超剂量植酸酶在猪生产中的研究进展

2019-12-14 09:30:40      点击:

当前我国因畜牧业生产造成的磷过量排放已导致土壤板结、水质恶化,严重威胁人类的生存环境。当土壤中铜、锌含量分别达到 100~200 mg/kg 和 200 mg/kg 以上时,土壤就会被污染。而且目前动物粪便直接还田作为肥料使用,粪便中存留过多的矿物元素可能通过食物链传播存留在动物或植物体内,最终对人类身体健康造成危害。植酸酶在生产应用中表现出来的经济性和环保作用已得到广泛认同。研究表明,植酸酶是用于释放植酸中磷的高效水解酶,能提高猪的矿物质和氨基酸利用率,当饲粮中天然、耐热的新型大肠杆菌植酸酶添加剂量超过 500 FTU/kg 时植酸会大量水解。添加植酸酶可以大量减少无机磷使用量,降低饲料成本;还可以显著降低猪、禽粪磷的存留量,减少磷对环境的污染;钙、锌等矿物元素也可得到更好利用,蛋白质、氨基酸、淀粉和脂质等营养物质吸收率也更高;动物每天采食量增多、体重增加,动物生产性能得到改善,因此植酸酶应用前景广阔。当猪摄入植酸酶的剂量过高时,额外的酶不仅可以引发磷的释放,还可以促进生长。在饲粮中超剂量添加植酸酶,植酸能被快速降解并破坏,按照标准剂量的 3~4 倍添加植酸酶还可以消除植酸盐的抗营养作用。植酸酶的工业化生产中大量应用生物工程技术使其生产成本大大降低,可在饲料工业中大量应用,不仅可以降低矿物元素的排放量,同时探索出矿物元素的理想模式和最适添加剂量。本文就超剂量植酸酶在猪生产中的应用情况进行综述。

1 植酸和植酸酶

1.1 植酸及其抗营养作用

植酸(Phytic acid)别名肌醇六磷酸,具有抗营养特性,作用机理主要是植酸能稳定地络合 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Zn2+等金属离子,与蛋白质分子结合形成二元复合物,与金属离子和蛋白质分子结合形成三元复合物,从而降低动物对矿物质和蛋白质的利用。此外,植酸存在于动物体内会引起内源性黏蛋白的分泌量增加、氨基酸消化率下降、内源性酶活性受到抑制,从而可能降低动物的生产性能和饲料利用率。磷在植物性饲料中主要以植酸磷的形式存在,但由于单胃动物消化液中植酸酶含量很少,植酸磷在消化道内不能水解成可以被动物利用的无机磷酸盐,因而单胃动物对植酸磷的利用率极低。
1.2 植酸酶分类

植酸酶按照不同来源分类主要有 3 种:植物、动物和微生物。植物植酸酶的 pH 范围较窄;动物植酸酶主要来源于动物肠道细胞,这种内源性植酸酶在消化道中的活性极其微弱,对植酸磷的利用率极低。微生物植酸酶是由细菌及部分真菌产生的一种胞外酶,容易分离和提纯,且活性高于植物中存在的酶,在畜禽饲料中微生物植酸酶应用范围广。

1.3 植酸酶作用机理

植酸酶作为一种磷酸单脂水解酶,具有专一水解植酸中磷脂键的特性。在水解过程中,植酸酶依次按照顺序切下植酸分子上的磷酸基团,最终将植酸分解成肌醇和磷酸 2 个终产物。因植酸酶来源不同,其作用机理有差异。依据对植酸的作用方式,目前分离出的植酸酶主要有 3-植酸酶和 6-植酸酶 2 种。3-植酸酶主要存在于动物和微生物中,植酸中无机磷被水解释放的顺序首先是第 3 碳位点,其次是其他位点;而 6-植酸酶主要存在于植物中,无机磷首先在植酸的水解顺序首先是第 6 碳位点,然后是其他位点释放。

2 植酸酶超剂量的意义

目前畜禽饲料中关于超剂量添加植酸酶的标准不统一,范亮首次对植酸酶的剂量范围进行了定义:常规剂量(500~1 000 FTU/kg),低剂量(< 500 FTU/kg),超剂量(超过1 000 FTU/kg)。人们使用植酸酶的策略也有了较大变化,以前更多关注营养物质的剂量,现在更倾向于饲粮成本的降低以及动物生产性能的优化。常规剂量使用植酸酶时,植酸被降解的比例较少,但超剂量使用大肠杆菌植酸酶时几乎所有的植酸均被降解,植酸的抗营养效应相应减少。超剂量使用植酸酶可能有另外 2 个好处:一是平衡钙/磷比例。当使用较低剂量植酸酶时,钙比磷释放得更多。而植酸酶超剂量使用时,植酸被全部降解,磷比钙释放得更多,且可消化的钙磷比值更平衡。二是产生生长促进因子——肌醇。植酸降解时产生肌醇,肌醇在细胞内可能被重新磷酸化,可以作为一种重要的抗氧化剂。

3 超剂量添加植酸酶对猪的作用

3.1 超剂量添加植酸酶对猪生长性能的影响

前人研究表明,菲律宾太阳网城:低剂量添加植酸酶可以促进动物生长。低磷饲粮(总磷 0.35%)中补添 250~500 FTU/kg 植酸酶可以显著提高生长猪的生长性能,改善因低磷引起的生产性能下降,磷恢复到正常水平。对体重 10 kg 左右的去势仔猪研究发现,与对照组相比,基础饲粮(玉米-大豆型)中植酸酶剂量为 200 和 400FTU/kg 时,仔猪日增重(ADG)提高 18%和 28%,日平均采食量(ADFI)提高 18%和 24%。这一研究结果与吴东等在 36 kg 猪(有效磷 0.18%,植酸酶 750 FTU/kg)上研究的结果相似。王晶等研究发现,在 35~40 kg 生长猪饲粮(有效磷 0.24%)中添加 500、1 000 U/kg新型耐高温植酸酶,生长猪 ADG 显著提高 10.34%和 11.97%,饲料转化率显著改善 3.51%和 4.05%。但近年的研究发现,超剂量添加植酸酶因植酸酶来源、使用阶段、基础饲粮钙磷含量以及其他营养成分差异,其使用效果有更多变化(表 1)。Bedford 等对 19 项超剂量试验的研究结果进行综述发现,在对照组饲粮中包含适量的钙、磷等营养成分条件下,试验猪只每天的体重增幅约为 84%,饲料转化效率增加 74%。因此,通过超剂量植酸酶添加技术可以提高生长性能,主要原因不仅仅是提高了磷的释放比例和利用率,而是消除了植酸的抗营养效应影响。整体来讲,低磷饲粮中植酸酶添加量达超剂量时效果较为显著。

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