植酸酶對肉雞氨基酸回腸消化率影響的系統觀

孟祥光 譯自，Vol.225，№182～194

王祎汀 校 張配配 復校

植物種子中的磷(phosphorus，P) 約有600 g/kg～800 g/kg 是以植酸[1,2,3,4,5,6-肌醇六氫磷酸酯(1,2,3,4,5,6 myo-inositolhexakis dihydrogen phosphate；IP6)]的形式存在。植酸含有約280 g/kg 的植酸磷，其余的成分為氧和肌醇碳環。飼料原料含有不同濃度的植酸，從玉米的7 g/kg～8 g/kg 到一些谷物副產品和豆類食物的50 g/kg～60 g/kg。當家禽攝入含低濃度二價陽離子[如鈣(calcium，Ca)] 的混合飼料時，植酸很容易被消化。然而，在商業性生產中，家禽營養的標準做法是將來自植物種子的植酸與各種陽離子源(如CaCO3、CaHPO4、ZnO 等)同時添加，形成營養全面的日糧。這種做法的后果是植酸與二價陽離子同時存在于家禽的腸腔內，因此很容易形成不溶性鹽(通常稱為“植酸鹽”)，從而會降低其他成分的消化率。沉淀主要發生在腸腔內容物具有較高的pH(＞4～5)時，因此主要與小腸和大腸有關，而胃腸道中較低的pH 通過質子化作用增強了植酸的溶解度。20 世紀90年代初，對這一問題的實際解決方案是將微生物植酸酶作為混合飼料的一部分，在植酸到達有問題的動物腸道后段之前，將其部分去磷酸化。這種去磷酸化作用會大大降低植酸的螯合能力，增加各種營養物質，如P、Ca、鈉(natrium，Na)、能量、氨基酸和微量元素的消化率。

植酸酶對提高家禽營養中P 和Ca 的消化率的作用已被普遍接受，已經有大量的出版物提供了這些作用的明確證據。然而，植酸酶對營養物質如能量、微量元素或氨基酸消化率的影響，不同的文獻報告并不一致，也沒有被終端用戶所利用。此外，不同的植酸酶生產商對氨基酸和能量本身的建議大相徑庭，而且隨著添加濃度的提高，改變這些數值的方法也各不相同。市場上關于植酸酶的所謂“磷外”效應的大部分差異都與不同試驗的反應差異有關。這種“反應譜”能夠為植酸酶生產商提供相當大的自由度，他們可以根據自己的理念和與各產品組合的互補性，為特定的產品選擇積極的或保守的數值。然而，從科學的角度來看，最好是用盡可能廣泛的證據支持決策，以減少發生錯誤的可能性。因此，本文的目的是總結關于植酸酶對肉雞氨基酸回腸表觀消化率影響的現有公開數據，以便為進一步的研究提供一個基準，并對植酸酶的價值進行明確的比較。

1 方法和結果

1.1 數據庫建設和統計方法

所有發表的、經同行評審的、報告植酸酶本身對肉雞氨基酸回腸表觀消化率影響的論文(n ＝24) 都被收錄并用于本次薈萃分析。被排除的論文包括那些報告使用植酸酶對閹割公雞和非肉雞品種的影響以及采用總腸道收集方法評估影響的論文(合計只有4～5 篇)。所有被納入的論文都使用了肉雞，通常在21～28 日齡，并使用帶有消化率標記物的回腸采集法評估消化率。數據從每篇論文的相關表格中轉錄到Excel 文檔中，然后用美國SAS公司的JMP V.12.2.0 統計軟件進行統計分析。統計分析采用混合模型，將試驗(唯一的出版物代碼)作為隨機變量，并酌情包括其他相關的解釋因素(appropriate variable)。為了清楚起見，本文將植酸酶的活性單位用FYT/kg 表示，其中一個植酸酶活性單位被定義為在pH 5.5 和37 ℃條件下，每分鐘從0.005 mol/L植酸鈉中釋放出1 mol 無機磷酸鹽所需酶的數量。不同的植酸酶生產商提供的單位定義略有不同，可能會用FYT/kg 或FTU/kg 來描述植酸酶(這些是同義的)。就絕對數字而言，本文沒有進行“單位校正”，所有單位都直接取自同行評議的論文。在引用FTU/kg 而不是FYT/kg的地方，術語被改為標準的FYT/kg，以避免混淆。此外，人們普遍認為植酸酶活性單位并不能深入了解其在動物體內的功效，基本上只能作為質量控制檢查和監管目的而發揮作用。然而，它們為本文提供了一個方便的交叉植酸酶比較，因此在此詳細說明。

1.2 數據庫特點

表1 列出了關鍵數據庫的特征。絕大多數關于植酸酶對肉雞氨基酸回腸表觀消化率影響的論文是在1996 年到2006 年這10 年間發表的(745 個觀察數據中的520 個)，來自最近10 年發表論文的新數據集比較少。玉米是所涉及研究中使用的最主要的谷物(745 次觀察中的413 次)，豆粕(soybean meal，SBM)是各種試驗中使用的主要蛋白質原料(745 次觀察中的312 次)。其他使用頻率較高的飼料成分包括油菜籽或菜籽粕(n ＝68)、大米或小麥的副產品(n ＝141)、玉米酒糟(n ＝42)和小麥(n ＝66)。在植酸酶對氨基酸回腸表觀消化率影響的觀察結果中，約有三分之一是在使用單種飼料原料的半合成日糧中確定的，其余的觀察結果來自于基本上營養全面的全價日糧。用于測定氨基酸消化系數的消化率標記物是二氧化鈦(TiO2；n ＝101)、氧化鉻(CrO2；n ＝260) 或酸性不溶灰(acid insoluble ash，AIA；n ＝384)。表2 列出了試驗日糧中的P、Ca 和植酸磷的濃度。在所有日糧中，P 的平均濃度為0.61%，最低和最高的分別為0.20%和1.83%；Ca 的平均濃度為0.73%，最低和最高的分別為0.04%和1.30%；最后得到的Ca 與P 比值的平均值為1.3 ∶1，最小值和最大值分別為2.8 ∶1 和0.1 ∶1；最后，植酸磷的平均濃度為0.37%，最低和最高值分別為0.14%和1.56%。

2 植酸酶對氨基酸回腸表觀消化率的影響：總體反應

植酸酶對氨基酸表觀回腸消化率的影響見表3。對照組日糧(或飼料原料)中氨基酸的平均消化系數為0.80，植酸酶的添加(與劑量無關)使其平均增加4.1%(0.80～0.84；P＜0.001)。盡管所有氨基酸的消化率都因添加植酸酶而提高，但這一比例從蛋氨酸(methionine，Met) 的1.3%到半胱氨酸(cysteine，Cys) 的7.2%不等。圖1顯示了對照組日糧中氨基酸消化率和對植酸酶的平均反應之間的關系，發現存在一個顯著的(R2=0.70；P＜0.001)二次擬合關系，即植酸酶對氨基酸固有消化率較高的日糧或原料的影響較低。最佳擬合(二階)多項式的方程式為：

添加植酸酶后氨基酸消化率的變化(%) ＝34.123348－ (36.864518×C) ＋(33.73978×(C－0.78847)2)

式中：C 是對照組日糧中氨基酸的消化系數。簡單地說，當對照組日糧中氨基酸的消化系數在0.50～0.73 時，植酸酶產生的平均效果約為10%；而當日糧氨基酸的固有消化系數為0.86～0.95 時，添加植酸酶的效果只讓氨基酸的消化率提高2%左右。

添加植酸酶對氨基酸消化率的反應在所有試驗中并不恒定(數據未顯示)，而是從Amerah 等(2014) 獲得的14%左右到Sebastian 等(1997) 得到－ 0.7%，不過這種影響部分可以用以上介紹的關系解釋。在Amerah 等(2014)的研究中，氨基酸的平均消化系數為0.73，而在Sebastian 等(1997)報告的試驗中，這一系數為0.86。

2.1 植酸酶的添加量對氨基酸回腸表觀消化率的影響

如表1 所述，現有的報告反應了植酸酶的不同添加濃度(500 FYT/kg～2000 FYT/kg)。圖2 顯示了植酸酶的添加水平和氨基酸回腸表觀消化系數之間關系的簡單圖形。將植酸酶的添加水平從500 FYT/kg 提高到1 000 FYT/kg，導致氨基酸消化率的變化從約3%增加到約5%。將添加濃度提高到1 000 FYT/kg 以上，氨基酸消化率沒有進一步變化。這種關系對于必需氨基酸(essential amino acids，EAA)和非必需氨基酸(non-essential amino acids，NEAA) 都是相同的(未顯示)。此外，個別對照組日糧中氨基酸的消化率有影響(圖2)，對植酸酶更強的反應一般與氨基酸固有的低消化率有關。應該注意的是，對2 000 FYT/kg添加水平的反應在數量上很小，且也與對照組日糧氨基酸具有相對較高的消化率有關。

然而，植酸酶的添加水平從1 000 FYT/kg到1 200 FYT/kg，氨基酸消化率的變化有一個明顯的平穩期，消化率提高的大部分是在添加水平介于500 FYT/kg～1 000 FYT/kg 時。

2.2 消化率標志物的影響

本次薈萃分析所涉及的24 個試驗采用了三種可供選擇的消化率標志物，分別為CrO2、TiO2或AIA(表1)。利用AIA 為標記物的試驗測得的肉雞AA 回腸消化系數(平均值為0.77) 低于將CrO2用作標記物的試驗的測定值(平均 值為0.84)(P＜0.01)，以TiO2為標記物的試驗測得的值居兩者之間。有趣的是，在利用AIA 的試驗中，在植酸酶的作用下，氨基酸消化率的提高幅度(P＜0.05) 高于用其他標志物的試驗的測定值。當使用AIA時，植酸酶對氨基酸回腸消化率的平均效果是+6.1%，使用TiO2時是+3.8%，使用CrO2時是+2.2%。這支持了以前的觀察，即氨基酸回腸消化率低的日糧對補充酶有最高的反應。

2.3 與回腸磷消化率和植酸磷消失有關的氨基酸反應

本次薈萃分析中的大多數試驗除了報告氨基酸的消化率外，還報告了P(以及在較小程度上也報告了Ca) 的回腸消化系數(表4)。在對照組中，P 的回腸表觀消化系數為0.52，在植酸酶組中，該系數提高到0.62(+23.1%)(P＜0.001)。這意味著相對于各種對照組日糧，(涵蓋整個數據庫的)可消化P 平均增加了0.64 g/kg。植酸酶對P 回腸消化率的影響在不同的試驗中差異很大，最小和最大的反應分別為－ 5%和+74%。植酸酶對P 回腸消化率的影響受Ca 與P 比值的強烈影響，當Ca 與P 比值從0.8 ∶1 左右增加到2 ∶1 時，植酸酶的作用急劇下降(注意這是總Ca 與總P 的比值，不是Ca 與可用P 的比值)。

植酸酶對P 消化率的影響存在很大的差異，因此探討P 反應的大小與對氨基酸的相應影響之間的關系是可能的。作為擬合P 對植酸酶的反應與氨基酸對植酸酶的反應的一種替代方法(這種關系具有極強的統計學意義)，考慮了日糧中植酸的含量，并估計了對植酸降解的比例，假設所有被釋放出的P 來自植酸水解。例如，在一項試驗中，日糧中的植酸磷含量為0.30%，P 的回腸消化率隨植酸酶釋放0.15%的P 而增加，那么植酸的消失/降解被認為是50%。圖3 列出了這種關系。當使用混合模型，并將每項試驗代碼作為隨機變量，植酸磷的消失作為解釋變量時，該模型的R2為0.57(P＜0.001)，即植酸磷的水解程度和P 的“產量”與植酸酶對氨基酸回腸消化率的影響幅度直接相關。有趣的是，隨著植酸磷的水解(圖3；X 軸上從左到右)，與色氨酸(tryptophan，Trp) 或蛋氨酸(methionine，Met) 等相比，半胱氨酸(cysteine，Cys)、絲氨酸(serine，Ser)、甘氨酸(glycine，Gly)、丙氨酸(alanine，Ala)和蘇氨酸(threonine，Thr)的消化率提高更多。

2.4 植酸磷、Ca 和P 濃度對氨基酸消化率和植酸酶反應的影響

對照組日糧中植酸磷的濃度與日糧中的氨基酸消化率呈負相關(P＜0.001)(圖4)。在對照組中，Ca 或P 本身不會影響氨基酸的回腸表觀消化率(P＞0.05)，但氨基酸消化率與Ca 與P 比值之間存在負相關(P＜0.001)。隨著Ca 與P 比值的增加，氨基酸的消化率顯著降低。植酸磷濃度不會影響植酸酶對氨基酸回腸表觀消化率的總體作用(P＞0.05)。

未完，待續。