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植酸酶在畜禽飼料中應(yīng)用最新研究進(jìn)展——佘玥博士在BFC會議上的報告

IMCTT 2017-11-8 09:39

1959 原作者: 佘玥

簡介

植酸酶除可以提高畜禽對飼糧鈣磷的利用率之外，大量研究證實，植酸酶還有提高生長性能、其它養(yǎng)分消化率的作用。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所

佘玥博士

　　植酸酶除可以提高畜禽對飼糧鈣磷的利用率之外，大量研究證實，植酸酶還有提高生長性能、其它養(yǎng)分消化率的作用，這表明植酸酶具有潛在營養(yǎng)價值，并且逐步定量化。這里的潛在營養(yǎng)價值指微量元素、能量、氨基酸和纖維。如果我們能夠明確植酸酶的潛在營養(yǎng)價值，就可以進(jìn)一步實現(xiàn)在飼料配方中精準(zhǔn)化使用植酸酶。本報告結(jié)合了目前市場上所反饋的內(nèi)容討論了植酸酶在應(yīng)用中存在著哪些問題。比如植酸酶的瓶頸效應(yīng)，在配方中精準(zhǔn)化使用植酸酶的前提，未來的發(fā)展方向和展望等等。

　　一、植酸酶的潛在營養(yǎng)價值

　　植酸除了可以與磷螯合，還能與鋅離子等螯合，同時它還可以降低纖維等的利用率。而植酸酶對植酸的作用，3植酸酶比6植酸酶的效率更高，所謂的6植酸酶主要存在于植物的籽實當(dāng)中，只有在植物種子萌發(fā)后才有利用性。6植酸酶在高溫、高濕、pH值較低情況下活性較低，3植酸酶主要存在于細(xì)菌、真菌和酵母當(dāng)中，研究表明，3植酸酶穩(wěn)定性較高，目前已被廣泛應(yīng)用到飼料行業(yè)中。

　　目前市面上的植酸酶多數(shù)可以降解肌醇六磷酸降解到四磷酸或三磷酸，但如果想要降解氨基酸植酸絡(luò)合物，則需要將氨基酸降解到二磷酸之下。畜禽體內(nèi)內(nèi)源植酸酶可以降解到肌醇五磷酸，添加植酸酶之后肌醇六磷酸濃度下降，肌醇三和四磷酸濃度上升。如果能夠?qū)⒓〈剂姿峤到獾阶罱K產(chǎn)物肌醇，此次生成的肌醇可以促進(jìn)細(xì)胞代謝、脂肪分解和肌肉的生長發(fā)育。

　　菜籽粕和豆粕由于磷含量高，所以作為評價飼料原料有效磷的模型原料由來已久。在0到2500個酶活單位的時候，隨著植酸酶的增加，有效磷相應(yīng)提高。而有效磷的評價體系從傳統(tǒng)的非植酸磷一直到表觀全腸道消化率到目前被世界上廣泛認(rèn)可的最為先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率。

　　植酸酶對于鈣的影響我們實驗室同樣開展了大量研究，研究表明在添加500酶活單位的植酸酶可以提高生長豬對于石粉鈣的標(biāo)準(zhǔn)化全腸道消化率，具體數(shù)據(jù)從60%提高到了73%，同時我們建立了在不添加植酸酶和添加植酸酶的情況下鈣的攝入量和表觀全腸道可消化鈣的相關(guān)關(guān)系。

　　此時，大家可能會考慮到日糧類型、纖維、大豆油對鈣的利用率或植酸酶對鈣的影響有多大。我們的研究發(fā)現(xiàn)，玉米型日糧比玉米淀粉型日糧鈣的標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率較高，無論哪種類型的日糧添加植酸酶都顯著提高了鈣的標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率。纖維提高了鈣的利用率，但大豆油沒有顯著影響。對于微量元素的潛在營養(yǎng)價值，我想以兩個最敏感的元素鋅和酮為例，有學(xué)者通過對過去二十個實驗進(jìn)行云分析，統(tǒng)計結(jié)果表明在豬的玉米-豆粕日糧中添加500 FTU/kg的植酸酶可以替代27 mg的鋅，但是對銅的吸收沒有顯著影響。在本實驗室今年剛剛發(fā)表的一篇文章中，證實了植酸酶和氧化鋅對生長豬磷的標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率存在交互作用，高鋅對植酸酶的添加效果有一定的抑制作用，而不同的鋅源也會影響植酸酶的添加效果。比如是以硫酸鋅的形式添加還是有機(jī)鋅、復(fù)合蛋白螯合鋅的形式添加。

　　在氨基酸上同樣有學(xué)者剛剛做了一個實驗，對過去大量實驗進(jìn)行了統(tǒng)計分析，當(dāng)植酸酶濃度在200到5000FTU/kg，對于自身表觀回腸末端消化率較低的氨基酸，植酸酶對氨基酸利用率提高幅度高達(dá)10%，而對于自身表觀回腸末端消化率已經(jīng)較高的氨基酸植酸酶也可以提高其表觀回腸末端消化率2%。

　　那么，植酸酶對氨基酸提高幅度的影響有多大？我們的研究發(fā)現(xiàn)對于高纖維的日糧單獨添加植酸酶對氨基酸的提高幅度不及聯(lián)合添加植酸酶和非淀粉多糖酶的效果更好，此時，植酸酶和非淀粉多糖酶呈現(xiàn)了協(xié)同疊加效果，而對于低纖維的日糧聯(lián)合添加植酸酶和非淀粉多糖酶的效果反而不及單獨添加植酸酶的效果更好。

　　對于能量和纖維這一部分，在肉雞上做的實驗植酸酶對于能量利用率的提高作用已被廣泛認(rèn)可，但在豬上植酸酶的潛在營養(yǎng)價值對于能量方面的體現(xiàn)目前還是一個具有爭議的問題。但是我們的研究發(fā)現(xiàn)在添加了植酸酶以后，豬玉米-豆粕日糧中中性和酸性洗滌纖維的表觀全腸道消化率顯著提高，尤其在提高了2000 FTU/kg的植酸酶時，中性和酸性洗滌纖維的利用率都有顯著提高。

　　二、飼料配方中精準(zhǔn)化使用植酸酶

　　在相對明確了植酸酶潛在營養(yǎng)價值之后，則可以進(jìn)一步實現(xiàn)在飼料配方中精準(zhǔn)化使用植酸酶。所以要在飼料配方中精準(zhǔn)化使用植酸酶的前提就是要充分了解和明確具體的使用某一種酶的酶活定義、酶學(xué)性質(zhì)、劑型、特性曲線和穩(wěn)定性曲線。每個廠家生產(chǎn)的酶活定義可能不同，在這種情況下就需要我們具體情況具體分析。精準(zhǔn)化使用植酸酶的難點是突破植酸酶降解植酸的瓶頸效應(yīng)，也就是目前的植酸酶多數(shù)只能將肌醇六磷酸降解到四或三磷酸，在添加了2000FTU/kg植酸酶之后鈣磷利用率達(dá)到了平臺期，很難有更高幅度的提高。如果想把氨基酸植酸絡(luò)合物降解，則需要降解到肌醇二磷酸或一磷酸，而目前的植酸酶很難實現(xiàn)這一點以及超量植酸酶應(yīng)用的定量化。超量植酸酶研究是一個熱點，但是不同的學(xué)者對于超量植酸酶作用效果所得結(jié)論不同，所以怎樣把過去的結(jié)果來總結(jié)歸納也是一個問題。

　　未來植酸酶的發(fā)展方向，我認(rèn)為首先是有效磷評價體系的更新，可能現(xiàn)在大部分的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的還是非植酸磷，但是我們現(xiàn)在也積累了一些數(shù)據(jù)，所以將來可以用表觀全腸道消化率甚至標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率替代過去相對來說比較陳舊的非植酸磷的數(shù)據(jù)庫。

　　飼料配方中精準(zhǔn)化使用植酸酶應(yīng)注意以下幾點：

　　植酸酶的添加量與磷酸氫鈣替代量的關(guān)系，比如不同的季節(jié)、區(qū)域、動物生長階段，植酸酶的添加量和磷酸氫鈣的替代量都需要根據(jù)具體情況綜合考量。

　　酶活定義，目前除了植酸酶其他的單酶特別是一些復(fù)合酶國際上并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以，充分了解所使用的具體的某一種酶的酶活定義才能初步確定在飼糧中酶的添加劑量。

　　酶學(xué)性質(zhì)主要指pH、溫度、金屬離子對酶活的影響。

　　劑型，以植酸酶為例，有普通顆粒性植酸酶、粉狀、液體等植酸酶，這要根據(jù)生產(chǎn)類型和飼料用途綜合考慮。

　　特性曲線主要指pH酶活相對曲線和溫度相對酶活曲線。

　　穩(wěn)定性是指常溫穩(wěn)定性，常溫穩(wěn)定性就是我們在常溫條件下儲藏的穩(wěn)定性，高溫穩(wěn)定性是指熱處理加工之后的穩(wěn)定性，比如說在制粒之后酶活存留量是多少。

　　關(guān)于植酸酶降解植酸的瓶頸效應(yīng)，在我們剛剛開展的一個實驗中，添加了500 FTU/kg的植酸酶時，豬的玉米-豆粕日糧對于鈣磷的表觀全腸道消化率和沉積率都呈線性極顯著提高，然而在500-2000 FTU/kg的時候，鈣磷的利用率和沉積率雖有提高，但是增幅變緩。在2000-4000 FTU/kg的時候基本上達(dá)到了一個平臺期。此時，無論在添加多高劑量的植酸酶，鈣磷的利用率和沉積率都很難有更多的提高。

　　另一個例子，在添加了植酸酶之后，肌醇六磷酸的濃度下降了，在豬的回腸代謝物中，三磷酸的濃度上升，證明了將六磷酸的濃度降解，隨著植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用削弱，但并沒有完全消除。

　　關(guān)于超量植酸酶的作用，我們實驗室同樣開展了大量研究。研究發(fā)現(xiàn)在添加了0到2500 FTU/kg的植酸酶時，仔豬的日增重和采食量都顯著提高，隨著植酸酶濃度的提高，料重比顯著下降，鈣磷消化率顯著提高，以及掌骨灰分、骨鈣、骨磷也隨著植酸酶濃度的提高而提高。

　　因此，未來的發(fā)展方向，亟待解決的是有效磷評價體系的更新，究竟什么是有效磷，到目前還仍然是一個模糊的概念。從過去的非植酸磷，但是現(xiàn)在我們的研究發(fā)現(xiàn)植酸磷并不是完全不能被利用，而非植酸磷也不是完全能夠被利用的。相對效價法到絕對效價法，在我們最近發(fā)表的一篇綜述當(dāng)中回顧了有效磷評價方法以及提出了對未來的展望。從大的方向可以分為體內(nèi)和體外法。

　　體內(nèi)法指相對效價法和絕對效價法，相對效價法是一個傳統(tǒng)的方法，是在上世紀(jì)九十年代主要采取的方法，通過斜率比法，絕對效價法也經(jīng)歷了對于磷的表觀全腸道消化率、標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率和真全腸道消化率不同的發(fā)展階段。對于體外法主要包括了傳統(tǒng)的酶水解法，以及目前世界上先進(jìn)的單胃動物仿生消化法。

　　對于磷的標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率評定，我們實驗室從中國采集了十七種常用植物性飼料原料評價了生長豬的標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率，同時探討了添加500 FTU/kg的植酸酶之后對于標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率的影響。標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率就是在表觀全腸到消化率的基礎(chǔ)上扣除內(nèi)源磷計算所得。

　　三、總結(jié)

　　回顧過去植酸酶的研究，植酸酶的潛在營養(yǎng)價值從最初的模糊階段到目前逐步能夠?qū)崿F(xiàn)定量化，但對于實現(xiàn)在配方中精準(zhǔn)化使用植酸酶需要綜合考慮飼糧的組合、原料中磷濃度的變異以及添加植酸酶后磷需要量的情況，還需要在生產(chǎn)上做進(jìn)一步驗證。

　　四、植酸酶發(fā)展的展望

　　對此，對未來植酸酶的發(fā)展，報告人提出了一些展望。首先是要構(gòu)建有效磷的數(shù)據(jù)庫，比如過去我們以非植酸磷為標(biāo)準(zhǔn)，將來可以把這個數(shù)據(jù)庫更新到磷的標(biāo)準(zhǔn)全腸道消化率以節(jié)省磷的資源，節(jié)約成本。第二是植酸酶潛在營養(yǎng)價值的細(xì)化，比如說是在動物不同的生長階段不同來源的植酸酶，是不是它的潛在營養(yǎng)價值會有不同。第三是超量植酸酶對于養(yǎng)分利用率的影響。第四是基于植酸酶目前存在的瓶頸效應(yīng)，是否能夠研究出一種能夠突破這些瓶頸效應(yīng)的高效植酸酶。

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　　本文內(nèi)容根據(jù)謝佘玥博士在BFC·第五屆中國生物飼料科技大會上的報告整理而成。
　　文/佘玥博士編/馬維軍

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