植酸酶对肉鸡氨基酸回肠消化率影响的系统观(续1)

孟祥光

摘  要：本文筛选了共计24篇关于植酸酶对肉鸡氨基酸回肠表观消化率影响的独立的同行评议论文，并对其中符合要求的数据进行荟萃分析，以探索氨基酸对植酸酶添加水平的反应模式。本节段内容讨论了氨基酸对植酸酶的反应模式、消化率标记物的选择、植酸酶添加浓度和8条建议，数据证明，植酸酶可以提高肉鸡的氨基酸回肠表观消化率，这些效果源于去除植酸的抗营养作用，并使终端用户能够对植酸酶的添加水平做出正确的决定。

关键词：植酸酶;氨基酸;回肠表观消化率;磷;肉鸡

中图分类号：S816.7 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2022）02-0080-05

3  讨论

3.1 氨基酸对植酸酶的反应模式

本次荟萃分析是为了在一定程度上澄清植酸酶对氨基酸回肠表观消化率的影响。Selle和Ravindran（2007）提供了迄今为止对这一主题最全面的概述，报告植酸酶对肉鸡日粮氨基酸回肠表观消化率的影响（来自13项研究）约为3%。这一数值与本次分析相比更有优势（4.1%）。此外，在Selle和Ravindran（2007）的综述中，植酸酶对苏氨酸的回肠消化率的影响远远大于对蛋氨酸的影响，这一模式在本综述研究中得到了证实。氨基酸对植酸酶的这种反应模式表明，内源性日粮蛋白质强烈地参与了植酸/植酸酶营养，这在Cowieson等（2004）以及Cowieson和Ravindran（2007）的研究中已经得到了证实。事实上，Cowieson等（2008）记录了在内源性氨基酸流上植酸介导和植酸酶介导的变化与胃蛋白酶和黏蛋白的氨基酸组成之间存在统计学意义上的高水平相关性。这不仅是一个对科学好奇的问题，而且可能会对肠道的完整性、净能以及在测定单种饲料原料中的这些养分时氨基酸值的可加性产生重大影响。有趣的是，本文提出的植酸酶的平均反应不亚于碳水化合物酶和蛋白酶的反应，这表明这些饲用酶的混合对提高肉鸡的蛋白质消化率可以带来相当大的潜力（假设具有互补性，但有一定程度的次可加性）。此外，应该注意的是，至于Cowieson和Bedford（2009）和本文所述的碳水化合物酶评估，本次荟萃分析只使用了文献报告的数值，而Cowieson和Roos（2014）在对蛋白酶进行综述时也考虑了内部报告上未公布的数据。一般来说，公布的数据对多项试验获得的广泛效果提供了更“乐观”的看法，因此荟萃分析（如本文所述）给出的平均效果估计值可能略高于根据所有（已发表的和未发表的）数据获得的估计值。

3.2 消化率标记物的选择

Selle和Ravindran（2007）指出，在将AIA或TiO2用作营养物质消化率标记物的日粮中，氨基酸对植酸酶的平均反应（4.4%）不同于将CrO2作为营养物质消化率标记物的日粮的（1.4%）。这一现象在本分析中得到了证实，当以AIA、TiO2或CrO2为消化率标记物时，氨基酸对植酸酶的反应分别为6.1%、3.8%和2.2%。这些差异所涉及的机制不完全清楚，但似乎至少部分与对照组日粮或原料中氨基酸的消化率估计值有关，而不仅仅是与添加植酸酶后引发的变数增值本身有关。从目前的分析中可以看出，当以AIA和CrO2为消化率的标记物时，前者可能会低估饲料原料中的氨基酸消化率，而后者可能会高估氨基酸的消化率，从而间接影响植酸酶的反应。Cowieson和Bedford（2009）在撰写一篇关于碳水化合物酶和植酸酶对非反刍动物氨基酸消化率影响的综述时，也注意到了类似的“标记物偏差”。这些分析结果与Olukosi等（2012）的观点有些不一致，后者指出，当TiO2或CrO2同时用于肉鸡日粮时，根据TiO2获得的氨基酸消化率估计值高于利用CrO2获得的值。这并不一定排除AIA可能会产生不同结论的可能性，因为Olukosi等（2012）没有考虑这个特殊的标记物。还有一种情况是，标记物的选择是大学或研究机构所特有的，因此在以植酸酶为导向的研究中，标记物的选择和地理位置之间很可能存在着混淆问题。然而，本文提出的数据表明，当植酸酶对氨基酸回腸表观消化率的影响是研究的重点时，AIA可能是比CrO2或TiO更合适的标记物（以提高反应信号）。如上所述，造成这些差异的原因尚不清楚，但可能涉及标记物相对于日粮中其他成分的通过率、在液相和固相消化糜中的混合性或一般的均匀性问题。

3.3 植酸酶添加浓度

近年来，科学文献和商业媒体报告的植酸酶添加浓度引起了人们的极大兴趣。毫无疑问，将植酸酶的添加浓度从“常规”剂量（可能是350 FYT/kg～750 FYT/kg）提高到接近    1 500 FYT/kg～2 000 FYT/kg的剂量，如果将释放出的营养物质的价值与添加植酸酶增加的成本进行比较，在经济上是有吸引力的。除了这种“算术动机”外，越来越多的证据支持高剂量植酸酶对动物的生长有促进作用，这种作用可能比磷、钙、微量元素、能量或氨基酸消化率的变化（通常不大）更容易解释。本次荟萃分析显示，植酸酶的添加浓度在未达到约1 000 FYT/kg时，增加添加水平可以提高肉鸡对必需氨基酸和非必需氨基酸的消化率;在添加水平超过1 000 FYT/kg之后再加大添加浓度，氨基酸的消化率不会出现明显的变化（表4）。笔者承认，本次荟萃分析所用的数据主要来自植酸酶添加水平在500 FYT/kg～1 000 FYT/kg范围内的试验，来自1 000 FYT/kg～2 000 FYT/kg（和超过此范围）的试验的相对较少。然而，这种反应模式是合乎逻辑的，与以前的观察结果一致。例如，Shirley和Edwards（2003）指出，植酸酶的添加水平从94 FYT/kg提高到12 000 FYT/kg，会导致磷的释放量略微呈线性反应，但植酸酶对日粮能量和氮的作用几乎都是在最初300 FYT/kg～750 FYT/kg的添加水平上表现出的。这种关系可能与外源性植酸酶具有优先作用高度磷酸化的植酸酯的特性有关。在实践中，这意味着使用普通添加水平的外源性植酸酶最早释放的磷不成比例地来自于高分子量的植酸酯。随着植酸酶添加量的增加，新增的磷来自较低分子量的酯类，如IP2或IP3。这些较低分子量的植酸酯在抗营养性上大大低于IP6的[Luttrell（1992）指出IP3的螯合能力只有IP6的10%]，因此虽然磷可能即将到来，但其他营养物质，如氨基酸，可能不会增加。根据本次荟萃分析的结果，氨基酸的反应可能在植酸酶的添加水平为1 000 FYT/kg左右时达到最大，此后几乎没有额外的效果。因此，在添加水平高于1 000 FYT/kg后，植酸酶对动物的生长促进作用可能来自磷消化率的提高，或者来自肌醇的生成以及此分子可能带来的相关代谢的改善（Cowieson等，2014）。

植酸对蛋白质和氨基酸营养的抗营养作用都有相当明确的证据支持。本文的目的不是要详尽地描述植酸酶可能会增加或植酸盐可能会降低家禽消化蛋白质的各种机制。关于这一主题的全面解释，请读者参考Cowieson等（2004）、Cowieson等（2009）和Selle等（2012）的相关研究结果。简而言之，当日粮被家禽摄入并到达发生消化的胃部时，植酸会直接作用于蛋白质表面的碱性氨基酸残基（赖氨酸、精氨酸和组氨酸），并形成大型交联的部分不容易被消化的不溶性聚合体。这会促使家禽分泌盐酸和胃蛋白酶，试图恢复蛋白质的溶解度和消化率，反过来又促使机体增加对胃肠道黏蛋白和NaHCO3的需求，以保持肠道的完整性和合适的腔内“气候”。因此，植酸对氨基酸消化率的负面影响主要与内源性氨基酸从肠道流失的增加有关，而不是对日粮蛋白质消化率的直接影响。植酸通过上述机制产生的抗营养作用不是静态的，而是取决于一系列因素，包括饮水的特性（pH、阳离子浓度、温度等）、日粮阳离子浓度（特别是钙、锌和铜）、植酸本身的浓度和植酸与蛋白质的比例、日粮（可能还有肠道）离子平衡以及家禽的健康和营养状况。这些理由或许能解释为什么文献报道的关于植酸的抗营养作用和植酸酶对氨基酸消化率的后续有益作用存在差异。然而，非常明显的是，植酸对日粮产生了营养上的“累赘”，植酸酶对氨基酸消化率的积极影响直接来自作为营养障碍的植酸的完整性降低或被破坏。这样的结果是，由植酸酶引发的氨基酸的“提升”应该与肠道内活性植酸的水解速度和程度密切相关，图3中的数据有力地支持了这一结论，这些数据显示，日粮中被降解的植酸的比例与相应的氨基酸反应之间有直接关系。此外，植酸降解导致半胱氨酸、甘氨酸和丝氨酸的消化率大大高于蛋氨酸或色氨酸的情况，这些趋势表明在被破坏植酸的比例较高的日粮中，内源性蛋白质流量减少。在植酸酶破坏的植酸磷比例小于10%的试验中，氨基酸消化率的变化不明显（平均约1.5%～3.0%）;而在30%～45%的植酸磷被破坏的试验中，氨基酸的消化率提高9%～10%。如上所述，我们假设这种关系不会线性地持续到植酸100%的消失，因为残留的植酸可能是不溶性的和没有反应的，或者是以较低分子的无害的酯存在。尽管如此，这是第一次明确证明磷（或不言自明植酸水解）和氨基酸反应之间的直接联系。因此，在考虑同等的磷释放量时，不同植酸酶推荐的氨基酸矩阵值大不相同，这在科学上是不合适的。关于不同植酸酶产生的不同低级肌醇磷酸酯的各种异构体可能参与了此类生理活动是推测性的，很可能根据内源性磷酸酶阵列的性质而变化，并且没有得到结论性的证明。最后，正如Cowieson等（2016）所述，谨慎的做法是将植酸酶的剂量策略与日粮植酸盐浓度联系起来，这样就可以在合理的植酸酶添加水平下逐步减少磷以外营养物质推荐值。了解日粮中植酸盐的含量也将为可能会出现的营养累赘的程度（并在去除植酸盐后得到缓解）以及添加植酸酶可能会产生多少磷和肌醇提供背景信息。

3.4 建议

下面的内容试图解开目前相当混乱的植酸酶的营养物质释放谱，并可能帮助终端用户为对植酸酶进行价值比较制定基准。

⑴建议使用的植酸酶应具有同等的磷以外营养物质推荐值。

⑵植酸酶矩阵的建议应得到大型数据集的荟萃分析的支持，因为单个或两个试验可能不能代表大局。

⑶在植酸酶的添加水平达1 000 FYT/kg之前，磷以外的营养物质可以与磷的释放曲线联系起来，此后这些营养物质的产生量可能与磷不成比例。需要注意的是，在含高水平植酸（含有超过0.30%的植酸磷）的日粮中，植酸酶产生的磷以外营养物质效应可能持续到其添加量超过1 000 FYT/kg以后。日粮中植酸的浓度对各种营养物质的植酸酶添加剂量反应的影响是未来研究的一个领域。

⑷考虑在配方中使用“两种植酸酶”。一种植酸酶的添加量固定在1 000 FYT/kg，具有完全的营养价值;另一种在最低成本配方中灵活添加，只设计一个磷矩阵值，或使用折扣或“逐渐减少的”额外磷矩阵值。这个建议也很重要，因为高剂量的植酸酶会产生更多的肌醇，可以促进动物的生长，降低饲料转化率，并增加肌肉增生，这些反应需要供给充足的能量、矿物质和氨基酸。

⑸植酸酶的氨基酸矩阵值应该遵循一个可识别的反应模式，胱氨酸>蘇氨酸>丝氨酸>甘氨酸>缬氨酸的高反应（>4%），Arg、Glu和Met的低反应（<3%）（其他所有氨基酸的反应状态处于高低反应的中间）。应谨慎对待不遵循这些一般趋势的植酸酶的氨基酸矩阵值。

⑹对饲料原料或日粮植酸盐含量进行快速检测，将会提供更加明知的植酸酶添加水平是合理的，并可以为所选植酸酶的添加剂量分配合适的氨基酸矩阵值。

⑺由于本文提出的氨基酸矩阵值是平均数，建议从这些值中减去一个标准误差，以便得到一套更保守的释放值。根据定义，平均反应在50%的情况下会被高估。平均值减去一个标准误差后，只有在15%的情况下会被高估。图5对此进行了总结，使平均反应从4.1%下降到3.3%。

⑻在植酸酶对氨基酸消化率没有影响的情况下，这可能也与磷的反应差、使用CrO2 作为标记物和（或）对照组日粮中氨基酸消化率高有关。

4  结论

本文提出的数据强有力地证明，植酸酶可以提高肉鸡的氨基酸回肠表观消化率，且与蛋白酶和碳水化合物酶相比，植酸酶的功效更高，不过这些酶的作用方式和目标底物有很大的不同。此外，反应的差异性与试验时选择的标记物、对照组日粮（或饲料原料）中氨基酸的相对消化率以及被植酸酶水解的植酸比例有关。从文献报道的高度变化的数值可以看出，为什么不同的植酸酶生产商对植酸酶产品的氨基酸矩阵值有如此大的差异。然而，本次荟萃分析的结果表明，不同的植酸酶有基本相同的磷释放推荐值，却有大不相同的氨基酸矩阵值，这是不合适的。尽管不同植酸酶和肠道或微生物磷酸酶水解植酸后产生的中间异构体的种类可能有一些细微的差别，但植酸酶释放磷外营养物质的主要因素是植酸在动物肠道中的水解程度和日粮原料中氨基酸的固有消化率。重要的是，当植酸酶的添加水平提高到1 000 FYT/kg以上时，极有可能会出现释放的磷（添加水平达到    2 000 FYT/kg～3 000 FYT/kg或更高时，可能会适度强劲地持续）与其他所有营养物质（可能不会）之间的无关联性。可以得出结论，植酸酶能有效地提高肉鸡的氨基酸消化率，这些效果源于去除植酸的抗营养作用。笔者希望，本文提出的氨基酸对植酸酶的反应能够为评估植酸酶的价值提供明确的依据，并使终端用户能够在回避目前市场上令人困惑的各种产品建议书的同时对植酸酶的添加水平做出决定。

（续完）

原题名：A systematic view on the effect of phytase on ileal amino acid digestibility in broilers（英文）

原作者：A J Cowieson、J -P Ruckebusch和J O B Sorbara等（瑞士帝斯曼动物营养公司）