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(jià)值（續(xù)2）

蘭慧

上期回顧：上期，本篇文章主要介紹外源性蛋白酶對氨基酸消化率的影響及其超蛋白效應(yīng)。

中圖分類號：S816? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C? ?文章編號：1001-0769（2018）07-0089-03

外源性蛋白酶能夠影響氨基酸回腸消化率，氨基酸在所討論日糧或飼料中的固有消化率是影響其作用程度和一致性的主要因素（見上文）。其他可影響外源性蛋白酶對氨基酸回腸消化率本身作用的因素尚不清楚，但可能與進(jìn)入的蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)及其特性有關(guān)，如：球狀、纖維狀、疏水性或極性等，還有可能與可導(dǎo)致內(nèi)源性蛋白質(zhì)流失增加的抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在有關(guān)。這兩個因素（底物與外源性蛋白酶的相容性和蛋白質(zhì)類抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在）可能主要影響效應(yīng)本身的應(yīng)答程度和一致性。然而，當(dāng)涉及與氨基酸回腸消化率無直接關(guān)系的因素時，外源性蛋白酶的作用顯得更加復(fù)雜。例如，如上所述，添加蛋白酶通常會使動物產(chǎn)生超出了可以用其對氨基酸消化率總效應(yīng)能夠解釋的生產(chǎn)性能。外源性蛋白酶對動物生產(chǎn)性能的影響可能在某些日糧配方下可以得到增強(qiáng)，也可能會在其他日糧配方下被減弱。

在對包括300種多“對照”日糧[每種日糧均含有或不含單一組分外源性蛋白酶（Cowieson等，未發(fā)表）]的50多項(xiàng)獨(dú)立的肉雞試驗(yàn)進(jìn)行薈萃分析后，發(fā)現(xiàn)了與性能益處顯著相關(guān)、在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有重大意義的因素。這些因素包括（+/-表示該因子會增強(qiáng)/減弱蛋白酶對增重和飼料轉(zhuǎn)化率的有利影響）：添加脂肪/油脂（+）、氨基酸平衡（+/-取決于各個氨基酸含量及其比例）、全脂大豆粉（+）、所用酶的劑量（劑量越高，反應(yīng)越高）、石灰石含量（-）和氨基酸相對于能量的平衡（+/-取決于單個氨基酸）。以上這些關(guān)鍵因素的相關(guān)性將會簡要回顧。

額外添加的脂肪會提高外源性蛋白酶對肉仔雞增重和飼料轉(zhuǎn)化率（Feed ConvertationRatio，F(xiàn)CR）的有益效果。添加脂肪對酶效應(yīng)的影響早先已經(jīng)有人進(jìn)行了研究。例如，Cowieson等（2010）觀察發(fā)現(xiàn)，肉雞開食日糧中脂肪添加量減少20 g/kg，就會導(dǎo)致其在第21天測量的氨基酸回腸消化率降低3%～4%，并且會減弱糖酶的功效。Gehring等（2011）指出，在玉米/大豆型日糧中添加酶混合物的同時提高脂肪的含量（1%、2.5%和4%），該酶混合物的功效也隨之提高。這些觀察結(jié)果支持了先前Li和Sauer （1994）對仔豬的研究結(jié)果，即去除日糧中的菜籽油會導(dǎo)致氨基酸消化率顯著降低。據(jù)Gentilcore等（2006）推測，這些作用是通過改變部分受日糧脂肪濃度介導(dǎo)的胃排空的速率所引起的，即日糧較低的脂肪水平可以降低飼料在肌胃和腺胃中的留存時間，甚至可以減少食物在腸道本身的駐留時間（Mateos和Sell，1980）。有趣的是，因去除脂肪而受不利影響最大的氨基酸，是那些已被證明從內(nèi)源蛋白水解機(jī)制中最后才被釋放的氨基酸（Low，1980）。重要的是，這些觀察是在利用粉料和顆粒料時獲得的，表明該機(jī)制超出了日糧油脂在顆粒壓制、顆粒制粒等加熱機(jī)械中對蛋白質(zhì)（包括酶）損傷的影響。這與外源性蛋白酶的相關(guān)性尚不完全清楚。然而，目前市售的大多數(shù)商用蛋白酶是糜蛋白酶樣半堿性內(nèi)切蛋白酶（Glitso等，2012），并且很容易對先前接觸胃蛋白酶和低pH環(huán)境的底物發(fā)揮作用。因此，可以想象，飼料中額外添加的脂肪將延遲胃的排空，因此會增加日糧蛋白質(zhì)對胃蛋白酶和鹽酸的接觸時間，從而提高高分子量蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為較低分子量可溶性多肽的徹底性，進(jìn)而提高外源（以及內(nèi)源）肽酶對底物的利用率。

日糧中高濃度全脂豆粕會導(dǎo)致蛋白酶對動物生產(chǎn)性能的有益效果高于平均水平并不奇怪，這一點(diǎn)在上文已經(jīng)得到了充分的論述。全脂豆粕很可能會將熱不穩(wěn)定的抗?fàn)I養(yǎng)因子引入到日糧中，如胰蛋白酶抑制劑和凝集素以及可能導(dǎo)致胃腸道炎癥反應(yīng)的抗原蛋白，如大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白。Cowieson等（2015）表示，攝入充分加工的豆粕會導(dǎo)致腸道發(fā)生亞臨床炎癥，外源性蛋白酶可以部分緩解這種炎癥。貌似有理的是，全脂豆粕會導(dǎo)致家禽的生產(chǎn)性能受到輕微的影響，具體取決于熱處理的徹底性;而外源性蛋白酶能夠在一定程度上解決這些營養(yǎng)障礙。

相比于類似植酸酶的劑量效應(yīng)研究，外源性蛋白酶的劑量反應(yīng)研究在文獻(xiàn)中的報(bào)道并不多見。然而，Angel等（2010）和Freitas等（2011）指出，蛋白酶的有益作用隨著添加濃度的增加以線性（Angel等，2010）或二次方程（Freitas等，2011）的方式增加。酶的任何劑量反應(yīng)曲線都與底物的供應(yīng)量和重點(diǎn)指標(biāo)的效果有著不可分割的聯(lián)系，并且隨著日糧組成的改變、家禽年齡的變化等的不同，劑量反應(yīng)可能有所不同。然而，大多數(shù)飼用酶遵循截然不同的對數(shù)線性劑量反應(yīng)曲線，并且對外源性蛋白酶而言很可能也是如此?；谌占Z特性、家禽年齡和特定指標(biāo)如肉產(chǎn)量、墊料質(zhì)量、飼料成本降低程度等來優(yōu)化添加劑量，是未來需要探索的一個領(lǐng)域。

石灰石含量低的日糧對外源性蛋白酶的反應(yīng)靈敏性高于石灰石含量較高的日糧。這個觀察結(jié)果令人感到意外，其原因尚不明確。對這種觀察的一個可能的解釋是，石灰石較低的添加水平通常與含有肉骨粉或類似動物源性蛋白質(zhì)的日糧、植酸酶用途、年齡較大的動物即生長/育肥階段有關(guān)。因此，石灰石可能不會增強(qiáng)蛋白酶的酶解作用，而是一個多因素的替代術(shù)語，其僅僅是通過所使用的探索模型的經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)來獲得的。然而，石灰石是腸道的一個緩沖劑，還能影響蛋白質(zhì)的溶解度，因此日糧中高濃度的石灰石可通過降低胃腸道的消化效率（特別是在幼齡動物中）直接影響底物的供應(yīng)。這些機(jī)制需要進(jìn)一步的深入探索。

最后，蛋白酶的效應(yīng)與日糧中各種氨基酸的濃度和每一種氨基酸彼此之間的比例以及氨基酸與能量的比例有關(guān)。這些相互關(guān)系將在今后的論文中明確提出，在此要想完全解釋太復(fù)雜了。然而，能夠?qū)⑼庠葱缘鞍酌傅淖饔棉D(zhuǎn)化為有益的生產(chǎn)性能表現(xiàn)的氨基酸是可消化的賴氨酸、蘇氨酸、含硫氨基酸、亮氨酸和異亮氨酸。其他氨基酸在整個模型開發(fā)過程中都不重要。蛋白酶對氨基酸消化率的影響與其對賴氨酸的影響相關(guān)，并且可能會改變?nèi)占Z中的理想蛋白質(zhì)平衡。日糧能量和特定氨基酸特別是亮氨酸和異亮氨酸之間的相互作用是未來值得研究的一個領(lǐng)域。

5 未來

從已發(fā)表的文獻(xiàn)中可以看出，目前市場上銷售的外源性蛋白酶是提高非反芻動物氨基酸消化率的一個有效工具。此外，已經(jīng)記錄到的對動物生產(chǎn)性能的大量有益影響不能完全用對氨基酸消化率作用的總和來解釋，所述效應(yīng)指向蛋白酶的“超蛋白”效應(yīng)。目前，市售的可用于非反芻動物生產(chǎn)的單一組分蛋白酶產(chǎn)品相對較少，但至少具有相當(dāng)廣泛的調(diào)控范圍（表1），并且都是堿性絲氨酸內(nèi)肽酶（不過具有不同的動力學(xué)特性和底物特異性），其中大多數(shù)非常類似于內(nèi)源蛋白酶陣列中的胰凝乳蛋白酶（EC 3.4.21.x）。然而，開發(fā)在低pH下功能更強(qiáng)的新型蛋白酶（例如胃蛋白酶樣或特異性靶向蛋白質(zhì)類抗?fàn)I養(yǎng)因子如凝集素、胰蛋白酶抑制劑、抗原蛋白或某些細(xì)菌，例如抗粘蛋白酶）還有相當(dāng)大的機(jī)會。胃蛋白酶（天冬氨酸內(nèi)肽酶EC 3.4.23.x）在早期研究中已經(jīng)顯示出一些應(yīng)用前景（見上文），并且在肽酶EC 3.4.x超家族中還有其他幾種蛋白酶如半胱氨酸蛋白酶（EC 3.4.22.x）中的木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶金屬羧肽酶（EC 3.4.17）中的羧肽酶A和羧肽酶B，在動物營養(yǎng)方面有一定的價(jià)值。成功的關(guān)鍵在于供應(yīng)商能夠提供那種價(jià)格低但可收獲可觀投資回報(bào)的蛋白酶，并能夠確保監(jiān)管范圍在劑量和物種應(yīng)用上盡可能具有靈活性。此外，蛋白酶的未來很有可能會效仿植酸酶，將焦點(diǎn)從主要目標(biāo)（蛋白質(zhì)/氨基酸）轉(zhuǎn)移到超出蛋白的效應(yīng)，正如如今植酸酶研究的重點(diǎn)不僅限于提高飼料中磷的消化率一樣。隨著對蛋白酶廣泛作用的理解加深，這種獨(dú)特酶的市場也將擴(kuò)大，并將對目前生產(chǎn)中的問題產(chǎn)生新的應(yīng)用方法和多種解決措施。

未來，動物蛋白質(zhì)行業(yè)在動物福利、環(huán)境可持續(xù)性以及人類健康與疾病相互作用等領(lǐng)域可能會受到越來越多的關(guān)注。外源性酶，包括蛋白酶，通過減少氮的排放在提高豬和家禽養(yǎng)殖場環(huán)境可持續(xù)性方面發(fā)揮了重要的作用（Leinonen和Williams，2015）。最后，將酶如蛋白酶（以及植酸酶、糖酶等）與替代型動物生產(chǎn)添加劑如抗生素、益生菌和植物化學(xué)物質(zhì)等緊密聯(lián)合起來方面存在著相當(dāng)大的潛力，為動物蛋白質(zhì)行業(yè)提供選擇的機(jī)會，正如抗生素生長促進(jìn)劑被替代一樣（Dersjant Li等，2015）。

6 結(jié)論

我們的結(jié)論是，外源性蛋白酶在動物生產(chǎn)中具有重要的價(jià)值，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“簡單”的釋放氨基酸和蛋白質(zhì)的價(jià)值。外源性蛋白酶分解飼料基質(zhì)以釋放脂肪和淀粉，降低各種日糧拮抗劑的抗?fàn)I養(yǎng)作用，并通過增強(qiáng)脂肪的乳化作用、減少內(nèi)源性蛋白質(zhì)的流失和提高粘蛋白和腸道完整性來改善腸道抗拉強(qiáng)度。外源性蛋白酶研究處于一個令人興奮的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，類似于10～15年前的植酸酶，當(dāng)時人們很少研究其在主要營養(yǎng)成分上的效應(yīng)，而更多地研究其在多因子營養(yǎng)方案中的重要作用。使用蛋白酶帶來的益處是多方面的，并將在解決斷奶仔豬、不使用預(yù)防性抗生素飼養(yǎng)動物、在本地和全球水平上控制環(huán)境以及使用低質(zhì)量的蛋白原料來減少人與動物在營養(yǎng)上的競爭等問題中扮演著重要的角色。簡而言之，如果應(yīng)用得當(dāng)，事實(shí)上外源性蛋白酶可以在食品生產(chǎn)鏈中的任何一個環(huán)節(jié)上創(chuàng)造價(jià)值，盡管已經(jīng)有20多年的研究歷史，但它們的應(yīng)用潛力依然有待開發(fā)。

（續(xù)完）