豬飼料中有機磷的利用與其環境污染之防治(二)
近年來細胞ＤＮＡ重融合技術的改進，使科學家們可利用基因工程來使微生物有效且大量地生產植酸𠕇。
1.飼料中酵素使用的最佳化：
飼料中適合使用的酵素特性必需依其使用方便為其主要條件，以植酸𠕇的利用為例，說明三種酵素利用的可路徑：
(一)在製造飼料階段時，將飼料中的植酸磷處理一此方法可能需要較大的投資。
(二)添加酵素(植酸𠕇)進入飼料中，飼餵前與水混合適當時間，如此讓酵素能有時間作用在植酸上，而將植酸中的磷分解。此方法在豬隻飼養上較會發生實際操作的問題。
(三)利用動物體內本身的消化過程，來讓酵素作用在飼料中的植酸磷上。
上述三種方法以最後一種最具有吸引力，因為酵素可能很容易混合入飼料中，並作成粒狀飼料，此酵素在胃腸道消化過程中，將有效地水解植酸。
2.生產酵素產品規格設計的重點：
生產酵素者依其酵素特性及使用目標，而設計出一個酵素的特性。設計開發出來的酵素(以植酸𠕇為例)，要能在動物體內發生其作用，應該達到下述嚴格的規格需求：
(一)酵素必需在飼料製造加熱過程中，能保持其活性與生機。
(二)酵素在作用的環境存在中，一定要有穩定性。
(三)酵素在胃中酸性及腸中中性ｐＨ值下，均能夠發揮其水解效用。
(四)酵素在消化系統中，能夠不被其他已經存在的酵素所破壞。
(五)酵素在價格上，能使業者喜歡使用。
3.植酸𠕇分解飼料中植酸磷的環境：
植酸𠕇可從Aspergillus菌種中生產而出，但不是所有Aspergillus菌屬均可產出植酸𠕇，大約A. flavus、A. niger、A. terreus、A. versicolor、A. ficuum等才可或多或少產出植酸𠕇(詳表11，表12)。
Simons氏等(1990)發現由Aspergillus ficuum菌屬所製成的植酸𠕇，均能有效的改善植酸磷的生物有效性，以致對家禽與豬隻等均能改善其生長性能。Simons氏等亦指出，若以純植酸作為植酸𠕇的受質(subtrate)時，植酸𠕇的最佳活性及顯示分解植酸的最佳環境是在pH5.5與pH2.5等兩個範圍之下(詳圖二)。在此兩種pH範圍值及40℃的試管中，以黃豆粉或玉米粉培養下，在一小時培養中，此植酸𠕇在黃豆粉中，可將植酸磷水解成無機狀態達85％。在玉米粉受所培養中，幾乎可全部水解成無機狀態。若在室溫下，以黃豆粉與玉米粉混合飼料中培養法來進行植酸磷水解作用時，在試管4小時中，可將植酸磷水解成無機狀態達80％。如果要全部水解成無機磷，則需要8小時的時間。
表11. 生產植酸𠕇的Aspergillus菌種屬別杄
| 菌種屬別 | 培養試驗數值 | 可生產次數 |
| A. fumiggatus | 6 | 0 |
| A. flavus | 10 | 2(20%) |
| A. flavipes | 3 | 0 |
| A. clavatus | 4 | 0 |
| A. glaucus | 7 | 0 |
| A. nidulans | 10 | 0 |
| A. ochraceus | 2 | 0 |
| A. versicolor | 3 | 1(33%) |
| A. terreus | 2 | 1(50%) |
| A. ustus | 2 | 0 |
| A. wentii | 3 | 0 |
| A. restrictus | 1 | 0 |
| A. niger | 22 | 21(96%) |
| A. candidus | 2 | 0 |
| Aspergillus species (soil isolates) |
3 | 3(100%) |
圖二、在不同pH值下粗微生物植酸𠕇的活性(Simons等，1990)
表12. Aspergillus niger種屬與其菌屬所生產的植酸𠕇量
| 菌種屬別 | 植酸𠕇量活性(units／ml) |
| A. niger ATCC 9142 | 2.1(8) |
| A. niger ATCC 10864 | 0.8(16) |
| A. niger van Tieghem | 3.5(4) |
| A. niger var. cinnamoneum NRRL 348 | 1.4(12) |
| A. niger japonicus saito ATCC 1034 | 0.6(18) |
| A. niger NRRL 372 | 1.0(15) |
| A. niger NRRL 326 | 0.7(17) |
| A. niger NRRL 330 | 0.8(16) |
| A. niger NRRL 4361 | 0.7(17) |
| A. niger NRRL 337 | 0.5(19) |
| A. awamori ATCC 11382 | 2.3(7) |
| A. awamori ATCC 11358 | 3.3(5) |
| A. saitoi ATCC 11362 | 1.8(10) |
| Al carbonarius NRRL 368 | 1.9(9) |
| A. carbonarius PCC 104 | 1.5(11) |
| A. tubingensis NRRL 4875 | 2.4(6) |
| A. ficuum WB 4016 | 1.1(14) |
| A. ficuum WB 4016 | 1.1(14) |
| A. ficuum WB 320 | 1.0(15) |
| A. ficuum WB 364 | 1.5(11) |
| A. ficuum WB 4541 | 1.0(15) |
| A. ficuum WB 4781 | 1.2(13) |
| A. ficuum NRRL 3135(soil isolate) | 10.5(1) |
| A. niger X(soil isolate) | 5.0(2) |
| A. niger K(soil isolate) | 4.0(3) |
註：括弧內數值為生產植酸𠕇量序號
4.飼料製造時植酸𠕇遭破壞的環境：
飼料在混合製造過程中，飼料原料本身會有溫度升高的趨勢。依據Simons氏等指出在低溫打粒的粒狀飼料中，亦即飼料內溫度在40℃時，植酸𠕇活性是非常穩定的。然而飼料在混合後打粒前，飼料內的溫度升至50℃，而在打粒後飼料內溫度將升至80℃，或者在混合後打粒前，飼料內的溫度升至65℃，而在打粒後溫度將升至84℃以上，此時植酸𠕇的活力將逐漸地失去其活力(詳表13)。因此為維持飼料中添加植酸𠕇的活性，應該注意飼料製造過程中，飼料內溫度的變化，不要讓飼料內的溫度升得太高。
5.植酸𠕇添加在飼料中的飼養效果：
早在1968年時Nelson氏等即在雞飼料中添加微生物植酸𠕇及其他消化𠕇，以達到植酸磷的利用效果，結果亦改善了雞隻生長性能。另在1990年Simons氏等亦發現添加植酸𠕇在雞或豬飼料中時，可改善飼料中有機磷的利用效率。
Simons氏等指出在試驗飼料中，添加1,000單位的微生物植酸𠕇被添加到低磷的飼料中時，對一日齡的雞隻而言，有效性磷增加63％，而糞便中的磷卻減少了51％(詳圖三)。攝食低磷且添加植酸𠕇飼糧的雞隻，其換肉率與對照組比較，有較好的趨勢。而將微生物植酸𠕇添加在37公斤生長肉豬飼料中，添加有效磷約24%，糞便中的磷約減少35%(詳表14)。
表13. 在不同打粒狀態下粒狀飼料中植酸𠕇的活性
| 飼料打粒前溫度，℃ | 飼料打粒後溫度，℃ | 能量輸入(Watt／kg) | 粒狀飼料中*植酸𠕇活性(單位／公斤) | 殘存活性(％) |
| 50 | 78 | 20 | 240 | 96 |
| 50 | 81 | 25 | 234 | 94 |
| 65 | 84 | 17 | 208 | 83 |
| 65 | 87 | 23 | 115 | 46 |
註：*粒狀飼料未打粒時有250單位／公斤。
取自Simons et al., 1990
表14. 飼料(黃豆 ─ 玉米)中添加植酸𠕇對豬隻生長性能之影響
| 添加植酸試驗數值 | 否 6 |
有 6 |
顯著 水準 |
否 6 |
有 5 |
顯著 水準 |
| 消化率(％) | ||||||
| 乾物質 | 85.2 | 85.0 | NS | 81.0 | 81.3 | NS |
| 磷 | 20 | 46 | ** | 34 | 56 | *** |
| 鈣 | 44 | 50 | NS | 50 | 58 | ** |
| 糞便中磷 | ||||||
| (g／kg乾基) | 21.0 | 13.6 | ** | 16.3 | 10.9 | *** |
| 糞便中鈣 | ||||||
| (g／kg乾基) | 22.8 | 19.2 | * | 17.4 | 15.4 | * |
註：*表示Ｐ＜0.05，**表示Ｐ＜0.01，***表示Ｐ＜0.001。
NS表示無顯著差異。
飼料中添加1,000單位／公斤植酸𠕇。
取自Simons et al., 1990
另外，Simons氏等亦指出，飼料中添加植酸𠕇時，同時可提高飼料中鈣的吸收利用。此功能亦間接增加磷的利用率，或許兩者互相協同製造生長骨骼。同時Simons氏等亦指出植酸𠕇添加到黃豆粉與玉米粉配方，或多元化原料配方時，更能顯著地提高鈣的消化率，同時減少豬隻糞便中的鈣(詳表14)。
Ketaren氏等(1991)以生長豬隻探討植酸𠕇對黃豆粉飼料中有機磷的有效性時指出：添加植酸𠕇的飼料可提高生長豬隻的生長性能(741/835g/日，Ｐ＜0.05)，改善飼料換肉率(2.37/2.16，Ｐ＜0.01)，增加蛋白質的蓄積(108/123g/日，Ｐ＜0.05)，增加磷的表消化率(0.45/0.69，Ｐ＜0.01)。同時植酸𠕇的添加可改善黃豆粉飼料中磷的有效性，由0.11提高到0.69，骨骼的強度亦獲得大大的改善(詳表14，表15)。
表15. 飼料(黃豆 ─ 玉米)中添加植酸𠕇對豬隻生長性能之影響
飼 料 別 |
磷含量 (克／kg) |
飼料 攝食量(g／d) |
隻日 增重(g／d) |
飼料 換肉率 |
蛋白質 堆積(g／d) |
能量 堆積(g／d) |
| 不添加植酸𠕇 | ||||||
| 基礎飼料 | 2.50 | 1844 | 700 | 2.64 | 100 | 10.9 |
| 磷酸鈉鹽 | 3.25 | 1912 | 833 | 2.32 | 122 | 11.1 |
| 磷酸鈉鹽 | 4.00 | 1692 | 764 | 2.14 | 121 | 9.2 |
| 黃豆粉料 | 3.25 | 1659 | 691 | 2.43 | 97 | 9.9 |
| 黃豆粉料 | 4.00 | 1584 | 687 | 2.31 | 102 | 7.2 |
| 添加植酸鹽 | ||||||
| 基礎飼料 | 2.50 | 1913 | 700 | 2.64 | 100 | 10.9 |
| 磷酸鈉鹽 | 3.25 | 1801 | 826 | 2.19 | 125 | 11.3 |
| 磷酸鈉鹽 | 4.00 | 1785 | 915 | 1.96 | 134 | 11.5 |
| 黃豆粉料 | 3.25 | 1719 | 760 | 2.28 | 114 | 9.4 |
| 黃豆粉料 | 4.00 | 1722 | 833 | 2.08 | 120 | 9.2 |
| 平均 | ||||||
| 不添加植酸𠕇 | ─ | 1738 | 741 | 2.37 | 108 | 9.7 |
| 添加植酸𠕇 | ─ | 1788 | 835 | 2.16 | 123 | 10.6 |
| 顯著水平 | ||||||
| 植酸𠕇 | ||||||
| 添加與不添加 | NS | * | ** | * | NS | |
| 磷來源 | ||||||
| 磷酸鈉鹽與 | ||||||
| 黃豆粉 | * | ** | NS | ** | ** | |
| 磷的含量 | ||||||
| 3.25與4.00 | NS | NS | ** | NS | NS |
註：*表示Ｐ＜0.05，**表示Ｐ＜0.01，NS表示無顯著差異。
飼料中添加1,000單位／公斤植酸𠕇。
取自Ketaren et al., 1991
表16. 飼料(黃豆 ─ 玉米)中添加植酸𠕇對豬隻營養素消化率之影響
| 總磷量(g／kg) 配方數目
|
4.0 5 不添加 |
4.0 6 添加 |
顯著水準 |
| 磷攝食量(g) | 46 | 47 | NS |
| 糞便中磷(g) | 25 | 14 | ** |
| 可消化磷攝食量(g) | 20 | 33 | ** |
| 磷內蓄量(g) | 20 | 33 | ** |
| 消化率(g／g) | |||
| 磷 | 0.45 | 0.69 | ** |
| 乾物質 | 0.92 | 0.91 | NS |
| 粗蛋白質 | 0.92 | 0.91 | NS |
| 能量 | 0.92 | 0.91 | * |
註：*表示Ｐ＜0.05，**表示Ｐ＜0.01，NS表示無顯著差異。
飼料中添加1,000單位／公斤植酸𠕇。
取自Ketaren et al., 1991
Cromwell氏等(1991)在製備植酸𠕇時，發現Aspergillus niger菌屬，每一克細菌中，含有350,000單位的植酸𠕇(植酸𠕇單位定義為正常標準情形下，每一分鐘可從植酸鈉鹽中分解出一毫摩耳 -nanomole-的磷)，當然混合酵素也含有其他酵素能力，如蛋白質分解𠕇及碳水化合物分解𠕇等。(待續)
飼料營養雜誌(p.50~56)－張繁雄．九二年第八期
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