鈣——滿足動物營養需求的雙刃劍

潘淑勤譯 潘雪男校

摘 ?要：鈣是動物生長發育所必需的營養物質，供應不足或過多均會影響動物的生產性能。日糧中含過高濃度的鈣或高度可溶性鈣會對其他營養物質產生抗營養作用，然而添加植酸酶尤其是有效pH范圍大的植酸酶能夠消除這些不良作用。

關鍵詞：鈣;植酸酶;營養

中圖分類號：S816 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2020）10-0018-04

要確保飼料配方滿足動物對各種營養物質的需要極具挑戰性，尤其是在滿足動物對重要的礦物元素如鈣的營養需要方面。鈣是動物骨骼發育所必需的營養物質，并且在許多代謝途徑中發揮著關鍵作用。在動物生產中，鈣通常可以以較大的安全范圍加入日糧中以避免動物缺鈣。日糧的鈣含量會影響動物的生長發育，然而含有高濃度的可溶解的鈣也會嚴重損害動物的生產力。

動物的生產強烈地依賴于自身的健康狀況。反過來，動物的生長發育和成熟依賴于其骨架的正常發育。

骨的礦化依賴于許多元素，其中磷和鈣是最重要的兩個元素。如，鈣是家禽體內含量最多的礦物質，占成年家禽體內礦物質總含量的三分之一以上，占蛋殼組成的三分之一。

雖然動物體內的鈣大部分（幾乎占99%）存在于骨骼中，但是鈣也能夠催化一些代謝過程和生理過程，包括心臟和肌纖維的收縮，神經沖動的傳遞。

1 ?添加鈣：一種微妙的平衡

為了滿足不斷擴大的畜牧生產領域所要求的動物營養需求，動物營養師在設計飼料配方時會選用不同類型的谷物類飼料原料。雖然谷物可以向動物提供大量的能量，但其無法充分提供多種營養物質，如鈣，大多數谷物的鈣含量只有0.02%～0.06%。

為了滿足動物對鈣的營養需求，動物營養師通常會在飼料配方中加入一些無機源的鈣，如石灰石和磷酸氫鈣。例如，在肉雞的傳統玉米-豆粕型開口料中，超過80%的鈣來自于無機物。

與添加磷所產生的情況不同，添加鈣所產生的成本較低，并且石灰石比較容易獲得。另外，動物體內過量的鈣排泄到環境后并不會直接引發環境問題。這些情況綜合在一起通常會導致飼料中的鈣添加量過大。

2 ?一種意想不到的抗營養作用

日糧含有高水平的鈣與含有低水平的鈣同樣不利于動物的生長發育和生產性能：缺乏鈣會導致動物生長發育遲緩，而高水平的鈣會對其他重要的營養物質產生抗營養作用。重要的是，日糧含過量的鈣會對磷的可利用率和消化率產生不利影響。

在動物的腸道中，鈣還能與磷酸基團形成絡合物，這會干擾磷的利用率。

磷在動物的能量代謝、蛋白質合成、骨骼發育和機體生理功能的全面維護上發揮著至關重要的作用。磷在植物組織中主要以植酸的形態儲存，植酸酶可以將后者分解并釋放出其所含的磷。

家禽和豬等動物自身產生的植酸酶不足，因此動物營養師通常會在日糧中添加植酸酶。日糧中高水平的鈣會影響植酸酶在動物體內的生物學作用，因為鈣會與植酸形成鈣-植酸復合物。

日糧含有高濃度的鈣也會加快植酸與蛋白質的結合，從而進一步降低被植酸酶水解的植酸的可利用率。

通常，蛋白質會在動物腸道前端的低pH（不足4）區段而不是在pH較高的區段與植酸結合形成復合物。在存在鈣的情況下，這一過程會受到極大的沖擊，pH大于4仍可促進蛋白質與植酸的結合從而形成螯合物，因此鈣可以發揮陽離子橋的作用，促進蛋白質與植酸分子的間接結合（圖1）。

鈣的這種抗營養作用主要取決于它的溶解性，然而鈣的溶解性很大程度上又受鈣的來源和顆粒大小的影響。石灰石是家禽日糧中主要的無機鈣源，市場上出售的石灰石在顆粒大小上各不相同，因此鈣的溶解性也不盡相同。

鈣源的顆粒大小會影響鈣與植酸的結合狀況及其最終的結果。研究已證實，石灰石的顆粒越小，其在動物腸道前端的溶解速度越快，動物對鈣的吸收越好。

石灰石溶解性的提高會通過增加鈣與植酸的結合來影響磷的消化率，降低植酸酶對植酸的降解能力。磷供應量的這種減少會損害動物的生產性能。最終，這迫使動物營養師在飼料中添加磷，從而導致飼料成本上升。

鈣與植酸結合形成復合物后，其溶解性取決于所處環境的pH——pH大于5，鈣-植酸復合物會沉淀析出，從而徹底斷絕植酸酶與植酸的接觸。

3 ?用植酸酶解決鈣的抗營養作用

雖然市場上銷售的所有植酸酶都能夠分解植酸，但并不是所有植酸酶都是相同的。具有出色的有效pH范圍的植酸酶在動物消化道前端能夠快速地分解植酸，使植酸無法形成具有抗營養作用的鈣-植酸復合物。

Axtra PHY植酸酶是一種由布丘菌屬細菌分泌的植酸酶，在低pH的環境中具有較高的生物功效和活性。這種植酸酶在動物腸道中能快速地發揮作用，在日糧消化的早期即可水解所含的植酸分子。如圖2所示，相比其他來源的植酸酶，這種植酸酶能夠在較大pH范圍內表現出生物活性，甚至在pH小于2.5的情況下。

植酸酶可通過快速裂解磷酸基團減少鈣與植酸的結合，從而緩解其對蛋白質和礦物質的抗營養作用。但是，植酸酶的功效很大程度上取決于不同鈣添加劑的顆粒大小。例如，為克服高可溶性鈣（Highly Soluble Calcium，HSC）或石灰石對營養物質消化率的不良影響，動物營養師可能需要在飼料中添加不同劑量的植酸酶。

在不添加植酸酶的情況下，提高日糧中HSC的含量會降低磷的消化率，因為鈣-植酸復合物的沉淀更多了。因此，為了設法解決日糧添加石灰石后——HSC日糧——對磷消化率的影響，動物營養師會在日糧中添加高水平的植酸酶（圖3）。

日糧含有高濃度的鈣會影響磷的代謝，進而會影響動物的生長發育和平均增重。為檢測植酸酶在緩解日糧中高水平鈣所產生負面影響上的功效，相關研究人員利用幼齡肉雞進行了一項體內試驗。

該試驗的結果表明，與對照組肉雞相比，在高鈣型日糧中添加1 000 FTU/kg植酸酶后，實驗組肉雞的生產性能下降程度明顯減少。該試驗結果還證明，肉雞喂給添加顆粒細小或顆粒粗糙的石灰石的日糧后，如要恢復它們的生產性能，前一種日糧的植酸酶添加量要遠大于后一種日糧的。

添加500 FTU/kg的植酸酶可以將肉雞的增重恢復至接近陽性對照組肉雞的。然而，如果日糧添加了顆粒細小的石灰石，需要添加1 000 FTU/kg的植酸酶方能恢復肉雞的生產性能（圖4）。

這一情況與前面提到的研究結果一致，表明鈣源的顆粒大小確實會影響消除鈣負面作用所需植酸酶的添加量。

3 ?速效植酸酶的優勢和正確的鈣源

為減輕日糧中過量添加鈣后對其他營養物質的消化率和動物生長性能產生的不利影響，動物營養師可以采取雙重措施。第一，在日糧中添加速效植酸酶，促使植酸能夠及時且有效地水解，以避免其與鈣發生反應。需要注意的是，具有較大有效pH范圍的植酸酶能夠確保植酸在動物消化道前段的酸性區段被迅速水解。第二，調整日糧的鈣含量——具有更合理的鈣磷比例——同時觀察所選鈣源的可溶性將有助于提高飼料的質量和動物的健康水平。

需要考慮的是鈣添加劑的顆粒大小。含高水平鈣和/或高可溶性的鈣源的日糧能夠從使用可完全消除植酸同時避免鈣-植酸復合物的抗營養作用的定制的植酸酶添加量上受益。

原題名：Calcium：the double-edged ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?sword in meeting nutritional requirements （英文）

原作者：Ceinwen Evans博士（杜邦公司動物營養研究所）