不同植酸酶理化性能及肉鸡应用效果研究

时间：2024-07-28

于彩云杨在宾刘延杰陈宁波陈锋亮王攀攀刘艳君姜淑贞

(山东农业大学动物科技学院1，泰安 271018) (济南百斯杰生物工程有限公司2，济南 251600)

磷是畜禽机体生长发育必需的一种矿物元素，是构成骨骼、牙齿、肌肉和体蛋白等生长的重要成分，还参与畜禽生命活动的代谢过程。磷在植物性饲料中主要(60%～80%)以植酸盐形式存在，单胃动物本身不分泌植酸酶，难以将植酸磷有效利用。为满足其对磷的需要，实际生产中会在饲料中添加无机磷来满足，既增加了饲料成本，又导致动物排泄物磷排出增加，加重环境污染[1-2]。同时，在动物消化道中，植酸能鳌合氨基酸、微量元素等营养物质，影响它们的吸收利用。植酸酶是近年来应用较广泛的饲料添加剂，能催化饲料中的植酸及其盐类分解为无机磷和肌醇供畜禽利用，解除或者减轻植酸的抗营养作用[3]。以往的国内外研究中有关于植酸酶的报道，主要集中在不同钙磷比或植酸磷水平下植酸酶在动物生产性能、养分利用率(尤其是氨基酸和磷)以及胴体性能的改善效果；植酸酶的菌株筛选、酶活提高和基因表达；植酸酶耐热稳定性的研究以及饲料中磷酸氢钙的减量使用方面。酶耐热性一直是肉鸡颗粒饲料中受限主要因素，同时，植酸酶稀释和吸附载体也是影响生物学作用发挥的重要环节。本试验旨在比较不同植酸酶理化特性的基础上，评估不同植酸酶在肉鸡上的应用效果，为植酸酶的科学选择提供参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料

植酸酶：本实验选择的试验植酸酶产品为国内市场广泛应用的7个产品，分别命名为A(黑曲霉)、B(毕赤酵母)、C(毕赤酵母)、D(毕赤酵母)、E(毕赤酵母)、F(毕赤酵母)、G(米曲霉)，酶活10 000 U/g。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 理化性能测定

1.2.1.1 粒度分布和均匀度指标

每种植酸酶产品每个指标进行3次重复测定。

质量几何平均直径(dgw)：参考GB 6971—1986《饲料粉碎机试验方法》进行，使用GZS—1型粉碎机。

算术平均粒径：M=[(a0+a1)/2P0+(a1+a2)/2P1+(a2+a3)/2P2+…+(an-1+an)/2Pn-1]/100

式中：M为算术平均粒径/mm；a0…an为自下而上各层筛孔尺寸/mm；P0…Pn-1为自筛底向上各层筛面物料质量/g；100为样品总质量/g。

粒度模数(MF)和均匀度模数(MU)：美国农业工程师协会倡导[4]。

1.2.1.2 水分、灰分和容重

试验共7个处理，每个处理3个重复。

水分和灰分：水分测定采用105 ℃烘干恒重法，灰分测定采用550 ℃灼烧灰化法。

容重：采用振实密度仪(HY-100型)，震动后使量筒内试样水平后记录下体积V。按照公式计算试样容重：

式中：X为样品的容重/g/L；m为测定过程中样品的重量/g；V为测定样品的体积/mL。

1.2.1.3 耐热性能测定

水浴法：每种植酸酶3个重复，进行水浴加热，测定不同温度下酶活存留率。将样品用水溶解稀释至100 U/mL，取9 mL水于25 mL具塞比色管中分别在不同温度下水浴预热20 min。吸取1 mL上述稀释好的酶液，加入比色管中，立即混匀，保温3 min后立即取出，冰水浴冷却至室温，按照酶活方法(GB/T 18634—2009)进行测定，酶活力为U耐温。对照组吸取1 mL 上述稀释好的酶液，加入盛有9mL水的比色管中，混匀，按照酶活方法(GB/T 18634—2009)进行测定，酶活力为U0。计算不同处理温度下的酶活存留率。酶活存留率=(U耐温/U0)×100%。

高温制粒过程中耐热性：调制器牧羊 STZW 60×40，调质温度75 ℃左右，调质时间为40 s左右，蒸汽压力0.41 MPa，环模孔径3.5 mm，压缩比1 ∶10，植酸酶在全价饲料中的添加量为20 U/g。每个产品调质和制粒前的粉状饲料和制粒后的颗粒饲料样品各取五个平行样(300 g/样品)，空白样品(不加植酸酶)的粉状饲料和颗粒饲料同样各取3个平行(300 g/样品)，按照GB/T 18634—2009规定检测各饲料样品中的植酸酶活力。酶活存留率=(产品制粒后酶活-空白制粒后酶活)/(产品制粒前酶活-空白制粒前酶活)100%。

1.2.1.4 体外酶解释放无机磷效果

在体外模拟胃(pH 2.8，41 ℃，4h)和肠(pH 6.9，41 ℃，15 h)内环境，通过测定植酸酶降解后饲料中无机磷的释放量，比较不同植酸酶降解植酸磷释放无机磷的效果。参考GB/T 6437—2002，采用钼黄分光光度法，根据无机磷标准曲线计算植酸降解产生的无机磷的含量，以底料中植酸磷理论含量(0.475%)为基准计算植酸磷降解率。试验共7个处理，每个处理3个重复。

1.2.2 动物试验

1.2.2.1 试验设计

本试验选用健康1日龄白羽商品肉仔鸡560只，采用单因素完全随机试验设计，根据体重随机分为7个处理，每个处理8个重复，每个重复10只鸡(公母各半)，分别饲喂用7个不同植酸酶产品配制的肉鸡饲粮，每个处理植酸酶添加量为1 000 U/kg。试验期28 d。本试验参考 NY/T 33—2004 肉鸡饲养标准，为了评估不同植酸酶产品在肉鸡上的饲用效果，选择富含高植酸磷的常规饲料原料，在饲粮不添加磷酸氢钙，满足肉鸡有效磷需要量基础上设计配方，进行颗粒饲料的制备。饲粮组成和营养水平见表1。

表1 日粮配方及营养水平

注:预混料为每千克饲粮提供：锰，60 mg(硫酸锰)；铁，66.5 mg (硫酸亚铁)；锌，88 mg(硫酸锌)；铜，8.8 mg(硫酸铜)；碘，0.7 mg(碘酸钙)；硒，0.288 mg(亚硒酸钙)；维生素A，11 500 IU；维生素D3，3 500 IU；维生素E，30 mg；维生素K1，5 mg；维生素B1，3.38 mg；维生素B2，9 mg；维生素B6，8.96 mg；维生素B12，0.025 mg；氯化胆碱，800 mg；泛酸钙，13 mg；烟酰胺，45 mg；生物素，0.08 mg；叶酸，1.20 mg。代谢能为计算值，其余为实测值。

1.2.2.2 饲养管理

肉鸡采用层架式三阶梯笼养方式进行饲喂。试验期间，鸡群自由采食、饮水，日给料3次。光照24 h/d，温度：第1周保持33 ℃，随后每周降低2 ℃，直到26 ℃为止；饲养密度：10只/ m2。肉鸡按照常规免疫程序免疫。

每天以重复为单位记录采食量，计算周平均采食量。每周末早饲前空腹称体重，计算平均日采食量(ADFI)，平均日增重(ADG)和料重比。在试验期间每天观察鸡群瘸腿情况，记录死淘率。

1.2.2.3 指标测定

生长性能：以重复为单位，正式试验开始前及每周末早饲前空腹称量体重，每天记录采食量和每个重复鸡只数，计算日采食量、日增重和料重比。如有死鸡，计算时扣除相关数据。

胫骨指标：试验结束时，每个重复取平均体重鸡2只称重后屠宰，取左侧胫骨用于测定胫骨重、直径及胫骨强度等。

1.3 数据统计与分析

记录的数据经Excel处理后，采用SAS 9.2统计软件进行单因素方差分析(One way ANOVA)，并用Ducan’s多重比较法，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著，P> 0.05为差异不显著。

2 结果与分析

2.1 理化特性比较

不同植酸酶产品粒度比较分析见表2。方差分析表明，虽然，不同植酸酶产品几何平均粒径(dgw)无差异(P> 0.05)，但是，植酸酶A、B、E、F和G表现出了更小的算术平均粒径(M)(P<0.001)，植酸酶A、B、F和G表现除了最小的粒度模数(MF)(P<0.001)，同时，所有粒径都分布在均匀度模数(MU)的细粒部分(0～0～4，0～0～5，0～0～3，0～0～4)。由此证明，植酸酶A、B、F和G可能有更细更集中的颗粒大小分布。

不同植酸酶水分、灰分含量和容重比较分析见表3。不同植酸酶产品之间表现出了不同的水分含量、粗灰分含量和容重(P<0.001)。从数值上观察，植酸酶A、B、F容重最小，说明在几何平均粒径相同情况下，单位重量颗粒数更多；三者进一步比较，植酸酶A和F，有更少的粗灰分和更高的水分，说明这两种植酸酶可能是有机载体，尤其是植酸酶A，粗灰分仅有0.30%。由此说明，植酸酶A和F载体可能有更多的粉粒体承载有效成分植酸酶，产品更有益于在配合饲料使用中的混合和均匀分布。

2.2 耐热性能比较

不同植酸酶不同温度水浴加热和高温制粒后酶活存留率比较见表4。如表4所示，同一水浴温度下，不同植酸酶产品的酶活存留率差异极显著(P<0.001)。七种植酸酶产品在不同水浴温度下，酶活存留率数值大小不同。制作颗粒饲料后植酸酶的活性存留率为：C>G>A>D>E>B>F。以高温制粒后酶活存留率为参数，植酸酶 A、C和G耐热性能较好，F耐热性能最低。

2.3 体外磷释放率比较

不同植酸酶体外磷释放率比较见表5。方差分析表明，不同植酸酶体外酶解释放磷的效果差异极显著(P< 0.01)，其中植酸酶A的体外磷释放率较高，B、C、E、G之间差异不显著。

表2 不同植酸酶粒度比较

注:同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05)，不同小写字母表示差异显著(P<0.01)。

表3 不同植酸酶水分、灰分含量和容重比较/%

注:同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.01)，表4同。

表4 不同植酸酶不同温度水浴加热和高温制粒后酶活存留率比较/%

表5 不同植酸酶对体外磷释放率的影响

注:同列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.01)。

2.4 生长性能

不同植酸酶对肉鸡生长性能的影响见表6。与D，G处理相比，A，B，E，F表现出了较高的采食量，D表现出最低的采食量(P=0.002)。不同植酸酶之间增重和28 d体重有不同的趋势(P=0.083)，料重比处理间无差异(P> 0.05)。

表6 不同植酸酶对肉鸡生长性能的影响

注:同列数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05)，不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，表7同。

2.5 胫骨指标

肉鸡饲喂不同植酸酶，对28 d胫骨重、胫骨直径及胫骨强度的影响见表7。统计分析表明，相比C、F、G，处理A表现出了更大的肉鸡胫骨重(P=0.039)，胫骨强度和胫骨直径处理间无差别(P> 0.05)。

表7 不同植酸酶对肉鸡胫骨指标的影响

3 讨论

植酸酶作为一种饲料添加剂，其物理特性直接决定了在配合饲料中的混合均匀度及使用效果。物料的粉碎粒度大小可用几何平均粒径、算术平均粒径、粒度模数和均匀度模数表示。本试验结果发现，尽管不同植酸酶产品几何平均粒径无差异，但部分植酸酶产品表现出了更小的算数平均粒径和粒度模数，这说明他们的颗粒分布更密集；不同植酸酶产品的水分含量、粗灰分含量和容重均差异显著。灰分含量的显著差异说明了不同植酸酶产品所用的载体不同，灰分含量较大的植酸酶，载体可能为矿物质，容易粉碎，而含量较小的则可能为有机载体，不易粉碎。此外，灰分含量和容重存在正相关，当粒度一样，灰分含量少的植酸酶产品，单位质量的颗粒数较少，可能有更多的粉粒体承载有效成分植酸酶，这有益于其在配合饲料中的混合和均匀分布。植酸酶所用载体植酸酶的颗粒大小载体灰分含量和容重对植酸酶活性分布规律的影响有待于进一步研究。

磷作为家禽必需的一种矿物元素，在能量代谢、骨骼和肌肉生长发育、磷脂合成及其他机体代谢功能上起着重要作用。植酸酶作为一种环保型饲料添加剂，前人很多研究表明其生物学价值在于催化饲料中的植酸磷水解为肌醇和无机磷酸，释放出被植酸鳌合的磷、钙等矿物元素，提高表观消化率，并促进这些矿物元素在骨骼中的沉积，同时也提高了蛋白质、氨基酸、淀粉等营养物质的利用率，从而改善动物生长性能[3,5]。从本试验结果看，不同来源植酸酶在耐热性、改善磷利用率和胫骨重方面具有较大差异，对肉鸡生长性能也有不同程度地改善。研究发现，在玉米-豆粕型饲粮中分别添加500 FTU/kg 耐热型植酸酶和1 000 FTU/kg 植酸酶，均显著提高了饲粮中粗蛋白质、钙和磷的消化率[6,7]。曹贵彬等[8]研究发现，植酸酶能够提高消化酶活性，改善肠道黏膜结构，从而提高养分利用率。但孙宏选等[9]和黄兴国等[10]研究发现，饲粮中添加植酸酶并不会改善畜禽的生长性能，这与本试验研究结果一致，不同植酸酶产品对肉鸡生长性能没有显著的改善。李连彬等[11]研究结果表明，在玉米-杂粕型饲粮中添加植酸酶增加了小肠绒毛高度，提高了绒腺比。这说明植酸酶提高磷利用率的同时，也释放了较多的营养物质，可能会改善肠道的发育。Qian等[12]和Kemme等[13]指出，植酸酶活性、饲粮类型、饲粮中有效磷含量及钙磷比例、动物的生理阶段等都会影响植酸酶改善动物生长性能的效果，且不同来源的植酸酶作用机理不同，其分子质量、等电点、最适pH值范围以及最适温度等特性也存在很大差异，也会影响植酸酶在生产上的应用效果[14]。植酸酶作为一种环保型饲料添加剂已经在饲料中普遍应用，但植酸酶所带来的营养价值仍未明确，将植酸酶的实际应用价值进一步挖掘具有重要意义。

综合而言，评估不同植酸酶的物理特性对肉鸡饲料配合和配方精准实现具有重要意义，若所用载体吸附性差，植酸酶在饲料中的混合均匀度将大大降低，即使植酸酶产品对肉鸡生长、胫骨发育和磷利用率具有很好的改善效果，但不能实现肉鸡的精准采食，依然达不到很好的饲喂效果。因此，评估植酸酶产品对畜禽的使用价值应从其理化性能和饲用效果两个方面出发，才能实现植酸酶在配方中的精准实现，达到改善肉鸡生长性能、胫骨发育和磷利用率等的饲用效果。