饲用酶对生长-育肥猪生长速度和营养物质消化率的影响

陈权 校 张相鑫 译

摘  要：在日粮中添加外源性酶可改善生长-育肥猪的营养物质消化率和饲料转化率，但不同文献的报道并不一致。日粮的原料组成是影响酶效率和结果一致性的重要变量之一。为了确定能一致提高猪的生长速度、营养物质消化率和饲料转化率的外源性酶和日粮类型，本文特进行了系统综述和荟萃分析。酶的种类和日粮所用的谷物类型是模型的主要变量。每项研究都计算了酶对猪的平均日增重、平均采食量、增重耗料比以及日粮的干物质、粗蛋白和总能量的表观回肠消化率和表观全肠道消化率的平均差异效应，这些性能指标都被用于荟萃分析的效应量估计。荟萃分析使用了67篇同行评议文献中139项比较组成的数据集。在报道猪生长性能的120项比较中，38项指出增加酶的添加水平能提高增重耗料比，78项报道该指标保持不变，4项证明增重耗料比降低。总体而言，木聚糖酶、木聚糖酶+β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶和蛋白酶可提高猪对日粮干物质和总能的表观回肠消化率和表观全肠道消化率（P<0.05）。蛋白酶可提高日粮粗蛋白的表观回肠消化率（P<0.001），其他酶均无效。在日粮中单独添加木聚糖酶可提高采食玉米型（P<0.05）和副产品型（P<0.05）日粮的生长-育肥猪的平均日增重，但不会影响猪的增重耗料比。在日粮中添加木聚糖酶+β-葡聚糖酶，不影响生长-育肥猪的平均日增重、平均采食量和增重耗料比，添加蛋白酶有提高喂给副产品型日粮的生长-育肥猪平均日增重的趋势（P=0.08），但对增重耗料比没影响。在日粮中添加酶复合物可提高饲喂玉米型、小麦型、大麦型和副产品型日粮的生长-育肥猪的平均日增重（P<0.05）和增重耗料比（P<0.001）。綜上所述，在日粮中添加不同种类的酶，均能提高生长-育肥猪的营养物质消化率，而添加甘露聚糖酶和酶复合物能稳定地改善猪的生长速度和饲料转化率。

关键词：谷物;副产品;酶;生长-育肥猪;饲料转化率

中图分类号：S816 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2021）04-0111-13

在日粮中添加外源性酶，可以提高猪的消化率和饲料利用率。由于饲料成本约占养猪生产总成本的72%左右，且猪不能利用日粮中的所有成分，作为一种可促进环境和经济可持续发展的方法，提高饲料利用率的策略备受养猪生产者的关注。饲用酶具有底物特异性，以饲料成分中难消化部分（一般是植物性成分）所含的特殊化学键为目标，将它们转化为可被猪消化的底物。

植酸酶是畜牧生产中广泛使用的饲用酶之一，能降解天然存在于植物中的植酸磷，提高磷的消化率，并可降低在日粮中添加高价无机磷的必要性。继植酸酶之后，糖酶和蛋白酶是单胃动物日粮中常添加的两种酶。在饲料中添加糖酶，如木聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶、纤维素酶或淀粉酶，可提高动物对日粮中非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharide，NSP），如阿拉伯木聚糖、葡聚糖、甘露聚糖或半乳聚糖等的消化率。以植物为主要原料的日粮富含NSP，且因原料植物种类的不同NSP的含量和类型不同，然而猪自身分泌的酶难以消化这些NSP。蛋白酶提高日粮中氨基酸的消化率已经单独作为研究对象或与其他酶组成的酶复合物为研究对象进行了试验。

另外，在日粮中添加酶后，生长-育肥猪所表现出的反应并不一致。不同研究发现，在日粮中添加酶后，猪的消化率和生长速度会提高，饲料利用率有所改善。也有研究发现，在日粮中添加酶后，猪并没有出现有益的反应。系统综述和荟萃分析总结了猪对在饲料中添加糖酶和蛋白酶后做出的总体反应，并探讨了影响反应方向和大小的因素，这或许具有特别的指导意义。植酸酶已被广泛用于猪的日粮，由此产生的经济和环境效益已经得到了充分的证明。本综述不再进一步探讨植酸酶的效用。

生长-育肥猪的饲料主要由植物性原料（即豆粕和谷物）、脂肪类原料（即豆油和动物脂肪）、合成氨基酸和维生素与矿物质组成的预混料配制而成。从传统意义上来讲，在欧洲，小麦和大麦是猪饲料中普遍使用的谷物;然而，鉴于供应量和价格的反复无常，可用作饲料原料的植物种类众多。玉米、生长在旱地的谷物（如高粱和黑麦）以及生物燃料工业的副产品[如干酒糟及其可溶物（Distiller Dried Grains with Solubles，DDGS）和菜籽粕（Rape Seed Meal，RSM）]和碾磨工业的副产品（如麦麸、谷糠）均可用来配制猪日粮。这些替代性原料能够生产出低成本的日粮，所以外源性酶作用底物的存在与否和浓度在不同的日粮之间有很大的差异。

本综述和荟萃分析的目的是确定哪一种外源性酶以及哪种谷物原料在提高生长-育肥猪的饲料利用率方面一致。假设所添加酶的种类以及谷物均会影响营养物质的消化率、猪的生长速度和饲料利用率。

1  材料和方法

本综述所用文献来自ScienceTM网站在线数据库中1987年以来经同行评议的文献。收集时，检索与木聚糖酶、β-葡聚糖酶、α-淀粉酶、甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶、纤维素酶和蛋白酶相关的文献，检索关键词为“酶的名称”、“生长速度”和“猪”。收集后对文献进行筛选，仅保留能满足以下选择标准的部分文献：a）猪体内试验应包括采用与处理组相同日粮但不添加外源性酶的对照组;b）文献以英文方式发表;c）报道猪生长性能结果：平均日增重（Average Daily Gain，ADG），平均采食量（Average Daily Feed Intake，ADFI），增重耗料比（Gain to Feed Ratio，G∶F）;d）报道试验猪的样本方差（SD或SEM）、样本大小（n）、年龄、性别和研究持续时间。文献记录的所有饲料转化率均转换为增重耗料比，以便对各试验进行比较。

每项研究都会根据提取数据的同行评议文献分配出版编号，并在数据集中创建两个分类变量，以此描述添加到日粮中的酶种类和日粮配方所使用的主要谷物种类。如果日粮含有35%以上的特定谷物（如玉米、小麦、大麦、黑麦或高粱），则将其归入“谷物”类;如果特定谷物的含量不超过35%，则将其归入“副产品”类。个别研究使用的酶如果有多种添加水平，进行荟萃分析时仅采用与最高添加水平相关的数据，这是为了避免在进行荟萃分析时对该特定酶或研究进行过重的加权。剂量反应效果的总结和讨论独立于荟萃分析。文献筛选时留下的文献用于荟萃分析，以总结在日粮中添加酶对猪的ADG、ADFI、G∶F、干物质（Dry Matter，DM）、粗蛋白（Crude Protein，CP）和总能（Gross Energy，GE）的表观全肠道消化率（Apparent Total Tract Digestibility，ATTD）和表观回肠消化率（Apparent Ileal Digestibility，AiD）的影响。R软件的metafor功能包可用于荟萃分析，并构建森林图（forest plots）。概述该森林图的图用R软件的ggplot功能包构建，并在本文中提供。整套的森林图集作为补充材料以PDF文件在线提供。荟萃分析的线性混合模型包含的自变量（y）包括：ADG、ADFI、G∶F、DM ATTD、GE ATTD、CP ATTD、DM AiD、CP AiD和GE AiD。平均差（Mean Difference，MD）作为效应量（effect size），采用与Bougouin等类似的方法，通过从相应的酶添加组（ENZyme supplemented group，ENZ）中减去对照组（CONtrol group，CON）的平均值，并根据以下公式计算：

MDy=yENZ-yCON                                   （1）

将每项研究的合并SEM用于不同比较的标准化和加权。正如以下公式所示，所用的线性混合模型包括两种分类的解释变量之间的相互作用：

MDEstimate=μ+xizj+u+e                      （2）

式中x是酶的种类，包括i个类别：⑴木聚糖酶，⑵木聚糖酶+β-葡聚糖酶，⑶甘露聚糖酶，⑷蛋白酶，⑷酶复合物。z是配制日粮时所用的主要谷物种类，包括j个类别：⑴玉米，⑵小麦，⑶大麦，⑷高粱，⑸黑麦，⑹副产品。u为文献数，e为误差项。构建的森林图可以表明MD效应量估测值及其置信区间。森林图研究是按添加的单种酶或酶复合物以及试验日粮所用的主要谷物以子组形式体现。根据Viachtbauer的方法构建漏斗图（funnel plot），以此评估发表偏倚（publication bias），并观察所有模型的对称图。

2  结果

2.1 系统综述

总共检索到560篇文献，在删除重复的和不符合荟萃分析选择标准的文献后，数据集包含来自67篇同行评议文献的139项比较，以研究在日粮中添加外源性酶对猪的生长速度、饲料转化率和营养物质消化率的影响。一部分研究因不符合选择标准而被排除。同行评议文献中每个兴趣变量和每种酶类型的比较数量如表1所示。与AiD相比，生长速度和ATTD的比较次数较多，报道的比较次数最多的酶是酶复合物和木聚糖酶（表1）。据报道，在生长-育肥猪日粮中添加蛋白酶的情况最少（来自   7篇同行评议文献的14项比较）。表2列出了各成分在试验日粮中的添加水平。34项比较验证了含不同酶组合的酶复合物的添加效应。每种酶复合物所含的酶列于表3。

2.2 饲用酶对生长-育肥猪的生长速度、采食量和饲料转化率的影响

在总共120项比较试验中，38项试验证明饲用酶对生长-育肥猪的G∶F有积极的作用，78项试验未发现饲用酶能够改善生长-育肥猪的G∶F，4项试验表明在日粮中添加饲用酶会影响生长-育肥猪的G∶F（图1和图2）。表4汇总了在日粮中添加酶后生长-育肥猪的ADG、ADFI和G∶F的MD估计效应。总体而言，甘露聚糖酶、蛋白酶和酶复合物可提高生长-育肥猪的ADG，甘露聚糖酶和酶复合物可提高猪的G∶F。每一种酶的添加效应因日粮所用的谷物不同而不同：在玉米型或副产品型日粮中添加木聚糖酶，可提高生长-育肥猪的ADG;在玉米型、小麦型、大麦型或副产品型日粮中添加酶复合物，可提高生长-育肥猪的ADG和G∶F。

2.3 饲用酶对生长-育肥猪的ATTD的影响

表5汇总了在日糧中添加酶后，生长-育肥猪对日粮的DM、CP和GE的ATTD的MD估计效应。总体而言，添加木聚糖酶、木聚糖酶+β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶和蛋白酶能够提高日粮DM的ATTD;添加木聚糖酶、木聚糖酶+β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶和蛋白酶能提高日粮CP和GE的ATTD。每一种酶的添加效应因日粮所用谷物种类的不同而不同，如在玉米型或小麦型日粮中添加酶复合物，可提高生长-育肥猪对日粮的DM、CP和GE的ATTD，但酶复合物无法提高大麦型、黑麦型、高粱型和副产品型日粮的DM、CP和GE的ATTD。

2.4 饲用酶对AiD的影响

表6汇总了在日粮中添加酶后生长-育肥猪对日粮的DM、CP和GE的AiD的MD估计效应。总体而言，添加甘露聚糖酶、蛋白酶和酶复合物可以提高日粮DM的AiD;仅在添加蛋白酶时可提高日粮CP的AiD;添加木聚糖酶、木聚糖酶+β-葡聚糖酶和蛋白酶可提高日粮GE的AiD。酶的添加效应会因所添加酶的类型和配制日粮时所用谷物品种的不同而不同。如，木聚糖酶仅能提高小麦型日粮DM的AiD，但不能提高玉米型或黑麦型日粮DM的AiD。

3 讨论

探讨单独添加NSP降解酶（木聚糖酶、木聚糖酶+β-葡聚糖酶和甘露聚糖酶）和酶复合物的研究多于添加蛋白酶的研究。至于所研究的变量，大量研究主要探讨猪的生长速度和ATTD，仅少量研究探索AiD。因此，必须谨慎对待蛋白酶的预测估测值，尤其是AiD，因为这些值是基于相对较少的观察数据获得的。

3.1 木聚糖酶和木聚糖酶+β-葡聚糖酶复合物

在日粮中单独添加木聚糖酶或与β-葡聚糖酶一起添加是目前文献报道最多的酶使用方法。本次荟萃分析表明，在猪日粮中添加木聚糖酶，可提高生长-育肥猪对小麦型和玉米型日粮GE的AiD和ATTD，还可提高猪对小麦型日粮DM的ATTD和AiD以及CP的ATTD。木聚糖酶可降解谷物外层中的阿拉伯木聚糖。在阿拉伯木聚糖含量上，小麦（7.3%）高于玉米（3.8%～4.7%）。因此，如预期的那样，添加木聚糖酶后，生长-育肥猪对小麦型日粮的营养物质消化率（+1.1% DM ATTD、     +1.4% CP ATTD、+1.1% GE ATTD、+2.3% DM AiD、+3.6% GE AiD）显著高于对玉米型日粮的（+1.0% DM ATTD、+1.0% GE ATTD、+3.0% GE AiD）。

然而，令人意外的是，无论生长-育肥猪采食玉米型日粮还是采食小麦型日粮，木聚糖酶均可提高猪的ADG。虽然黑麦也富含阿拉伯木聚糖（9.5%），但很少有文献报道在黑麦型日粮中添加木聚糖酶后猪对日粮DM和CP的AiD的影响，因此本次荟萃分析没有发现生长-育肥猪的营养物质消化率得到了提高。阿拉伯木聚糖含量为8.4%的大麦是木聚糖酶的一个潜在底物，然而尚无文献报道在大麦型日粮中单独添加木聚糖酶后生长-育肥猪的反应。由于大麦还富含β-葡聚糖（5%），利用大麦型日粮探讨酶的添加效应的研究更多地探索木聚糖酶+β-葡聚糖酶的联合添加效应。然而，木聚糖酶+β-葡聚糖酶在改善生长-育肥猪对大麦型日粮的营养物质消化率上幅度有限，但能提高生长-育肥猪对副产品型日粮 GE（+15.1%）的AiD以及DM（+4.3%）、CP（+4.8%）和GE（+4.4%）的ATTD。在这种情况下，副产品型日粮主要以小麦型DDGS、玉米型DDGS和（或）菜粕为基础。菜粕含6%的阿拉伯木聚糖，虽然DDGS含有更多的阿拉伯木聚糖，但具体的浓度取决于用于制作生物燃料的特定谷物所产的副产品。

尽管在猪饲料中添加木聚糖酶或木聚糖酶+β-葡聚糖酶复合物能够提高生长-育肥猪对日粮中多种营养物质的消化率，但这种提高并未在G∶F上有明显的体现。因此，本次荟萃分析表明，木聚糖酶和木聚糖酶+β-葡聚糖酶释放的阿拉伯糖、木糖和（或）葡聚糖似乎没有被生长-育肥猪有效利用。多项研究充分证明，木糖、阿拉伯糖和葡聚糖在单胃动物的小肠中消失。然而，Huntley和Patience认为，木糖通过氧化途径在猪体内的代谢效率非常低。当在猪日粮中添加纯的木糖和（或）阿拉伯糖时，被动物吸收的大部分木糖和（或）阿拉伯糖会随尿液排出体内。众所周知，β-葡聚糖具有促进单胃动物健康的作用，但它们对大肠中能量平衡上行的贡献尚未得到充分的研究。木聚糖酶和木聚糖酶+β-葡聚糖酶分解底物后释放的产物也可以吸收大肠微生物发酵产生的短链脂肪酸来促进该能量平衡。     有证据表明，在日粮中添加木聚糖酶和木聚糖酶+β-葡聚糖酶，会影响猪胃肠道微生物的组成;尚不了解哪种肠道微生物可以有效地利用木糖、阿拉伯糖和葡聚糖。因此，每项试验所用的猪肠道中的基础微生物很可能是导致所观测到的饲料转化率发生变化的另一个原因。可以解释猪的增重耗料比对这些酶的响应不一致的其他因素有：a）谷物中的阿拉伯木聚糖组成多变，b）不同试验在试验猪的健康水平和管理上存在差异。个别谷物所含阿拉伯木聚糖的组成超乎寻常，具体情况取决于谷物的质量、收获时间和条件、杂质的含量和种类等。在最近的一项研究中，Clarke等观察到向低质量的大麦型日粮（粗纤维含量较高但β-葡聚糖含量较低）中添加木聚糖酶+β-葡聚糖酶时会产生积极的作用，但向优质大麦型日粮中添加时无作用。因此，利用含有相似组成成分的日粮进行的研究，很可能会产生可被这些酶降解的含量大不相同的底物，从而可解释观察到的结果为何不一致。另外，在研究设施中进行的体内试验，通常是在良好的管理和高质量健康条件下进行的，试验猪能够最大限度地生长，由此几乎没有留给酶改善试验猪生长性能的空间。

3.2 甘露聚糖酶

本次荟萃分析表明，在玉米型日粮中添加甘露聚糖酶，可以提高生长-育肥猪的消化率（+3.1% DM AiD、+0.8% DM ATTD、+1.0% CP ATTD和+1.0% GE ATTD）、ADG（+19.4 g/d）和饲料转化率（+0.7%）。尽管这次分析发现了甘露聚糖酶会对采食玉米型日粮的生长-育肥猪产生积极的作用，但在日常生产中，向日粮中单独添加甘露聚糖酶的情况并不常见，因此甘露聚糖酶的这种良好作用在未来值得更多的关注。甘露聚糖酶可降解单寡糖中的半乳甘露聚糖。作为机体贮备的多糖，半乳甘露聚糖存在于豆科植物和棕榈的种子的细胞壁中。Hsiao等指出，猪日粮中的半乳甘露聚糖主要来自豆粕，其半乳甘露聚糖的含量可高达2%。本次荟萃分析所用的10篇同行评议文献探讨了甘露聚糖酶对生长-育肥猪生长性能的影响。各试验日粮含20%～42%的豆粕，另有两项研究还将棕榈仁作为饲料原料加入日粮中。本次荟萃分析发现甘露聚糖酶会产生非常一致的添加效应。所有添加甘露聚糖酶的日粮均是以玉米为主要饲料原料配制的。甘露聚糖酶在其他谷物型日粮中的添加效应尚未见相关的报道，因此有必要进行相应的研究。

3.3 蛋白酶

本次荟萃分析表明，在日粮中添加蛋白酶，可以提高生长-育肥猪的消化率和生长速度;然而，本次分析所用的同行评议的文献数量很少，因此应谨慎对待这一结论。例如，在副产品型和大麦型日粮中添加蛋白酶后获得的日粮MD估测值取决于每一篇文献的报道结果，而且这是目前利用可用数据确定的最佳估测值。用玉米配制日粮时，由于添加了蛋白酶，日粮DM、GE和CP的AiD和ATTD得到了提高，但生长-育肥猪的G∶F没有改善。另一方面，在副产品型日粮中添加蛋白酶时，生长-育肥猪对日粮的ATTD没有变化，但其     ADG（+68.1 g/d）往往会提高。因添加蛋白酶引发的这种差异也可能是由于氨基酸消化率的差异造成的。早先用来自家禽和猪的试验数据进行的两项荟萃分析指出，氨基酸的表观回肠消化率会因所用蛋白酶来源的变化而有所改善。这两项研究使用了家禽和猪在所有生长阶段的生长性能的合并数据集，因此无法推测蛋白酶对生长-育肥猪的特定影响。Lee等还使用了包括猪在所有生长阶段的生长性能的数据集（已发表的和未发表的内部数据合并数据集），概括了在日粮中添加蛋白酶后对猪生长速度的MD估计效应。他们发现蛋白酶没有提高猪的ADG、ADFI或 G∶F，并且这项研究也无法确定蛋白酶对生长-育肥猪生长性能的特异性作用。与本次荟萃分析所用11篇同行评议文献的数据集相比，Lee等仅分析了5篇同行评议文献中有关在生长-育肥猪日粮中添加蛋白酶后所产效应的数据。本次荟萃分析突显了在编译数据集之前执行结构性系统综述的重要性。

3.4 酶复合物

在改善生长-育肥猪的消化率和饲料转化率方面，在日粮中添加酶复合物能够起到一致的效果。本次荟萃分析表明，在玉米型、小麦型、大麦型和副产品型日粮中添加酶复合物，能提高猪的G∶F，分别为1.9%、2.1%、2.1%和2.5%。该试验所用的酶复合物由        2种、3种或4种不同种类的酶组成，并且酶復合物的组成因试验而异，包括植酸酶、纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、蛋白酶、甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶和α-淀粉酶。根据本次荟萃分析结果可以推断，酶之间存在协同效应，当多种酶一起添加时可以观察到有益的累加效应。之前对日粮中添加外源性酶后所得断奶仔猪生长性能进行的荟萃分析中，多种酶的复合物也能一致提高断奶仔猪的G∶F。然而，由于酶复合物含有多种酶，人们无法分离出试验中每一种酶的贡献及其累加效应。在日粮中同时添加植酸酶和木聚糖酶时，可以观察到这两种酶在提高试验猪的ADG和G∶F上的累加效应;但也有其他研究人员发现，同时添加植酸酶和木聚糖酶对试验猪的G∶F没有累加效应。Mok等发现，在生长-育肥猪日粮中同时添加甘露聚糖酶和植酸酶没有产生累加效应。OShea等发现，同时添加木聚糖酶和蛋白酶会对生长-育肥猪日粮GE的AiD产生累加效应，但这种效应没有在G∶F上观察到。为确定酶复合物在生长-育肥猪日粮中的累加效应，需要进行更多的酶单独添加和联合添加的研究。

3.5 酶的剂量效应

外源性酶通常以生产厂家推荐的剂量添加到猪日粮中。商业性酶产品的推荐添加量是基于产品的纯度（酶活性）和成本效益估测值做出的。由于以下几个原因，本次荟萃分析不可能将酶活性的浓度作为变量包括在内：酶产品中酶的活性是在不同条件下测得的，通常以不同的单位表示，有时饲料中酶恢复的活性甚至不会在文献中提到。在本次系统综述和荟萃分析中，在测试外源性酶的添加效应时，8篇文献所报道的试验使用不止一种剂量。总体而言，随着日粮中酶添加水平的提高，生长-育肥猪的生长速度和营养物质消化率呈正线性效应（positive linear）。当提高小麦型日粮和RSM型日粮中木聚糖酶的剂量时，试验猪的ADG和G∶F呈正线性提高。Barrera等还发现，提高小麦型日粮中木聚糖酶的添加水平，能正线性地提高试验猪对日粮CP的AiD。  Woyengo等发现，按两种剂量的方式在小麦型日粮中添加木聚糖酶，任何一种添加水平都没有产生添加效应。研究人员发现，提高日粮中甘露聚糖酶的添加水平，会导致试验猪的ADG、G∶F、GE的ATTD和CP的ATTD产生正线性效应。提高玉米型或RSM型日粮中酶复合物的添加水平，没有产生任何效应。与此相反，Fang等发现，在RSM型日粮中添加更高剂量的酶复合物时，会提高猪的ADG。

4  结论

在日粮中添加甘露聚糖酶和酶复合物，可提高生长-育肥猪的生长速度和G∶F。尽管在日粮中添加木聚糖酶或同时添加木聚糖酶和β-葡聚糖酶可提高生长-育肥豬的营养物质消化率，但它们并没有提高猪的G∶F。酶的添加效应受日粮配制时所用的主要谷物种类的影响。在日粮中添加甘露聚糖酶，可提高生长-育肥猪对玉米型日粮的G∶F，而用玉米型、小麦型、大麦型和副产品型日粮饲喂生长-育肥猪时，添加酶复合物可提高猪的G∶F。

原题名：Systematic review and meta-analysis of the effect of feed enzymes on growth and nutrient digestibility in grow-finisher pigs： effect of enzyme type and cereal source（英文）

原作者：A Torres-Pitarch、E G Manzanilla和G E Gardiner等