蛋白酶在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用(續(xù)1)

唐彩琰 譯自

王晶晶 審

3 蛋白酶在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

飼料蛋白質(zhì)消化由消化道內(nèi)的內(nèi)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(dòng)物不能完全消化和吸收日糧中的蛋白質(zhì)和氨基酸。未消化的組分可以作為單胃動(dòng)物后腸微生物的發(fā)酵底物，但會(huì)導(dǎo)致單胃動(dòng)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(duì)氨基酸的代謝作用可能相當(dāng)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(zhì)的溶解性和水解作用進(jìn)一步提高原料的蛋白質(zhì)消化率，減少后腸不良發(fā)酵所需的底物。

Caine等在體外試驗(yàn)中研究了用枯草芽孢桿菌蛋白酶預(yù)處理豆粕對(duì)可溶性粗蛋白和大豆胰蛋白酶抑制劑的影響，結(jié)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(zhì)貯存液泡。蛋白質(zhì)降解直觀可見，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)貯存液泡出現(xiàn)了洞。測(cè)定蛋白質(zhì)和氨基酸消化率的方法是否也是測(cè)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(yīng)用在一定程度上還沒有定論。蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)和氨基酸消化率的積極影響可以在不同動(dòng)物上進(jìn)行的大量試驗(yàn)中得到證實(shí)，但也有一定數(shù)量的試驗(yàn)顯示，蛋白酶對(duì)這些參數(shù)沒有有益影響。這些結(jié)果可能取決于特定的試驗(yàn)條件，如試驗(yàn)所用蛋白酶來源、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間、蛋白酶補(bǔ)充水平、動(dòng)物年齡、基礎(chǔ)日糧組成或試驗(yàn)參數(shù)和方法等。內(nèi)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(duì)代謝的調(diào)節(jié)也可能是一個(gè)因素。

一般來說，動(dòng)物機(jī)體會(huì)精密地調(diào)節(jié)內(nèi)源性蛋白酶的活性，因?yàn)檫@些酶在錯(cuò)誤的部位產(chǎn)生活性可能會(huì)消化自身組織或可能激活炎癥途徑。胰腺能根據(jù)日糧組成調(diào)節(jié)其酶的分泌。Pavlov首次觀察到這一現(xiàn)象，后來在采用更復(fù)雜技術(shù)的幾項(xiàng)研究中得到廣泛證實(shí)。動(dòng)物適應(yīng)了富含某種特定營養(yǎng)物質(zhì)的日糧后，這種營養(yǎng)物質(zhì)在動(dòng)物消化道中的水平會(huì)升高，隨后胰腺中相應(yīng)酶的水平會(huì)迅速增加。這些適應(yīng)措施完全是憑直覺獲知的，表明消化過程受到精密的調(diào)節(jié)，以避免過度生產(chǎn)消化液。外源性蛋白酶可以彌補(bǔ)飼料成分和動(dòng)物消化酶補(bǔ)體之間的缺口。飼料中添加外源性蛋白酶可以通過減少內(nèi)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(chǎn)性能。

進(jìn)一步評(píng)估蛋白酶在動(dòng)物營養(yǎng)中最佳條件的研究，有助于在不同動(dòng)物物種中進(jìn)行功效研究、在不同蛋白酶之間進(jìn)行功效研究以及將結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)際的飼料配方，建議建立一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)置。最近發(fā)表的關(guān)于外源性蛋白酶的文章主要關(guān)注的是添加外源性蛋白酶后動(dòng)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(jié)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(chǎn)中的應(yīng)用

家禽蛋白質(zhì)和氨基酸營養(yǎng)是近幾十年來家禽研究中最突出的領(lǐng)域之一。

直到最近幾年，才有文獻(xiàn)記載許多研究評(píng)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(jié)果顯示酶的組合使用對(duì)動(dòng)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(zhì)利用率有積極影響。在實(shí)際情況下，需根據(jù)基礎(chǔ)日糧的組成和配方目標(biāo)，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(yīng)遵循漸進(jìn)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(jìn)一步介紹或討論那些關(guān)于酶混合物的文章。

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

不同研究評(píng)價(jià)了蛋白酶對(duì)豆粕營養(yǎng)價(jià)值的影響。Marsman分別評(píng)估了蛋白酶和碳水化合物酶單獨(dú)使用以及組合使用對(duì)豆粕的作用效果。研究發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)酶處理的豆粕相比，經(jīng)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(duì)85.2%和14.5%對(duì)20.6%)，但豆粕經(jīng)酶處理后并沒有提高雛雞的生長性能。

Ghazi等評(píng)估了用芽孢桿菌蛋白酶(P1)和曲霉菌蛋白酶(P2)預(yù)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(chǎn)性能得到了改善，飼喂預(yù)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(gè)消化道的氮回腸表觀消化率和氮表觀保留率。

兩項(xiàng)胃管飼喂試驗(yàn)證實(shí)，在試驗(yàn)1所用的預(yù)處理豆粕中，只有經(jīng)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(jìn)一步試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，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(duì)這些參數(shù)的影響很小。與豆粕的預(yù)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(duì)肉雞體重?zé)o明顯影響，但飼喂蛋白酶的肉雞飼料轉(zhuǎn)化率得到了改善。飼喂小麥型日糧的雞對(duì)干物質(zhì)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(bǔ)充酶對(duì)干物質(zhì)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(yàn)1)和FCR(試驗(yàn)2)。

Wang等進(jìn)行了一項(xiàng)肉雞試驗(yàn)，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)和氨基酸水平下這種改善最明顯。中、高蛋白質(zhì)和氨基酸水平對(duì)提高肉雞胸肉產(chǎn)量最明顯。

另一項(xiàng)試驗(yàn)評(píng)估了日糧添加角蛋白酶(85 ℃制粒)對(duì)肉雞生產(chǎn)性能的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)添加該酶后，每羽雞的體重增加55 g，F(xiàn)CR改善0.17。

Yu等在兩個(gè)不同季節(jié)的重復(fù)試驗(yàn)和體外試驗(yàn)中通過肉雞測(cè)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(duì)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(zhì)日糧的采食量，增加基礎(chǔ)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(zhuǎn)化率。但酶制劑并沒有改善干物質(zhì)和蛋白質(zhì)的體內(nèi)消化率。在體外試驗(yàn)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(zhì)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(duì)母火雞生長性能的影響。

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

5 蛋白酶在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

為了提高日糧蛋白質(zhì)或氨基酸的消化率或使用替代性飼料成分，我們?cè)谧胸i和育肥豬上研究了添加外源性蛋白酶對(duì)其生產(chǎn)性能的影響。與介紹以家禽為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的文章相比，以豬為研究對(duì)象的文章數(shù)量較少，且研究結(jié)果也不明確，其原因也不清楚。有試驗(yàn)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(shù)量的內(nèi)源性蛋白酶，這可能是一個(gè)合理的解釋。給豬補(bǔ)充蛋白酶有助于降低維持所需的能量。目前還需要進(jìn)一步研究才能確定蛋白酶評(píng)價(jià)的最佳條件。

在生長-育肥豬上進(jìn)行的兩項(xiàng)試驗(yàn)研究了添加蛋白酶對(duì)豌豆?fàn)I養(yǎng)價(jià)值的影響。在試驗(yàn)1中，添加蛋白酶對(duì)日糧營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和可消化能含量沒有影響。在試驗(yàn)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(duì)玉米-豆粕型日糧中營養(yǎng)物質(zhì)AID的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，14 d后蛋白酶對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)AID無影響。飼喂29 d后，與對(duì)照組相比，酶處理組粗蛋白質(zhì)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(duì)育肥豬生長性能和營養(yǎng)物質(zhì)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(yàn)1)，氮的AID系數(shù)和總能(Gross Energy，GE)均有所增加。蛋白酶對(duì)全腸道GE和氮的總消化率沒有影響?？傊砑拥鞍酌笇?duì)生長-育肥豬的生產(chǎn)性能沒有積極影響。

De Barros等研究了添加蛋白酶對(duì)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(duì)消化率參數(shù)的影響。Zuo等研究了以三種水平添加蛋白酶對(duì)斷奶仔豬生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)消化率、腸道形態(tài)、消化酶和基因表達(dá)的影響，結(jié)果表明，斷奶仔豬的試驗(yàn)?zāi)┲兀骄赵鲋?，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(duì)照日糧的仔豬，添加200 mg/kg或300 mg/kg蛋白酶的試驗(yàn)日糧組的上述指標(biāo)高于陰性對(duì)照日糧組的。

兩項(xiàng)試驗(yàn)評(píng)估了包被化合物的蛋白酶對(duì)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(zhì)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(zhì)的ATTD。包被化合物的蛋白酶增加了粗蛋白質(zhì)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(zhì)的AID和ATTD，但對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)在后腸的消化率無影響。

6 蛋白酶對(duì)環(huán)境的影響

氮被認(rèn)為是一種主要的環(huán)境污染物。動(dòng)物糞便是NH3和N2O排放的來源。根據(jù)當(dāng)?shù)仫曫B(yǎng)密度，N2O和氨的排放分別會(huì)導(dǎo)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(chǎn)。通過降低日糧蛋白調(diào)整飼料配方，可直接影響氮的排放。

Oxenboll等在一份生命周期評(píng)估(Life Cycle Assessment,LCA)中評(píng)估了減少日糧蛋白質(zhì)含量和氮排泄量對(duì)環(huán)境的影響，該評(píng)估考慮了肉雞生產(chǎn)中的所有階段，從飼料成分生產(chǎn)到肉雞離開雞舍，包括糞便的使用。考慮到所有的影響，該評(píng)估認(rèn)為減少日糧蛋白質(zhì)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(guān)的好處，這有助于減少健康風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境影響，如酸化和富營養(yǎng)化。當(dāng)用蛋白酶作為降低日糧蛋白質(zhì)含量的工具時(shí)，效果最明顯。即使在蛋白質(zhì)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(jì)算量化了在肉雞飼料中使用一種商用絲氨酸蛋白酶對(duì)肉雞生產(chǎn)鏈(雞場(chǎng)大門)和肉雞飼料生產(chǎn)鏈(飼料廠大門)的環(huán)境影響。該試驗(yàn)通過LCA建模方法完成，其數(shù)據(jù)來自使用標(biāo)準(zhǔn)化大豆肉雞日糧和添加蛋白酶的低蛋白質(zhì)日糧的試驗(yàn)。在肉雞日糧中使用蛋白酶減少了飼料生產(chǎn)和肉雞生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響。飼料生產(chǎn)鏈的結(jié)果顯示，在飼料中使用蛋白酶時(shí)，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(chǎn)有關(guān)的土地利用變化減少了二氧化碳排放量。結(jié)果表明，肉雞生產(chǎn)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(zhì)含量的降低以及隨后雞舍和糞肥管理產(chǎn)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(dòng)物健康。

(續(xù)完)