全清楚，但似乎至少部分與對(duì)照組日糧或原料中氨基酸的消化率估計(jì)值有關(guān)，而不僅僅是與添加植酸酶后引發(fā)的變數(shù)增值本身有關(guān)。從目前的分析中可以看出，當(dāng)以AIA和CrO2為消化率的標(biāo)記物時(shí)，前者可能會(huì)低估飼料原料中的氨基酸消化率，而后者可能會(huì)高估氨基酸的消化率，從而間接影響植酸酶的反應(yīng)。Cowieson和Bedford(2009)在撰寫一篇關(guān)于碳水化合物酶和植酸酶對(duì)非反芻動(dòng)物氨基酸消化率影響的綜述時(shí)，也注意到了類似的“標(biāo)記物偏差”。這些分析結(jié)果與Olukosi等(2012)的觀點(diǎn)有些不一致，后者指出，當(dāng)TiO2或CrO2同時(shí)用于肉雞日糧時(shí)，根據(jù)TiO2獲得的氨基酸消化率估計(jì)值高于利用CrO2獲得的值。這并不一定排除AIA可能會(huì)產(chǎn)生不同結(jié)論的可能性，因?yàn)镺lukosi等(2012)沒有考慮這個(gè)特殊的標(biāo)記物。還有一種情況是，標(biāo)記物的選擇是大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)所特有的，因此在以植酸酶為導(dǎo)向的研究中，標(biāo)記物的選擇和地理位置之間很可能存在著混淆問題。然而，本文提出的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)植酸酶對(duì)氨基酸回腸表觀消化率的影響是研究的重點(diǎn)時(shí)，AIA可能是比CrO2或TiO更合適的標(biāo)記物(以提高反應(yīng)信號(hào))。如上所述，造成這些差異的原因尚不清楚，但可能涉及標(biāo)記物相對(duì)于日糧中其他成分的通過率、在液相和固相消化糜中的混合性或一般的均勻性問題。

3.3 植酸酶添加濃度

近年來(lái)，科學(xué)文獻(xiàn)和商業(yè)媒體報(bào)告的植酸酶添加濃度引起了人們的極大興趣。毫無(wú)疑問，將植酸酶的添加濃度從“常規(guī)”劑量(可能是350 FYT/kg～750 FYT/kg)提高到接近1 500 FYT/kg～2 000 FYT/kg的劑量，如果將釋放出的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的價(jià)值與添加植酸酶增加的成本進(jìn)行比較，在經(jīng)濟(jì)上是有吸引力的。除了這種“算術(shù)動(dòng)機(jī)”外，越來(lái)越多的證據(jù)支持高劑量植酸酶對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，這種作用可能比磷、鈣、微量元素、能量或氨基酸消化率的變化(通常不大)更容易解釋。本次薈萃分析顯示，植酸酶的添加濃度在未達(dá)到約1 000 FYT/kg時(shí)，增加添加水平可以提高肉雞對(duì)必需氨基酸和非必需氨基酸的消化率；在添加水平超過1 000 FYT/kg之后再加大添加濃度，氨基酸的消化率不會(huì)出現(xiàn)明顯的變化(表4)。筆者承認(rèn)，本次薈萃分析所用的數(shù)據(jù)主要來(lái)自植酸酶添加水平在500 FYT/kg～1 000 FYT/kg范圍內(nèi)的試驗(yàn)，來(lái)自1 000 FYT/kg～2 000 FYT/kg(和超過此范圍)的試驗(yàn)的相對(duì)較少。然而，這種反應(yīng)模式是合乎邏輯的，與以前的觀察結(jié)果一致。例如，Shirley和Edwards(2003)指出，植酸酶的添加水平從94 FYT/kg提高到12 000 FYT/kg，會(huì)導(dǎo)致磷的釋放量略微呈線性反應(yīng)，但植酸酶對(duì)日糧能量和氮的作用幾乎都是在最初300 FYT/kg～750 FYT/kg的添加水平上表現(xiàn)出的。這種關(guān)系可能與外源性植酸酶具有優(yōu)先作用高度磷酸化的植酸酯的特性有關(guān)。在實(shí)踐中，這意味著使用普通添加水平的外源性植酸酶最早釋放的磷不成比例地來(lái)自于高分子量的植酸酯。隨著植酸酶添加量的增加，新增的磷來(lái)自較低分子量的酯類，如IP2或IP3。這些較低分子量的植酸酯在抗?fàn)I養(yǎng)性上大大低于IP6的[Luttrell(1992)指出IP3的螯合能力只有IP6的10%]，因此雖然磷可能即將到來(lái)，但其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸，可能不會(huì)增加。根據(jù)本次薈萃分析的結(jié)果，氨基酸的反應(yīng)可能在植酸酶的添加水平為1 000 FYT/kg左右時(shí)達(dá)到最大，此后幾乎沒有額外的效果。因此，在添加水平高于1 000 FYT/kg后，植酸酶對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)促進(jìn)作用可能來(lái)自磷消化率的提高，或者來(lái)自肌醇的生成以及此分子可能帶來(lái)的相關(guān)代謝的改善(Cowieson等，2014)。

植酸對(duì)蛋白質(zhì)和氨基酸營(yíng)養(yǎng)的抗?fàn)I養(yǎng)作用都有相當(dāng)明確的證據(jù)支持。本文的目的不是要詳盡地描述植酸酶可能會(huì)增加或植酸鹽可能會(huì)降低家禽消化蛋白質(zhì)的各種機(jī)制。關(guān)于這一主題的全面解釋，請(qǐng)讀者參考Cowieson等(2004)、Cowieson等(2009)和Selle等(2012)的相關(guān)研究結(jié)果。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)日糧被家禽攝入并到達(dá)發(fā)生消化的胃部時(shí)，植酸會(huì)直接作用于蛋白質(zhì)表面的堿性氨基酸殘基(賴氨酸、精氨酸和組氨酸)，并形成大型交聯(lián)的部分不容易被消化的不溶性聚合體。這會(huì)促使家禽分泌鹽酸和胃蛋白酶，試圖恢復(fù)蛋白質(zhì)的溶解度和消化率，反過來(lái)又促使機(jī)體增加對(duì)胃腸道黏蛋白和NaHCO3的需求，以保持腸道的完整性和合適的腔內(nèi)“氣候”。因此，植酸對(duì)氨基酸消化率的負(fù)面影響主要與內(nèi)源性氨基酸從腸道流失的增加有關(guān)，而不是對(duì)日糧蛋白質(zhì)消化率的直接影響。植酸通過上述機(jī)制產(chǎn)生的抗?fàn)I養(yǎng)作用不是靜態(tài)的，而是取決于一系列因素，包括飲水的特性(pH、陽(yáng)離子濃度、溫度等)、日糧陽(yáng)離子濃度(特別是鈣、鋅和銅)、植酸本身的濃度和植酸與蛋白質(zhì)的比例、日糧(可能還有腸道)離子平衡以及家禽的健康和營(yíng)養(yǎng)狀況。這些理由或許能解釋為什么文獻(xiàn)報(bào)道的關(guān)于植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用和植酸酶對(duì)氨基酸消化率的后續(xù)有益作用存在差異。然而，非常明顯的是，植酸對(duì)日糧產(chǎn)生了營(yíng)養(yǎng)上的“累贅”，植酸酶對(duì)氨基酸消化率的積極影響直接來(lái)自作為營(yíng)養(yǎng)障礙的植酸的完整性降低或被破壞。這樣的結(jié)果是，由植酸酶引發(fā)的氨基酸的“提升”應(yīng)該與腸道內(nèi)活性植酸的水解速度和程度密切相關(guān)，圖3中的數(shù)據(jù)有力地支持了這一結(jié)論，這些數(shù)據(jù)顯示，日糧中被降解的植酸的比例與相應(yīng)的氨基酸反應(yīng)之間有直接關(guān)系。此外，植酸降解導(dǎo)致半胱氨酸、甘氨酸和絲氨酸的消化率大大高于蛋氨酸或色氨酸的情況，這些趨勢(shì)表明在被破壞植酸的比例較高的日糧中，內(nèi)源性蛋白質(zhì)流量減少。在植酸酶破壞的植酸磷比例小于10%的試驗(yàn)中，氨基酸消化率的變化不明顯(平均約1.5%～3.0%)；而在30%～45%的植酸磷被破壞的試驗(yàn)中，氨基酸的消化率提高9%～10%。如上所述，我們假設(shè)這種關(guān)系不會(huì)線性地持續(xù)到植酸100%的消失，因?yàn)闅埩舻闹菜峥赡苁遣蝗苄缘暮蜎]有反應(yīng)的，或者是以較低分子的無(wú)害的酯存在。盡管如此，這是第一次明確證明磷(或不言自明植酸水解)和氨基酸反應(yīng)之間的直接聯(lián)系。因此，在考慮同等的磷釋放量時(shí)，不同植酸酶推薦的氨基酸矩陣值大不相同，這在科學(xué)上是不合適的。關(guān)于不同植酸酶產(chǎn)生的不同低級(jí)肌醇磷酸酯的各種異構(gòu)體可能參與了此類生理活動(dòng)是推測(cè)性的，很可能根據(jù)內(nèi)源性磷酸酶陣列的性質(zhì)而變化，并且沒有得到結(jié)論性的證明。最后，正如Cowieson等(2016)所述，謹(jǐn)慎的做法是將植酸酶的劑量策略與日糧植酸鹽濃度聯(lián)系起來(lái)，這樣就可以在合理的植酸酶添加水平下逐步減少磷以外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)推薦值。了解日糧中植酸鹽的含量也將為可能會(huì)出現(xiàn)的營(yíng)養(yǎng)累贅的程度(并在去除植酸鹽后得到緩解)以及添加植酸酶可能會(huì)產(chǎn)生多少磷和肌醇提供背景信息。

3.4 建議

下面的內(nèi)容試圖解開目前相當(dāng)混亂的植酸酶的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放譜，并可能幫助終端用戶為對(duì)植酸酶進(jìn)行價(jià)值比較制定基準(zhǔn)。

⑴建議使用的植酸酶應(yīng)具有同等的磷以外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)推薦值。

⑵植酸酶矩陣的建議應(yīng)得到大型數(shù)據(jù)集的薈萃分析的支持，因?yàn)閱蝹€(gè)或兩個(gè)試驗(yàn)可能不能代表大局。

⑶在植酸酶的添加水平達(dá)1 000 FYT/kg之前，磷以外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以與磷的釋放曲線聯(lián)系起來(lái)，此后這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的產(chǎn)生量可能與磷不成比例。需要注意的是，在含高水平植酸(含有超過0.30%的植酸磷)的日糧中，植酸酶產(chǎn)生的磷以外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)效應(yīng)可能持續(xù)到其添加量超過1 000 FYT/kg以后。日糧中植酸的濃度對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的植酸酶添加劑量反應(yīng)的影響是未來(lái)研究的一個(gè)領(lǐng)域。

⑷考慮在配方中使用“兩種植酸酶”。一種植酸酶的添加量固定在1 000 FYT/kg，具有完全的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；另一種在最低成本配方中靈活添加，只設(shè)計(jì)一個(gè)磷矩陣值，或使用折扣或“逐漸減少的”額外磷矩陣值。這個(gè)建議也很重要，因?yàn)楦邉┝康闹菜崦笗?huì)產(chǎn)生更多的肌醇，可以促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)，降低飼料轉(zhuǎn)化率，并增加肌肉增生，這些反應(yīng)需要供給充足的能量、礦物質(zhì)和氨基酸。

⑸植酸酶的氨基酸矩陣值應(yīng)該遵循一個(gè)可識(shí)別的反應(yīng)模式，胱氨酸＞蘇氨酸＞絲氨酸＞甘氨酸＞纈氨酸的高反應(yīng)(＞4%)，Arg、Glu和Met的低反應(yīng)(＜3%)(其他所有氨基酸的反應(yīng)狀態(tài)處于高低反應(yīng)的中間)。應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待不遵循這些一般趨勢(shì)的植酸酶的氨基酸矩陣值。

⑹對(duì)飼料原料或日糧植酸鹽含量進(jìn)行快速檢測(cè)，將會(huì)提供更加明知的植酸酶添加水平是合理的，并可以為所選植酸酶的添加劑量分配合適的氨基酸矩陣值。

⑺由于本文提出的氨基酸矩陣值是平均數(shù)，建議從這些值中減去一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誤差，以便得到一套更保守的釋放值。根據(jù)定義，平均反應(yīng)在50%的情況下會(huì)被高估。平均值減去一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誤差后，只有在15%的情況下會(huì)被高估。圖5對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)，使平均反應(yīng)從4.1%下降到3.3%。

⑻在植酸酶對(duì)氨基酸消化率沒有影響的情況下，這可能也與磷的反應(yīng)差、使用CrO2作為標(biāo)記物和(或)對(duì)照組日糧中氨基酸消化率高有關(guān)。

4 結(jié)論

本文提出的數(shù)據(jù)強(qiáng)有力地證明，植酸酶可以提高肉雞的氨基酸回腸表觀消化率，且與蛋白酶和碳水化合物酶相比，植酸酶的功效更高，不過這些酶的作用方式和目標(biāo)底物有很大的不同。此外，反應(yīng)的差異性與試驗(yàn)時(shí)選擇的標(biāo)記物、對(duì)照組日糧(或飼料原料)中氨基酸的相對(duì)消化率以及被植酸酶水解的植酸比例有關(guān)。從文獻(xiàn)報(bào)道的高度變化的數(shù)值可以看出，為什么不同的植酸酶生產(chǎn)商對(duì)植酸酶產(chǎn)品的氨基酸矩陣值有如此大的差異。然而，本次薈萃分析的結(jié)果表明，不同的植酸酶有基本相同的磷釋放推薦值，卻有大不相同的氨基酸矩陣值，這是不合適的。盡管不同植酸酶和腸道或微生物磷酸酶水解植酸后產(chǎn)生的中間異構(gòu)體的種類可能有一些細(xì)微的差別，但植酸酶釋放磷外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要因素是植酸在動(dòng)物腸道中的水解程度和日糧原料中氨基酸的固有消化率。重要的是，當(dāng)植酸酶的添加水平提高到1 000 FYT/kg以上時(shí)，極有可能會(huì)出現(xiàn)釋放的磷(添加水平達(dá)到2 000 FYT/kg～3 000 FYT/kg或更高時(shí)，可能會(huì)適度強(qiáng)勁地持續(xù))與其他所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(可能不會(huì))之間的無(wú)關(guān)聯(lián)性。可以得出結(jié)論，植酸酶能有效地提高肉雞的氨基酸消化率，這些效果源于去除植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用。筆者希望，本文提出的氨基酸對(duì)植酸酶的反應(yīng)能夠?yàn)樵u(píng)估植酸酶的價(jià)值提供明確的依據(jù)，并使終端用戶能夠在回避目前市場(chǎng)上令人困惑的各種產(chǎn)品建議書的同時(shí)對(duì)植酸酶的添加水平做出決定。

(續(xù)完)