第五节　生物技术将提高动物磷营养效率

养殖场的畜禽粪便，其中含有大量的磷元素，由养殖场排入环境中，污染环境；这是由于许多动物肠胃消化植物磷的能力较差所致。多数饲料粮食主要用于集约化的禽畜养殖场；而养殖场的禽畜实际上多数是些单胃动物，如鸡、猪等。它们不能有效的消化植物中的磷，即植酸磷。为了弥补动物对植物磷消化不足所带来的弱点，加入由磷酸生产的饲料磷酸盐到配合饲料中，以达到动物对磷所需的营养摄入量。

如果能找到一种方法，使饲料谷物、豆粕等植物中的磷较容易被动物消化吸收；那么，对于养殖户和饲料生产商来讲，可起到一箭双雕的作用。这样即可减少饲料磷酸盐如MCP、DCP、DFP、MAP等的用量，又可以减少排入环境中的磷，减缓环境污染的压力，起到节约养殖成本，保护环境的双重功效。

在饲养实践上已经确定，猪和家禽对饲料粮和豆粕中所含磷量的60%～80%仍然没有被消化。其原因为：大多数在谷物中的磷是以螯合形式的植酸被化学键束缚（如图1-11所示），在其被消化前必须将植酸进行水解以释放出无机磷。单胃动物在其消化系统内仅有很少量能水解植酸的酶——植酸酶。因此，在配合饲料的配方中配进其他无机磷源以满足动物日需要磷的平衡营养量。牛和其他反刍动物则与之不同，具有较复杂的消化系统，并在其内具有较多的植酸酶能有效的消化吸收植物中的磷。所以这些动物饲料中加入的磷量少。

除矿物质饲料磷酸盐添加剂以外，禽畜饲料的磷源还包括动物衍生蛋白产品，如鱼粉（fishmeal）、肉骨粉（meat-and-bone meal）和其他肉类加工工艺产生的蛋白粉。鱼粉含66%的蛋白，并含有磷2.9%（以P₂O₅计6.5%）。全球生产多数为工业用途加工的海洋鱼鱼粉。肉骨粉（MBM）是肉制品加工厂的副产品，含有50%的蛋白质和4.8%的磷（以P₂O₅计11%）。现在，采用先进的食品加工工艺技术的副产肉骨粉的生产装置在世界以下地区较为普及：北美、欧洲、澳大利亚和新西兰。所以，未来肉骨粉的生产具有相当大的潜力。在全球其他地区，肉制品的消耗量正在增加；新兴工业化国家与发达地区的肉制品加工业才刚刚起步。不过，在20世纪90年代作为动物饲料配方的肉骨粉在世界上曾引起了轩然大波。由于英国疯牛病（mad-cow disease）的出现，为控制其蔓延，欧洲的成员国对肉骨粉作出限令；要求在英国的动物饲料中禁止使用肉骨粉，而欧洲的其他成员国对肉骨粉的使用加以限制，仅能用于非反刍动物饲料中。所以，反刍动物的肉骨粉不能作为反刍动物的蛋白饲料源使用。

由此带来了饲料磷酸盐生产急速发展，尤其是中美两国饲料磷酸盐增量迅速。然而生物技术对植酸磷的开发突破，提高了动物对日粮中的磷利用率，使其饲料磷酸盐用量比例降低。两种生物技术取得了较快的发展，引入活性植酸酶到饲料中，其结果是显著的改变动物对植物磷的消化吸收。第一种技术是配入活性植酸酶到常规的饲料配方中；而第二种技术是使用遗传工程技术将植酸酶基因转入到饲料粮食如大豆中，因为大豆主要用于生产动物饲料蛋白源的豆粕。

一、在饲料配方中加入植酸酶

现在已普遍认为在饲料配方中加入植酸酶，作为一个方法能更好地使饲料中的天然植物磷得到吸收。该技术已在荷兰、德国、丹麦作为猪饲料配方的基本方法。在肉鸡和蛋鸡上做的试验已经证实，在饲料中配入植酸酶，除有利于动物消化吸收和节约成本外，对限制由养殖场的禽畜粪便排放磷，将是一个重大而深远意义的举措。

丹麦巴斯佛的诺瓦挪德士克（Novo Nordisk）是一个饲料配方研究发展酶制品领域的先驱。它生产植酸酶和木聚糖酶，前者帮助动物消化吸收植物中的磷，后者帮助动物消化吸收植物中的非淀粉多糖（植物纤维）。这些产品是以液体形式或包裹胶囊形式被使用。包裹胶囊是为了防止产品遇热、遇湿分解。

该公司于1995年首先公布植酸酶产品在饲料中的使用性能，并在1996年8月，在丹麦最著名的饲料及颗粒饲料公司托弗雷特KFK（Korm og Foderstof Kompagnite），以自身常用猪饲料配方品牌Bacona Korn加入Novo牌植酸酶，并改名为Bacona Korn L品牌开始生产和销售。该改型配方产品比该公司传统的猪饲料配方少加30%的磷酸钙，却在猪粪便中减少了30%的磷含量而没有影响和减少饲料的性能及效果。

KFK占有丹麦约25%的动物饲料市场份额。据称在引进的猪饲料改进配方Bacona Korn L之后三个月，该公司在Jutland南部的大多数用户（占丹麦2000万头饲养猪的10%），决定换成使用含植酸酶改性配方的饲料。这一点不奇怪，使用含植酸酶的新配方将节约成本。

尽管在荷兰和德国已经规定用于猪饲料中的酶仅能用在早期断奶仔猪饲料中。而在丹麦，植酸酶不仅首先大规模使用在猪饲料中，而且也大量使用在育肥猪饲料中。

KFK选择一个液体配剂方法将植酸酶加入饲料配方中，主要是由于丹麦法规规定的饲料造粒温度。要求造粒温度不低于81℃，以消除沙门菌的危害；而KFK造粒操作温度更高，在95～100℃。假如植酸酶以固体胶囊的形式配入饲料中直接进入造粒机进行造粒，在此温度条件下，其活性将被破坏。取而代之，在造粒之后植酸酶以液体的形式喷在饲料颗粒上。使用液体配剂系统的方式，也可以加入维生素、氨基酸和其他液体形式的饲料添加剂组分。KFK在Abenra的饲料工厂已经安装世界最大的液体配剂系统。该工厂具有每小时喷120吨饲料的高精密计量的配剂设备。此设备是由德国的Amandus Kahl公司提供。

在1997年，Novo Nordisky公司在报道了植酸酶用于蛋鸡饲料大有前途的试验结果之后，又报道了含植酸酶的饲料在意大利肉鸡上进行的大规模饲料和养殖试验。1997年10月在意大利北部维琴察（Vicenza）的Fancon公司将饲料造粒生产厂和养殖场结合起来进行试验。在此试验条件下，Novo CT植酸酶（固体胶囊）每吨饲料使用0.12kg，取代5kg饲料磷酸盐（DCP或MCP）。每吨饲料按常用的配方配进玉米/大豆，而其他饲料配入量同等；饲料在75℃条件下进行造粒。饲养试验表明，鸡对磷与钙的消化吸收得到改善，而其排出的鸡粪中的磷含量减少。不仅如此，而且获得了更好的结果，肉鸡饲养证明，获得了较健康的骨骼发育，并获得额外的增重。用19.6kg重量组比较，平均增重600g（见表1-18）。试验也证示，在试验中喂饲植酸酶的鸡中，腿肉和胸肉都有增加，而翼肉却减少。这也显示使用植酸酶的另一优点。

植酸酶除改进动物磷的消化吸收外，也增加饲料中氮营养组分的吸收。Fancon公司讲，在肉鸡中使用植酸酶增加生长速率及产肉量这足以说明这一点。

使用植酸酶的经济成本，在欧洲和北美，1t饲料磷酸氢钙260美元，折合人民币约2000元；而1t植酸酶折合人民币约4万元。其价差为：5×2-0.12×40=5.2（元）。在国内，1t饲料磷酸氢钙1300元；其价差为：5×1.3-0.12×40=1.7（元）。由此可见，植酸酶在发达国家和饲料磷酸盐价高的地区更具有市场和经济诱惑力。

二、将植酸酶的基因转移到饲料谷物中

为什么当植酸酶作为天然饲料组分加入饲料中使用时要全部将其引入饲料加工生产中而不是将其直接通过转基因工程（遗传改变）引入饲料谷物本身呢？答案是肯定的。

大豆作为主要食品，已首先进行转基因工程的研究工作；并在美国和欧洲商业使用了近两年。最早的转基因工程，主要研究重点在农业效益上（如抗除草剂转基因工程，见本章第三节有机磷农药草甘膦内容）。但在未来，转基因的研究将集中在专门的遗传特性上。而工作的成败是能否赢得大众的心理接受和能否在人们头脑里树立使用转基因饲料之后确实能获得更多更大的利益。在转基因研究工作中，最吸引人的，也是最具疯狂的是转基因谷物。该项目的若干研究前沿包括转基因大豆的工作正在连续、稳定的进行。它可改进使用饲料的成分，控制碳水化合物的平衡，利于动物更好的消化吸收；提高氨基酸水平以减少合成赖氨酸、蛋氨酸的需求；转基因植酸酶的引入可减少合成饲料磷酸盐的生产及供应，所有这些研究工作正在紧锣密鼓地进行。

在禽畜饲料中使用高含量植酸酶的大豆，能减少上百万吨的磷排入水体之中，减少环境污染。采取这种转基因的方法加植酸酶于饲料中，其动物粪便中的磷含量可减少一半还要多；这将有助于降低配合饲料的成本，增加蛋白质的消化吸收。如用在猪饲料中也会减少氮从其粪便中向环境的排放量。

三、现有饲养中植酸酶的用法及用量

至2014年，植酸酶的使用折合成动物磷源，相当于饲料磷酸盐总用量的近10%，采用拌料或饮水添加的方式使用；其用于饲料的添加量见表1-19。

总之，人们已经将生物技术和信息技术作为21世纪的两大支柱产业。尽管转基因技术面临许许多多的挑战，甚至需要人们心里的接受程度以及更多的试验结果的应用支撑；但面对21世纪中叶全球人口增长超过90亿的严峻挑战，没有更好的农业科学技术创新，人类要吃饱、吃好的生存需求将束之高阁，成为奢望！正如绿色革命之父、诺贝尔和平奖得主Norman Borlaug所说，喂饱这个世界，没有好的种子与化学肥料，游戏就结束了。