豬禽飼糧中添加植酸鋛(phytase)之效果
(下)
美國弗吉尼亞綜合技術暨州立大學畜牧家禽科學系
易治雄 ( Zhixiong Yi )
依．梯考尼格 ( E.T.Kornegay )
(四)對無機磷的替代值
作者通過在仔豬、雛雞和火雞雛的系列試驗，即飼予不同程度水平的磷與植酸鋛，然後將各個測定指標，諸如生產性能、磷的表面吸收率或沉積值以及骨組織特性等的數據建立線性或非線性回歸方程。其數學模型為：線性—Y＝a＋bx；非線性—Y＝a ( 1－be-KX )。其中，Y＝測定指標，比如增重；X＝無機磷 ( 克／公斤 ) 或植酸鋛 ( 單位／公斤 ) 的添加量。因為動物飼餵無機磷的反應方程與飼餵植酸鋛的反應方程左邊的 Y 為同一測定指標，因此可將兩個方程合併為同一個方程再計算其替代值。比如，在作者的雛雞試驗中，飼餵 4 水平的磷，其增重反應為
Y( 克 )＝705.9 ( 1－0.150e－0.901X1 )—(1)；
飼餵 4 水平的植酸鋛，其增重反應為
Y( 克 )＝775.8 ( 1－0.232e－0.0005X2 )—(2)
將方程 (1) 與 (2) 合併，即為 705.9 ( 1－0.150e－0.901X1 )＝775.8 ( 1－0.232e－0.0005X2 )。設 X2＝500 單位／公斤，那麼，X1＝0.45 克／公斤。即以增重為測定指標，添加 500 單位的植酸鋛可替代 0.45 克的無機磷。然後將同一試驗的不同指標的計算值歸納為一個平均值。作者用上述方法計算分析了至今各類雜誌發表的試驗數據並總結於表4、5。隨著飼料中添加的植酸鋛水平增加，其替代值呈非線性遞增。但每 100 單位的植酸鋛的相對效率則下降，其下降幅度在 700 ~ 800 單位後趨於平緩。基於現有資料，在飼餵仔豬、雛雞和火雞雛的玉米–豆餅飼糧中，要替代一克無機磷約需要 500、800 和 600 單位的植酸鋛。其中，以雛雞的資料最為豐富，且數據均勻一致，因此，也最可靠。其替代函數為 Y＝1.554 ( 1－0.996e－0.002X )。其中，Y＝無機磷的替代值 ( 克／公斤 )；X＝添加的植酸鋛的量 ( 單位／公斤 )。作者仍在對此進行更加深入的研究，並繼續收集世界各國的文獻資料加以補充完善。
(五)替代值占豬禽有效磷需要量的百分數
以上述計算的替代值結果 ( 表 4、5 ) 與豬禽對磷的需要量 ( 有效磷 ) 相比，添加 750 ~ 1,000 單位的植酸鋛所替代的磷的量 ( 即有效磷 ) 約可滿足豬禽有效磷需要量的 25 ~ 50%。比如，在雛雞玉米–豆餅飼糧中每公斤添加 1,000 單位的植酸鋛，可替代的無機磷的量為 1.1 克 ( 表 5 )。而雛雞對有效磷的需要量為每公斤 4.5 克。因此，可滿足有效磷的需要量為 24% ( 1.1／4.5 )。在仔豬玉米–豆餅飼糧中，每公斤添加 1,000 單位的植酸鋛可替代 1.6 克無機磷 ( 表 4 )。因此，可滿足有效磷的量為 50% ( 1.6／3.2 )。要說明的是，這百分數受動物品種、飼糧類型、添加植酸鋛的量、飼糧的磷與鈣的水平 ( 即 Ca：P 比 ) 等多種因素的影響。
表 4 豬飼糧中添加植酸鋛替代無機磷的量
資 料 來 源 |
評 定 指標數 |
磷替代值，克 ( 植酸鋛，單位／公斤 ) |
替代磷占植酸磷% ( 植酸鋛，單位／公斤 ) |
每100單位鋛替代的磷，克 ( 植酸鋛，單位／公斤 ) |
|||||||||
| 250 | 500 | 750 | 1,000 | 250 | 500 | 750 | 1,000 | 250 | 500 | 750 | 1,000 | ||
| 半純合飼糧 Cromwell et al. 1993a Yi et al. 1994b 平 均
玉米–豆餅飼糧 Cromwell et al. 1993a Cromwell et al. 1993b Kornegay & Qian. 1994 平 均 |
4 20
5 7 16
|
0.28 0.29 0.29
0.29 0.20 1.09 0.53 |
0.45 0.53 0.49
0.51 0.60 1.89 1.00 |
0.60 0.70 0.70
0.73 0.75 2.28 1.25 |
0.76 0.81 0.79
0.94 1.02 2.96 1.64 |
20 22 21
14 8 47 23 |
32 40 36
24 23 82 43 |
43 54 49
35 29 99 54 |
55 62 59
45 39 129 71 |
.112 .120 .116
.116 .080 .436 .211 |
.090 .110 .100
.102 .120 .378 .200 |
.080 .090 .085
.097 .100 .304 .167 |
.076 .080 .078
.094 .102 .296 .164 |
表 5 家禽飼糧中添加植酸鋛替代無機磷的量
資 料 來 源 |
評 定 指標數 |
磷替代值，克 ( 植酸鋛，單位／公斤 ) |
替代磷占植酸磷% ( 植酸鋛，單位／公斤 ) |
每100單位鋛替代的磷，克 ( 植酸鋛，單位／公斤 ) |
|||||||||
| 250 | 500 | 750 | 1,000 | 250 | 500 | 750 | 1,000 | 250 | 500 | 750 | 1,000 | ||
| 雛雞半純合飼糧 Denbow et al. 1994 Yi et al. 1994c ( Exp 1 ) Yi et al. 1994c ( Exp 2 ) 平 均
雛雞玉米–豆餅飼糧 Kornegay et al. 1994 Perney et al. 1993 Saylor. 1991 Schoner et al. 1991 Schoner et al. 1993 Swick & Ivey. 1991 ( Exp 1 ) Swick & Ivey. 1991 ( Exp 2 ) Vogt. 1992 Yi et al. 1994c 平 均
火雞雛半純合飼糧 Ravindran et al. 1994 |
10 3 3
16 3 1 3 12 3 1 5 3
10 |
0.68 0.32 0.20 0.40
0.49 0.33 0.35 0.35 0.41 0.42 0.60 0.29 0.57 0.42
0.59 |
1.04 0.52 0.40 0.65
0.79 0.46 0.60 0.65 0.64 0.73 0.85 0.59 0.92 0.69
0.91 |
1.25 0.63 0.65 0.84
1.02 0.56 0.85 1.00 0.80 0.95 0.95 0.88 1.22 0.91
1.10 |
1.36 0.68 0.93 0.99
1.22 0.64 1.00 1.35 0.90 1.13 1.00 1.19 1.42 1.09
1.26 |
38 18 11 22
20 15 15 15 18 18 25 12 24 18
33 |
58 29 22 36
33 21 25 28 28 31 35 24 38 29
50 |
69 35 36 47
43 27 35 44 35 40 40 35 51 39
61 |
76 38 52 55
51 29 42 59 39 47 42 48 59 46
70 |
.270 .130 .080 .160
.200 .132 .140 .140 .164 .168 .240 .116 .230 .170
.240 |
.210 .106 .080 .132
.160 .092 .120 .130 .128 .146 .170 .118 .180 .138
.180 |
.170 .080 .090 .113
.140 .075 .113 .133 .107 .127 .127 .117 .160 .122
.150 |
.140 .070 .090 .100
.120 .064 .100 .135 .090 .113 .100 .119 .140 .109
.130 |
(六)植酸磷的釋放量
添加不同水平的植酸鋛所釋放的磷占植酸磷的分含量亦見表 4、5。隨著添加的植酸鋛的量增加，其百分含量呈非線性函數增加。以每公斤 500 單位的植酸鋛計，在仔豬、雛雞、火雞雛的玉米–豆餅飼糧中，所釋放的磷占植酸磷的百分含量分別為 40、33 和 50%。顯然，要百分之百地利用飼料中的植酸磷，每公斤飼糧約需添加 1,000 以上單位的植酸鋛。這與體外試管分析測得的結果相一致。但在動物試驗中，植酸鋛的效果有明顯的最大反應拐點。綜合各家對不同動物的試驗結果，其最大反應約在 700 ~ 1,200 單位植酸鋛範圍。因此，在某些情況下，即便使用了 1,200 單位以上的植酸鋛，但並不能百分之百地釋放所有的植酸磷。
(七)最適添加量
試驗結果表明，豬禽飼糧添加植酸鋛的最適量約在每公斤 250 ~ 750 單位的範圍。主要依據是，當使用每公斤 250 單位的植酸鋛時，飼料中的植酸磷才釋放。利用了 25%左右，還有相當部分尚未被利用。而且，一些試驗使用每公斤 250 單位以下的植酸鋛時未觀察到任何效果。這可能與鋛製劑的純度、飼糧的鈣、磷水平以及其他不利於植酸鋛作用的負面因素有關。但添加的植酸鋛也並非越高越好。如前所述，當飼糧中植酸鋛達到一定水平後，鋛的效果會受到最大反應的限制。隨植酸鋛的量增加，每 100 單位鋛的效果下降。且大多在 700 ~ 800 單位範圍趨於平緩。因此，添加量的上限以每公斤 750 單位左右為宜。
(八)植酸鋛與無機磷價格的比較
作者於 1994 年春詢問了植酸鋛在加拿大 ( 因在美國尚未上市 ) 的市場價，經轉換為每公斤 30 美元，或每克 3.0 美分，即 3.0 美分／5,000 單位。脫氟磷酸鹽 ( DFP ) 在美國弗吉尼亞州的市場價為 100 磅 17.1 美元，即每公斤磷 ( 只考慮 DFP 中的磷 ) 2.1 美元，或每克磷 0.21 美分。在雛雞的玉米–豆餅飼糧中，500 單位的植酸鋛可替代 0.7 克無機磷 ( 表 5 )。500 單位植酸鋛的價格為 0.30 美分，0.7 克無機磷的價格為 0.15 美分。因此，使用植酸鋛的成本比無機磷的成本高一倍 ( 0.30／0.15 )。依此類推，每公斤飼糧中添加 250 ~ 750 單位的植酸鋛，在現階段其成本約是使用無機磷的 1 ~ 3 倍。但是，要指出的是，這一比較，並沒有包含清除排洩物中磷的污染的開支。由於豬禽糞尿處理以防止環境污染的開支呈迅速增長趨勢，使用植酸鋛明顯減少糞尿處理的開支。因此可相應減少使用植酸鋛的成本。此外，植酸鋛還有提高其他營養素的作用。若再考慮這一因素，植酸鋛更突顯其實用性。
(九)提高其他營養素的效價
前面介紹植酸 ( 鹽 ) 的結構特性時已提到，植酸鹽可能影響其他營養素，諸如鈣、鋅、銅等礦物 ( 微量 ) 元素和蛋白質氨基酸的利用。作者在以測定指標的回歸方程計算植酸鋛對無機磷的替代值時，發現一種有趣現象。有些試驗數據，以磷的表觀吸收率和骨組織特性評定時，植酸磷的釋放量為 80%。而以生產性能 ( 增重反應和飼料攝入量 ) 評定時，植酸磷的釋放量“ 超過 ”了 100%。其 “ 超出 ”部份顯然是來自植酸鋛對除磷以外的其他營養素的促進作用，導致了生產性能的大幅提高。現有資料也已證明，微生物生產的植酸鋛確能促進乾物質、蛋白質氨基酸的吸收，促進鈣、鎂、鋅、鐵和銅的吸收和沉積。進一步的系統，定量研究目前仍在進行之中。
四、影響植酸鋛效果的因素
按照鋛反應的原理，即反應底物與鋛作用，結合成底物–鋛複合物，然後生成反應產物和失活的鋛。各類影響因素主要作用於上述鋛反應的各部份，如圖 7 所示。
(一)底物和鋛濃度–植酸磷和植酸鋛的量
在鋛反應中，底物和 ( 或 ) 鋛的濃度高時，反應較易進行。植酸鋛添加量的影響如前所述。隨添加量增加，其總效果增加，但每 100 單位的相對效果下降。添加等量的植酸鋛，在植酸磷含量高的飼糧中的效果好些。作者試驗發現，每公斤飼糧添加 1,000 單位的植酸鋛，在含 0.24%植酸磷的飼糧中可替代 1.4 克無機磷，而在含 0.18%植酸磷的飼糧中可替代值為 1.0 克 ( 表 5 )。同時，無論底物還是鋛都是受飼糧類型的影響。比如，玉米–豆餅型飼糧的植酸磷含量高於以豆餅為基礎的半純合飼糧，因此，植酸鋛的效果在前者高於後者。含小麥、雜交小麥和燕麥的飼糧，由於含植物來源的植酸鋛，當加入等量的植酸鋛時，其效果高於玉米–豆餅型飼糧。飼糧酸鹼度、溫度對植酸鋛的影響已在植酸鋛特性部份提及。
(二)影響鋛反應產物的因素
1.飼糧磷水平
植酸鋛反應生成的產物為無機磷。在鋛反應過程，當生成的產物達到一定濃度時會反過來抑制鋛反應過程。如果生成的無機磷被迅速吸收利用，即反應產物保持在一個較低濃度環境，那麼鋛的效果就好。因為飼糧的有效磷指的是動物可利用的無機磷。所以，飼糧有效磷的含量影響植酸鋛的效果。尤其是當有效磷的含量接近豬禽的最低需要量時，植酸磷的效果明顯減少。作者使用三個水平的有效磷 ( 0.20、0.27 和 0.34% ) 與七個水平的植酸鋛 ( 0、200、400、600、800、1,000 和 1,200 單位／公斤 ) 組成的 3×7 因子的試驗結果可明確說明這一點 ( 圖 4B，6 )。雛雞的增重受植酸鋛的影響的程度在低磷水平大於高磷水平。
2.飼糧鈣：磷比
影響植酸鋛效果的諸多因素中，最為複雜的要屬飼糧的鈣：磷比。即除了飼糧的有效磷水平外，還有飼糧的鈣水平。因為鈣和磷都有過量、適量和少量三種可能，因此，會出現多種鈣磷比組合。當飼糧的鈣、磷 ( 有效磷 ) 都在適宜水平，才有最適鈣磷比。而植酸鋛要在鈣滿足需要而磷處於臨界缺乏的情況下，其效果最好。因為少量的飼糧有效磷加上由植酸鋛釋放的植酸來源的磷與鈣能組成最適鈣：磷比。但在實際情況下會出現鈣磷均缺乏，或鈣過量磷適量或少量的現象。此一方面要做的工作尚多。現有資料表明，鈣：磷比過大降低植酸鋛的效果。在鈣磷比為 1.71 ( 6.0：3.5 )時，每公斤雛雞飼糧添加 250、500、750 和 1,000 單位的植酸鋛可替代的無機磷為 0.41、0.69、0.88 和 1.01 克；而在鈣：磷比為 2.57 ( 9.0：3.5 ) 時，其替代值分別為 0.41、0.64、0.80 和 0.90 克。值得指出的是，在添加植酸鋛時，飼糧中的鈣：磷比以總鈣對有效磷的比 ( Ca：aP ) 表達優於總鈣對總磷比 ( Ca：tP ) 的表達。
3.動 動
動物品種對無機磷的利用可能存在差別，因而可能影響鋛反應的產物。以半純合飼糧的試驗結果表明，火雞雛對植酸鋛的反應優於雛雞，隨之又優於仔豬。NRC ( 1994 ) 規定火雞雛對有效磷的需要量為 0.60%，雛雞為 0.45%，仔豬為 0.32% ( NRC，1988 )。前者高於後者約一倍。動物對某個營養素的利用率是與需要量直接相關的。一般來說，對需要量高的，其利用率也高。此外，從生長反應也可看出動物對磷的需要量的差別。在三週的試驗期裡，家禽體重增加 17 倍 ( 36 對 610 克 )，而仔豬體重只增加 1 倍 ( 7 對 15 公斤 )。生長越快，對磷的需要量和利用率也就越高。
動物的年齡也可能影響無機磷的利用。因此，植酸鋛在不同年齡的反應也可能不同。飼糧中維生素 D 的水平及其他影響磷吸收利用的因素究竟是作用於鋛，還是底物–鋛複合物或產物，其機制尚不清楚。
五、測定植酸鋛效價的靈敏指標
作者總結了在豬禽飼糧中添加植酸鋛的系列試驗資料，分析了測定植酸鋛效價的靈敏指標。在豬的試驗中，採用 2×5 因子設計，即二個有效磷水平 ( 0.05 或 0.07 和 0.16% ) 與五個植酸鋛水平 ( 0、350、700、1,050 和 1,400 單位／公斤 )。對 4 週齡斷奶仔豬飼餵半純合或玉米–豆餅飼糧進行五週試驗，然後對測定指標進行二階轉對數模型 ( Second order translog model ) 分析。其數學模型為：
LnY＝α0＋α1D1＋α2LnX＋α3 ( LnX )2＋α4D1LnX。
其中，Y＝測定指標，比如增重、表面磷吸收率等；X＝添加植酸鋛的量 ( 單位／公斤 )；D1＝有效磷 (aP) 含量 (%)。當 aP＝0.05 或 0.07% 時，D1＝0；當 aP＝0.16% 時，D1＝1。在雛雞和火雞雛的試驗中採用 3×7 因子設計，即三個有效磷 ( 或非植酸磷，aP 或 nP ) 水平 ( 雛雞：0.20、0.27 和 0.34%；火雞雛：0.27、0.36 和 0.45% ) 和七個植酸鋛水平 ( 0、200、400、600、800、1,000 和 1,200 單位／公斤 )。對 1 日齡雛禽飼餵半純合或玉米–豆餅飼糧進行三週試驗。然後對測定指標進行二階轉對數模型分析。其數學模型為：
LnY＝α0＋α1LnX1＋α2LnX2＋α3 ( LnX1 )2＋α4 ( LnX2)2＋α5LnX1LnX2
其中，Y＝測定指標；X1＝有效磷量 ( aP，% )；X2＝植酸鋛添加量 ( 單位／公斤 )。
測定指標的靈敏程度由回歸方程的相關係數 (R2) 和概率值 ( P–Value ) 來評定。R2 越高，P 值越小，則靈敏度越高；反之亦然。結果表明，豬對磷的表面吸收率 (%)，禽對磷的表面沉積 ( % 或 克／天 )，豬第十助骨、第四趾骨的灰分 ( % 或 克／天 )，禽的趾骨和脛骨灰分 ( % 或 克 ) 為最靈敏指標。豬禽的生長反應，飼料攝入量，糞尿中磷的排洩量，豬第十助骨和第四趾骨強度，禽脛骨強度亦為靈敏指標。而豬對氮 (N)、鈣 (Ca) 的表面吸收率，乾物質的表面消化率，禽對鈣、氮的沉積以及對乾物質的利用率，豬禽的飼料轉化效率等測定指標其靈敏度較低。體外實驗試管分析法測定植酸鋛的效果有較好的靈敏度。但一定要把握好鋛的反應所需 pH 值，反應培育溫度、濕度和時間以及停止反應的化學試劑。測定結果明顯受飼糧磷、鈣水平和其他金屬離子水平的影響。血漿中磷、鈣水平反應植酸鋛的效果也有一定的靈敏度。血漿中鹼性磷酸鋛 ( alkaline phosphatase ) 活性，大多數結果不靈敏，變異幅度太大。
小 結
豬禽養殖業正受到排洩物中高磷合量的限制。其主要原因是豬禽不能利用飼料中的植酸磷。現代生物技術生產的植酸鋛為解決這一問題提供了重要手段。豬禽飼糧中添加微生物生產的植酸鋛能有效地提高飼料植酸磷的生物學利用率，降低磷的排洩量，其反應強度與飼糧中有效磷的含量成反比。每替代 1 克無機磷，大約需要 500 ~ 800 單位的植酸鋛。飼糧中植酸鋛的適宜添加量約在每公斤飼糧 250 ~ 750 單位，其對磷的排洩量可減少 20 ~ 40%。在不考慮減少了糞尿處理的開支情況下，現階段使用植酸鋛替代無機磷的價格約高出無機磷價格 1 ~ 2 倍。植酸鋛提高其他營養素如鈣、鋅、蛋白質氨基酸的利用率，也可減少這類營養素的飼餵量和排洩量。飼糧的有效磷含量，鈣：磷比等因素影響植酸鋛的效果。評定植酸鋛效價的最靈敏指標為磷的表面吸收率或沉積率以及骨組織灰分含量。
中國畜牧雜誌第五十三冊合訂本
1995年一月號至1995年六月號
第 27 卷 (95) 第 1 期 ( 13 ~ 21 )
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