柠檬酸在改善日粮磷利用率中的应用

猪、禽对日粮中以植酸磷形式存在的磷利用率很低，但为了满足动物生长和生产对磷的需要，必须在饲料中添加昂贵的无机磷，而粪便中排出的大量有机磷对土壤和水源又造成了严重污染。因此，如何提高植酸磷的利用率、减少无机磷的添加、降低饲料成本、减少环境污染已成为世界各国研究的热点。添加植酸酶是目前提高单胃动物日粮磷利用率的有效措施，而柠檬酸作为一种有机酸化剂在动物生产中有着广范的应用，近年来的一些研究表明柠檬酸也可以改善猪、禽日粮植酸磷的利用率。本文就此方面的研究作一简要综述。1植酸及其抗营养作用简述植酸磷是谷物、豆类和油料作物籽实中磷的主要存在形式，占植物性饲料中总磷的60％～80％，含量达1％～5％。植酸是一种抗营养因子，可降低饲料矿物元素、蛋白质、氨基酸、淀粉和脂肪的生物学利用率。在pH3～10（畜禽胃肠道pH条件下）植酸对Zn2+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等具有很强的络合能力，易形成稳定难溶化合物，从而降低了这些元素的利用率；酸性条件下，带负电荷的植酸盐可同带正电荷的蛋白质、氨基酸残基结合成植酸-蛋白质二元复合物，在中性条件下则形成植酸-金属离子-蛋白质三元复合物，植酸还能与蛋白质降解的中间产物多肽和氨基酸形成复合物，降低这些物质的消化率；此外，植酸还可以结合淀粉酶和脂肪酶，从而降低淀粉和脂肪的消化率。2柠檬酸改善日粮磷利用率的研究　2．1大鼠1937年，哈佛大学的一项临床研究表明：在低磷低钙的致佝偻病日粮中添加柠檬酸和柠檬酸钠可以预防大鼠佝偻病的发生。但这一研究结果并未受到重视，直到1956年Pileggi等深入验证了柠檬酸对大鼠日粮磷利用率的影响。Pileggi的研究将1：1混合的柠檬酸和柠檬酸钠添加到含植酸磷的日粮中，结果大鼠股骨灰分含量提高61％，并使粪磷（占食人磷的百分率）由94％降低到48％；Pileggi等的一项重要发现是：添加柠檬酸仅对含植酸磷的日粮起作用，而对不含植酸磷的日粮则无效，这表明柠檬酸主要作用于植酸磷。2．2猪Pallauf等（1993）在生长猪日粮添加l．5％柠檬酸，结果提高了磷和其它矿物质的有效性；Han等（1998）的研究表明：在含10％／15％小麦次粉+300U／kg微生物植酸酶的基础日粮添加1．5％柠檬酸，对增重和血浆无机磷的影响完全可以达到或超过0.2％无机磷的添加，因此他们认为，此时柠檬酸完全可以代替无机磷的添加；Radcliffe等（1998）在7.4kg仔猪日粮添加1．5％和3．0％柠檬酸，结果显著提高了日增重、饲料效率和钙的消化率，但对日粮于物质、磷的消化率和骨骼切力、骨灰分、骨丁重没有影响；另一项试验发现，2．0％的柠檬酸对0．6kg仔猪上述指标没有影响，而且在不含或含250U／kg植酸酶日粮添加柠檬酸对胃中植酸酶活性无不良影响，但却降低了含500U／kg植酸酶日粮胃中植酸酶活性的恢复，而柠檬酸在提高肋骨切力上同植酸酶存在协同效应。Boling等（2000）发现，在10～11kg仔猪日粮中添加1％、2％。3％、6％柠檬酸提高了饲料效率，2％添加量提高了增重，但所有添加量都没有提高趾骨灰分含量。2．3家禽Boling等（2000）研究了添加柠檬酸对雏鸡日粮植酸磷利用率的影响。结果表明，在Ca、P含量分别为0．60％、0．1％（有效磷）的基础日粮中添加0、1%、2％、4％、6％的柠檬酸／柠檬酸钠（1:1）混合物，线性提高了雏鸡增重和胜骨灰分含量，6％的添加量可使增重提高22％，胫骨灰分提高43%，且胫骨锌含量也显著提高；日粮不同的Ca:P对柠檬酸／柠檬酸钠的添加效果有影响，研究发现，柠檬酸对雏鸡胫骨灰分的提高作用表现在日粮Ca:P=4:1－6:1，而在Ca:P＝6:1的日粮中添加6%柠檬酸和6％柠檬酸／柠檬酸钠（1:1）同样有效，而且在上述日粮中再添加1450U／kg植酸酶可进一步提高增重和胫骨灰分含量。Boling等的试验还表明：在不含植酸磷的日粮中添加柠檬酸对生产性能和胫骨灰分含量没有影响，且6％添加量表现负面效应。尽管Boling等在雏鸡日粮中的试验效果非常显著，但其在蛋鸡的试验中添加柠檬酸没有提高蛋鸡玉米-豆粕型日粮中植酸磷的利用率。3柠檬酸改善日粮磷利用率的机理3．1降低pHHan等（1998）认为，柠檬酸改善日粮磷利用率的机理与柠檬酸降低日粮和消化道pH值有关，因为较低的pH值一方面提高了磷的溶解性，另一方面降低了胃的排空速度，延长了消化道内容物通过小肠的时间，从而增加总磷的消化和吸收，其试验日粮的pH值分别为5．9（无机磷组）、6.2（植酸酶+10％次粉组）、4.5（15%次粉+植酸酶+1．5％柠檬酸组）、4.3（10％次粉+植酸酶+1．5％柠檬酸），结果表明，含柠檬酸日粮完全可以代替无机磷的添加；Radcliffe等（1998）发现，添加1．5％和3．0％的柠檬酸可使日粮pH值降低1．51和2.16个单位，并显著降低了胃中pH值。此外，认为较低的pH值可以为植酸酶发挥作用提供适宜的环境，研究发现植酸酶有两个活性高峰，即PH5．0～5．5和pH2．5，而典型的以磷酸氢钙为无机磷来源的玉米-豆粕型日粮的pH值在6．0左右，添加柠檬酸可以降低胃中pH值，从而可以提高植酸酶活性。3．2螯合作用尽管柠檬酸提高日粮磷利用率的机制目前尚不清楚，但柠檬酸的作用模式可能与其较强的Ca结合能力有关（Hamilton＆Dewar，1937；Day，1940；Pileggi等，1956）；Pileggi等（1956）研究认为，柠檬酸的抗佝偻病效应可能与其降低Ca抑制植酸水解作用有关；植酸分子可以与Ca等矿物元素结合（Erdam，1979），所以，柠檬酸可能是一种强的Ca螯合剂，可将Ca移走或降低植酸分子与Ca的结合，从而降低植酸的稳定性或使其易被体内的植酸酶分解（Boling等，2000）。4影响柠檬酸作用的因素4．1动物种类和日粮的不同Boling等（2000）发现柠檬酸显著提高了雏鸡日粮磷的利用率，但对仔猪的效果却不如雏鸡明显，认为其原因可能与试验动物种属不同有关，Biehl＆Baker（1996，1997a，b）研究发现，在含较高水平VD3的低磷玉米-豆粕型日粮中添加lα－OHD3有效提高了家禽植酸磷的利用率，而对猪则无效，但猪、禽对添加植酸酶却都有积极反应，因此Boling等认为，猪和家禽对提高植酸磷利用率的添加剂可能存在未知的不同反应。但Paullauf等（1993）、Radicliffe（1998）、Han等（1998）研究都发现，添加柠檬酸提高猪日粮植酸磷的利用率。4．2日粮钙磷比例BOling等（2000）在雏鸡中的研究发现，当日粮Ca:P＝2:1（即限制Ca）时，添加柠檬酸不能提高胫骨灰分含量，而当Ca:P＝4～6:1（即限制P）时，6％柠檬酸显著提高了胫骨灰分含量，且胜骨灰分对柠檬酸的反应比Ca:P由6:1降至小1的反应更大，表明此时柠檬酸主要作用于植酸磷而不是Ca，在限制Ca的日粮中，柠檬酸使P的释放可能进一步加重了Ca不足的不良影响；Boling认为，这可能与蛋鸡日粮较高的Ca水平（3．8％）有关，当Ca含量较高时，添加的柠檬酸首先与非植酸钙鳌合，而日粮中依然有大量的钙可以与植酸结合，使柠檬酸则无法与植酸钙中的钙结合。4．3日粮磷存在形式Pileggi等（1956）在大鼠中。Boling等（2000）在雏鸡中的研究都表明柠檬酸只作用于含植酸磷的日粮，而对非植酸磷和有效磷则无效。4.4植酸酶Han等（1998）发现10％／15%的小麦次粉+300U／kg植酸酶+1．5％柠檬酸完全可以取代生长猪日粮无机磷的添加；Boling等（2000）发现6％柠檬酸与1450U／kg植酸酶结合使用对雏鸡增重和胫骨灰分的效果优于单独使用6％柠檬酸；但Rad－cliffe等（1998）发现．植酸酶（25／500U／kg）和柠檬酸(2.0％）对提高断奶仔猪日粮磷利用率都有效，未发现二者有任何互作效应，且柠檬酸似乎降低了植酸酶活性的恢复。因此，柠檬酸与植酸酶的相互作用还有待深入研究。5结束语柠檬酸提高动物日粮植酸磷利用率，国内研究报道很少，而国外的报道也较有限，有人认为柠檬酸与植酸酶的有效结合在实践中可能是提高植酸磷利用率、降低动物粪便中磷水平的有效措施（Boling等，2000）；但柠檬酸是否与植酸酶存在协同效应、二者同时添加时的最佳添加量及其作用机制和诸多的影响因素等方面的数据和资料还有待进一步研究、验证和补充。而此方面的研究对于酸化剂产品的深层开发、植酸磷利用率的提高和环境保护都具有重要意义。