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植酸酶在畜禽饲料中应用最新研究进展——佘玥博士在BFC会议上的报告

439 原作者: 佘 玥
简介
植酸酶除可以提高畜禽对饲粮钙磷的利用率之外,大量研究证实,植酸酶还有提高生长性能、其它养分消化率的作用。
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中国农业科学院饲料研究所
佘 玥 博士

  植酸酶除可以提高畜禽对饲粮钙磷的利用率之外,大量研究证实,植酸酶还有提高生长性能、其它养分消化率的作用,这表明植酸酶具有潜在营养价值,并且逐步定量化。这里的潜在营养价值指微量元素、能量、氨基酸和纤维。如果我们能够明确植酸酶的潜在营养价值,就可以进一步实现在饲料配方中精准化使用植酸酶。本报告结合了目前市场上所反馈的内容讨论了植酸酶在应用中存在着哪些问题。比如植酸酶的瓶颈效应,在配方中精准化使用植酸酶的前提,未来的发展方向和展望等等。

  一、植酸酶的潜在营养价值

  植酸除了可以与磷螯合,还能与锌离子等螯合,同时它还可以降低纤维等的利用率。而植酸酶对植酸的作用,3植酸酶比6植酸酶的效率更高,所谓的6植酸酶主要存在于植物的籽实当中,只有在植物种子萌发后才有利用性。6植酸酶在高温、高湿、pH值较低情况下活性较低,3植酸酶主要存在于细菌、真菌和酵母当中,研究表明,3植酸酶稳定性较高,目前已被广泛应用到饲料行业中。

  目前市面上的植酸酶多数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络合物,则需要将氨基酸降解到二磷酸之下。畜禽体内内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浓度下降,肌醇三和四磷酸浓度上升。如果能够将肌醇六磷酸降解到最终产物肌醇,此次生成的肌醇可以促进细胞代谢、脂肪分解和肌肉的生长发育。

  菜籽粕和豆粕由于磷含量高,所以作为评价饲料原料有效磷的模型原料由来已久。在0到2500个酶活单位的时候,随着植酸酶的增加,有效磷相应提高。而有效磷的评价体系从传统的非植酸磷一直到表观全肠道消化率到目前被世界上广泛认可的最为先进的标准全肠道消化率。

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  植酸酶对于钙的影响我们实验室同样开展了大量研究,研究表明在添加500酶活单位的植酸酶可以提高生长猪对于石粉钙的标准化全肠道消化率,具体数据从60%提高到了73%,同时我们建立了在不添加植酸酶和添加植酸酶的情况下钙的摄入量和表观全肠道可消化钙的相关关系。

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  此时,大家可能会考虑到日粮类型、纤维、大豆油对钙的利用率或植酸酶对钙的影响有多大。我们的研究发现,玉米型日粮比玉米淀粉型日粮钙的标准全肠道消化率较高,无论哪种类型的日粮添加植酸酶都显著提高了钙的标准全肠道消化率。纤维提高了钙的利用率,但大豆油没有显著影响。对于微量元素的潜在营养价值,我想以两个最敏感的元素锌和酮为例,有学者通过对过去二十个实验进行云分析,统计结果表明在猪的玉米-豆粕日粮中添加500 FTU/kg的植酸酶可以替代27 mg的锌,但是对铜的吸收没有显著影响。在本实验室今年刚刚发表的一篇文章中,证实了植酸酶和氧化锌对生长猪磷的标准全肠道消化率存在交互作用,高锌对植酸酶的添加效果有一定的抑制作用,而不同的锌源也会影响植酸酶的添加效果。比如是以硫酸锌的形式添加还是有机锌、复合蛋白螯合锌的形式添加。

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  在氨基酸上同样有学者刚刚做了一个实验,对过去大量实验进行了统计分析,当植酸酶浓度在200到5000FTU/kg,对于自身表观回肠末端消化率较低的氨基酸,植酸酶对氨基酸利用率提高幅度高达10%,而对于自身表观回肠末端消化率已经较高的氨基酸植酸酶也可以提高其表观回肠末端消化率2%。

  那么,植酸酶对氨基酸提高幅度的影响有多大?我们的研究发现对于高纤维的日粮单独添加植酸酶对氨基酸的提高幅度不及联合添加植酸酶和非淀粉多糖酶的效果更好,此时,植酸酶和非淀粉多糖酶呈现了协同叠加效果,而对于低纤维的日粮联合添加植酸酶和非淀粉多糖酶的效果反而不及单独添加植酸酶的效果更好。

  对于能量和纤维这一部分,在肉鸡上做的实验植酸酶对于能量利用率的提高作用已被广泛认可,但在猪上植酸酶的潜在营养价值对于能量方面的体现目前还是一个具有争议的问题。但是我们的研究发现在添加了植酸酶以后,猪玉米-豆粕日粮中中性和酸性洗涤纤维的表观全肠道消化率显著提高,尤其在提高了2000 FTU/kg的植酸酶时,中性和酸性洗涤纤维的利用率都有显著提高。

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  二、饲料配方中精准化使用植酸酶

  在相对明确了植酸酶潜在营养价值之后,则可以进一步实现在饲料配方中精准化使用植酸酶。所以要在饲料配方中精准化使用植酸酶的前提就是要充分了解和明确具体的使用某一种酶的酶活定义、酶学性质、剂型、特性曲线和稳定性曲线。每个厂家生产的酶活定义可能不同,在这种情况下就需要我们具体情况具体分析。精准化使用植酸酶的难点是突破植酸酶降解植酸的瓶颈效应,也就是目前的植酸酶多数只能将肌醇六磷酸降解到四或三磷酸,在添加了2000FTU/kg植酸酶之后钙磷利用率达到了平台期,很难有更高幅度的提高。如果想把氨基酸植酸络合物降解,则需要降解到肌醇二磷酸或一磷酸,而目前的植酸酶很难实现这一点以及超量植酸酶应用的定量化。超量植酸酶研究是一个热点,但是不同的学者对于超量植酸酶作用效果所得结论不同,所以怎样把过去的结果来总结归纳也是一个问题。

  未来植酸酶的发展方向,我认为首先是有效磷评价体系的更新,可能现在大部分的数据库应用的还是非植酸磷,但是我们现在也积累了一些数据,所以将来可以用表观全肠道消化率甚至标准全肠道消化率替代过去相对来说比较陈旧的非植酸磷的数据库。

  饲料配方中精准化使用植酸酶应注意以下几点:

  植酸酶的添加量与磷酸氢钙替代量的关系,比如不同的季节、区域、动物生长阶段,植酸酶的添加量和磷酸氢钙的替代量都需要根据具体情况综合考量。

  酶活定义,目前除了植酸酶其他的单酶特别是一些复合酶国际上并没有统一的标准,所以,充分了解所使用的具体的某一种酶的酶活定义才能初步确定在饲粮中酶的添加剂量。

  酶学性质主要指pH、温度、金属离子对酶活的影响。

  剂型,以植酸酶为例,有普通颗粒性植酸酶、粉状、液体等植酸酶,这要根据生产类型和饲料用途综合考虑。

  特性曲线主要指pH酶活相对曲线和温度相对酶活曲线。

  稳定性是指常温稳定性,常温稳定性就是我们在常温条件下储藏的稳定性,高温稳定性是指热处理加工之后的稳定性,比如说在制粒之后酶活存留量是多少。

  关于植酸酶降解植酸的瓶颈效应,在我们刚刚开展的一个实验中,添加了500 FTU/kg的植酸酶时,猪的玉米-豆粕日粮对于钙磷的表观全肠道消化率和沉积率都呈线性极显著提高,然而在500-2000 FTU/kg的时候,钙磷的利用率和沉积率虽有提高,但是增幅变缓。在2000-4000 FTU/kg的时候基本上达到了一个平台期。此时,无论在添加多高剂量的植酸酶,钙磷的利用率和沉积率都很难有更多的提高。

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  另一个例子,在添加了植酸酶之后,肌醇六磷酸的浓度下降了,在猪的回肠代谢物中,三磷酸的浓度上升,证明了将六磷酸的浓度降解,随着植酸的抗营养作用削弱,但并没有完全消除。

  关于超量植酸酶的作用,我们实验室同样开展了大量研究。研究发现在添加了0到2500 FTU/kg的植酸酶时,仔猪的日增重和采食量都显著提高,随着植酸酶浓度的提高,料重比显著下降,钙磷消化率显著提高,以及掌骨灰分、骨钙、骨磷也随着植酸酶浓度的提高而提高。

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  因此,未来的发展方向,亟待解决的是有效磷评价体系的更新,究竟什么是有效磷,到目前还仍然是一个模糊的概念。从过去的非植酸磷,但是现在我们的研究发现植酸磷并不是完全不能被利用,而非植酸磷也不是完全能够被利用的。相对效价法到绝对效价法,在我们最近发表的一篇综述当中回顾了有效磷评价方法以及提出了对未来的展望。从大的方向可以分为体内和体外法。

  体内法指相对效价法和绝对效价法,相对效价法是一个传统的方法,是在上世纪九十年代主要采取的方法,通过斜率比法,绝对效价法也经历了对于磷的表观全肠道消化率、标准全肠道消化率和真全肠道消化率不同的发展阶段。对于体外法主要包括了传统的酶水解法,以及目前世界上先进的单胃动物仿生消化法。

  对于磷的标准全肠道消化率评定,我们实验室从中国采集了十七种常用植物性饲料原料评价了生长猪的标准全肠道消化率,同时探讨了添加500 FTU/kg的植酸酶之后对于标准全肠道消化率的影响。标准全肠道消化率就是在表观全肠到消化率的基础上扣除内源磷计算所得。

  三、总结

  回顾过去植酸酶的研究,植酸酶的潜在营养价值从最初的模糊阶段到目前逐步能够实现定量化,但对于实现在配方中精准化使用植酸酶需要综合考虑饲粮的组合、原料中磷浓度的变异以及添加植酸酶后磷需要量的情况,还需要在生产上做进一步验证。

  四、植酸酶发展的展望

  对此,对未来植酸酶的发展,报告人提出了一些展望。首先是要构建有效磷的数据库,比如过去我们以非植酸磷为标准,将来可以把这个数据库更新到磷的标准全肠道消化率以节省磷的资源,节约成本。第二是植酸酶潜在营养价值的细化,比如说是在动物不同的生长阶段不同来源的植酸酶,是不是它的潜在营养价值会有不同。第三是超量植酸酶对于养分利用率的影响。第四是基于植酸酶目前存在的瓶颈效应,是否能够研究出一种能够突破这些瓶颈效应的高效植酸酶。

  BFC·第五届中国生物饲料科技大会在累累硕果中圆满落下帷幕,开创了行业学术会议务实创新的新模式,大会为全国畜牧饲料界广大同仁提供了高效高端高质的交流平台,为我国生物饲料科技进步和产业化推波助澜。每年九月第二个周末,我们不见不散!

  本文内容根据谢佘玥博士在BFC·第五届中国生物饲料科技大会上的报告整理而成。
  文/佘玥 博士  编/马维军


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