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植酸酶对动物饲料中营养物质利用的影响
张相鑫 译 陈 权 校 罗静如 制图
摘 要：没有两种酶是完全相同的，作为一种能够分解植酸的底物特异性酶，植酸酶也不例外。特定的酶能作用于特定的底物，虽然在理论上似乎是酶“越多越好”，但高品质的酶通常有别于许多传统的酶，可以在不提高酶添加量的情况下增加经济效益。
关键词：酶；植酸酶；饲料
植酸是磷在植物中的主要储存方式，且存在于许多植物性饲料原料中。植酸盐本身具有抗营养作用，因为它能结合饲料中的矿物质和蛋白质，从而减少它们与消化酶的接触。
未被消化的植酸盐一旦被动物排泄到环境中，由于其含有高水平的磷，最终会成为一种环境污染物。
如果在饲料中添加能够分解植酸盐的合适的植酸酶，其就可以成为单胃动物饲料中营养物质——主要是磷——的有机来源。
植酸酶是一种蛋白质型生物催化剂，可通过分解植酸盐来提高肉鸡和猪对饲料中磷、钙、锌、钠、镁和氨基酸的消化率和利用率。大多数植酸酶来源于真菌或细菌，很少来自植物。
市场上销售的植酸酶有许多不同形式，可以在不同的温度、pH和植酸盐含量的环境中使用。
1 植酸酶的选择
不同的植酸酶可以在动物消化道的不同部位发挥作用，具体取决于它们的种类和包被情况。目前市场销售的植酸酶有三种：第一种是3-植酸酶，该酶能够从植酸盐肌醇环结构的三磷酸肌醇(IP3)位点开始去除磷酸盐残基；第二种是6-植酸酶，该酶能从六磷酸肌醇(IP6)位点开始分解植酸盐；第三种是5-植酸酶，该酶可以从肌醇环的五磷酸肌醇(IP5)位点开始分解植酸盐(图1)。
现今所有被用作动物饲料添加剂的植酸酶，无论其来自微生物还是来自植物，都能在动物的前胃或胃中发挥有效的作用。在考察产品时，需要考虑四个主要标准，以选择最有效的解决方法。
植酸酶应能够在低pH环境中发挥有效的作用。植酸酶主要在家禽的嗉囊中发生去磷酸化作用，嗉囊腔中的pH为4.0～5.0。为了确保能在嗉囊中有效分解，植酸酶在酸性环境中具有较高的稳定性非常重要。
植酸酶应能够有效分解IP6分子。为了能够彻底分解植酸盐以确保磷的供应量最大化，所选择的植酸酶需要能有效降解分子，以使其可以与肌醇环发生尽可能多地接触。这是植酸酶分类很重要的一个标准。
分解时间决定了植酸盐随后的一切。植酸酶应该是速效型的，以便能够快速地降解分子，使生物功效最大化。由于植酸盐在动物体内能与许多重要营养物质结合，这可确保其在动物肠道中完全水解，进而能够释放出更多的营养物质以供吸收。
重要的是，在整个饲料生产过程中植酸酶还应能够经受住高温。酶是一类热敏性蛋白质，因此饲料的制粒可能会影响它们的稳定性。植酸酶可以包被或不包被，可以制成颗粒状或粉状，也能以固态状或液体状形式存在。在动物体内，不同形式的植酸酶将会拥有不同的生理机制，因此在选择植酸酶时应充分考虑它的类型。
2 额外的益处
植酸酶对动物的益处远不止于仅从饲料原料中获取生物可利用的磷。未被消化的植酸盐具有抗营养作用，因为它不能被动物分泌的常规消化酶所降解。除此之外，植酸盐对矿物质和蛋白质的高结合性亲和力使它们的生物可利用率较低，结果它们变得更难利用。
未被消化的植酸盐分子会变成动物消化道的刺激物，动物会通过促进黏蛋白的分泌做出反应，以保护胃和肠道上皮层不受这种刺激物的消极影响。这种作用会加重动物的能量负担，动物需要消耗更多的饲料来补偿这种损失，所有这些都会增加养猪生产的成本。
钙、锌、铁和铜都属于能被植酸盐捕捉的矿物质。如果与植酸盐结合，矿物质的这种结合可能会造成动物缺乏矿物质营养。在这些矿物质中，最值得引起注意的可能是钙。
植酸盐在家禽的嗉囊中被分解后，可在小肠中形成钙和植酸盐复合物。在饲料中添加植酸酶添加剂，IP6分子可以被更早地分解，从而避免其在小肠中与钙结合。
高品质的植酸酶可最大限度地释放出被包被或结合的营养物质，并为动物节省能量。植酸盐能够结合矿物质和蛋白质，因此它能通过直接影响蛋白质的可利用率和减少矿物质的供应量降低氨基酸的消化率——形成金属硫蛋白，即含金属的酶。这类酶在动物消化道中非常丰富，要用掉某些元素的大部分供应量。植酸与这些矿物质的结合将使它们不能被酶利用，这将会影响动物的新陈代谢。一般而言，植酸酶会对新陈代谢产生显著的积极影响。研究表明，在饲料中添加植酸酶能够逆转植酸对能量利用的消极影响。
坦率地讲，提高能量、氨基酸和蛋白质的消化率并非植酸酶的功能，而是植酸酶添加剂的额外益处。有人认为，植酸酶对能量利用率的积极影响源于积累的蛋白质、脂肪和淀粉变得可消化，因为它们不再与植酸结合。植酸盐被证明是一种肠道刺激物，可促进黏蛋白的分泌。植酸酶破坏植酸会降低黏蛋白的总产量，起因是刺激性变小，导致形成黏蛋白层所需的能量减少。
3 最佳的剂量
当关注高级作用时，如钙、锌、钠、镁和氨基酸的释放，植酸酶的品质开始有所差异，因为高品质的植酸酶能够充分降解植酸盐底物，确保植酸盐中的所有矿物质和营养物质被释放出。
与其他植酸酶相比，具有固有热稳定性的饲用植酸酶能释放出更多的可消化磷。另外，这种酶在胃蛋白酶存在和pH变化较大的环境中，都具有稳定的性能。
在植酸盐含量很低时该酶也能发挥出有效的作用，可确保植酸盐在动物肠道内被完全水解。这种具有固有热稳定性的酶在商业生产条件下也被证明具有热稳定性，可确保植酸酶的品质在高温条件下不受影响。
高质量的植酸酶在添加量较低时就可以降解大部分的IP5和IP6，并且不需要较高的剂量即可降解所有非植酸型磷(Non-Phytate Phosphorus，NPP)。
植酸酶降解植酸盐的速率也非常重要。高质量的植酸酶可在5 min内降解IP6和IP5，并在20 min内将肌醇环上的磷去除。
4 结论
众多比较试验发现，当在每千克饲料中添加500 FTU的植酸时，热稳定性的饲用植酸酶对肉鸡增重和胫骨灰分含量的提高效果最佳(图2和3)。
与市场上销售的多种植酸酶产品相比，热稳定植酸酶能使饲料的磷当量值提高30％～60％。
剂量反应研究表明，在玉米-大豆型日粮中添加2 000 FTU/kg的热稳定植酸酶，磷的释放率高达0.23％，这表明植酸盐结合的磷几乎全部被释放出。但是，当添加量为 1 000 FTU/kg～1 500 FTU/kg时，磷的释放达到一个平衡状态。
植酸酶对肉鸡增重或饲料转化率的磷当量值高于胫骨灰分矿化，这表明植酸酶的作用不仅仅是磷的释放。
研究表明，要达到最大的生物学功效不一定取决于日粮中植酸酶的含量，而在于所用植酸酶的类型和品质。
出于初始成本的考虑而牺牲植酸酶的品质并不能确保可取得最大的投资回报率，因此在选择植酸酶产品时必须要考虑到这一点，这是非常重要的。
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