植酸酶对肉鸡氨基酸回肠消化率影响的系统观

孟祥光 译自，Vol.225，№182～194

王祎汀 校 张配配 复校

植物种子中的磷(phosphorus，P) 约有600 g/kg～800 g/kg 是以植酸[1,2,3,4,5,6-肌醇六氢磷酸酯(1,2,3,4,5,6 myo-inositolhexakis dihydrogen phosphate；IP6)]的形式存在。植酸含有约280 g/kg 的植酸磷，其余的成分为氧和肌醇碳环。饲料原料含有不同浓度的植酸，从玉米的7 g/kg～8 g/kg 到一些谷物副产品和豆类食物的50 g/kg～60 g/kg。当家禽摄入含低浓度二价阳离子[如钙(calcium，Ca)] 的混合饲料时，植酸很容易被消化。然而，在商业性生产中，家禽营养的标准做法是将来自植物种子的植酸与各种阳离子源(如CaCO3、CaHPO4、ZnO 等)同时添加，形成营养全面的日粮。这种做法的后果是植酸与二价阳离子同时存在于家禽的肠腔内，因此很容易形成不溶性盐(通常称为“植酸盐”)，从而会降低其他成分的消化率。沉淀主要发生在肠腔内容物具有较高的pH(＞4～5)时，因此主要与小肠和大肠有关，而胃肠道中较低的pH 通过质子化作用增强了植酸的溶解度。20 世纪90年代初，对这一问题的实际解决方案是将微生物植酸酶作为混合饲料的一部分，在植酸到达有问题的动物肠道后段之前，将其部分去磷酸化。这种去磷酸化作用会大大降低植酸的螯合能力，增加各种营养物质，如P、Ca、钠(natrium，Na)、能量、氨基酸和微量元素的消化率。

植酸酶对提高家禽营养中P 和Ca 的消化率的作用已被普遍接受，已经有大量的出版物提供了这些作用的明确证据。然而，植酸酶对营养物质如能量、微量元素或氨基酸消化率的影响，不同的文献报告并不一致，也没有被终端用户所利用。此外，不同的植酸酶生产商对氨基酸和能量本身的建议大相径庭，而且随着添加浓度的提高，改变这些数值的方法也各不相同。市场上关于植酸酶的所谓“磷外”效应的大部分差异都与不同试验的反应差异有关。这种“反应谱”能够为植酸酶生产商提供相当大的自由度，他们可以根据自己的理念和与各产品组合的互补性，为特定的产品选择积极的或保守的数值。然而，从科学的角度来看，最好是用尽可能广泛的证据支持决策，以减少发生错误的可能性。因此，本文的目的是总结关于植酸酶对肉鸡氨基酸回肠表观消化率影响的现有公开数据，以便为进一步的研究提供一个基准，并对植酸酶的价值进行明确的比较。

1 方法和结果

1.1 数据库建设和统计方法

所有发表的、经同行评审的、报告植酸酶本身对肉鸡氨基酸回肠表观消化率影响的论文(n ＝24) 都被收录并用于本次荟萃分析。被排除的论文包括那些报告使用植酸酶对阉割公鸡和非肉鸡品种的影响以及采用总肠道收集方法评估影响的论文(合计只有4～5 篇)。所有被纳入的论文都使用了肉鸡，通常在21～28 日龄，并使用带有消化率标记物的回肠采集法评估消化率。数据从每篇论文的相关表格中转录到Excel 文档中，然后用美国SAS公司的JMP V.12.2.0 统计软件进行统计分析。统计分析采用混合模型，将试验(唯一的出版物代码)作为随机变量，并酌情包括其他相关的解释因素(appropriate variable)。为了清楚起见，本文将植酸酶的活性单位用FYT/kg 表示，其中一个植酸酶活性单位被定义为在pH 5.5 和37 ℃条件下，每分钟从0.005 mol/L植酸钠中释放出1 mol 无机磷酸盐所需酶的数量。不同的植酸酶生产商提供的单位定义略有不同，可能会用FYT/kg 或FTU/kg 来描述植酸酶(这些是同义的)。就绝对数字而言，本文没有进行“单位校正”，所有单位都直接取自同行评议的论文。在引用FTU/kg 而不是FYT/kg的地方，术语被改为标准的FYT/kg，以避免混淆。此外，人们普遍认为植酸酶活性单位并不能深入了解其在动物体内的功效，基本上只能作为质量控制检查和监管目的而发挥作用。然而，它们为本文提供了一个方便的交叉植酸酶比较，因此在此详细说明。

1.2 数据库特点

表1 列出了关键数据库的特征。绝大多数关于植酸酶对肉鸡氨基酸回肠表观消化率影响的论文是在1996 年到2006 年这10 年间发表的(745 个观察数据中的520 个)，来自最近10 年发表论文的新数据集比较少。玉米是所涉及研究中使用的最主要的谷物(745 次观察中的413 次)，豆粕(soybean meal，SBM)是各种试验中使用的主要蛋白质原料(745 次观察中的312 次)。其他使用频率较高的饲料成分包括油菜籽或菜籽粕(n ＝68)、大米或小麦的副产品(n ＝141)、玉米酒糟(n ＝42)和小麦(n ＝66)。在植酸酶对氨基酸回肠表观消化率影响的观察结果中，约有三分之一是在使用单种饲料原料的半合成日粮中确定的，其余的观察结果来自于基本上营养全面的全价日粮。用于测定氨基酸消化系数的消化率标记物是二氧化钛(TiO2；n ＝101)、氧化铬(CrO2；n ＝260) 或酸性不溶灰(acid insoluble ash，AIA；n ＝384)。表2 列出了试验日粮中的P、Ca 和植酸磷的浓度。在所有日粮中，P 的平均浓度为0.61%，最低和最高的分别为0.20%和1.83%；Ca 的平均浓度为0.73%，最低和最高的分别为0.04%和1.30%；最后得到的Ca 与P 比值的平均值为1.3 ∶1，最小值和最大值分别为2.8 ∶1 和0.1 ∶1；最后，植酸磷的平均浓度为0.37%，最低和最高值分别为0.14%和1.56%。

2 植酸酶对氨基酸回肠表观消化率的影响：总体反应

植酸酶对氨基酸表观回肠消化率的影响见表3。对照组日粮(或饲料原料)中氨基酸的平均消化系数为0.80，植酸酶的添加(与剂量无关)使其平均增加4.1%(0.80～0.84；P＜0.001)。尽管所有氨基酸的消化率都因添加植酸酶而提高，但这一比例从蛋氨酸(methionine，Met) 的1.3%到半胱氨酸(cysteine，Cys) 的7.2%不等。图1显示了对照组日粮中氨基酸消化率和对植酸酶的平均反应之间的关系，发现存在一个显著的(R2=0.70；P＜0.001)二次拟合关系，即植酸酶对氨基酸固有消化率较高的日粮或原料的影响较低。最佳拟合(二阶)多项式的方程式为：

添加植酸酶后氨基酸消化率的变化(%) ＝34.123348－ (36.864518×C) ＋(33.73978×(C－0.78847)2)

式中：C 是对照组日粮中氨基酸的消化系数。简单地说，当对照组日粮中氨基酸的消化系数在0.50～0.73 时，植酸酶产生的平均效果约为10%；而当日粮氨基酸的固有消化系数为0.86～0.95 时，添加植酸酶的效果只让氨基酸的消化率提高2%左右。

添加植酸酶对氨基酸消化率的反应在所有试验中并不恒定(数据未显示)，而是从Amerah 等(2014) 获得的14%左右到Sebastian 等(1997) 得到－ 0.7%，不过这种影响部分可以用以上介绍的关系解释。在Amerah 等(2014)的研究中，氨基酸的平均消化系数为0.73，而在Sebastian 等(1997)报告的试验中，这一系数为0.86。

2.1 植酸酶的添加量对氨基酸回肠表观消化率的影响

如表1 所述，现有的报告反应了植酸酶的不同添加浓度(500 FYT/kg～2000 FYT/kg)。图2 显示了植酸酶的添加水平和氨基酸回肠表观消化系数之间关系的简单图形。将植酸酶的添加水平从500 FYT/kg 提高到1 000 FYT/kg，导致氨基酸消化率的变化从约3%增加到约5%。将添加浓度提高到1 000 FYT/kg 以上，氨基酸消化率没有进一步变化。这种关系对于必需氨基酸(essential amino acids，EAA)和非必需氨基酸(non-essential amino acids，NEAA) 都是相同的(未显示)。此外，个别对照组日粮中氨基酸的消化率有影响(图2)，对植酸酶更强的反应一般与氨基酸固有的低消化率有关。应该注意的是，对2 000 FYT/kg添加水平的反应在数量上很小，且也与对照组日粮氨基酸具有相对较高的消化率有关。

然而，植酸酶的添加水平从1 000 FYT/kg到1 200 FYT/kg，氨基酸消化率的变化有一个明显的平稳期，消化率提高的大部分是在添加水平介于500 FYT/kg～1 000 FYT/kg 时。

2.2 消化率标志物的影响

本次荟萃分析所涉及的24 个试验采用了三种可供选择的消化率标志物，分别为CrO2、TiO2或AIA(表1)。利用AIA 为标记物的试验测得的肉鸡AA 回肠消化系数(平均值为0.77) 低于将CrO2用作标记物的试验的测定值(平均 值为0.84)(P＜0.01)，以TiO2为标记物的试验测得的值居两者之间。有趣的是，在利用AIA 的试验中，在植酸酶的作用下，氨基酸消化率的提高幅度(P＜0.05) 高于用其他标志物的试验的测定值。当使用AIA时，植酸酶对氨基酸回肠消化率的平均效果是+6.1%，使用TiO2时是+3.8%，使用CrO2时是+2.2%。这支持了以前的观察，即氨基酸回肠消化率低的日粮对补充酶有最高的反应。

2.3 与回肠磷消化率和植酸磷消失有关的氨基酸反应

本次荟萃分析中的大多数试验除了报告氨基酸的消化率外，还报告了P(以及在较小程度上也报告了Ca) 的回肠消化系数(表4)。在对照组中，P 的回肠表观消化系数为0.52，在植酸酶组中，该系数提高到0.62(+23.1%)(P＜0.001)。这意味着相对于各种对照组日粮，(涵盖整个数据库的)可消化P 平均增加了0.64 g/kg。植酸酶对P 回肠消化率的影响在不同的试验中差异很大，最小和最大的反应分别为－ 5%和+74%。植酸酶对P 回肠消化率的影响受Ca 与P 比值的强烈影响，当Ca 与P 比值从0.8 ∶1 左右增加到2 ∶1 时，植酸酶的作用急剧下降(注意这是总Ca 与总P 的比值，不是Ca 与可用P 的比值)。

植酸酶对P 消化率的影响存在很大的差异，因此探讨P 反应的大小与对氨基酸的相应影响之间的关系是可能的。作为拟合P 对植酸酶的反应与氨基酸对植酸酶的反应的一种替代方法(这种关系具有极强的统计学意义)，考虑了日粮中植酸的含量，并估计了对植酸降解的比例，假设所有被释放出的P 来自植酸水解。例如，在一项试验中，日粮中的植酸磷含量为0.30%，P 的回肠消化率随植酸酶释放0.15%的P 而增加，那么植酸的消失/降解被认为是50%。图3 列出了这种关系。当使用混合模型，并将每项试验代码作为随机变量，植酸磷的消失作为解释变量时，该模型的R2为0.57(P＜0.001)，即植酸磷的水解程度和P 的“产量”与植酸酶对氨基酸回肠消化率的影响幅度直接相关。有趣的是，随着植酸磷的水解(图3；X 轴上从左到右)，与色氨酸(tryptophan，Trp) 或蛋氨酸(methionine，Met) 等相比，半胱氨酸(cysteine，Cys)、丝氨酸(serine，Ser)、甘氨酸(glycine，Gly)、丙氨酸(alanine，Ala)和苏氨酸(threonine，Thr)的消化率提高更多。

2.4 植酸磷、Ca 和P 浓度对氨基酸消化率和植酸酶反应的影响

对照组日粮中植酸磷的浓度与日粮中的氨基酸消化率呈负相关(P＜0.001)(图4)。在对照组中，Ca 或P 本身不会影响氨基酸的回肠表观消化率(P＞0.05)，但氨基酸消化率与Ca 与P 比值之间存在负相关(P＜0.001)。随着Ca 与P 比值的增加，氨基酸的消化率显著降低。植酸磷浓度不会影响植酸酶对氨基酸回肠表观消化率的总体作用(P＞0.05)。

未完，待续。