植酸酶對動物飼料中營養(yǎng)物質利用的影響

張相鑫 譯自，Vol.24(2020)，№4：15，17

陳 權 校 羅靜如 制圖

植酸是磷在植物中的主要儲存方式，且存在于許多植物性飼料原料中。植酸鹽本身具有抗營養(yǎng)作用，因為它能結合飼料中的礦物質和蛋白質，從而減少它們與消化酶的接觸。

未被消化的植酸鹽一旦被動物排泄到環(huán)境中，由于其含有高水平的磷，最終會成為一種環(huán)境污染物。

如果在飼料中添加能夠分解植酸鹽的合適的植酸酶，其就可以成為單胃動物飼料中營養(yǎng)物質——主要是磷——的有機來源。

植酸酶是一種蛋白質型生物催化劑，可通過分解植酸鹽來提高肉雞和豬對飼料中磷、鈣、鋅、鈉、鎂和氨基酸的消化率和利用率。大多數植酸酶來源于真菌或細菌，很少來自植物。

市場上銷售的植酸酶有許多不同形式，可以在不同的溫度、pH 和植酸鹽含量的環(huán)境中使用。

1 植酸酶的選擇

不同的植酸酶可以在動物消化道的不同部位發(fā)揮作用，具體取決于它們的種類和包被情況。目前市場銷售的植酸酶有三種：第一種是3-植酸酶，該酶能夠從植酸鹽肌醇環(huán)結構的三磷酸肌醇(IP3)位點開始去除磷酸鹽殘基；第二種是6-植酸酶，該酶能從六磷酸肌醇(IP6) 位點開始分解植酸鹽；第三種是5-植酸酶，該酶可以從肌醇環(huán)的五磷酸肌醇(IP5)位點開始分解植酸鹽(圖1)。

現今所有被用作動物飼料添加劑的植酸酶，無論其來自微生物還是來自植物，都能在動物的前胃或胃中發(fā)揮有效的作用。在考察產品時，需要考慮四個主要標準，以選擇最有效的解決方法。

植酸酶應能夠在低pH 環(huán)境中發(fā)揮有效的作用。植酸酶主要在家禽的嗉囊中發(fā)生去磷酸化作用，嗉囊腔中的pH 為4.0～5.0。為了確保能在嗉囊中有效分解，植酸酶在酸性環(huán)境中具有較高的穩(wěn)定性非常重要。

植酸酶應能夠有效分解IP6 分子。為了能夠徹底分解植酸鹽以確保磷的供應量最大化，所選擇的植酸酶需要能有效降解分子，以使其可以與肌醇環(huán)發(fā)生盡可能多地接觸。這是植酸酶分類很重要的一個標準。

分解時間決定了植酸鹽隨后的一切。植酸酶應該是速效型的，以便能夠快速地降解分子，使生物功效最大化。由于植酸鹽在動物體內能與許多重要營養(yǎng)物質結合，這可確保其在動物腸道中完全水解，進而能夠釋放出更多的營養(yǎng)物質以供吸收。

重要的是，在整個飼料生產過程中植酸酶還應能夠經受住高溫。酶是一類熱敏性蛋白質，因此飼料的制?？赡軙绊懰鼈兊姆€(wěn)定性。植酸酶可以包被或不包被，可以制成顆粒狀或粉狀，也能以固態(tài)狀或液體狀形式存在。在動物體內，不同形式的植酸酶將會擁有不同的生理機制，因此在選擇植酸酶時應充分考慮它的類型。

2 額外的益處

植酸酶對動物的益處遠不止于僅從飼料原料中獲取生物可利用的磷。未被消化的植酸鹽具有抗營養(yǎng)作用，因為它不能被動物分泌的常規(guī)消化酶所降解。除此之外，植酸鹽對礦物質和蛋白質的高結合性親和力使它們的生物可利用率較低，結果它們變得更難利用。

未被消化的植酸鹽分子會變成動物消化道的刺激物，動物會通過促進黏蛋白的分泌做出反應，以保護胃和腸道上皮層不受這種刺激物的消極影響。這種作用會加重動物的能量負擔，動物需要消耗更多的飼料來補償這種損失，所有這些都會增加養(yǎng)豬生產的成本。

鈣、鋅、鐵和銅都屬于能被植酸鹽捕捉的礦物質。如果與植酸鹽結合，礦物質的這種結合可能會造成動物缺乏礦物質營養(yǎng)。在這些礦物質中，最值得引起注意的可能是鈣。

植酸鹽在家禽的嗉囊中被分解后，可在小腸中形成鈣和植酸鹽復合物。在飼料中添加植酸酶添加劑，IP6 分子可以被更早地分解，從而避免其在小腸中與鈣結合。

高品質的植酸酶可最大限度地釋放出被包被或結合的營養(yǎng)物質，并為動物節(jié)省能量。植酸鹽能夠結合礦物質和蛋白質，因此它能通過直接影響蛋白質的可利用率和減少礦物質的供應量降低氨基酸的消化率——形成金屬硫蛋白，即含金屬的酶。這類酶在動物消化道中非常豐富，要用掉某些元素的大部分供應量。植酸與這些礦物質的結合將使它們不能被酶利用，這將會影響動物的新陳代謝。一般而言，植酸酶會對新陳代謝產生顯著的積極影響。研究表明，在飼料中添加植酸酶能夠逆轉植酸對能量利用的消極影響。

坦率地講，提高能量、氨基酸和蛋白質的消化率并非植酸酶的功能，而是植酸酶添加劑的額外益處。有人認為，植酸酶對能量利用率的積極影響源于積累的蛋白質、脂肪和淀粉變得可消化，因為它們不再與植酸結合。植酸鹽被證明是一種腸道刺激物，可促進黏蛋白的分泌。植酸酶破壞植酸會降低黏蛋白的總產量，起因是刺激性變小，導致形成黏蛋白層所需的能量減少。

3 最佳的劑量

當關注高級作用時，如鈣、鋅、鈉、鎂和氨基酸的釋放，植酸酶的品質開始有所差異，因為高品質的植酸酶能夠充分降解植酸鹽底物，確保植酸鹽中的所有礦物質和營養(yǎng)物質被釋放出。

與其他植酸酶相比，具有固有熱穩(wěn)定性的飼用植酸酶能釋放出更多的可消化磷。另外，這種酶在胃蛋白酶存在和pH 變化較大的環(huán)境中，都具有穩(wěn)定的性能。

在植酸鹽含量很低時該酶也能發(fā)揮出有效的作用，可確保植酸鹽在動物腸道內被完全水解。這種具有固有熱穩(wěn)定性的酶在商業(yè)生產條件下也被證明具有熱穩(wěn)定性，可確保植酸酶的品質在高溫條件下不受影響。

高質量的植酸酶在添加量較低時就可以降解大部分的IP5 和IP6，并且不需要較高的劑量即可降解所有非植酸型磷(Non-Phytate Phosphorus，NPP)。

植酸酶降解植酸鹽的速率也非常重要。高質量的植酸酶可在5 min 內降解IP6 和IP5，并在20 min 內將肌醇環(huán)上的磷去除。

4 結論

眾多比較試驗發(fā)現，當在每千克飼料中添加500 FTU 的植酸時，熱穩(wěn)定性的飼用植酸酶對肉雞增重和脛骨灰分含量的提高效果最佳(圖2 和3)。

與市場上銷售的多種植酸酶產品相比，熱穩(wěn)定植酸酶能使飼料的磷當量值提高30%～60%。

劑量反應研究表明，在玉米-大豆型日糧中添加2 000 FTU/kg 的熱穩(wěn)定植酸酶，磷的釋放率高達0.23%，這表明植酸鹽結合的磷幾乎全部被釋放出。但是，當添加量為1 000 FTU/kg～1 500 FTU/kg 時，磷的釋放達到一個平衡狀態(tài)。

植酸酶對肉雞增重或飼料轉化率的磷當量值高于脛骨灰分礦化，這表明植酸酶的作用不僅僅是磷的釋放。

研究表明，要達到最大的生物學功效不一定取決于日糧中植酸酶的含量，而在于所用植酸酶的類型和品質。

出于初始成本的考慮而犧牲植酸酶的品質并不能確?？扇〉米畲蟮耐顿Y回報率，因此在選擇植酸酶產品時必須要考慮到這一點，這是非常重要的。