猪禽饲粮中添加植酸(phytase)之效果

(下)

美国弗吉尼亚综合技术暨州立大学畜牧家禽科学系

易治雄 ( Zhixiong  Yi )

依．梯考尼格 ( E.T.Kornegay )

(四)对无机磷的替代值

    作者通过在仔猪、雏鸡和火鸡雏的系列试验，即饲予不同程度水平的磷与植酸，然後将各个测定指标，诸如生产性能、磷的表面吸收率或沉积值以及骨组织特性等的数据建立线性或非线性回归方程。其数学模型为∶线性—Y＝a＋bx；非线性—Y＝a ( 1－be^-KX )。其中，Y＝测定指标，比如增重；X＝无机磷 ( 克／公斤 ) 或植酸 ( 单位／公斤 ) 的添加量。因为动物饲喂无机磷的反应方程与饲喂植酸的反应方程左边的 Y 为同一测定指标，因此可将两个方程合并为同一个方程再计算其替代值。比如，在作者的雏鸡试验中，饲喂 4 水平的磷，其增重反应为

    Y_{( 克 )}＝705.9 ( 1－0.150e^－0.901X1 )—(1)；

    饲喂 4 水平的植酸，其增重反应为

    Y_{( 克 )}＝775.8 ( 1－0.232e^－0.0005X2 )—(2)

    将方程 (1) 与 (2) 合并，即为 705.9 ( 1－0.150e^－0.901X1 )＝775.8 ( 1－0.232e^－0.0005X2 )。设 X₂＝500 单位／公斤，那麽，X₁＝0.45 克／公斤。即以增重为测定指标，添加 500 单位的植酸可替代 0.45 克的无机磷。然後将同一试验的不同指标的计算值归纳为一个平均值。作者用上述方法计算分析了至今各类杂发表的试验数据并总结於表4、5。随著饲料中添加的植酸水平增加，其替代值呈非线性递增。但每 100 单位的植酸的相对效率则下降，其下降幅度在 700 ~ 800 单位後趋於平缓。基於现有资料，在饲喂仔猪、雏鸡和火鸡雏的玉米ˉ豆饼饲粮中，要替代一克无机磷约需要 500、800 和 600 单位的植酸。其中，以雏鸡的资料最为丰富，且数据均匀一致，因此，也最可靠。其替代函数为 Y＝1.554 ( 1－0.996e^－0.002X )。其中，Y＝无机磷的替代值 ( 克／公斤 )；X＝添加的植酸的量 ( 单位／公斤 )。作者仍在对此进行更加深入的研究，并继续收集世界各国的文献资料加以补充完善。

(五)替代值占猪禽有效磷需要量的百分数

    以上述计算的替代值结果 ( 表 4、5 ) 与猪禽对磷的需要量 ( 有效磷 ) 相比，添加 750 ~ 1,000 单位的植酸所替代的磷的量 ( 即有效磷 ) 约可满足猪禽有效磷需要量的 25 ~ 50%。比如，在雏鸡玉米ˉ豆饼饲粮中每公斤添加 1,000 单位的植酸，可替代的无机磷的量为 1.1 克 ( 表 5 )。而雏鸡对有效磷的需要量为每公斤 4.5 克。因此，可满足有效磷的需要量为 24% ( 1.1／4.5 )。在仔猪玉米ˉ豆饼饲粮中，每公斤添加 1,000 单位的植酸可替代 1.6 克无机磷 ( 表 4 )。因此，可满足有效磷的量为 50% ( 1.6／3.2 )。要说明的是，这百分数受动物品种、饲粮类型、添加植酸的量、饲粮的磷与钙的水平 ( 即 Ca∶P 比 ) 等多种因素的影响。

表 4     猪饲粮中添加植酸替代无机磷的量

表 5    家禽饲粮中添加植酸替代无机磷的量

(六)植酸磷的释放量

    添加不同水平的植酸所释放的磷占植酸磷的分含量亦见表 4、5。随著添加的植酸的量增加，其百分含量呈非线性函数增加。以每公斤 500 单位的植酸计，在仔猪、雏鸡、火鸡雏的玉米ˉ豆饼饲粮中，所释放的磷占植酸磷的百分含量分别为 40、33 和 50%。显然，要百分之百地利用饲料中的植酸磷，每公斤饲粮约需添加 1,000 以上单位的植酸。这与体外试管分析测得的结果相一致。但在动物试验中，植酸的效果有明显的最大反应拐点。综合各家对不同动物的试验结果，其最大反应约在 700 ~ 1,200 单位植酸范围。因此，在某些情况下，即便使用了 1,200 单位以上的植酸，但并不能百分之百地释放所有的植酸磷。

(七)最适添加量

    试验结果表明，猪禽饲粮添加植酸的最适量约在每公斤 250 ~ 750 单位的范围。主要依据是，当使用每公斤 250 单位的植酸时，饲料中的植酸磷才释放。利用了 25%左右，还有相当部分尚未被利用。而且，一些试验使用每公斤 250 单位以下的植酸时未观察到任何效果。这可能与制剂的纯度、饲粮的钙、磷水平以及其他不利於植酸作用的负面因素有关。但添加的植酸也并非越高越好。如前所述，当饲粮中植酸达到一定水平後，的效果会受到最大反应的限制。随植酸的量增加，每 100 单位的效果下降。且大多在 700 ~ 800 单位范围趋於平缓。因此，添加量的上限以每公斤 750 单位左右为宜。

(八)植酸与无机磷价格的比较

    作者於 1994 年春询问了植酸在加拿大 ( 因在美国尚未上市 ) 的市场价，经转换为每公斤 30 美元，或每克 3.0 美分，即 3.0 美分／5,000 单位。脱氟磷酸盐 ( DFP ) 在美国弗吉尼亚州的市场价为 100 磅 17.1 美元，即每公斤磷 ( 只考虑 DFP 中的磷 ) 2.1 美元，或每克磷 0.21 美分。在雏鸡的玉米ˉ豆饼饲粮中，500 单位的植酸可替代 0.7 克无机磷 ( 表 5 )。500 单位植酸的价格为 0.30 美分，0.7 克无机磷的价格为 0.15 美分。因此，使用植酸的成本比无机磷的成本高一倍 ( 0.30／0.15 )。依此类推，每公斤饲粮中添加 250 ~ 750 单位的植酸，在现阶段其成本约是使用无机磷的 1 ~ 3 倍。但是，要指出的是，这一比较，并没有包含清除排　物中磷的污染的开支。由於猪禽粪尿处理以防止环境污染的开支呈迅速增长趋势，使用植酸明显减少粪尿处理的开支。因此可相应减少使用植酸的成本。此外，植酸还有提高其他营养素的作用。若再考虑这一因素，植酸更突显其实用性。

(九)提高其他营养素的效价

    前面介绍植酸 ( 盐 ) 的结构特性时已提到，植酸盐可能影响其他营养素，诸如钙、锌、铜等矿物 ( 微量 ) 元素和蛋白质氨基酸的利用。作者在以测定指标的回归方程计算植酸对无机磷的替代值时，发现一种有趣现象。有些试验数据，以磷的表观吸收率和骨组织特性评定时，植酸磷的释放量为 80%。而以生产性能 ( 增重反应和饲料摄入量 ) 评定时，植酸磷的释放量“ 超过 ”了 100%。其 “ 超出 ”部份显然是来自植酸对除磷以外的其他营养素的促进作用，导致了生产性能的大幅提高。现有资料也已证明，微生物生产的植酸确能促进乾物质、蛋白质氨基酸的吸收，促进钙、镁、锌、铁和铜的吸收和沉积。进一步的系统，定量研究目前仍在进行之中。

四、影响植酸效果的因素

    按照反应的原理，即反应底物与作用，结合成底物ˉ复合物，然後生成反应产物和失活的。各类影响因素主要作用於上述反应的各部份，如图 7 所示。

(一)底物和浓度ˉ植酸磷和植酸的量

    在反应中，底物和 ( 或 ) 的浓度高时，反应较易进行。植酸添加量的影响如前所述。随添加量增加，其总效果增加，但每 100 单位的相对效果下降。添加等量的植酸，在植酸磷含量高的饲粮中的效果好些。作者试验发现，每公斤饲粮添加 1,000 单位的植酸，在含 0.24%植酸磷的饲粮中可替代 1.4 克无机磷，而在含 0.18%植酸磷的饲粮中可替代值为 1.0 克 ( 表 5 )。同时，无论底物还是都是受饲粮类型的影响。比如，玉米ˉ豆饼型饲粮的植酸磷含量高於以豆饼为基础的半纯合饲粮，因此，植酸的效果在前者高於後者。含小麦、杂交小麦和燕麦的饲粮，由於含植物来源的植酸，当加入等量的植酸时，其效果高於玉米ˉ豆饼型饲粮。饲粮酸硷度、温度对植酸的影响已在植酸特性部份提及。

(二)影响反应产物的因素

  1.饲粮磷水平

    植酸反应生成的产物为无机磷。在反应过程，当生成的产物达到一定浓度时会反过来抑制反应过程。如果生成的无机磷被迅速吸收利用，即反应产物保持在一个较低浓度环境，那麽的效果就好。因为饲粮的有效磷指的是动物可利用的无机磷。所以，饲粮有效磷的含量影响植酸的效果。尤其是当有效磷的含量接近猪禽的最低需要量时，植酸磷的效果明显减少。作者使用三个水平的有效磷 ( 0.20、0.27 和 0.34% ) 与七个水平的植酸 ( 0、200、400、600、800、1,000 和 1,200 单位／公斤 ) 组成的 3×7 因子的试验结果可明确说明这一点 ( 图 4B，6 )。雏鸡的增重受植酸的影响的程度在低磷水平大於高磷水平。

  2.饲粮钙∶磷比

    影响植酸效果的诸多因素中，最为复杂的要属饲粮的钙∶磷比。即除了饲粮的有效磷水平外，还有饲粮的钙水平。因为钙和磷都有过量、适量和少量三种可能，因此，会出现多种钙磷比组合。当饲粮的钙、磷 ( 有效磷 ) 都在适宜水平，才有最适钙磷比。而植酸要在钙满足需要而磷处於临界缺乏的情况下，其效果最好。因为少量的饲粮有效磷加上由植酸释放的植酸来源的磷与钙能组成最适钙∶磷比。但在实际情况下会出现钙磷均缺乏，或钙过量磷适量或少量的现象。此一方面要做的工作尚多。现有资料表明，钙∶磷比过大降低植酸的效果。在钙磷比为 1.71 ( 6.0∶3.5 )时，每公斤雏鸡饲粮添加 250、500、750 和 1,000 单位的植酸可替代的无机磷为 0.41、0.69、0.88 和 1.01 克；而在钙∶磷比为 2.57 ( 9.0∶3.5 ) 时，其替代值分别为 0.41、0.64、0.80 和 0.90 克。值得指出的是，在添加植酸时，饲粮中的钙∶磷比以总钙对有效磷的比 ( Ca∶aP ) 表达优於总钙对总磷比 ( Ca∶tP ) 的表达。

  3.动    动

    动物品种对无机磷的利用可能存在差别，因而可能影响反应的产物。以半纯合饲粮的试验结果表明，火鸡雏对植酸的反应优於雏鸡，随之又优於仔猪。NRC ( 1994 ) 规定火鸡雏对有效磷的需要量为 0.60%，雏鸡为 0.45%，仔猪为 0.32% ( NRC，1988 )。前者高於後者约一倍。动物对某个营养素的利用率是与需要量直接相关的。一般来说，对需要量高的，其利用率也高。此外，从生长反应也可看出动物对磷的需要量的差别。在三周的试验期里，家禽体重增加 17 倍 ( 36 对 610 克 )，而仔猪体重只增加 1 倍 ( 7 对 15 公斤 )。生长越快，对磷的需要量和利用率也就越高。

    动物的年龄也可能影响无机磷的利用。因此，植酸在不同年龄的反应也可能不同。饲粮中维生素 D 的水平及其他影响磷吸收利用的因素究竟是作用於，还是底物ˉ复合物或产物，其机制尚不清楚。

五、测定植酸效价的灵敏指标

    作者总结了在猪禽饲粮中添加植酸的系列试验资料，分析了测定植酸效价的灵敏指标。在猪的试验中，采用 2×5 因子设计，即二个有效磷水平 ( 0.05 或 0.07 和 0.16% ) 与五个植酸水平 ( 0、350、700、1,050 和 1,400 单位／公斤 )。对 4 周龄断奶仔猪饲喂半纯合或玉米ˉ豆饼饲粮进行五周试验，然後对测定指标进行二阶转对数模型 ( Second  order  translog  model ) 分析。其数学模型为∶

    L_nY＝α₀＋α₁D₁＋α₂L_nX＋α₃ ( L_nX )²＋α₄D₁L_nX。

    其中，Y＝测定指标，比如增重、表面磷吸收率等；X＝添加植酸的量 ( 单位／公斤 )；D₁＝有效磷 (aP) 含量 (%)。当 aP＝0.05 或 0.07% 时，D₁＝0；当 aP＝0.16% 时，D₁＝1。在雏鸡和火鸡雏的试验中采用 3×7 因子设计，即三个有效磷 ( 或非植酸磷，aP 或 nP ) 水平 ( 雏鸡∶0.20、0.27 和 0.34%；火鸡雏∶0.27、0.36 和 0.45% ) 和七个植酸水平 ( 0、200、400、600、800、1,000 和 1,200 单位／公斤 )。对 1 日龄雏禽饲喂半纯合或玉米ˉ豆饼饲粮进行三周试验。然後对测定指标进行二阶转对数模型分析。其数学模型为∶

    L_nY＝α₀＋α₁L_nX₁＋α₂L_nX₂＋α₃ ( L_nX₁ )²＋α₄ ( L_nX₂)²＋α₅L_nX₁L_nX₂

    其中，Y＝测定指标；X₁＝有效磷量 ( aP，% )；X₂＝植酸添加量 ( 单位／公斤 )。

    测定指标的灵敏程度由回归方程的相关系数 (R₂) 和概率值 ( PˉValue ) 来评定。R₂ 越高，P 值越小，则灵敏度越高；反之亦然。结果表明，猪对磷的表面吸收率 (%)，禽对磷的表面沉积 ( % 或 克／天 )，猪第十助骨、第四趾骨的灰分 ( % 或 克／天 )，禽的趾骨和胫骨灰分 ( % 或 克 ) 为最灵敏指标。猪禽的生长反应，饲料摄入量，粪尿中磷的排　量，猪第十助骨和第四趾骨强度，禽胫骨强度亦为灵敏指标。而猪对氮 (N)、钙 (Ca) 的表面吸收率，乾物质的表面消化率，禽对钙、氮的沉积以及对乾物质的利用率，猪禽的饲料转化效率等测定指标其灵敏度较低。体外实验试管分析法测定植酸的效果有较好的灵敏度。但一定要把握好的反应所需 pH 值，反应培育温度、湿度和时间以及停止反应的化学试剂。测定结果明显受饲粮磷、钙水平和其他金属离子水平的影响。血浆中磷、钙水平反应植酸的效果也有一定的灵敏度。血浆中硷性磷酸 ( alkaline  phosphatase ) 活性，大多数结果不灵敏，变异幅度太大。

小    结

    猪禽养殖业正受到排　物中高磷合量的限制。其主要原因是猪禽不能利用饲料中的植酸磷。现代生物技术生产的植酸为解决这一问题提供了重要手段。猪禽饲粮中添加微生物生产的植酸能有效地提高饲料植酸磷的生物学利用率，降低磷的排　量，其反应强度与饲粮中有效磷的含量成反比。每替代 1 克无机磷，大约需要 500 ~ 800 单位的植酸。饲粮中植酸的适宜添加量约在每公斤饲粮 250 ~ 750 单位，其对磷的排　量可减少 20 ~ 40%。在不考虑减少了粪尿处理的开支情况下，现阶段使用植酸替代无机磷的价格约高出无机磷价格 1 ~ 2 倍。植酸提高其他营养素如钙、锌、蛋白质氨基酸的利用率，也可减少这类营养素的饲喂量和排　量。饲粮的有效磷含量，钙∶磷比等因素影响植酸的效果。评定植酸效价的最灵敏指标为磷的表面吸收率或沉积率以及骨组织灰分含量。

中国畜牧杂第五十三册合订本

1995年一月号至1995年六月号

第 27 卷 (95) 第 1 期 ( 13 ~ 21 )