李 敬 宮 官 王潤之（譯）

（1AB Vista Asia Pte Ltd.,新加坡 329682；2南京市畜牧家禽科學研究所，江蘇南京 210000)

植酸酶、非淀粉多糖降解酶（NSPase）和蛋白酶是目前飼料行業(yè)中應用最多的飼用酶類，在大多數情況下能顯著改善營養(yǎng)物質的消化率。盡管它們的添加量通常很低，但往往具有顯著的應用效果，這表明酶制劑具有非常高的表觀營養(yǎng)值。假設日糧中每添加100 mg/kg NSPase，其表觀代謝能值（AME）可增加100 kcal/kg，這相當于給日糧增添了100 000 kcal/kg能量。因此，在添加酶制劑時允許配方師降低100 kcal/kg的日糧能量，這相當于用2%玉米（低成本原料）替代2%的脂肪（高成本原料），成本節(jié)省量取決于能量來源的原料價格變化（受脂肪和玉米價格的影響）。當節(jié)省量超過酶制劑成本時，配方師將會在日糧配方設計時添加一定量的酶，而100 kcal/kg能量節(jié)約值則被認為是該酶的添加帶來的潛在營養(yǎng)價值，很明顯，這需要確保該酶的添加會實現(xiàn)這樣的營養(yǎng)價值，否則動物的生長性能將受到影響。潛在營養(yǎng)價值的推導基于各種試驗，包括消化率、生長性能和屠宰試驗等的綜合分析。對于主要的酶種類，其潛在營養(yǎng)價值應用包括以下內容：①NSPase：能量，氨基酸，蛋白質；②植酸酶：磷，鈣，鈉，氨基酸，蛋白質，能量以及其他礦物元素；③蛋白酶：氨基酸，蛋白質，能量。

本文的目的在于重點闡述植酸酶和磷潛在營養(yǎng)價值以及NSPase和能量潛在營養(yǎng)價值的應用。在本文的第一部分，將介紹建立特定營養(yǎng)素潛在營養(yǎng)價值的基本原理，以及酶類和營養(yǎng)素之間的相似之處；在第二部分中，將重點介紹酶的潛在營養(yǎng)價值在實際生產中的應用。

1 確定潛在營養(yǎng)價值的原則

正確應用飼用酶的潛在營養(yǎng)價值可幫助使用者大幅節(jié)省飼料成本，但只有在配方改變、動物生長性能不受影響時，使用者才會應用這種潛在營養(yǎng)價值。如果使用者感興趣的是年齡體重、飼料轉化率、屠宰量以及測定每千克活體重千卡等指標，那么用來建立潛在營養(yǎng)價值的數據則必須保持這些指標的性能，否則潛在營養(yǎng)價值的適用性是值得懷疑的。因此，關鍵在于確保所有潛在營養(yǎng)價值的推導都應使用多種方法進行驗證，并且至少應該有確鑿的證據證明所涉及的商業(yè)指標都已涵蓋在內。目前有幾種方法可用于建立或確定潛在營養(yǎng)價值，如下所示：

1.1 消化率試驗

飼用酶可以直接（或間接）通過降解抗營養(yǎng)成分，改善營養(yǎng)物質消化率。通過消化率的測定，可以相對容易地確定營養(yǎng)物質回收率的增加。無論是否對內源性損失進行校正，消化率均可在回腸或糞便水平上進行測定，但應將其視為生長性能的次級代謝指標，而非生長性能本身。因此，如果要考慮這些數據的內容，則需要在之后的生長性能試驗中驗證這些數據。無論如何，在選擇和解釋消化率試驗時，需要考慮消化率試驗的幾個特點，下面將討論其中一部分。

⑴時間點分析。很顯然，回腸法采集的樣本是一個單一時間點的樣本，可能不能代表在選定的時間點之前或之后營養(yǎng)素的消化率。而糞便在禽類的整個生命周期內可以進行連續(xù)或間斷收集，以便得出日齡相關的估測。

⑵采樣位點。就植酸酶而言，回腸采樣比糞便采樣與磷等礦物質更相關，原因在于回腸采樣不易受尿流失影響。如果使用足夠的植酸酶，那么回腸吸收的磷會超過機體所需量，則多余的磷就會在尿中存留，從而顯著地降低了磷表觀代謝率。在這種情況下，植酸酶的負效應則是“過于有效”，因此，世界家禽科學協(xié)會磷工作組推薦把回腸消化率作為首選。另一方面，最好采用糞便收集法評估NSPase對能量消化率的影響，這與其作用方式有關。最近的數據表明，使用NSPase所獲得的額外能量中，有很大一部分來自于盲腸中增加的發(fā)酵纖維，特別是在日齡較大的禽類中，這些禽類的盲腸發(fā)育完善，降解纖維的菌群更加豐富，因此對纖維發(fā)酵更有效。而回腸采樣顯然沒有包含這些特點。

⑶采食效果。一般來說，同時使用植酸酶和NSPase不僅會改善日糧養(yǎng)分的消化率，還會增加動物的采食量。對于使用者來說，更關注的是對生產性能的影響，而不是次級代謝產物的消化率數據。若一個產品雖然提高能量消化率，但更大程度上抑制采食量，那么它將顯著減少能量的攝入，從而降低生產性能。因此，在消化率取樣點之前的適當時期內的采食量測定是驗證消化率數據相關性的先決條件。

⑷吸收后效果。使用超高劑量的植酸酶會引起酶的“超磷酸”效應，其中一部分原因在于額外的肌醇釋放。肌醇具有許多代謝功能，例如提高養(yǎng)分利用率。因此，使用植酸酶可能會使氨基酸的利用率比推薦的消化率數據更高。而只有當消化率和生長性能數據結合時，這種效應才會顯現(xiàn)出來。因此，如果測定酶制劑的全部潛在營養(yǎng)價值，則有必要進行這種組合試驗。

1.2 性能試驗

原則上，此類試驗的建立和闡明應相對簡單。測定項目應包括目前采用的商業(yè)飼糧，以及設定的一系列低營養(yǎng)（如磷或能量）飼糧，以構建相關輸出變量的營養(yǎng)物質定標曲線。在最低營養(yǎng)濃度飼糧中添加一種或多種劑量的飼用酶制劑，并將所獲得的性能與定標曲線進行比較，從而確定估計的潛在營養(yǎng)價值。然而，此類試驗也有一些弊端，以下幾點需要在進行試驗時加以關注。

⑴使用的定標曲線不當，這主要與植酸酶的磷潛在營養(yǎng)價值有關。例如，將低磷負對照日糧（0.25%有效磷（AvP））與高磷正對照日糧（0.50%AvP）進行比較，動物生長性能差異假設是由日糧之間磷含量的差異所致，那么如果在負對照中添加500 FTU/kg的植酸酶，且保證其生長性能恢復到正對照水平，則植酸酶的磷潛在營養(yǎng)價值為0.25%，即這兩種日糧的磷差值。

這一結論顯然沒有數據支持，原因在于試驗中沒有跡象表明禽類對磷的實際需求與相關性能參數相對應。例如，0.40%AvP的日糧組可能與0.5%正對照組的性能相同，這就意味著植酸酶可能僅改善了0.15%的AvP。另外，0.5%對照日糧組也可能是有效磷的量仍不足，那么如果使用植酸酶組的生長性能超過正對照組，其潛在營養(yǎng)價值則可能大于0.25%。而植酸酶磷的潛在營養(yǎng)價值可能是0.25%，且僅需要250 FTU/kg的植酸酶就能恢復生長性能。因此，如果試驗中只有一個正對照和一個負對照，在負對照基礎上中僅添加一種劑量植酸酶，那么在這類試驗中，植酸酶的真實潛在營養(yǎng)價值范圍將從零到大于正負對照日糧間的有效磷差異值，致使我們無法估計其磷潛在營養(yǎng)價值的真實值。因此，來自此類試驗的數據實際上是毫無價值的。唯一有效的試驗方法是采用范圍較廣的定標曲線來準確測定磷的需求量，更重要的是，確保添加多種劑量植酸酶組的生長性能仍低于“P需求量”組，從而避免低估植酸酶的潛在價值。關于NSPase需要注意的是，我們通常很難建立能量的定標曲線來確定其潛在營養(yǎng)價值，這通常與如何降低正對照中能量以及之后的處理方式有關。

⑵同一時間測定多種營養(yǎng)素。鑒于上述因素，顯然需要重點考慮的試驗是：降低正對照中多種營養(yǎng)素（如磷、鈣、鈉、能量和氨基酸）的量來設計負對照，然后添加酶確定生長性能的恢復情況。由于每種營養(yǎng)素沒有多個校準日糧，我們很難了解到每種營養(yǎng)素真正的“缺乏”量，因此生長性能的恢復并不能證實對所有營養(yǎng)素或某些營養(yǎng)素潛在營養(yǎng)價值的有效性。因此，需要分析單一營養(yǎng)素的潛在營養(yǎng)價值來證明整體潛在營養(yǎng)價值的合理性。

⑶日齡。大量的生長性能試驗主要在肉雞出生后2～4周進行，原因在于成年雞對磷的需要量要低得多，因此很少應用植酸酶的潛在營養(yǎng)價值。如果在成年雞試驗中建立潛在營養(yǎng)價值，則很可能面臨第一節(jié)中涉及的問題，進而低估植酸酶的價值。對于NSPase來說，它可以使盲腸更有效地發(fā)酵纖維，而這種效應通?？赡茉?～4周后出現(xiàn)，因此，短期試驗可能低估酶的全部潛在營養(yǎng)價值。有研究表明，不同的生長階段需應用不同的潛在營養(yǎng)價值，但我們更傾向于應用不因動物的日齡而改變產品的潛在營養(yǎng)價值的簡單的解決方案。

1.3 緩解因素

影響飼用酶功效的因素有很多，如日糧粘度，鈣/磷含量等。與以玉米為主的日糧相比，以黑麥或小麥為主的高粘度日糧可提升NSPase表觀能值的改善水平，而高鈣日糧會使植酸酶的P潛在營養(yǎng)價值明顯降低。以下列舉了需要著重考慮的一些因素：日齡，品種，疾病，光照，飼料利用率，飼喂的日齡，飼料形態(tài)（粉狀或顆粒狀），溫度和濕度，原料選擇，營養(yǎng)濃度（鈣、維生素D和鈉）。值得注意的是，應用于商業(yè)飼料的潛在營養(yǎng)價值應從其試驗條件與實際條件相似的試驗中獲取。

2 飼用酶潛在營養(yǎng)價值在實際應用中需要考慮的因素

一旦建立了飼用酶的潛在營養(yǎng)價值（通常這是一個基于多重消化率和性能試驗的重復過程，如上所述），在使用者層面上成功地應用酶潛在營養(yǎng)價值并不是一個簡單直接的過程。首先，將酶及其潛在營養(yǎng)價值應用到配方軟件所得的最低成本配方，有時會對日糧產生不可預測的影響。例如，去除配方中添加的油脂受限制，或不含無機磷酸鹽（如含有肉骨粉的老齡動物日糧）。第二，假設酶衍生的營養(yǎng)素等同于配方中被酶取代的營養(yǎng)素。例如，從酶中得到的1 kcal能量相當于從被取代的能量源（通常為添加的植物性或動物性脂肪）得到的1 kcal能量。第三，提供的酶制劑具有一定的劑量靈活性，并假設劑量效應是線性的，而事實可能并非如此。最后，需要注意的是如果所提供的酶潛在營養(yǎng)價值與添加到日糧中其他相近的添加劑產品類似，那么在實際應用中也會受限。

2.1 配方限制

眾所周知，在飼糧配方中飼用酶的推薦及潛在營養(yǎng)價值的應用依賴于其替代的昂貴原料的使用，如豆粕、石粉、無機磷酸鹽的替代或添加的脂肪源。然而，如果對這些原料的替代有限制，如維持最低脂肪含量，或由于添加肉骨粉而缺乏無機磷酸鹽含量，則飼用酶的潛在營養(yǎng)價值只能部分應用以避免造成日糧配方中其他因素的變化。因此，營養(yǎng)配方師務必要考慮這些日糧因素，特別是當配方空間有限的日糧。根據筆者的經驗，通常會出現(xiàn)以下情況：

⑴在低脂肪的幼齡動物日糧中使用飼用酶的能量潛在營養(yǎng)價值；

⑵在低無機磷酸鹽（磷酸鹽需求量相對較低）的老齡動物日糧中使用飼用酶的磷潛在營養(yǎng)價值；

⑶在已添加幾種類似飼料添加劑（已替換了蛋白質、氨基酸、磷酸鹽或能量）的日糧中使用飼用酶的潛在營養(yǎng)價值。

因此，應用飼料酶的潛在營養(yǎng)價值時，應著重考慮幾個“實際”商業(yè)配方案例，在這些實例中，可以準確地確定投資回報率以評估和確認飼用酶供應商產品的應用效果。

2.2 營養(yǎng)素等效性

如上所述，飼用酶的潛在營養(yǎng)價值在某些程度上是間接的，因為它們并不直接提供營養(yǎng)素（如賴氨酸鹽酸鹽等），而是改變其他日糧成分的消化率動力學。因此，問題在于（從動物的角度來看）酶所提供的潛在營養(yǎng)價值與在配方中被酶取代的營養(yǎng)素是否等同？這一原則的核心在于提供能量的酶（通常是碳水化合物酶，也有植酸酶或蛋白酶），由于在日糧配方中這些酶通常被認為具有某種“能量”假設（這可能是對產生能量的各種營養(yǎng)素消化率的累積效應）以替代添加的脂肪。然而對動物來說，外源性碳水化合物酶釋放的100 kcal/kg代謝能可能并不等同于來自動物性或植物性脂肪的100 kcal/kg代謝能，主要原因在于添加的脂肪會產生一系列“額外”效應，如改善制粒質量和制粒機生產量，產生凈能/熱量、延長胃停留時間、提高碳水化合物和氨基酸代謝等。理想的情況是，日糧配方能提供特定濃度的可消化脂肪、碳水化合物和蛋白質，并且每種營養(yǎng)素的能量貢獻都能得到系統(tǒng)控制，基于此能量來源，我們能夠更精確地應用酶的“能量效應”。然而，并非所有與酶有關的能量提升都是由于日糧脂肪消化率的改善，尤其是在幼齡動物中。因此，在應用飼用酶替代日糧的脂肪時應著重考慮這類因素?？傊?，酶在配方中所取代的營養(yǎng)素應盡可能與酶的潛在營養(yǎng)價值所提供的營養(yǎng)素相似。

2.3 劑量效應

在大多數情況下，酶在動物營養(yǎng)中的作用具有劑量依賴性，通常遵循對數線性曲線。例如植酸酶，已有很多關于劑量效應的闡述，植酸酶供應商通常針對不同的植酸酶劑量推薦不同的潛在營養(yǎng)價值（并根據飼糧中的植酸濃度推薦潛在營養(yǎng)價值）。然而，對于碳水化合物酶和蛋白酶，其劑量效應的研究仍較少，根據底物濃度或數值計算來推薦最適劑量仍是一個新興的研究領域。很少有研究發(fā)現(xiàn)一種酶具有完全的線性反應（當劑量范圍足夠寬時），這就造成了一些與線性規(guī)劃飼料配方系統(tǒng)不兼容的問題。目前主要有3種方法用以解決這些問題。首先，利用已有的非線性配方系統(tǒng)，例如Adifo軟件（Bestmix）提供的系統(tǒng)。其次，飼料酶供應商可以直接向客戶推薦固定的劑量，以避免在飼料配方軟件添加濃度選項。最后，飼料酶供應商可以推薦營養(yǎng)配方師使用“雙劑量酶”方案，例如，植酸酶的第一劑量是固定的（適當的潛在營養(yǎng)價值），而第二劑量允許浮動（假設單位營養(yǎng)素釋放量較低，而其劑量效應曲線趨平）。目前，這些討論通常圍繞植酸酶展開，可能會擴展到碳水化合物酶和蛋白酶，如果在將來對這些酶類的劑量效應更加明確，則可以幫助營養(yǎng)學家尋求最大限度的投資回報和配方靈活性。

2.4 解決酶疊加效應

當涉及酶潛在營養(yǎng)價值的應用時，營養(yǎng)配方師所普遍關注的問題是，一種酶提供的營養(yǎng)素在多大程度上可以與第二種（或第三種）飼料添加劑提供的營養(yǎng)素疊加。這一問題非常合理，但也很難回答（事實上已經超出了酶的范疇，擴展到其他改善消化率或作為腸道健康調節(jié)劑的功能性添加劑，如益生菌、乳化劑等）。首先，當新的酶種正在開發(fā)和注冊使用時，通常不希望在含有相似產品（酶或其他）的日糧中檢測到這些酶，原因在于這樣會顯著增加解釋效應反應和添加其他必須添加原料的復雜性。其次，一種酶是否是另一種酶的“添加劑”（疊加效應）通常取決于它們添加到飼糧中的順序。例如，在美國、東南亞或拉丁美洲的許多地區(qū)，植酸酶是主要的產品，但在含有相當植酸酶劑量的日糧中，碳水化合物酶和蛋白酶也被要求顯示出足夠的疊加效應。然而，在加拿大、澳大利亞、新西蘭部分地區(qū)以及歐洲大部分地區(qū)，碳水化合物酶是主要的產品，因此在木聚糖酶或葡聚糖酶效應的基礎上，植酸酶效應被認為是疊加效應。在過去10年左右的時間，單一蛋白酶在全球市場日益興起，目前的合理預期是，這種酶的效果可以在含有木聚糖酶和植酸酶的日糧中得到證明。此外，任何一款酶的效果也取決于其底物在日糧中的濃度。例如，日糧中植酸的含量會影響植酸酶的磷釋放潛力，富含高蛋白質原料的使用可能會影響蛋白酶的氨基酸/肽釋放。因此，當評價應用酶搭配組合使用的總潛在營養(yǎng)價值時必須謹慎。任何進一步擴大飼料酶市場，例如替代碳水化合物酶、脂肪酶等，將有望在已含有兩、三種甚至四種現(xiàn)有酶的日糧持續(xù)創(chuàng)造價值。最后，“疊加性”問題并不局限于酶制劑。事實上，在標準氨基酸消化率系統(tǒng)開發(fā)和出版之前，人們并不清楚玉米和豆粕中的氨基酸消化率數值是否是疊加的。在將來，飼用酶潛在營養(yǎng)價值的標準化系統(tǒng)（考慮到改變日糧營養(yǎng)素消化率或更確切地通過內源性損失校正來確定影響程度）會得到發(fā)展。這類措施很可能會解決酶制劑疊加性的許多問題，同時也為使用者帶來更透明的價值計算。

3 結論與應用

在全球范圍內，碳水化合物酶、植酸酶和蛋白酶的使用每年為動物飼料行業(yè)營養(yǎng)投入成本節(jié)省逾80億美元，并對環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展做出了重大貢獻，例如減少土壤中氮磷排放。近年來，營養(yǎng)師對精準飼料配方系統(tǒng)的要求越來越高，因此酶制劑供應商必須針對產品的使用給出明確和透明的推薦以及清楚地闡釋潛在營養(yǎng)價值是如何建立和變化的，包括可能導致這種變化的因素等。這些因素可能針對每一類特定的酶，例如，如果酶的特定底物是有限的，那么該酶的潛在營養(yǎng)價值可能需要進行調整。

最后，應確保在配方中加入酶時，不會出現(xiàn)可能造成價值降低的因素或其他失誤。毋庸置疑，飼用酶在全球獲得了巨大成功，然而，隨著新技術的開發(fā)和現(xiàn)有技術更充分的利用，飼用酶市場也將繼續(xù)強勁增長。為保持這一趨勢，飼用酶供應商必須確保產品的推薦方案能滿足營養(yǎng)學家和畜牧生產專家對產品透明度和精確度日益增長的需求。

譯自：Bedford MR,Cowieson AJ.Matrix values for exogenous enzymes and their application in the real world[J].The Journal of Applied Poultry Research,2020,29:15-22.