在非反芻動物飼料中運(yùn)用單一組分外源性蛋白酶創(chuàng)造最優(yōu)價值（續(xù)）

蘭慧

中圖分類號：S816 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）05-0065-05

2 對氨基酸消化率的影響

二次曲線的實(shí)線顯示最佳擬合曲線，虛線是95%的可信區(qū)間。水平的實(shí)線表示蛋白酶無作用（資料來自Cowieson和Roos，2014）。

令人好奇的是，雖然在理論上向非反芻動物飼料中添加外源性蛋白酶的目的是提高蛋白質(zhì)和氨基酸的消化率，但這不是該領(lǐng)域大部分基礎(chǔ)研究的主要重點(diǎn)。然而，最近Cowieson和Roos（2014）綜述了外源性蛋白酶對氨基酸回腸消化率的影響是顯著的和普遍一致的。他們在薈萃分析中共使用了25項獨(dú)立試驗(yàn)合計804個數(shù)據(jù)點(diǎn)，結(jié)果是氨基酸表觀回腸消化率的平均反應(yīng)值提高3.7%，其中蘇氨酸提高5.6%，谷氨酸提高2.7%（圖1和圖2）。蛋白酶對氨基酸表觀回腸消化率的影響與地域、物種（蛋雞、肉雞、豬和火雞）和日糧組成（半合成型、實(shí)用型、小麥、玉米、大豆、肉骨粉等）無關(guān)。然而，外源性蛋白酶對氨基酸回腸消化率作用的大幅度（47%）的不一致性可以用對照日糧中氨基酸的固有消化率來解釋。當(dāng)對照日糧氨基酸的固有消化率不足70%時，添加蛋白酶可使氨基酸消化率提高到90%，此時平均提高幅度約10%；當(dāng)對照日糧氨基酸的固有消化率大于90%時，添加蛋白酶可使氨基酸消化率提高約2%。相似的情況在早先對植酸酶和木聚糖酶的研究中可以找到，因此要最大限度地利用外源酶的價值及其作用的一致性，對常規(guī)原料質(zhì)量的監(jiān)測極為重要。此外，這些觀察結(jié)果展示了可能會改變氨基酸消化率（并因此明了外源性蛋白酶的功效）的相關(guān)因素、直接因素（如熱水作用條件、粒度大小、其他飼料添加劑）或間接因素（如動物物種、它們的年齡、光照方案、飼養(yǎng)密度、健康狀況）。

3 外源性蛋白酶的超蛋白效應(yīng)

外源性蛋白酶對氨基酸回腸消化率的影響是明顯的，所起作用已經(jīng)在上文進(jìn)行了總結(jié)。然而，在過去的幾年中，人們對蛋白酶的“超蛋白”作用越來越感興趣，如對腸道彈性、墊料管理、與非蛋白營養(yǎng)物質(zhì)如脂肪、淀粉消化率的相互作用以及胴體產(chǎn)量的影響，等等。

蛋白酶促進(jìn)腸道健康的機(jī)理尚不清楚，但可能是幾個相互作用因素聯(lián)合作用的結(jié)果。這些因素可能包括減少消化道末端的腐敗作用（Windey等，2012）、蛋白抗?fàn)I養(yǎng)因子和抗原蛋白的水解（Rooke等，1998；Ghazi等，2002；Cowieson等，2015 ）、常量營養(yǎng)物質(zhì)的消化位點(diǎn)向腸段上端轉(zhuǎn)移（Liu等，2013）或增強(qiáng)腸道生理機(jī)能（如增加腸道細(xì)胞能量代謝所需谷氨酸）（Wu等，2014）、降低腸內(nèi)容物的黏度（Odetallah等，2003；Barekatain等，2013）、改變非淀粉多糖在腸道的流動（Olukosi等，2015）、提高鈣磷的留存率（Olukosi等，2015）、提高黏蛋白合成時的氨基酸利用率（Cowieson和Roos，2014）以及改善腸上皮細(xì)胞更新或增強(qiáng)緊密連接的完整性（Cowieson等，2015）。蛋白質(zhì)在腸道末端發(fā)生腐化會產(chǎn)生一系列潛在的有害后果，這取決于發(fā)酵蛋白質(zhì)的腐敗程度和氨基酸組成。Windey等（2012）認(rèn)為，雖然在大多數(shù)情況下細(xì)菌發(fā)酵碳水化合物會產(chǎn)生有用的短鏈脂肪酸，如丁酸，但蛋白質(zhì)的發(fā)酵也會產(chǎn)生多種有害的代謝產(chǎn)物。支鏈氨基酸（纈氨酸、異亮氨酸和亮氨酸）的發(fā)酵會產(chǎn)生支鏈脂肪酸，如異丁酸、異戊酸和2-甲基丁酸。芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸）在細(xì)菌的作用下在腸道中進(jìn)行代謝會產(chǎn)生酚類和吲哚化合物，如糞臭素。含硫的黏蛋白和氨基酸（蛋氨酸、半胱氨酸和?；撬幔┌l(fā)酵后會產(chǎn)生硫化氫（Windey等，2012）。因此，日糧蛋白質(zhì)的濃度、氨基酸含量、消化率和消化速率（兩者均受外源性蛋白酶的影響）以及腸道尾部內(nèi)源性氨基酸的損失通常將有利于減輕腐敗程度和腸道健康。

有趣的是，腸道健康方面的這些研究并不僅限于最近的文獻(xiàn)，過去幾十年中已有多篇論文涉及這一領(lǐng)域。例如，Mynott等（1991）證明，口服澳大利亞墨爾本Enzacor科技有限公司生產(chǎn)的“腸道保護(hù)蛋白酶制劑”能夠顯著減少產(chǎn)腸毒素大腸桿菌（Enterotoxigenic E.coli，ETEC）附著于兔腸道黏膜。飼料中添加蛋白酶也會顯著減少每厘米腸道中的菌落形成單位、腹瀉和腹瀉引起的死亡。ETEC對腸黏膜的附著是通過被稱為定植因子抗原的菌毛黏連促成的，但攝入某些外源性蛋白酶可以改變腸黏膜以破壞ETEC的附著（Sellwood，1980）。Mynott等（1991）的觀察結(jié)果隨后在Mynott等（1996）的豬體實(shí)驗(yàn)中也得到了證實(shí)，隨后Jin和Zhao（2000）對這一領(lǐng)域進(jìn)行了充分的回顧。最后，Zuo等（2015）注意到，在剛斷奶仔豬的玉米/大豆型基礎(chǔ)日糧中添加蛋白酶，會顯著降低腹瀉指數(shù)（對照組為3.37%，200 mg蛋白酶/kg日糧組為1.84%），這個結(jié)果與Mynott及其同事的早期觀察結(jié)果一致。

Cowieson和Roos（2014）暗示，黏蛋白參與了外源性蛋白酶的作用。蛋白酶對氨基酸消化率的影響與腸黏蛋白的氨基酸組成之間觀察到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著相關(guān)性（圖3），其對內(nèi)源蛋白質(zhì)的其他來源不明顯。從這種關(guān)系來看，蛋白酶對氨基酸消化率的有益作用部分是通過減少腸內(nèi)黏蛋白的損失而賦予的，這對腸道健康的影響是不言而喻的。更重要的是，Peek等（2009）指出，在玉米-小麥-大豆型基礎(chǔ)日糧中添加蛋白酶可以減輕肉仔雞感染球蟲 （E. acervulina、E. maxima、E. tenella）產(chǎn)生的負(fù)面影響，將顯著提高增重，達(dá)到與未感染肉雞相同的水平。此外，與飼喂未補(bǔ)充蛋白酶的對照組日糧的肉雞相比，采食添加了外源性蛋白酶的日糧的肉雞其十二指腸、空腸和盲腸附著更厚的黏蛋白層（圖4）。這個結(jié)果與上文提到的研究結(jié)果（Cowieson和Roos（2014）一致，外源性蛋白酶可以通過減少進(jìn)入飼料基質(zhì)中的各種抗?fàn)I養(yǎng)因子對該層的侵蝕或通過腸道微生物菌群組成的有益改變，來減少對粘蛋白的代謝需求。

Cowieson等（2015）考量了單一組分外源性蛋白酶對飼喂無豆粕日糧（Soya Bean Meal，SBM）（以玉米、菜籽粕和DDGS為基礎(chǔ)日糧）或有SBM日糧（標(biāo)準(zhǔn)的玉米/大豆型基礎(chǔ)日糧）的肉雞免疫力和空腸健康的影響。飼喂SBM基礎(chǔ)日糧的肉雞比飼喂菜籽粕基礎(chǔ)日糧的肉雞在生產(chǎn)性能上明顯得到好轉(zhuǎn)，不過兩種日糧的回腸N消化率的改善相當(dāng)。此外，添加蛋白酶會導(dǎo)致肉雞在第21天時空腸中的緊密連接蛋白Claudin1和各種氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)上調(diào)，這表明腸道緊密連接的完整性和本身吸收能力提高。腸道的緊密連接控制著腸腔中營養(yǎng)物與其他內(nèi)容物通過上皮細(xì)胞間隙的通路（Turner，2009）。這些緊密連接非常復(fù)雜，并且參與本身的緊密連接作用以及鄰近的黏著連接，這些統(tǒng)稱為頂端連接復(fù)合體（Turner，2009）。頂端連接復(fù)合體的損傷會降低腸道阻止不需要的化合物和細(xì)菌進(jìn)入血液的能力，因此功能良好的緊密連接才可取。用外源性蛋白酶增加腸道緊密連接完整性的機(jī)制尚不清楚，但可能與通過蛋白酶作用提高賴氨酸和脯氨酸的利用率以及這些氨基酸生物轉(zhuǎn)化成羥基化形式供膠原蛋白的合成有關(guān)。這一觀點(diǎn)得到了Cowieson等（2016）研究結(jié)果的部分支持，他們在飼喂實(shí)用性日糧的肉雞中觀察到了添加抗壞血酸（負(fù)責(zé)賴氨酸和脯氨酸的羥基化以供膠原蛋白合成利用）和外源性蛋白酶的互補(bǔ)作用。例如，通過添加抗壞血酸和蛋白酶，腸道的抗拉強(qiáng)度從3.8 N增加到4.26 N，不過這會導(dǎo)致腸上皮厚度的下降，表明腸道完整性有了顯著的改善。Wang等（2008）和Zuo等（2015）提出了外源性蛋白酶在腸道形態(tài)中作用的進(jìn)一步證據(jù)，當(dāng)外源性蛋白酶加入剛斷奶仔豬和肉雞的玉米-大豆型基礎(chǔ)日糧中時，腸絨毛高度顯著增高而隱窩深度顯著減小。值得注意的是，Zuo等（2015）也觀察到，在飼喂玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧的斷奶仔豬血漿中，二胺氧化酶水平顯著減少。二胺氧化酶可用作黏膜成熟和腸完整性的生物標(biāo)志物，顯示蛋白酶對這些指標(biāo)具有有益的作用。

在大部分飼料原料中，營養(yǎng)物質(zhì)如淀粉和非淀粉碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和各種礦物質(zhì)和維生素存在于一個復(fù)雜的基質(zhì)中。因此，飼用酶對它們的目標(biāo)/重點(diǎn)營養(yǎng)物質(zhì)具有很廣泛的影響并不奇怪。例如，木聚糖酶盡管被認(rèn)為是重要的“能量酶”，但它能夠提高氨基酸消化率（Cowieson等，2009；Cowieson和Bedford，2009），而植酸酶被證明可以提高飼料原料的代謝能（Selle和Ravindran，2007）。類似地，蛋白酶通常能夠提高非蛋白營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，這可能與蛋白質(zhì)水解后飼料中營養(yǎng)物質(zhì)基礎(chǔ)的宏觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)重大的改變或內(nèi)分泌、腸道健康、主動運(yùn)輸?shù)鹊募?xì)微差異有關(guān)。Cowieson等（2015）指出，在玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧中添加蛋白酶，可將日糧的回腸消化能從 3 077 kcal/kg提高到3 154 kcal/kg，表觀代謝能從3 130 kcal/kg提高到3 261 kcal/kg。 Kalmendal和Tauson（2012）報道，向肉雞的小麥型基礎(chǔ)日糧中添加外源性蛋白酶，淀粉的回腸消化率從93%提高至96%，脂肪消化率從89%提高至91%，表觀代謝能從13.68 MJ/kg增加到14.16 MJ/kg。Fru-Nji等（2011）也觀察到與單一組分蛋白酶相關(guān)的肉雞能量消化率增加（70.6%增至77.8%），F(xiàn)reitas等（2011）觀察到，添加蛋白酶能使脂肪消化率由80.3%提高至84.0%。Olukosi等（2015）報道，在肉雞的玉米/大豆型基礎(chǔ)日糧中分別添加0、5 000 U/kg和10 000 U/kg的蛋白酶，表觀代謝能（Apparent Metabolism Energy，AME）分別從2 415 kcal/kg增加到2 453 kcal/kg和2 592 kcal/kg。此外，Wang等（2008）指出，在豆粕或棉籽粕型基礎(chǔ)日糧中添加蛋白酶，能提高幼齡肉雞（18～21日齡）和年齡稍大的肉雞（39～42日齡）日糧淀粉的腸道總留存率（從98%增加到99.3%）。這些影響太大，以致不能用通過僅僅提高蛋白質(zhì)消化率來解釋，很可能涉及淀粉和/或脂肪消化率的提高。Cowieson等（2016）指出，向小麥/大豆型基礎(chǔ)日糧中添加蛋白酶，能夠顯著降低空腸食糜中?；撬岬臐舛龋? 097 mg/kg降至870 mg/kg），這表明膽汁分泌在減少。Yuan和Wang（2010）指出，肉雞空腸中較高的?；撬釢舛瓤赏ㄟ^增加總膽汁酸濃度來抑制腸道的發(fā)育，這一觀察結(jié)果最近得到Huang等（2014）證實(shí)。因此，外源性蛋白酶可以通過破壞飼料營養(yǎng)基質(zhì)來提高脂肪的消化率，降低膽汁酸合成、分泌和腸牛磺酸的濃度，依次促進(jìn)腸發(fā)育。

未完，待續(xù)。