外源性蛋白酶在飼料工業(yè)中的應用

譚 權，趙 劍，陶青燕，穆玉云

（1.四川農業(yè)大學動物營養(yǎng)研究所，四川成都 611130；2.諾偉司國際貿易（上海）有限公司，上海 200080）

蛋白質營養(yǎng)的本質是氨基酸營養(yǎng)，日糧中的蛋白質要首先被蛋白酶降解成游離氨基酸或小肽，才能被機體吸收和利用。蛋白質消化不良，不僅導致蛋白質的浪費，還會導致腸道健康問題?？茖W選擇和使用外源性蛋白酶制劑能夠挖掘原料價值、控制配方成本、提高蛋白質消化利用率、促進腸道健康、提高動物生產性能[1-2]。不同蛋白酶因其來源、性質、酶活、工藝等存在差異，使用效果差異也很大。本文主要綜述外源性蛋白酶的作用方式及其對動物生長性能和腸道健康的影響，以期為外源蛋白酶在飼料工業(yè)中的應用提供理論依據和實踐參考。

1 蛋白酶的種類及特性

蛋白酶的分類方法有許多種[3]。根據來源劃分，可分為動物源性蛋白酶、植物源性蛋白酶、微生物源性蛋白酶；根據其作用的最適pH 來劃分，可分為酸性蛋白酶、中性蛋白酶和堿性蛋白酶；根據其作用的最適溫度來劃分，可分為高溫蛋白酶、中溫蛋白酶和低溫蛋白酶；按蛋白酶水解多肽的方式來分，可以分為內肽酶和外肽酶2 類；按其活性中心來分，可分為絲氨酸蛋白酶、巰基蛋白酶、金屬蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶。蛋白酶具有生物催化劑所共有的高效性、特異性、可調節(jié)性、易變性等特性。外源性蛋白酶在飼料工業(yè)中的應用要綜合考慮飼料加工條件、原料組成、動物生理等因素，重點關注蛋白酶的熱穩(wěn)定性、最適pH 范圍、作用位點、底物適配性及作用效率。目前飼料工業(yè)中應用的外源性蛋白酶多為微生物來源的內切蛋白酶。

2 外源性蛋白酶的功能

2.1 提高蛋白質的消化率 蛋白質的消化率取決于原料的可消化性和動物的消化能力。合理使用外源蛋白酶，能協(xié)同內源酶發(fā)揮作用，提高日糧蛋白質消化率。奚剛等[4]研究表明，添加蛋白酶制劑可顯著提高絲毛烏骨雞對日糧粗蛋白質的表觀消化率，并能提高胃蛋白酶、胰蛋白酶和總蛋白水解酶的活性。Ghazi 等[5]在肉雞上的研究表明，添加不同來源的蛋白酶可以提高日糧真代謝能和氮的消化率，但不同來源的蛋白酶差異較大。Liu 等[6]研究表明，添加蛋白酶可使高粱型肉雞日糧的氨基酸表觀消化率提高9.16%。在日糧中添加蛋白酶能夠提高斷奶仔豬[7]、虹鱒[8]的營養(yǎng)物質消化率。

2.2 降解抗營養(yǎng)因子 飼料中的蛋白類抗營養(yǎng)因子主要包括胰蛋白酶抑制因子、抗原蛋白、凝集素等。豆粕中的球蛋白和β-伴球蛋白會導致仔豬腸道過敏性損傷和腹瀉[9]；豆粕蛋白酶抑制因子含量過高會降低蛋白酶活性和蛋白質消化率、導致胰腺增生、增加內源損失，造成家禽飼料便等腸道健康問題[10]。薛敏等[11]研究表明，添加蛋白酶DP100 可顯著降低鯽魚糞便中大豆球蛋白和β-伴球蛋白的含量。Wang 等[7]體外試驗表明，蛋白酶DP100 對提純的球蛋白和β-伴球蛋白的降解率高達94.74% 和88.89%。譚權等[12]研究結果表明，DP100蛋白酶能有效降解豆粕中球蛋白和β-伴球蛋白，且降解效果明顯優(yōu)于其他2 種蛋白酶。

2.3 促進腸道健康 蛋白酶主要通過3 個方面影響腸道健康：①提高蛋白質利用率，減少后腸蛋白質異常發(fā)酵帶來腸炎等腸道健康問題；②降解致敏蛋白和抗營養(yǎng)因子，緩解腸道過敏性損傷，維護腸道結構和功能；③減少蛋白質發(fā)酵產生氨、組胺、毒素等刺激性物質，減緩腸道損傷。Wang 等[13]發(fā)現(xiàn)，在玉米-豆粕型肉雞日糧中添加蛋白酶DP100，可增加肉雞腸絨毛高度，降低隱窩深度，改善腸道形態(tài)結構。Wang 等[7]研究表明，添加DP100 可顯著提高日糧蛋白質消化率，降低斷奶仔豬腸道食糜中氨態(tài)氮的含量，改善腸道形態(tài)結構，降低有害菌的數量，增加有益菌的數量，促進腸道微生態(tài)平衡，說明DP100 能促進斷奶仔豬腸道健康。

2.4 提高生產性能 外源性蛋白酶與內源蛋白酶協(xié)同作用可提高日糧蛋白消化率，將更多的可消化氨基酸被動物用于機體維持需要和蛋白質合成，進而提升動物生產性能。消化率提升使后腸異常發(fā)酵減少，有益菌群平衡和腸道健康，提高動物健康水平和生產性能[13]。Odetallah 等[14]在玉米-豆粕型肉雞日糧中添加角蛋白酶，提高了肉仔雞的生長性能，且在較低蛋白水平的日糧中作用更明顯。Wang 等[15]研究表明，肉雞日糧中添加角蛋白酶提高了1～21 日齡肉雞的體增重，改善了1～42 日齡肉雞的飼料轉化率。費笛波等[16]在乳仔豬日糧中添加蛋白酶使仔豬日增重和飼料轉化率分別比對照組提高了7.77% 和4.71%。盧晨等[17]研究表明，中性和酸性蛋白酶可顯著改善斷奶仔豬前期、后期和全期的日增重和飼料效率。

3 外源性蛋白酶在飼料工業(yè)中的應用

3.1 外源性蛋白酶在豬上的應用 斷奶仔豬消化功能尚不完善，受斷奶應激的影響，臨床上常常出現(xiàn)失重、腹瀉甚至死亡。因此，外源性蛋白酶在乳仔豬上的應用研究相對較多，其效果主要表現(xiàn)為提高日糧蛋白質消化率、降低腹瀉率、改善生長性能等。Caine 等[18]研究表明，蛋白酶可以提高豬對豆粕中可溶性物質和可溶性蛋白的消化率，也可以降低豆粕中胰蛋白酶抑制劑的含量。吳天星等[19]研究表明，添加酸性蛋白酶能提高仔豬的蛋白質表觀消化率[19]，降低腹瀉率及提高仔豬的生長性能[19-20]。張耕等[21]研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬日糧中添加外源蛋白酶能顯著減輕斷奶應激對仔豬的影響，提高斷奶仔豬增重。李元鳳等[22]研究表明，添加角蛋白酶能顯著降低斷奶仔豬腹瀉率，提高日糧干物質、粗蛋白和粗脂肪的表觀消化率，提高仔豬生長性能。李艷紅[23]研究表明，復合蛋白酶可以提高斷奶仔豬的生長速度、改善營養(yǎng)物質消化率，降低斷奶仔豬糞便氨氣含量。

3.2 外源性蛋白酶在禽上的應用研究 家禽消化道短，食糜排空較快，而禽料粗蛋白質水平高、原料可消化性差，蛋白質消化率問題突出。合理使用外源性蛋白酶制劑能提高家禽日糧蛋白質利用率，改善家禽腸道健康、提高家禽生產性能。Yu 等[24]證實，在玉米-豆粕型日糧中添加蛋白酶可以提高肉雞的生長性能、改善飼料轉化率。Peek 等[25]報道，添加蛋白酶可以顯著改善受球蟲感染的肉雞的體增重。孫得發(fā)等[26]研究表明，小麥豆粕日糧中添加角蛋白酶能提高粗蛋白質利用率，減少氨氣排放，降低造肉成本。譚權等[27]研究表明，添加角蛋白酶能降低蛋雞日糧配方成本，提高生產性能，提升經濟效益；角蛋白酶的作用效果具有劑量效應，隨著添加量的增加可進一步提高蛋雞生產性能及經濟效益。

3.3 外源性蛋白酶在水生動物上的應用研究 由于消化生理和營養(yǎng)需求的差異，水生動物消化能力較畜禽更低，而蛋白質需要量高于畜禽，因而水產飼料中的蛋白質消化率問題尤為重要。提高水產飼料蛋白質消化率對于降低配方成本、提高生長性能、降低水體污染具有重要意義。劉鼎云等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在低魚粉飼料中添加蛋白酶AG 能改善凡納濱對蝦的生長性能，但對對蝦的肌肉成分則無顯著影響。冷向軍等[29]也證實添加蛋白酶AG 可提高鯉魚前腸組織和食糜蛋白酶活性，提高鯉魚魚種生長性能。薛敏等[11]研究表明，低魚粉低蛋白日糧中添加角蛋白酶DP100 可提高鯽魚的增重率，改善飼料利用率，鯽魚生長性能與高魚粉高蛋白日糧相當。陳秀梅等[30]研究表明，用羽毛粉替代10%魚粉并添加蛋白酶，對異育銀鯽的生長性能、飼料利用率和機體抗氧化能力無不良影響。

3.4 外源性蛋白酶在原料處理方面的研究 蛋白酶在原料處理上主要集中于降解抗營養(yǎng)因子和提高原料可消化性，進而改善適口性和飼喂價值。在豆類蛋白原料上的研究表明，蛋白酶可降解該類原料中的抗原蛋白、胰蛋白酶抑制因子、凝集素等蛋白類抗營養(yǎng)因子[12]。體外試驗表明，角蛋白酶DP100 對豆粕的球蛋白和β-伴球蛋白有較好的降解作用，其作用效果受底物類型和添加劑量的影響[7]。周智旋[31]研究結果表明，角蛋白酶在體外能夠降解豆粕中的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白，酶解豆粕能降低斷奶仔豬腹瀉率。

畜禽副產品和谷物副產品（如羽毛、蹄甲、皮膚、血液、肉骨粉、雜粕等）原料來源廣、價格低、蛋白質含量高，是潛在的飼料蛋白質資源。但由于這類原料中的蛋白主要是角蛋白、膠原蛋白、醇溶蛋白、球蛋白等，具有分子量大、二硫鍵多、結構復雜、交聯(lián)度大等特性，不易被動物內源蛋白酶所降解，消化率較低，限制了其在飼料工業(yè)中的應用。在飼料生產或原料處理中，添加高效的外源性蛋白酶可以提高這類原料的蛋白質消化率，提升其營養(yǎng)價值[32]。

4 展 望

科學使用外源性蛋白酶對于控制配方成本、挖掘原料價值、提高蛋白質消化率、促進腸道健康、提高動物生產性能、節(jié)約蛋白質資源、減少環(huán)境污染等方面都有積極作用。然而市場上飼用蛋白酶種類多、質量良莠不齊、宣傳形式多樣，不同蛋白酶產品因其來源、菌種、技術手段、性質、酶活、工藝、品控等的差異，其使用效果差異很大。飼用蛋白酶的基礎研究和應用研究還任重道遠，未來應充分利用現(xiàn)代生物技術，篩選、改造和設計產蛋白酶含量高的菌種，以生產耐熱性好、底物適用性廣、作用效率高的飼用蛋白酶。