非反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的植酸酶：胃腸道植酸酶活性及其影響因素(續(xù)1)

孟霞

摘? 要：植酸是植物中磷酸鹽的主要儲(chǔ)存形式，對(duì)動(dòng)物的可利用性較差，具有抗?fàn)I養(yǎng)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(tuán)，從而獲得可利用的磷。許多因素會(huì)影響植酸酶在動(dòng)物體內(nèi)的活性，本文主要闡述植酸酶相關(guān)因素（如最佳pH范圍、植酸酶類型和蛋白酶抗性）和動(dòng)物相關(guān)因素（如物種、動(dòng)物年齡和保留時(shí)間）對(duì)植酸酶活性的作用。

關(guān)鍵詞：植酸;植酸酶;胃腸道;豬;禽

中圖分類號(hào)：S816 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2021）05-0105-05

3? 植酸酶的功效評(píng)估

大量研究評(píng)估了日糧植酸酶對(duì)農(nóng)場(chǎng)動(dòng)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(bào)道了500 FTU的植酸酶常規(guī)添加劑量對(duì)植酸磷消化率改善程度的不同結(jié)果。如前文所述，這可能與實(shí)驗(yàn)方法、植酸酶的功效和影響植酸酶活性的其他因素有關(guān)。

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(dòng)物的胃和小腸前端有活性，植酸磷在回腸中的降解數(shù)據(jù)有助于評(píng)估植酸酶的功效。由于受回腸食糜中植酸測(cè)定技術(shù)的限制，文獻(xiàn)很少報(bào)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(cè)定了植酸磷在雞回腸中的消化率。結(jié)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(nèi)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(duì)應(yīng)。日糧總磷水平為4.8 g/kg時(shí)，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(dāng)日糧總磷水平為3.6 g/kg時(shí)，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(yàn)組比不添加植酸酶的對(duì)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(huì)影響植酸磷在肉雞回腸中的消化率。Tamim等測(cè)定了兩種日糧鈣水平（0或0.5%）對(duì)植酸磷在肉雞回腸中的降解情況。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不添加植酸酶的對(duì)照日糧，不添加鈣和添加0.5%鈣時(shí)，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(duì)商業(yè)日糧也會(huì)產(chǎn)生如此的效果。當(dāng)添加0.5%鈣時(shí)，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(duì)照組的高20.0%和34.0%。Amerah等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)日糧中鈣與有效磷的比值為1.43～3.57∶1時(shí)，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(shí)，植酸磷的回腸消化率為75%～88%。對(duì)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(jié)果可以解釋為，在后一項(xiàng)研究中，高比例的植酸磷在消化道前端降解，這會(huì)減少消化道末端植酸鈣的形成，從而減少鈣對(duì)植酸磷降解的影響。

植酸酶對(duì)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(duì)照組雄性肉雞的高31%～51%），雌性肉雞的為52%～72%（比對(duì)照組雌性肉雞的高25%～44%）。

日糧組成也會(huì)影響植酸磷在肉雞回腸中的消化率。在蛋雞中，van der Klis等發(fā)現(xiàn)，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(yàn)一的植酸磷消化率分別為59%和72%（比對(duì)照組分別高37%和50%），試驗(yàn)二的植酸磷消化率分別為50%和66%（比對(duì)照組分別高42%和58%）。有人認(rèn)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(gè)試驗(yàn)獲得的不同結(jié)果。Jongbloed等報(bào)道植酸酶對(duì)豬體內(nèi)植酸的消化率與飼料類型有關(guān)，因此與日糧植酸磷含量有關(guān)。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(rèn)為，60%～74%的植酸磷在到達(dá)回腸前被1 500 FTU/kg的日糧微生物植酸酶降解了，而對(duì)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(xiàng)研究中我們觀察到一個(gè)有趣的結(jié)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(cè)定植酸磷消化率和十二指腸中液體/干物質(zhì)流速差異的方法可能會(huì)過高估計(jì)植酸磷的消化率。也有人推測(cè)肌醇磷酸酯可能會(huì)在豬的小腸中再次合成。

其他因素，如試驗(yàn)設(shè)計(jì)、植酸酶來源和添加水平，也可能會(huì)影響植酸磷在動(dòng)物回腸中降解的測(cè)定。Kemme等發(fā)現(xiàn)，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(zhǎng)豬或育肥豬中，植酸酶降解了約38%的植酸磷。Rutherfurd等報(bào)道，與陰性對(duì)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(yàn)組豬回腸植酸磷消化率分別提高了29%和32%。有趣的是，當(dāng)使用陰性對(duì)照組作為參考時(shí)，這種外源性植酸酶的植酸磷降解作用不是發(fā)生在胃中，而是發(fā)生在空腸中，這可能與該植酸酶降解植酸磷的最適pH有關(guān)。最近發(fā)表的研究測(cè)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(jié)果分別為58.4%和64.1%。陰性對(duì)照組豬的回腸植酸磷消化率為11%，因此，這種植酸酶對(duì)植酸磷的降解較對(duì)照組的高48%～53%。相比之下，Onyango等報(bào)道，在低磷日糧中添加大腸桿菌植酸酶不會(huì)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(zhǔn)確性方面存在一些局限性。

表3總結(jié)了一些關(guān)于植酸酶對(duì)植酸磷在回腸中的消化率的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)排除在極低日糧鈣濃度下形成的數(shù)據(jù)時(shí)，表3中的數(shù)據(jù)表明，按500 FTU/kg的常規(guī)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(duì)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(duì)照組的高29%～75%）。文獻(xiàn)研究報(bào)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(tài)、植酸磷的分析方法、成分組成、植酸酶類型、適應(yīng)時(shí)間、動(dòng)物的年齡和物種（品種和性別）有關(guān)。據(jù)觀察，當(dāng)肉雞適應(yīng)缺磷日糧時(shí)，磷的利用率上調(diào)，這將影響對(duì)照日糧中的植酸磷的消化率。Chung等對(duì)玉米-豆粕型日糧中添加不同類型和水平植酸酶的文獻(xiàn)研究結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)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(duì)磷、鈣在動(dòng)物體內(nèi)的沉積有較大影響。

當(dāng)將植酸磷的回腸消化率作為判斷植酸酶降解作用的準(zhǔn)則時(shí)，應(yīng)建立一種可以測(cè)定植酸酶在動(dòng)物體內(nèi)功效的標(biāo)準(zhǔn)方法。

3.2 磷的全腸道消化率、沉積率、骨灰分含量和對(duì)生長(zhǎng)性能的影響

磷的全腸道消化率、骨灰分含量和對(duì)生長(zhǎng)性能的影響是評(píng)估植酸酶功效的常用參數(shù)。與回腸磷的消化率相似，影響總磷消化率測(cè)量的因素有很多。最重要的因素是日糧所用無機(jī)磷的來源和含量以及大腸中的內(nèi)源性植酸酶水平。Woyengo和Nyachoti回顧了植酸酶對(duì)肉雞磷消化率影響的文獻(xiàn)研究結(jié)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(xiàn)報(bào)道中，骨灰分含量和生長(zhǎng)性能通常用于估計(jì)和驗(yàn)證植酸酶釋放的無機(jī)磷，因?yàn)檫@些參數(shù)提供了額外的有用信息。例如，Hoppe等報(bào)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(huì)分解42%的植酸磷。植酸酶添加量為250 FTU/kg和1 000 FTU/kg時(shí)，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(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，在飼喂豆粕型半純化日糧的生長(zhǎng)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(bào)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(zhuǎn)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(huì)減少植酸與日糧蛋白質(zhì)的結(jié)合，消除其抗?fàn)I養(yǎng)作用以及減少內(nèi)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(shù)來確定植酸酶的功效。例如，Santos等觀察到，當(dāng)減少日糧配方中代謝能、鈣和磷的添加量時(shí)，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(shí)，代謝能增加約195 kcal/kg。Onyango等報(bào)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(yīng)。微生物植酸酶對(duì)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(cè)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?yàn)樗膶?shí)際限制較少。測(cè)定植酸磷的降解的測(cè)定應(yīng)在回腸水平測(cè)量，因?yàn)橹菜崃自诤竽c會(huì)被腸道菌群降解，但釋放出的磷不會(huì)被吸收。在回腸水平直接測(cè)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(qiáng)度和生長(zhǎng)性能是驗(yàn)證植酸酶基質(zhì)值（例如無機(jī)磷、鈣、能量和可消化氨基酸）的有用參數(shù)。

3.3 分析方法和植酸酶回收率

其他可能會(huì)大大影響植酸酶功效測(cè)定的因素是分析方法和分析日糧的植酸酶含量，大多數(shù)文獻(xiàn)研究沒有測(cè)量或報(bào)道。Kerr等利用育肥豬測(cè)試了4種商業(yè)植酸酶的功效。他們分析了這些植酸酶中的植酸酶活性，發(fā)現(xiàn)利用不同分析方法測(cè)得的植酸酶的活性存在顯著差異。當(dāng)將官方的AOAC方法作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一種產(chǎn)品（Phyzyme）達(dá)到了生產(chǎn)商推薦的活性（5 000 FTU/g），其他植酸酶的活性比生產(chǎn)商聲明的活性高1.5～4.65倍（表4）。

在這項(xiàng)研究中，植酸酶在日糧中的添加水平是由生產(chǎn)商推薦的植酸酶的活性決定的，而不是根據(jù)植酸酶活性的測(cè)定值做出的。如表4 所示，當(dāng)使用基于官方AOAC方法測(cè)得的活性時(shí)， 500 FTU/kg植酸酶產(chǎn)品分解的植酸磷與基于生產(chǎn)商推薦的活性的預(yù)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(chǎn)品的試驗(yàn)研究中，必須使用官方方法確定產(chǎn)品中的活性和飼料中的活性。Onyango等也強(qiáng)調(diào)了在飼料配制后測(cè)量植酸酶活性的重要性。他們發(fā)現(xiàn)植酸酶在粉狀飼料中的活性比預(yù)測(cè)活性低得多，因此本研究中使用分析值來計(jì)算植酸磷的等效值。

（未完待續(xù)）

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(dòng)物營(yíng)養(yǎng)）