唐彩琰

摘 ?要：蛋白質水解產物的應用已有悠久的歷史，其可以通過化學水解、微生物水解或酶促水解獲得。本文介紹了飼料中蛋白酶的主要用途以及酶促反應促進動物蛋白和植物蛋白水解的作用。

關鍵詞：蛋白酶;飼料;水解

3 ?蛋白酶在動物飼料中的應用

飼料蛋白質消化由消化道內的內源性蛋白水解酶系統(tǒng)完成，包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶、氨肽酶和羧肽酶等。

動物不能完全消化和吸收日糧中的蛋白質和氨基酸。未消化的組分可以作為單胃動物后腸微生物的發(fā)酵底物，但會導致單胃動物消化紊亂。肉雞回腸和排泄物消化率之間的差異表明，后腸菌群對氨基酸的代謝作用可能相當重要。

飼料中添加外源性飼用蛋白酶可以通過提高日糧蛋白質的溶解性和水解作用進一步提高原料的蛋白質消化率，減少后腸不良發(fā)酵所需的底物。

Caine等在體外試驗中研究了用枯草芽孢桿菌蛋白酶預處理豆粕對可溶性粗蛋白和大豆胰蛋白酶抑制劑的影響，結果顯示可溶性粗蛋白顯著增加，在某些情況下大豆胰蛋白酶抑制劑減少。

外源性飼用蛋白酶在體外能明顯降解全大豆的蛋白質貯存液泡。蛋白質降解直觀可見，因為蛋白質貯存液泡出現了洞。測定蛋白質和氨基酸消化率的方法是否也是測定外源性蛋白酶有效性的最佳方法目前尚不清楚。蛋白酶在飼料中的應用在一定程度上還沒有定論。蛋白酶對蛋白質和氨基酸消化率的積極影響可以在不同動物上進行的大量試驗中得到證實，但也有一定數量的試驗顯示，蛋白酶對這些參數沒有有益影響。這些結果可能取決于特定的試驗條件，如試驗所用蛋白酶來源、試驗持續(xù)時間、蛋白酶補充水平、動物年齡、基礎日糧組成或試驗參數和方法等。內源性蛋白酶與飼料中添加的外源性蛋白酶的相互作用及其對代謝的調節(jié)也可能是一個因素。

一般來說，動物機體會精密地調節(jié)內源性蛋白酶的活性，因為這些酶在錯誤的部位產生活性可能會消化自身組織或可能激活炎癥途徑。胰腺能根據日糧組成調節(jié)其酶的分泌。Pavlov首次觀察到這一現象，后來在采用更復雜技術的幾項研究中得到廣泛證實。動物適應了富含某種特定營養(yǎng)物質的日糧后，這種營養(yǎng)物質在動物消化道中的水平會升高，隨后胰腺中相應酶的水平會迅速增加。這些適應措施完全是憑直覺獲知的，表明消化過程受到精密的調節(jié)，以避免過度生產消化液。外源性蛋白酶可以彌補飼料成分和動物消化酶補體之間的缺口。飼料中添加外源性蛋白酶可以通過減少內源性酶的分泌節(jié)省維持能量，而不一定要通過提高消化率來改善生產性能。

進一步評估蛋白酶在動物營養(yǎng)中最佳條件的研究，有助于在不同動物物種中進行功效研究、在不同蛋白酶之間進行功效研究以及將結果轉化為實際的飼料配方，建議建立一個基礎設置。最近發(fā)表的關于外源性蛋白酶的文章主要關注的是添加外源性蛋白酶后動物的胃腸道健康、腸道形態(tài)，或在挑戰(zhàn)條件下的添加效果，結果表明外源性蛋白酶具有積極的效果。

4 ?蛋白酶在家禽生產中的應用

家禽蛋白質和氨基酸營養(yǎng)是近幾十年來家禽研究中最突出的領域之一。

直到最近幾年，才有文獻記載許多研究評估了蛋白酶、碳水化合物酶和其他酶的組合使用效果，這些研究結果顯示酶的組合使用對動物（主要是肉雞和火雞，還有部分其他家禽品種）生長性能、能量或蛋白質利用率有積極影響。在實際情況下，需根據基礎日糧的組成和配方目標，合理添加各種酶混合物（例如植酸酶、木聚糖酶和蛋白酶）。必須指出的是，單一酶的效應遵循漸進曲線，因此不能100%相加。然而，由于無法區(qū)分單一酶的作用，我們不再進一步介紹或討論那些關于酶混合物的文章。

多年前發(fā)表的研究結果表明，兩種真菌蛋白酶單獨使用或組合使用對飼喂蛋白質限制性日糧肉雞的增重和飼料轉化率（Feed Conversion Ratio，FCR）有益處。飼喂添加蛋白酶日糧的肉雞與飼喂標準日糧的肉雞相比，生長性能幾乎相同。在進行的研究中沒有觀察到蛋白酶對氮平衡的直接影響。由于各種原因，這些早期的酶產品并未投入到生產中使用。

不同研究評價了蛋白酶對豆粕營養(yǎng)價值的影響。Marsman分別評估了蛋白酶和碳水化合物酶單獨使用以及組合使用對豆粕的作用效果。研究發(fā)現，與未經酶處理的豆粕相比，經酶處理后，豆粕中粗蛋白和非淀粉多糖的回腸表觀消化率（Apparent Ileal Digestibility，AID）提高了（分別為83.7%對85.2%和14.5%對20.6%），但豆粕經酶處理后并沒有提高雛雞的生長性能。

Ghazi等評估了用芽孢桿菌蛋白酶（P1）和曲霉菌蛋白酶（P2）預處理豆粕的效果。飼喂用曲霉菌蛋白酶處理豆粕后雛雞的生產性能得到了改善，飼喂預處理的豆粕的雛雞比飼喂未處理豆粕的雛雞具有更高采食量和體重。蛋白酶P1和P2都能顯著降低雛雞血清中的抗大豆蛋白抗體，而蛋白酶P2提高了整個消化道的氮回腸表觀消化率和氮表觀保留率。

兩項胃管飼喂試驗證實，在試驗1所用的預處理豆粕中，只有經蛋白酶P2處理的豆粕氮表觀消化率和真代謝能（True Metabolizable Energy，TME）提高了。Ghazi等在用胃管飼喂公雞或肉雞的進一步試驗中發(fā)現，兩種黑曲霉蛋白酶（P2和P3）都可以改善豆粕的TME和氮真消化率，而芽孢桿菌蛋白酶（P1）對這些參數的影響很小。與豆粕的預處理相比，在日糧中簡單地添加蛋白酶也具有類似的效果。

Thacker比較了以小麥和玉米為能量來源，在肉雞日糧中添加蛋白酶的效果。酶處理對肉雞體重無明顯影響，但飼喂蛋白酶的肉雞飼料轉化率得到了改善。飼喂小麥型日糧的雞對干物質和能量的消化率顯著高于飼喂玉米型日糧的雞。氮保留率不受所選谷物種類的影響。補充酶對干物質消化率、能量消化率和氮保留率無明顯影響。

地衣芽孢桿菌角蛋白酶改善了飼喂低蛋白或高蛋白日糧的21日齡肉雞的體重（試驗1）和FCR（試驗2）。

Wang等進行了一項肉雞試驗，根據行業(yè)標準，以低（95%）、中（100%）或高（105%）粗蛋白和氨基酸水平配制不同的日糧。添加地衣芽孢桿菌角蛋白酶的日糧可以改善肉雞的體重和FCR，在低蛋白質和氨基酸水平下這種改善最明顯。中、高蛋白質和氨基酸水平對提高肉雞胸肉產量最明顯。

另一項試驗評估了日糧添加角蛋白酶（85 ℃制粒）對肉雞生產性能的影響。研究人員發(fā)現添加該酶后，每羽雞的體重增加55 g，FCR改善0.17。

Yu等在兩個不同季節(jié)的重復試驗和體外試驗中通過肉雞測試了一種來源于芽孢桿菌的蛋白酶。研究表明，在涼爽季節(jié)添加蛋白酶可提高肉雞對所有類型日糧的采食量，但在炎熱季節(jié)肉雞明顯降低低蛋白質日糧的采食量，增加基礎日糧的采食量。添加蛋白酶提高了肉雞的體重，改善了飼料轉化率。但酶制劑并沒有改善干物質和蛋白質的體內消化率。在體外試驗中，與未添加蛋白酶的各種成分相比，豆粕的水解率和蛋白質消化率增加。

從第0天到第72天，無論日糧中是否添加30%小麥干酒糟及其可溶物（Distillers Dried Grains With Solubles，DDGS），均未觀察到蛋白酶對母火雞生長性能的影響。

蛋白酶改善了肉雞和火雞對小麥DDGS中大量氨基酸的回腸消化率。該試驗以小麥DDGS為唯一的氨基酸來源。

5 ?蛋白酶在養(yǎng)豬生產中的應用

為了提高日糧蛋白質或氨基酸的消化率或使用替代性飼料成分，我們在仔豬和育肥豬上研究了添加外源性蛋白酶對其生產性能的影響。與介紹以家禽為實驗動物的文章相比，以豬為研究對象的文章數量較少，且研究結果也不明確，其原因也不清楚。有試驗表明添加蛋白酶具有有益作用，但一些文章顯示沒有效果。豬，尤其是生長豬或育肥豬，能分泌足夠數量的內源性蛋白酶，這可能是一個合理的解釋。給豬補充蛋白酶有助于降低維持所需的能量。目前還需要進一步研究才能確定蛋白酶評價的最佳條件。

在生長-育肥豬上進行的兩項試驗研究了添加蛋白酶對豌豆營養(yǎng)價值的影響。在試驗1中，添加蛋白酶對日糧營養(yǎng)物質的消化率和可消化能含量沒有影響。在試驗2中，添加蛋白酶改善了生長豬的FCR。

研究人員在斷奶仔豬上研究了添加絲氨酸蛋白酶對玉米-豆粕型日糧中營養(yǎng)物質AID的影響。結果發(fā)現，14 d后蛋白酶對營養(yǎng)物質AID無影響。飼喂29 d后，與對照組相比，酶處理組粗蛋白質的AID增加。必需氨基酸、蛋氨酸-胱氨酸和支鏈氨基酸的AID增加。在添加蛋白酶的豬上，精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、組氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、酪氨酸和纈氨酸的AID增加。

Alpine等研究了蛋白酶對育肥豬生長性能和營養(yǎng)物質消化率的影響。與采食不添加蛋白酶日糧的豬相比，采食添加蛋白酶日糧的豬日增重和終末體重均有所下降（試驗1），氮的AID系數和總能（Gross Energy，GE）均有所增加。蛋白酶對全腸道GE和氮的總消化率沒有影響?？傊?，添加蛋白酶對生長-育肥豬的生產性能沒有積極影響。

De Barros等研究了添加蛋白酶對含硬胚乳玉米仔豬日糧全消化道表觀消化率的影響。該研究未觀察到添加蛋白酶對消化率參數的影響。Zuo等研究了以三種水平添加蛋白酶對斷奶仔豬生長性能、營養(yǎng)物質消化率、腸道形態(tài)、消化酶和基因表達的影響，結果表明，斷奶仔豬的試驗末重，平均日增重，平均日采食量，粗蛋白消化率，胃蛋白酶、胰淀粉酶和胰蛋白酶的酶活性，血漿總蛋白和小腸絨毛高度均顯著高于飼喂陽性對照日糧的仔豬，添加200 mg/kg或300 mg/kg蛋白酶的試驗日糧組的上述指標高于陰性對照日糧組的。

兩項試驗評估了包被化合物的蛋白酶對豬日糧中氮和能量的表觀總腸道消化率（Apparent Total Tract Digestibility，ATTD）、氨基酸和營養(yǎng)物質AID的影響。添加包被化合物的蛋白酶增加了日糧中的可消化氮和可代謝氮以及能值，提高了氮的消化率和保留率。添加包被化合物的蛋白酶可提高日糧的能量和營養(yǎng)物質的ATTD。包被化合物的蛋白酶增加了粗蛋白質和一些必需氨基酸（包括精氨酸、異亮氨酸和亮氨酸）的AID。包被化合物的蛋白酶提高了能量和營養(yǎng)物質的AID和ATTD，但對營養(yǎng)物質在后腸的消化率無影響。

6 ?蛋白酶對環(huán)境的影響

氮被認為是一種主要的環(huán)境污染物。動物糞便是NH3和N2O排放的來源。根據當地飼養(yǎng)密度，N2O和氨的排放分別會導致環(huán)境營養(yǎng)富集、富營養(yǎng)化和酸化。歐洲90%以上的NH3排放來自畜牧生產。通過降低日糧蛋白調整飼料配方，可直接影響氮的排放。

Oxenboll等在一份生命周期評估（Life Cycle Assessment，LCA）中評估了減少日糧蛋白質含量和氮排泄量對環(huán)境的影響，該評估考慮了肉雞生產中的所有階段，從飼料成分生產到肉雞離開雞舍，包括糞便的使用。考慮到所有的影響，該評估認為減少日糧蛋白質含量和氮排泄量取得了顯著的效益。最重要的是與氨排放量減少有關的好處，這有助于減少健康風險和環(huán)境影響，如酸化和富營養(yǎng)化。當用蛋白酶作為降低日糧蛋白質含量的工具時，效果最明顯。即使在蛋白質水平正常的日糧中使用，也能觀察到顯著的益處。

Leinonen和Williams通過計算量化了在肉雞飼料中使用一種商用絲氨酸蛋白酶對肉雞生產鏈（雞場大門）和肉雞飼料生產鏈（飼料廠大門）的環(huán)境影響。該試驗通過LCA建模方法完成，其數據來自使用標準化大豆肉雞日糧和添加蛋白酶的低蛋白質日糧的試驗。在肉雞日糧中使用蛋白酶減少了飼料生產和肉雞生產對環(huán)境的影響。飼料生產鏈的結果顯示，在飼料中使用蛋白酶時，所有環(huán)境影響類別都有所減少。其在減少全球變暖方面的潛力最大，主要是由于與大豆生產有關的土地利用變化減少了二氧化碳排放量。結果表明，肉雞生產鏈造成的富營養(yǎng)化，特別是酸化有較大的降低，這主要是由于飼料中蛋白質含量的降低以及隨后雞舍和糞肥管理產生的氮排放量減少。減少主要是通過減少NH3的排放量，這將有利于動物健康。

（續(xù)完）

原題名：Proteases—animal feed（英文）

原作者：Petra Philipps-Wiemann