植酸酶對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 復校

3 討論

3.1 氨基酸對植酸酶的反應模式

本次薈萃分析是為了在一定程度上澄清植酸酶對氨基酸回腸表觀消化率的影響。Selle和Ravindran(2007)提供了迄今為止對這一主題最全面的概述，報告植酸酶對肉雞日糧氨基酸回腸表觀消化率的影響(來自13項研究)約為3%。這一數(shù)值與本次分析相比更有優(yōu)勢(4.1%)。此外，在Selle和Ravindran(2007)的綜述中，植酸酶對蘇氨酸的回腸消化率的影響遠遠大于對蛋氨酸的影響，這一模式在本綜述研究中得到了證實。氨基酸對植酸酶的這種反應模式表明，內(nèi)源性日糧蛋白質(zhì)強烈地參與了植酸/植酸酶營養(yǎng)，這在Cowieson等(2004)以及Cowieson和Ravindran(2007)的研究中已經(jīng)得到了證實。事實上，Cowieson等(2008)記錄了在內(nèi)源性氨基酸流上植酸介導和植酸酶介導的變化與胃蛋白酶和黏蛋白的氨基酸組成之間存在統(tǒng)計學意義上的高水平相關(guān)性。這不僅是一個對科學好奇的問題，而且可能會對腸道的完整性、凈能以及在測定單種飼料原料中的這些養(yǎng)分時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不亞于碳水化合物酶和蛋白酶的反應，這表明這些飼用酶的混合對提高肉雞的蛋白質(zhì)消化率可以帶來相當大的潛力(假設(shè)具有互補性，但有一定程度的次可加性)。此外，應該注意的是，至于Cowieson和Bedford(2009)和本文所述的碳水化合物酶評估，本次薈萃分析只使用了文獻報告的數(shù)值，而Cowieson和Roos(2014)在對蛋白酶進行綜述時也考慮了內(nèi)部報告上未公布的數(shù)據(jù)。一般來說，公布的數(shù)據(jù)對多項試驗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)獲得的估計值。

3.2 消化率標記物的選擇

Selle和Ravindran(2007)指出，在將AIA或TiO2用作營養(yǎng)物質(zhì)消化率標記物的日糧中，氨基酸對植酸酶的平均反應(4.4%)不同于將CrO2作為營養(yǎng)物質(zhì)消化率標記物的日糧的(1.4%)。這一現(xiàn)象在本分析中得到了證實，當以AIA、TiO2或CrO2為消化率標記物時，氨基酸對植酸酶的反應分別為6.1%、3.8%和2.2%。這些差異所涉及的機制不完全清楚，但似乎至少部分與對照組日糧或原料中氨基酸的消化率估計值有關(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，當以AIA和CrO2為消化率的標記物時，前者可能會低估飼料原料中的氨基酸消化率，而后者可能會高估氨基酸的消化率，從而間接影響植酸酶的反應。Cowieson和Bedford(2009)在撰寫一篇關(guān)于碳水化合物酶和植酸酶對非反芻動物氨基酸消化率影響的綜述時，也注意到了類似的“標記物偏差”。這些分析結(jié)果與Olukosi等(2012)的觀點有些不一致，后者指出，當TiO2或CrO2同時用于肉雞日糧時，根據(jù)TiO2獲得的氨基酸消化率估計值高于利用CrO2獲得的值。這并不一定排除AIA可能會產(chǎn)生不同結(jié)論的可能性，因為Olukosi等(2012)沒有考慮這個特殊的標記物。還有一種情況是，標記物的選擇是大學或研究機構(gòu)所特有的，因此在以植酸酶為導向的研究中，標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，當植酸酶對氨基酸回腸表觀消化率的影響是研究的重點時，AIA可能是比CrO2或TiO更合適的標記物(以提高反應信號)。如上所述，造成這些差異的原因尚不清楚，但可能涉及標記物相對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，科學文獻和商業(yè)媒體報告的植酸酶添加濃度引起了人們的極大興趣。毫無疑問，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，如果將釋放出的營養(yǎng)物質(zhì)的價值與添加植酸酶增加的成本進行比較，在經(jīng)濟上是有吸引力的。除了這種“算術(shù)動機”外，越來越多的證據(jù)支持高劑量植酸酶對動物的生長有促進作用，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到約1 000 FYT/kg時，增加添加水平可以提高肉雞對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出現(xiàn)明顯的變化(表4)。筆者承認，本次薈萃分析所用的數(shù)據(jù)主要來自植酸酶添加水平在500 FYT/kg～1 000 FYT/kg范圍內(nèi)的試驗，來自1 000 FYT/kg～2 000 FYT/kg(和超過此范圍)的試驗的相對較少。然而，這種反應模式是合乎邏輯的，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，會導致磷的釋放量略微呈線性反應，但植酸酶對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營養(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，但其他營養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸，可能不會增加。根據(jù)本次薈萃分析的結(jié)果，氨基酸的反應可能在植酸酶的添加水平為1 000 FYT/kg左右時達到最大，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，植酸酶對動物的生長促進作用可能來自磷消化率的提高，或者來自肌醇的生成以及此分子可能帶來的相關(guān)代謝的改善(Cowieson等，2014)。

植酸對蛋白質(zhì)和氨基酸營養(yǎng)的抗營養(yǎng)作用都有相當明確的證據(jù)支持。本文的目的不是要詳盡地描述植酸酶可能會增加或植酸鹽可能會降低家禽消化蛋白質(zhì)的各種機制。關(guān)于這一主題的全面解釋，請讀者參考Cowieson等(2004)、Cowieson等(2009)和Selle等(2012)的相關(guān)研究結(jié)果。簡而言之，當日糧被家禽攝入并到達發(fā)生消化的胃部時，植酸會直接作用于蛋白質(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。這會促使家禽分泌鹽酸和胃蛋白酶，試圖恢復蛋白質(zhì)的溶解度和消化率，反過來又促使機體增加對胃腸道黏蛋白和NaHCO3的需求，以保持腸道的完整性和合適的腔內(nèi)“氣候”。因此，植酸對氨基酸消化率的負面影響主要與內(nèi)源性氨基酸從腸道流失的增加有關(guān)，而不是對日糧蛋白質(zhì)消化率的直接影響。植酸通過上述機制產(chǎn)生的抗營養(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、陽離子濃度、溫度等)、日糧陽離子濃度(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養(yǎng)狀況。這些理由或許能解釋為什么文獻報道的關(guān)于植酸的抗營養(yǎng)作用和植酸酶對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，植酸對日糧產(chǎn)生了營養(yǎng)上的“累贅”，植酸酶對氨基酸消化率的積極影響直接來自作為營養(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的氨基酸反應之間有直接關(guān)系。此外，植酸降解導致半胱氨酸、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)系不會線性地持續(xù)到植酸100%的消失，因為殘留的植酸可能是不溶性的和沒有反應的，或者是以較低分子的無害的酯存在。盡管如此，這是第一次明確證明磷(或不言自明植酸水解)和氨基酸反應之間的直接聯(lián)系。因此，在考慮同等的磷釋放量時，不同植酸酶推薦的氨基酸矩陣值大不相同，這在科學上是不合適的。關(guān)于不同植酸酶產(chǎn)生的不同低級肌醇磷酸酯的各種異構(gòu)體可能參與了此類生理活動是推測性的，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，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出現(xiàn)的營養(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混亂的植酸酶的營養(yǎng)物質(zhì)釋放譜，并可能幫助終端用戶為對植酸酶進行價值比較制定基準。

⑴建議使用的植酸酶應具有同等的磷以外營養(yǎng)物質(zhì)推薦值。

⑵植酸酶矩陣的建議應得到大型數(shù)據(jù)集的薈萃分析的支持，因為單個或兩個試驗可能不能代表大局。

⑶在植酸酶的添加水平達1 000 FYT/kg之前，磷以外的營養(yǎng)物質(zhì)可以與磷的釋放曲線聯(lián)系起來，此后這些營養(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)生的磷以外營養(yǎng)物質(zhì)效應可能持續(xù)到其添加量超過1 000 FYT/kg以后。日糧中植酸的濃度對各種營養(yǎng)物質(zhì)的植酸酶添加劑量反應的影響是未來研究的一個領(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，具有完全的營養(yǎng)價值；另一種在最低成本配方中靈活添加，只設(shè)計一個磷矩陣值，或使用折扣或“逐漸減少的”額外磷矩陣值。這個建議也很重要，因為高劑量的植酸酶會產(chǎn)生更多的肌醇，可以促進動物的生長，降低飼料轉(zhuǎn)化率，并增加肌肉增生，這些反應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該遵循一個可識別的反應模式，胱氨酸＞蘇氨酸＞絲氨酸＞甘氨酸＞纈氨酸的高反應(＞4%)，Arg、Glu和Met的低反應(＜3%)(其他所有氨基酸的反應狀態(tài)處于高低反應的中間)。應謹慎對待不遵循這些一般趨勢的植酸酶的氨基酸矩陣值。

⑹對飼料原料或日糧植酸鹽含量進行快速檢測，將會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標準誤差，以便得到一套更保守的釋放值。根據(jù)定義，平均反應在50%的情況下會被高估。平均值減去一個標準誤差后，只有在15%的情況下會被高估。圖5對此進行了總結(jié)，使平均反應從4.1%下降到3.3%。

⑻在植酸酶對氨基酸消化率沒有影響的情況下，這可能也與磷的反應差、使用CrO2作為標記物和(或)對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底物有很大的不同。此外，反應的差異性與試驗時選擇的標記物、對照組日糧(或飼料原料)中氨基酸的相對消化率以及被植酸酶水解的植酸比例有關(guān)。從文獻報道的高度變化的數(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微的差別，但植酸酶釋放磷外營養(yǎng)物質(zhì)的主要因素是植酸在動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，當植酸酶的添加水平提高到1 000 FYT/kg以上時，極有可能會出現(xiàn)釋放的磷(添加水平達到2 000 FYT/kg～3 000 FYT/kg或更高時，可能會適度強勁地持續(xù))與其他所有營養(yǎng)物質(zhì)(可能不會)之間的無關(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營養(yǎng)作用。筆者希望，本文提出的氨基酸對植酸酶的反應能夠為評估植酸酶的價值提供明確的依據(jù)，并使終端用戶能夠在回避目前市場上令人困惑的各種產(chǎn)品建議書的同時對植酸酶的添加水平做出決定。

(續(xù)完)