蛋白酶：為后抗生素時(shí)代做好準(zhǔn)備

王晶晶 唐彩琰

摘? 要：人們通常根據(jù)酶所能分解的物質(zhì)對(duì)其分類。蛋白酶具有分解蛋白質(zhì)的能力。在替代性飼料原料使用量不斷增加并試圖減少生態(tài)足跡的時(shí)代，蛋白酶是一個(gè)令人關(guān)注的選擇。

關(guān)鍵詞：蛋白酶;替代抗生素;飼料

中圖分類號(hào)：S816 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2019）11-0078-04

在豬的生產(chǎn)中蛋白酶是一種非?，F(xiàn)代的飼料添加劑，可改善豬的營養(yǎng)、健康和環(huán)境條件，有助于補(bǔ)償因豬飼料中抗生素使用減少造成的生長差距。直到現(xiàn)在，它的全部價(jià)值才被揭示出來，就像植酸酶市場的發(fā)展一樣，養(yǎng)豬業(yè)越來越意識(shí)到它是一種具有多種益處的酶。

為什么蛋白酶有利于豬的營養(yǎng)、健康和環(huán)境？這與蛋白酶的作用方式密切相關(guān)。營養(yǎng)益處牢固建立在業(yè)界對(duì)可消化氨基酸充分理解的基礎(chǔ)上，無論是動(dòng)物的需求還是飼料原料的可利用性。精確配制蛋白酶并結(jié)合合成氨基酸，可優(yōu)化日糧能量、生產(chǎn)性能、營養(yǎng)過剩和環(huán)境浪費(fèi)，并可有效控制飼料成本。健康益處與降低日糧中的蛋白質(zhì)水平有關(guān)，因此可以減少后腸中未消化的蛋白質(zhì)水平（圖1）。

過量的蛋白質(zhì)是發(fā)酵底物，可能會(huì)產(chǎn)生諸如酚、胺、氨和吲哚在內(nèi)的分解產(chǎn)物，這些分解產(chǎn)物反過來會(huì)提高胃腸道pH，這些都不是我們希望得到的結(jié)果。同樣，抗?fàn)I養(yǎng)因子，例如胰蛋白酶抑制劑，可能會(huì)為C型產(chǎn)氣莢膜梭菌的生長創(chuàng)造條件。畜舍中較高的氨水平可能使動(dòng)物容易患上呼吸道疾病。這些風(fēng)險(xiǎn)都不是新出現(xiàn)的。蛋白酶可以更有效地改善營養(yǎng)管理，從而降低風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在“后抗生素時(shí)代”。

1? 精準(zhǔn)飼喂

精準(zhǔn)飼喂越來越重要。它需要對(duì)以下幾個(gè)相關(guān)因素有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)：

● 飼料原料的營養(yǎng)價(jià)值;

● 豬的營養(yǎng)需求;

● 根據(jù)環(huán)境限制配制日糧;

● 逐步調(diào)整其他日糧營養(yǎng)以適應(yīng)豬的變化需求。

據(jù)估計(jì)，這種綜合方法可使飼喂量減少4.6%以上，此外，還可使氮和磷的排泄量減少38%以上。明尼蘇達(dá)大學(xué)Gerald Shurson教授在2012年?duì)I養(yǎng)效率協(xié)會(huì)上表示，飼料成本占豬總生產(chǎn)成本的65%～70%，而能量成本占豬日糧成本的86%?？刂骑暳现羞^量的蛋白質(zhì)還可以控制過量的能量添加，否則這些能量將被用來排泄過量的氮。

為了限制飼料成本，替代性飼料成分（通常是副產(chǎn)品）的使用量將長期持續(xù)增加。這些成分給飼料配方帶來了更多的風(fēng)險(xiǎn)和可變性，因此可能會(huì)造成一些不良結(jié)果，例如降低生產(chǎn)效率和增加環(huán)境污染。為了解決這個(gè)問題，人們?cè)絹碓蕉嗟厥褂锰砑觿﹣韼椭岣唢暳侠寐?。就蛋白質(zhì)來源而言，還包括了過去數(shù)十年來使用的合成氨基酸。盡管主要的限制性氨基酸極其有價(jià)值，但要通過添加合成氨基酸來完全平衡所有的必需氨基酸很不現(xiàn)實(shí)。因此，蛋白酶的作用在提高飼料原料中多種必需氨基酸的利用率方面變得越來越重要。

蛋白酶的另一個(gè)益處是可以減少抗?fàn)I養(yǎng)因子（如胰蛋白酶抑制劑）對(duì)生產(chǎn)效率的負(fù)面影響。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶可以減少腸黏蛋白的產(chǎn)生，從而將吸收的氨基酸通過生產(chǎn)瘦肉或乳汁形成有用的蛋白質(zhì)，而不是生產(chǎn)不必要的腸黏蛋白。腸黏蛋白的生產(chǎn)還會(huì)使用原本用于形成蛋白質(zhì)的能量。因此，能量得到了更有效的利用，這就得到了具有雙重價(jià)值的結(jié)果。

2? 蛋白酶和飼料原料質(zhì)量

用氨基酸的消化率衡量，未消化的蛋白質(zhì)含量越高，特定飼料原料的變異性就越大。

氨基酸消化率的變異性在所有飼料原料中普遍存在，但其水平在飼料原料中有所不同。表1列出了常用飼料原料中可消化賴氨酸和蛋氨酸的含量和變異系數(shù)（Coefficient of Variation，CV），表明范圍可能很廣，不能忽略。數(shù)據(jù)庫的變異性可能為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差（Standard Deviation，SD）。應(yīng)該注意的是，假設(shè)均值周圍呈正態(tài)分布，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅占飼料原料樣本變化的68%。表2給出的是玉米樣本中氨基酸變異性的范圍。在68%的樣本中（±SD），賴氨酸的可能濃度在0.21%～0.24%之間。顯示數(shù)據(jù)的另一種方式是，在32%的樣本中，賴氨酸的濃度或低于0.21%或高于0.29%，實(shí)際水平未知。對(duì)于精準(zhǔn)飼喂，這種不確定性是不可接受的。消化能顯著提高，肉雞日糧的消化能范圍在? 77 kcal～130 kcal，各個(gè)研究之間的確切結(jié)果有所不同，具體取決于測量能量的方法。然而，有證據(jù)表明，精確的氨基酸配方降低了能量需求。

3? 蛋白酶和豬的營養(yǎng)需求

蛋白酶可以降低飼料原料中不可消化氨基酸的比例，導(dǎo)致可消化氨基酸相應(yīng)增加。通常來說，不可消化氨基酸的水平越高，添加蛋白酶時(shí)消化率的增加就越大。Novus公司的研究表明，蛋白酶可以改善所評(píng)估的每種飼料原料的標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率（個(gè)人交流）。

薈萃分析（圖2）顯示，對(duì)照日糧的總消化率低于70%時(shí)，氨基酸消化率可提高10%左右。隨著對(duì)照日糧總消化率的改善，動(dòng)物從蛋白酶中受益的機(jī)會(huì)減少。作者發(fā)現(xiàn)，日糧消化率為90%時(shí)，蛋白酶的平均應(yīng)答在2%左右。

DuPont公司Luis Romero博士的研究項(xiàng)目組在2013年觀察到了類似的結(jié)果。該研究在植酸酶和木聚糖酶中添加了蛋白酶，值得注意的是，在植酸酶和木聚糖酶存在的情況下添加蛋白酶可明顯提高氨基酸消化率，而不添加蛋白酶時(shí)氨基酸消化率的提高幅度很小。蛋白酶的作用方式不同于其他主要酶類，可能具有疊加效果。

在減小蛋白質(zhì)中抗?fàn)I養(yǎng)因子的影響方面，蛋白酶有助于提高氨基酸的消化率。使用蛋白酶時(shí)標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率的提高可能與抗?fàn)I養(yǎng)因子（如胰蛋白酶抑制劑）的水平有關(guān)。Novus公司的研究表明，蛋白酶作用的胰蛋白酶抑制劑底物水平越高，標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率的提高就越大（個(gè)人交流）。以前的研究表明，在體外添加蛋白酶后，豆粕中的致敏蛋白、大豆球蛋白和β-糖蛋白的水解程度更高。

4? 蛋白酶與健康

通過降低未消化蛋白質(zhì)的水平，蛋白酶還為更健康的腸道、更低的氮排泄和低蛋白日糧創(chuàng)造了條件，所有這些都有可能提高生產(chǎn)性能、降低飼料和生產(chǎn)成本。這種功能是蛋白酶獨(dú)有的，這就是為什么它被稱為“下一個(gè)氨基酸”。

如上所述，蛋白酶的間接營養(yǎng)作用提供了一些進(jìn)一步的健康益處。后腸腐敗蛋白的潛在減少降低了一系列有害代謝物（如糞臭素和硫化氫）的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。荷蘭動(dòng)物保健局Herman Peek博士的研究項(xiàng)目組在2009年指出，添加蛋白酶會(huì)導(dǎo)致肉雞胃腸道中黏液附著層的厚度顯著增加，并提高了肉雞應(yīng)對(duì)球蟲病感染的能力。

去年，DSM公司Aaron Cowieson博士領(lǐng)導(dǎo)的研究項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)，添加蛋白酶提高了腸道的抗張強(qiáng)度、絨毛高度和隱窩深度，并降低了上皮厚度和減少了杯狀細(xì)胞數(shù)量。這些形態(tài)變化表示腸道的完整性和彈性增強(qiáng)，也表明蛋白酶的有益作用不僅僅是增加氨基酸消化率。研究證明，在高蛋白和低蛋白日糧中添加蛋白酶可以增加乳酸菌的數(shù)量，并降低結(jié)腸中大腸桿菌的水平。盡管在低蛋白日糧中觀察到的結(jié)果沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但作用效果有進(jìn)一步改善。

5? 蛋白酶與環(huán)境

低蛋白日糧可降低疾病風(fēng)險(xiǎn)。長期以來的研究表明，低蛋白日糧會(huì)產(chǎn)生氨、硫化氫和臭味含量低得多的肥料。在多殺性巴氏桿菌的存在下，較高的氨水平將導(dǎo)致肺炎增多和生產(chǎn)性能下降。蛋白酶的使用使人們更有信心從低蛋白日糧中獲得更穩(wěn)定的生產(chǎn)性能，從而改善環(huán)境和降低感染呼吸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

6? 結(jié)束語

氨基酸和能量值的提供對(duì)蛋白酶在豬和家禽商業(yè)飼料中的應(yīng)用提供了重要的依據(jù)。單純的消化率研究低估了蛋白酶所提供的全部益處。例如，腸道健康改善也減少了動(dòng)物對(duì)氨基酸和能量的需求。蛋白酶對(duì)胃腸道的益處更好地表現(xiàn)在生產(chǎn)性能指標(biāo)方面。重要的是，這些影響間接改變和提高了飼料配方中的氨基酸基礎(chǔ)值。

目前尚無確切的數(shù)據(jù)表明如何用這兩種因素來為每種飼料原料創(chuàng)建可消化氨基酸值。但是，同樣清楚的是，蛋白酶的價(jià)值體現(xiàn)在胃腸道的改善和蛋白質(zhì)消化率的提高上。

研究表明，日糧中的營養(yǎng)成分會(huì)影響蛋白酶的反應(yīng)，而且當(dāng)日糧中的不可消化蛋白質(zhì)和大豆含量較高時(shí)，似乎能達(dá)到最佳反應(yīng)。這并不意味著蛋白酶不能與其他蛋白質(zhì)型飼料一起使用，而是需要對(duì)其有效性的限制進(jìn)行管控，例如植酸鹽和纖維含量。因此，當(dāng)存在植酸酶和木聚糖酶時(shí)，蛋白酶的反應(yīng)可能更一致。

我們正在學(xué)習(xí)蛋白酶，就像我們學(xué)習(xí)植酸酶一樣。蛋白酶在豬飼料中應(yīng)用前景光明，將來它也會(huì)像今天的植酸酶一樣不可或缺。

原題名：Protease： Ready for the post-antibiotic world（英文）

原作者：Howard Simmins（英國）