■周 梁 王 晶 張海軍 武書庚

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點開放實驗室，北京 100081)

酶廣泛存在于自然界中，微生物、植物、動物、人，凡是有生命的地方就有酶的存在，其在維持生命體的各項活動中起著至關(guān)重要的作用。隨著時間的推移，人們對酶的認識逐漸加深，酶的巨大作用也開始為人們所利用。近些年來，分子生物學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，工業(yè)酶制劑的應(yīng)用已經(jīng)滲入到人們生活的各個角落，工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域都能看到它的應(yīng)用。

如今的飼料行業(yè)中，酶的研究與應(yīng)用取得了長足發(fā)展。如植酸酶，因其能提高動物對飼料中植酸結(jié)合態(tài)磷的吸收而在飼料生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。另外，其他一些酶也因能顯著提高飼料利用效率而備受青睞，如木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶、淀粉酶，以及蛋白酶。

日常的畜禽生產(chǎn)中，雞、豬等單胃動物其本身可分泌一定量的蛋白酶類，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶等，而使飼料中的蛋白消化達到很高的水平。但是在其攝入的飼料中，仍會有少部分蛋白未被消化吸收，而直接隨糞便排出體外。因此，通過添加外源的蛋白酶類來提高蛋白質(zhì)的消化率，提高飼料利用率，從而降低生產(chǎn)成本就成為可能。

如今對于飼用蛋白酶的研究還不像其他酶類那樣廣泛而深入，更多的只是把蛋白酶作為復(fù)合酶制劑的一部分來研究。這就很難有針對性地評價蛋白酶的作用和效果。所以，當(dāng)務(wù)之急便是就蛋白酶產(chǎn)品對相應(yīng)飼料及靶動物的作用進行專門研究，使其對飼料行業(yè)及環(huán)境的貢獻最大化。本文將就近些年來蛋白酶制劑及其在肉雞生產(chǎn)中的研究作如下綜述。

1 飼用蛋白酶的分類、來源及功能

1.1 根據(jù)來源，蛋白酶可分為動物源性蛋白酶、植物源性蛋白酶、微生物源性蛋白酶

動物源性蛋白酶多從牛、羊、豬等動物的胰臟中提取而得，生產(chǎn)成本較高，飼料生產(chǎn)中很少應(yīng)用。

飼料工業(yè)中常用的植物源性蛋白酶有木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶，它們分別從未成熟的番木瓜和菠蘿中提取而得。木瓜蛋白酶具有很強的分解蛋白質(zhì)能力，并且有水解酰胺鍵和酯鍵的特性，可幫助飼料消化，提高飼料效價（馮定遠，2011）。何霆等（1992）研究表明，日糧中添加木瓜蛋白酶可提高飼料利用效率。菠蘿蛋白酶能分解蛋白質(zhì)、肽、酯和酰胺，水解蛋白的活性比木瓜蛋白酶還要高10倍以上，最適反應(yīng)溫度在55～65℃之間（趙武玲等，1999)。菠蘿蛋白酶除具有助消化功能外（Gibbons等，1977；Chandler等，1998)，還具有藥用功效(Engwerda等，2001；Mynott等，1996)。

微生物蛋白酶既有通過細菌（如枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌)培養(yǎng)提取的，也有通過真菌（如黑曲霉、米曲霉、酵母)發(fā)酵提取的。微生物蛋白酶與植物蛋白酶相比除具有一般蛋白酶的性質(zhì)外，還具有專一性強、性質(zhì)穩(wěn)定、安全高效的優(yōu)點。

微生物蛋白酶和植物蛋白酶由于生產(chǎn)成本相對低廉，故在多種工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著生物技術(shù)和基因工程的飛速發(fā)展，微生物蛋白酶在性質(zhì)得到改進的同時，生產(chǎn)成本進一步降低。故如今的飼料行業(yè)中，對于微生物蛋白酶應(yīng)用的研究正在興起，大有取代植物蛋白酶的趨勢。

1.2 根據(jù)作用的最適pH值，蛋白酶可分為酸性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶

目前飼料工業(yè)中應(yīng)用的蛋白酶多為酸性蛋白酶。酸性蛋白酶包括胃蛋白酶、凝乳酶和一些微生物蛋白酶，適宜在酸性條件下水解蛋白質(zhì)。酸性蛋白酶用作動物飼料添加劑，可提高動物（特別是幼齡動物)對飼料中蛋白成分的消化吸收率，促進其生長（肖競，2003）。

中性蛋白酶屬于蛋白質(zhì)內(nèi)切酶，作用于肽鍵，產(chǎn)物為肽類及少量氨基酸，最適pH值7.0～8.0，37℃下較穩(wěn)定，超過45℃酶活不穩(wěn)定，60℃以上失活較快（Cromwell，1992；Bedford，2006）。因其不耐高溫，在飼料的加工過程中容易失活，故限制了其在飼料行業(yè)中的應(yīng)用。但仍有試驗表明，飼糧中添加中性蛋白酶能提高絲羽烏骨雞蛋白和氨基酸的消化率（奚剛，1998）。

堿性蛋白酶是在pH值偏堿性范圍內(nèi)水解蛋白質(zhì)肽鍵的酶類。因其最適pH值與動物消化道內(nèi)環(huán)境不符，故在飼料行業(yè)中使用較少，主要應(yīng)用于洗滌、制革、食品等行業(yè)中。

2 飼用蛋白酶在肉雞生產(chǎn)中的研究進展

2.1 飼用蛋白酶對肉雞生產(chǎn)性能的影響

很多研究已表明，蛋白酶制劑對肉雞生產(chǎn)性能及飼料利用效率的提高具有顯著作用，早期研究多把蛋白酶作為復(fù)合酶制劑的一部分進行探討。如Marsman等(1997)在膨化豆粕中添加蛋白酶和半纖維素酶，發(fā)現(xiàn)其可以提高肉雞的生長性能。Simbava等(1996)報道，在使用雙低菜粕的肉仔雞日糧中添加蛋白酶，無論是高蛋白配方(22%)還是低蛋白配方(17%)，肉雞的生長性能均得到改善。

近年來，單組分蛋白酶應(yīng)用于肉雞生產(chǎn)的研究逐漸深入。研究結(jié)果顯示，飼糧中單獨添加蛋白酶也能促進肉雞生產(chǎn)性能的提高。Yu等(2007)發(fā)現(xiàn)，在玉米-豆粕型日糧中添加蛋白酶，具有提高飼料轉(zhuǎn)化率，改善肉雞生長性能的功能。Angle等（2011）用添加了不同梯度外源蛋白酶（RONO?ZYMERProAct）并降低了蛋白含量的玉米-豆粕型日糧飼喂肉雞，并與飼喂正常日糧（不添加蛋白酶，不降低蛋白含量）的肉雞作比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：22日齡時，飼喂低蛋白日糧的肉雞體增重要比飼喂正常日糧肉雞低7.5%。而在低蛋白日糧中補充外源蛋白酶（200 mg/kg及以上劑量）后，低蛋白日糧組與正常蛋白日糧組的肉雞生產(chǎn)性能則無顯著差異，并且飼料轉(zhuǎn)化效率得到改善。

2.2 飼用蛋白酶對肉雞營養(yǎng)物質(zhì)利用的影響

肉雞生產(chǎn)中，提高肉雞對營養(yǎng)物質(zhì)利用效率是改善肉雞生產(chǎn)性能、節(jié)省成本的重要途徑。Ghazi等(2003)在肉雞上的研究表明，在豆粕中添加不同來源的蛋白酶可以提高日糧真代謝能(TME)和真氮(N)的消化率，但不同來源的蛋白酶差異較大。易中華等（2005）報道，肉雞日糧中添加復(fù)合酶制劑（纖維素酶、木聚糖酶、半乳糖苷酶、酸性蛋白酶）可顯著提高了肉雞氮、磷利用率，進而大幅度降低氮、磷排放量。張青青等（2010）在玉米-豆粕型日糧中添加耐高溫復(fù)合酶制劑（主要成分為蛋白酶）的研究發(fā)現(xiàn)，隨著日糧中復(fù)合酶制劑添加水平的增加，肉雞對干物質(zhì)（DM）、粗蛋白(CP)和總能(GE)的代謝率都逐漸增加。Fidelis Fru-Nji等（2011）研究表明，蛋白酶（RONOZYMERProAct）能體外水解蛋白質(zhì)，在肉雞飼糧中添加后能有效提高肉雞對蛋白和能量的利用率，提高肉雞生產(chǎn)性能。

飼用蛋白酶的應(yīng)用還能提高肉雞飼糧中非常規(guī)飼料的利用效率。羽毛粉蛋白含量高，是一種理想的飼料原料，但其主要成分β-角蛋白不能被常規(guī)蛋白酶所降解，而能被角蛋白酶降解。Ode?tallah等(2003、2005)在肉仔雞上的試驗證實，在飼料生產(chǎn)中，添加合適劑量的角蛋白酶可以有效促進羽毛粉中的角蛋白水解，大幅度提高肉雞對羽毛粉的消化率。

2.3 飼用蛋白酶對肉雞消化酶及消化系統(tǒng)的影響

目前，關(guān)于外源添加酶制劑能否影響動物體內(nèi)源酶活力的說法不一。主要有兩種觀點，一種觀點認為，外源酶的添加會干擾動物本身內(nèi)源性消化酶的分泌，可能會出現(xiàn)“反饋性的抑制”。另一種觀點則認為，外源酶的添加，會促進動物內(nèi)源性消化酶的分泌。Inborr(1993)認為，大多由細菌和真菌發(fā)酵而來的酶，其自身結(jié)構(gòu)的要求均有利于動物內(nèi)源酶的分泌。同時，因為需要分解的養(yǎng)分數(shù)量增加，也會反饋性的刺激內(nèi)源性酶的分泌。奚剛等（1998、1999）在絲毛烏骨雞日糧中分別添加中性蛋白酶和酸性蛋白酶后發(fā)現(xiàn)，36、67日齡雞胃蛋白酶、胰蛋白酶、總蛋白酶活性均得到不同程度的提高。

李慧（2010）選擇1日齡健康Cobb 500肉仔雞進行試驗，在日糧中添加不同梯度的蛋白酶，試驗結(jié)果表明，32 000 U/kg蛋白酶添加水平使1～21 d和22～42 d肉雞小腸食糜淀粉酶活性分別降低了8.75%和 28.14%，顯著降低1～21 d肉雞小腸食糜脂肪酶活性，并趨于降低22～42 d肉雞脂肪酶活性。同時結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，蛋白酶對肉雞小腸組織學(xué)形態(tài)也產(chǎn)生影響，其中4 000 U/kg蛋白酶添加水平顯著降低十二指腸、空腸和回腸的隱窩深度(C)和肌層厚度，而32 000 U/kg蛋白酶添加水平趨于提高22～42 d肉雞十二指腸指數(shù)，并顯著降低十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度(V)和V/C。因此，高劑量（32 000 U/kg）的蛋白酶對肉雞消化機能產(chǎn)生負面影響。

2.4 飼用蛋白酶對肉雞免疫系統(tǒng)的影響

菠蘿蛋白酶的藥用功效已經(jīng)得到廣泛認可。近年來，很多研究表明，飼料中添加菠蘿蛋白酶能夠?qū)Π袆游锂a(chǎn)生良好的免疫增強功能。Mynott等(1996)、Erhard等（1996）、Marguardt等（1999）研究結(jié)果均表明，口服菠蘿蛋白酶，對防治豬的腹瀉具有良好效果。趙瑾等（2010）利用菠蘿提取物在肉雞上的試驗表明：菠蘿提取物飼料添加劑能夠顯著提高AA肉雞血清內(nèi)IgG、IgM、IgA的含量以及T淋巴細胞百分率(P＜0.05)。另外還有研究顯示，玉米-豆粕型日糧中添加海洋低溫蛋白酶MP能提高肉雞的胸腺和脾臟指數(shù)（莊志偉，2011），改善肉雞免疫力。

Peek等（2009）發(fā)現(xiàn)，日糧中補充一種來源于地衣芽孢桿菌的蛋白酶，可以提高肉雞體增重，尤其對于感染球蟲的雞只效果更顯著。美國俄克拉荷馬州立大學(xué)的研究也表明，蛋白酶制劑與肉雞球蟲病間具有顯著的相關(guān)性，其應(yīng)用于接種球蟲而不給藥治療的肉雞效果明顯。

2.5 蛋白酶使用對環(huán)境的影響

動物食入的蛋白，未完全消化部分會隨糞便排出體外，并在環(huán)境中分解為氨氣和硝酸鹽。氨氣揮發(fā)到大氣中會造成水體酸化，而硝酸鹽則能污染水源，對生物多樣性造成損害，并直接威脅人類健康。生命周期評價系統(tǒng)(LCA)是量化事物整個生命周期對環(huán)境影響的一種工具，其包括了原料的收集、加工、運輸、后處理及回收利用的整個過程。因此，我們可以利用這個系統(tǒng)來評價一種酶對環(huán)境的友好程度，并以此作為評價酶的應(yīng)用價值的重要依據(jù)。

最近，針對蛋白酶應(yīng)用于家禽飼料中是否會對環(huán)境產(chǎn)生影響的問題有人進行了專門的研究（Oxenboll,2011;Adrizal,2011）。研究按照LCA在ISO14040和14044中的要求展開。將肉雞生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)都考慮在內(nèi)（包括從飼料原料加工到肉雞的出欄，及糞便利用等一系列過程）。該研究以常規(guī)肉雞日糧作為對照，并對兩個試驗組日糧做如下處理：一組通過改變?nèi)占Z組成降低飼料總蛋白含量并添加蛋白酶；另一組在對照組日糧基礎(chǔ)上添加蛋白酶。試驗以肉雞每噸產(chǎn)出（活重）對環(huán)境產(chǎn)生的影響作為評價標準。綜合所有因素評估以后的結(jié)果表明：飼料中添加蛋白酶能顯著降低亞硝酸鹽的排放，減輕其對水體和大氣的污染。另外，蛋白酶的使用能有效補償飼糧中蛋白水平的降低，維持動物的生產(chǎn)性能。

3 結(jié)論及展望

隨著對蛋白酶研究的不斷深入，大量試驗已經(jīng)證明了蛋白酶在促進動物生長、提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率及環(huán)境友好等方面的獨特作用。而且隨蛋白酶生產(chǎn)工藝的逐步改進，蛋白酶產(chǎn)品自身穩(wěn)定性也得到增強。一些新蛋白酶產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得一直以來制約其在飼料生產(chǎn)中應(yīng)用的不耐熱性難題得到改善，并且經(jīng)證實蛋白酶與其他飼用酶制劑也有很好的共容性。蛋白酶是家禽飼用酶制劑產(chǎn)品的新星，在當(dāng)前的原料價格水平下，應(yīng)用蛋白酶可以使每噸飼料的價格降低3美元以上，可以幫助家禽養(yǎng)殖者提高收益。

雖然蛋白酶在家禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用已經(jīng)取得了良好的效果，但在其研究及應(yīng)用的過程中也還存在著諸多問題：①如今，微生物來源蛋白酶成為市場主導(dǎo)，篩選和培育產(chǎn)酶量高、穩(wěn)定性好且適合在飼料工業(yè)中應(yīng)用的菌種成為重中之重，而現(xiàn)在此種菌種市面上還為之甚少；②生產(chǎn)工藝不規(guī)范、缺乏統(tǒng)一的相關(guān)標準，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊；③對不同特性蛋白酶之間的互作機制及蛋白酶與其他酶制劑之間互作關(guān)系的研究還不夠深入；④對蛋白酶潛力的開發(fā)不夠，酶用途較為單一；⑤對不同生長階段動物，不同蛋白酶添加量和添加形式的研究還不夠細致，實際應(yīng)用中盲目性較大；⑥飼料中添加蛋白酶后對靶動物自身消化酶分泌及活性，消化器官發(fā)育的影響研究較少，是否對動物機體健康產(chǎn)生影響也還不夠明確。

總之，從目前的研究進展來看，蛋白酶制劑在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)顯示出其優(yōu)越性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及對蛋白酶研究的深入，其性質(zhì)及功用必將在不斷發(fā)展的畜牧業(yè)和飼料添加劑領(lǐng)域得到完善，為飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展做出貢獻。