植酸酶在飼料中的應(yīng)用研究進(jìn)展

alt1974 · 發(fā)表于 2007-12-27 00:21:26

近年來植酸酶在畜牧業(yè)中的應(yīng)用越來越普遍，其使用效果也得到認(rèn)同。試驗(yàn)證明，在豬和雞日糧中添加適量植酸酶能取得很好的應(yīng)用效果，一方面植酸酶水解植酸鹽釋放出很大比例植酸結(jié)合態(tài)的磷，既降低了無機(jī)磷添加量，又增加了飼料配方空間，同時(shí)降低糞磷排泄量可達(dá)20%～50%；另一方面，植酸酶具有潛在的營養(yǎng)價(jià)值，添加適量的植酸酶可以提高微量元素、蛋白質(zhì)和能量的利用率。本文針對(duì)當(dāng)前植酸酶在畜牧業(yè)中的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述，探討植酸酶應(yīng)用效果及其影響因素，以期對(duì)植酸酶的合理應(yīng)用進(jìn)行適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)和思考。
1 植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用
植物性飼料原料中大約60%～80%磷以植酸鹽形式存在，表1列出了一些常見飼料原料中植酸磷的含量。在豬和雞腸道內(nèi)平均每摩爾植酸能夠結(jié)合3～6 mol鈣形成不溶性植酸鈣，降低鈣和磷利用率。植酸還可絡(luò)合微量元素使其難以被動(dòng)物吸收利用，其中絡(luò)合Zn和Cu能力最強(qiáng)。此外，植酸對(duì)蛋白質(zhì)和氨基酸吸收也存在負(fù)面作用。在動(dòng)物胃腸道內(nèi)植酸能抑制胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用。在酸性條件下，植酸的堿性磷酸基團(tuán)結(jié)合賴氨酸、組氨酸和精氨酸等；在中性條件下，一些氨基酸的羧基還可與植酸、或與植酸結(jié)合的二價(jià)或三價(jià)金屬離子絡(luò)合形成植酸-蛋白質(zhì)或植酸-金屬離子-蛋白質(zhì)復(fù)合物，從而降低蛋白質(zhì)利用率。

2 植酸酶的來源和特點(diǎn)
植酸酶廣泛存在于微生物、植物和一些動(dòng)物組織中。Nys等（1996）指出,在豬和家禽消化道內(nèi)降解植酸的植酸酶有４種可能來源：動(dòng)物腸道組織分泌的植酸酶；飼料原料中存在的內(nèi)源性植酸酶；腸道內(nèi)微生物產(chǎn)生的植酸酶；外源微生物產(chǎn)生的植酸酶。Liebert等（1993）報(bào)道，雞的胃和小腸內(nèi)容物植酸酶活性很低。Yi等（1996）報(bào)道，豬的胃和腸道中的內(nèi)容物植酸酶活性也存在類似的情況。不同來源的植酸酶作用機(jī)理也有所不同。微生物來源的植酸酶水解磷酸鹽基團(tuán)首先發(fā)生在3號(hào)碳原子位置，而植物來源植酸酶作用位置不同，首先發(fā)生在6號(hào)碳原子。此外，外源微生物（曲霉）產(chǎn)生的植酸酶有兩個(gè)最適pH值,分別為2.5和5.5；而植物性飼料原料中內(nèi)源性植酸酶只有一個(gè)最適pH值，為5.2。植酸酶作為畜禽飼料中植酸水解最為有效的催化劑，是近年來畜牧業(yè)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。
3 植酸酶在豬和雞飼料中的應(yīng)用效果
3.1 提高鈣、磷的利用效率
大量文獻(xiàn)報(bào)道顯示，在豬和雞日糧中應(yīng)用植酸酶能夠有效提高鈣和磷的生物利用效率，降低磷排泄量，有助于降低畜牧業(yè)對(duì)環(huán)境所造成的壓力。Leske等（1998）報(bào)道，在肉雞和蛋雞豆粕、玉米和米糠日糧中添加300 U/kg植酸酶，植酸磷水解率分別提高36.7、29.0和14.8個(gè)百分點(diǎn)，總磷存留率分別提高16.6、16.1和7.1個(gè)百分點(diǎn)。張沽等（2005）在含8%的雙低菜籽餅的肉雞日糧中添加600 U/kg的植酸酶替代不同比例的磷酸氫鈣，結(jié)果表明，使用植酸酶替代1/2、4/5的磷酸氫鈣，可顯著提高鈣、磷的利用率，并且明顯地降低磷的排泄量。于明等（2004）報(bào)道，用35～70 kg的杜長二元雜交閹豬進(jìn)行代謝試驗(yàn)，添加植酸酶可使小麥、高粱和稻谷總磷表觀消化率分別提高27.64%、47.87%和41.84%（P>0.05），磷的沉積率也分別提高27.98%、47.35%和40.63%（P>0.05）；糞磷含量分別減少49.05%、52.88%和58.82%。植酸酶在提高磷利用率的同時(shí)也增加鈣的沉積。陳文等（2005）報(bào)道，仔豬飼糧中添加植酸酶后血清磷濃度趨于升高，血清鈣、堿性磷酸酶活性有降低趨勢，鈣、磷利用率提高。
在實(shí)際生產(chǎn)中人們常用鈣、磷等價(jià)量來描述植酸酶能夠替代的鈣或磷添加量，表2中總結(jié)了一些關(guān)于植酸酶等價(jià)量的報(bào)道。從現(xiàn)有植酸酶應(yīng)用研究報(bào)道可以看出，在低磷日糧中添加植酸酶效果更佳，鈣和磷沉積并不會(huì)隨植酸酶的添加劑量增加而呈線性增加，在生產(chǎn)中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況確定植酸酶的適宜添加劑量。

3.2 提高蛋白質(zhì)和氨基酸的利用率
植酸在酸性和中性條件下都能結(jié)合蛋白質(zhì)和氨基酸，如果植酸被植酸酶水解，就能降低其抗?fàn)I養(yǎng)作用。易中華等（2005）報(bào)道，添加植酸酶顯著提高艾維茵肉雞日增重和日采食量，顯著提高了肉雞氮利用率并大幅度降低氮排放量。豬日糧中植酸酶的應(yīng)用也存在類似的情況。Kemme（1998）通過瘺管手術(shù)測得添加800 U/kg和900 U/kg微生物源植酸酶能提高豬對(duì)氮和大多數(shù)氨基酸的回腸表觀消化率。蔡青和等(2004)報(bào)道，斷奶仔豬日糧中添加植酸酶，日糧中蛋白質(zhì)消化率提高了2.8%，改善了氨基酸回腸表觀消化率，His、Ile、Leu、Lys、Met的消化率分別提高11.7％、2.7％、6.2％、5.4％、1.1％。由此可見，應(yīng)用植酸酶可以改善豬和雞蛋白質(zhì)和氨基酸利用率，同時(shí)降低蛋白質(zhì)和氨基酸的排泄量。
3.3 對(duì)微量元素利用率的影響
植酸可結(jié)合微量元素Fe、Cu、Mn、Zn、Co和Se等，其中結(jié)合Zn和Cu能力最強(qiáng)。大量文獻(xiàn)報(bào)道揭示，在豬和雞日糧中應(yīng)用植酸酶對(duì)微量元素的利用有積極作用。Revy等（2004）通過比較在含32 mg/kg鋅的仔豬基礎(chǔ)日糧中添加20 mg/kg鋅或1 200 U/kg植酸酶的鋅生物利用率,結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加植酸酶的效果優(yōu)于添加鋅組,血清堿性磷酸酶和鋅濃度及骨中鋅濃度和鋅沉積都較好,同時(shí)植酸酶還改善了仔豬Ca、P、Mg、Fe和Cu的利用率。而Zacharias等（2003）報(bào)道，25～55 kg豬日糧中添加植酸酶會(huì)導(dǎo)致銅需要量有輕微的提高，而高銅日糧可以克服植酸酶對(duì)銅利用率的負(fù)面效果，并指出這可能是由于植酸酶水解植酸鹽釋放出鋅，進(jìn)而鋅拮抗銅的吸收利用。Morris等（1980）認(rèn)為，用植酸與鋅的比值（不超過15～20）和植酸與鈣、鋅摩爾比的乘積（不超過3.5）評(píng)定鋅的利用率比僅用日糧鋅的含量更準(zhǔn)確。戴求仲等（2004）指出，這兩個(gè)值在臨界值以上時(shí)添加植酸酶或鋅能夠提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能和鋅的利用率，但當(dāng)這兩個(gè)值降到接近臨界值時(shí)，添加植酸酶并同時(shí)增加日糧鋅水平，對(duì)改善動(dòng)物生產(chǎn)性能的效果并不理想。關(guān)于添加植酸酶對(duì)豬、雞微量元素吸收利用的影響仍需進(jìn)一步研究驗(yàn)證，需注意各種微量元素之間固有的協(xié)同和拮抗關(guān)系。
3.4 促進(jìn)能量代謝
大量研究顯示，應(yīng)用植酸酶能夠促進(jìn)豬和雞的能量代謝。Selle（1999）等研究指出，在肉雞高粱—豆粕—菜粕—棉粕—麥麩配合日糧中添加植酸酶，代謝能顯著升高。Johnston等（2004）為測定植酸酶對(duì)豬能量消化率的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了4種日糧：①含0.50%鈣和0.19%有效磷的玉米—豆粕型日糧；②含0.40%鈣和0.09%有效磷的玉米—豆粕型日糧；③日糧①+500 U/kg植酸酶；④日糧②+500 U/kg植酸酶，通過回腸瘺管收取食糜，結(jié)果顯示，在低鈣磷日糧中添加植酸酶顯著提高回腸淀粉和干物質(zhì)及能量消化率。植酸酶能夠促進(jìn)豬和雞的能量代謝可能是由于植酸酶水解植酸釋放出淀粉或者淀粉酶，增加了對(duì)碳水化合物的消化代謝。
4 植酸酶應(yīng)用中的影響因素
4.1 日糧原料組成
植酸酶的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在其對(duì)植物性飼料原料的作用，故在哺乳仔豬料中添加植酸酶的效果不佳。不同的飼料日糧由于原料組成的差異植酸酶的應(yīng)用效果和效果增幅空間也有所不同。孫育平等（2005）通過體外法研究了外源植酸酶對(duì)不同飼料原料中鈣和磷利用率的影響表明，添加外源植酸酶顯著提高豆粕、花生粕和菜粕中鈣和磷的釋放量，但對(duì)大麥和高粱中無機(jī)磷的釋放沒有顯著影響。隨著非常規(guī)飼料原料，如菜粕、棉粕、花生粕、高粱等的使用日益普遍，需加強(qiáng)植酸酶在非常規(guī)飼料中的應(yīng)用研究，為合理設(shè)計(jì)飼料配方提供應(yīng)用理論基礎(chǔ)。
4.2 日糧鈣磷比
植酸酶的添加效果將會(huì)受到日糧中鈣磷水平、鈣磷比值以及植酸磷水平的影響。如果鈣磷比例過高，過量的鈣在腸道內(nèi)形成大量的不溶性植酸鈣，從而植酸酶難以接近植酸分子而發(fā)揮作用。在肉雞日糧中總鈣與總磷比值在1.1~1.4時(shí)效果相當(dāng)，超過這個(gè)比例時(shí)生產(chǎn)性能、磷利用效率和骨骼礦化效率都會(huì)降低?；ㄞ钡龋?006）研究了植酸酶、非植酸磷和鈣水平的不同組合對(duì)艾維茵肉仔雞生長性能、死淘率、屠宰性能及肉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，飼糧中添加非植酸磷0.28％＋鈣0.80％＋植酸酶600 FTU/kg時(shí)，肉仔雞的綜合效益較佳。
植酸酶應(yīng)用效果隨著日糧中鈣磷比值的增大而降低。Liu等(1998)報(bào)道，當(dāng)生長肥育豬日糧中鈣磷比值從1增加到1.5時(shí)，平均日增重、磷消化率和掌骨硬度分別下降了4.5%、8.2%和9.7%。這可能是由于過量的鈣結(jié)合植酸形成難溶性復(fù)合物或是過量的鈣直接競爭植酸酶酶活位點(diǎn)而抑制酶活性，從而降低磷和其它養(yǎng)分的釋放。
4.3 酸化劑
日糧中添加有機(jī)酸降低日糧pH值，進(jìn)而能降低畜禽胃腸道內(nèi)pH值。如前所述，微生物來源植酸酶有兩個(gè)最適pH值位點(diǎn)2.5和5.5，胃腸道內(nèi)低pH值將有助于植酸酶作用的發(fā)揮。陳冬梅（2004）采用2×2因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究肉雞日糧添加植酸酶和檸檬酸對(duì)鈣、磷利用率的影響，結(jié)果表明，300 g/t植酸酶和0.5%檸檬酸合用存在協(xié)同效應(yīng)，能進(jìn)一步提高鈣、磷利用率。龔一峰等（2005）研究了內(nèi)源性及細(xì)菌性植酸酶和檸檬酸在低營養(yǎng)日糧中對(duì)肉雞生長的作用，結(jié)果表明，3者同時(shí)添加時(shí)蛋白質(zhì)和鈣的利用率極顯著提高。汪莉等（2005）研究植酸酶和檸檬酸結(jié)合使用對(duì)蛋雞生產(chǎn)性能的影響，蛋雞日糧中添加0.2%檸檬酸與50 mg/kg植酸酶，提高了蛋雞的生產(chǎn)性能。而Brenes等（2003）報(bào)道，添加檸檬酸對(duì)植酸酶促進(jìn)肉雞生產(chǎn)性能作用產(chǎn)生負(fù)面影響，但有提高鈣、鎂和鋅等礦物元素生物利用率的效用。關(guān)于植酸酶和酸化劑之間的關(guān)系仍需大量的試驗(yàn)進(jìn)一步研究論證。
5 結(jié)語
當(dāng)前在豬和雞配合飼糧中應(yīng)用植物性飼料原料的比例很大，而植物性飼料中植酸會(huì)結(jié)合大量的礦物質(zhì)、氨基酸、蛋白質(zhì)和淀粉，降低了營養(yǎng)成分的利用率。當(dāng)添加植酸酶時(shí)，這些營養(yǎng)成分的利用率會(huì)得到一定程度的改善。同時(shí)適當(dāng)添加植酸酶，磷、鈣和氮的排泄量減少，又可降低畜牧業(yè)對(duì)環(huán)境污染的潛在威脅。植酸酶應(yīng)用效果受到很多因素的影響，如飼糧的原料組成、植酸磷含量、鈣和磷水平及鈣磷比和酸化水平等。隨著植酸酶應(yīng)用機(jī)理研究的深入，植酸酶在畜牧業(yè)中的應(yīng)用必將越來越廣泛。