饲用蛋白酶及其在肉鸡生产中的应用

■周 梁 王 晶 张海军 武书庚

(中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点开放实验室，北京 100081)

酶广泛存在于自然界中，微生物、植物、动物、人，凡是有生命的地方就有酶的存在，其在维持生命体的各项活动中起着至关重要的作用。随着时间的推移，人们对酶的认识逐渐加深，酶的巨大作用也开始为人们所利用。近些年来，分子生物学技术飞速发展，工业酶制剂的应用已经渗入到人们生活的各个角落，工业、农业等各个领域都能看到它的应用。

如今的饲料行业中，酶的研究与应用取得了长足发展。如植酸酶，因其能提高动物对饲料中植酸结合态磷的吸收而在饲料生产中得到广泛应用。另外，其他一些酶也因能显著提高饲料利用效率而备受青睐，如木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶、淀粉酶，以及蛋白酶。

日常的畜禽生产中，鸡、猪等单胃动物其本身可分泌一定量的蛋白酶类，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶等，而使饲料中的蛋白消化达到很高的水平。但是在其摄入的饲料中，仍会有少部分蛋白未被消化吸收，而直接随粪便排出体外。因此，通过添加外源的蛋白酶类来提高蛋白质的消化率，提高饲料利用率，从而降低生产成本就成为可能。

如今对于饲用蛋白酶的研究还不像其他酶类那样广泛而深入，更多的只是把蛋白酶作为复合酶制剂的一部分来研究。这就很难有针对性地评价蛋白酶的作用和效果。所以，当务之急便是就蛋白酶产品对相应饲料及靶动物的作用进行专门研究，使其对饲料行业及环境的贡献最大化。本文将就近些年来蛋白酶制剂及其在肉鸡生产中的研究作如下综述。

1 饲用蛋白酶的分类、来源及功能

1.1 根据来源，蛋白酶可分为动物源性蛋白酶、植物源性蛋白酶、微生物源性蛋白酶

动物源性蛋白酶多从牛、羊、猪等动物的胰脏中提取而得，生产成本较高，饲料生产中很少应用。

饲料工业中常用的植物源性蛋白酶有木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶，它们分别从未成熟的番木瓜和菠萝中提取而得。木瓜蛋白酶具有很强的分解蛋白质能力，并且有水解酰胺键和酯键的特性，可帮助饲料消化，提高饲料效价（冯定远，2011）。何霆等（1992）研究表明，日粮中添加木瓜蛋白酶可提高饲料利用效率。菠萝蛋白酶能分解蛋白质、肽、酯和酰胺，水解蛋白的活性比木瓜蛋白酶还要高10倍以上，最适反应温度在55～65℃之间（赵武玲等，1999)。菠萝蛋白酶除具有助消化功能外（Gibbons等，1977；Chandler等，1998)，还具有药用功效(Engwerda等，2001；Mynott等，1996)。

微生物蛋白酶既有通过细菌（如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌)培养提取的，也有通过真菌（如黑曲霉、米曲霉、酵母)发酵提取的。微生物蛋白酶与植物蛋白酶相比除具有一般蛋白酶的性质外，还具有专一性强、性质稳定、安全高效的优点。

微生物蛋白酶和植物蛋白酶由于生产成本相对低廉，故在多种工业上得到了广泛应用。近年来，随着生物技术和基因工程的飞速发展，微生物蛋白酶在性质得到改进的同时，生产成本进一步降低。故如今的饲料行业中，对于微生物蛋白酶应用的研究正在兴起，大有取代植物蛋白酶的趋势。

1.2 根据作用的最适pH值，蛋白酶可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶

目前饲料工业中应用的蛋白酶多为酸性蛋白酶。酸性蛋白酶包括胃蛋白酶、凝乳酶和一些微生物蛋白酶，适宜在酸性条件下水解蛋白质。酸性蛋白酶用作动物饲料添加剂，可提高动物（特别是幼龄动物)对饲料中蛋白成分的消化吸收率，促进其生长（肖竞，2003）。

中性蛋白酶属于蛋白质内切酶，作用于肽键，产物为肽类及少量氨基酸，最适pH值7.0～8.0，37℃下较稳定，超过45℃酶活不稳定，60℃以上失活较快（Cromwell，1992；Bedford，2006）。因其不耐高温，在饲料的加工过程中容易失活，故限制了其在饲料行业中的应用。但仍有试验表明，饲粮中添加中性蛋白酶能提高丝羽乌骨鸡蛋白和氨基酸的消化率（奚刚，1998）。

碱性蛋白酶是在pH值偏碱性范围内水解蛋白质肽键的酶类。因其最适pH值与动物消化道内环境不符，故在饲料行业中使用较少，主要应用于洗涤、制革、食品等行业中。

2 饲用蛋白酶在肉鸡生产中的研究进展

2.1 饲用蛋白酶对肉鸡生产性能的影响

很多研究已表明，蛋白酶制剂对肉鸡生产性能及饲料利用效率的提高具有显著作用，早期研究多把蛋白酶作为复合酶制剂的一部分进行探讨。如Marsman等(1997)在膨化豆粕中添加蛋白酶和半纤维素酶，发现其可以提高肉鸡的生长性能。Simbava等(1996)报道，在使用双低菜粕的肉仔鸡日粮中添加蛋白酶，无论是高蛋白配方(22%)还是低蛋白配方(17%)，肉鸡的生长性能均得到改善。

近年来，单组分蛋白酶应用于肉鸡生产的研究逐渐深入。研究结果显示，饲粮中单独添加蛋白酶也能促进肉鸡生产性能的提高。Yu等(2007)发现，在玉米-豆粕型日粮中添加蛋白酶，具有提高饲料转化率，改善肉鸡生长性能的功能。Angle等（2011）用添加了不同梯度外源蛋白酶（RONO⁃ZYMERProAct）并降低了蛋白含量的玉米-豆粕型日粮饲喂肉鸡，并与饲喂正常日粮（不添加蛋白酶，不降低蛋白含量）的肉鸡作比较，结果发现：22日龄时，饲喂低蛋白日粮的肉鸡体增重要比饲喂正常日粮肉鸡低7.5%。而在低蛋白日粮中补充外源蛋白酶（200 mg/kg及以上剂量）后，低蛋白日粮组与正常蛋白日粮组的肉鸡生产性能则无显著差异，并且饲料转化效率得到改善。

2.2 饲用蛋白酶对肉鸡营养物质利用的影响

肉鸡生产中，提高肉鸡对营养物质利用效率是改善肉鸡生产性能、节省成本的重要途径。Ghazi等(2003)在肉鸡上的研究表明，在豆粕中添加不同来源的蛋白酶可以提高日粮真代谢能(TME)和真氮(N)的消化率，但不同来源的蛋白酶差异较大。易中华等（2005）报道，肉鸡日粮中添加复合酶制剂（纤维素酶、木聚糖酶、半乳糖苷酶、酸性蛋白酶）可显著提高了肉鸡氮、磷利用率，进而大幅度降低氮、磷排放量。张青青等（2010）在玉米-豆粕型日粮中添加耐高温复合酶制剂（主要成分为蛋白酶）的研究发现，随着日粮中复合酶制剂添加水平的增加，肉鸡对干物质（DM）、粗蛋白(CP)和总能(GE)的代谢率都逐渐增加。Fidelis Fru-Nji等（2011）研究表明，蛋白酶（RONOZYMERProAct）能体外水解蛋白质，在肉鸡饲粮中添加后能有效提高肉鸡对蛋白和能量的利用率，提高肉鸡生产性能。

饲用蛋白酶的应用还能提高肉鸡饲粮中非常规饲料的利用效率。羽毛粉蛋白含量高，是一种理想的饲料原料，但其主要成分β-角蛋白不能被常规蛋白酶所降解，而能被角蛋白酶降解。Ode⁃tallah等(2003、2005)在肉仔鸡上的试验证实，在饲料生产中，添加合适剂量的角蛋白酶可以有效促进羽毛粉中的角蛋白水解，大幅度提高肉鸡对羽毛粉的消化率。

2.3 饲用蛋白酶对肉鸡消化酶及消化系统的影响

目前，关于外源添加酶制剂能否影响动物体内源酶活力的说法不一。主要有两种观点，一种观点认为，外源酶的添加会干扰动物本身内源性消化酶的分泌，可能会出现“反馈性的抑制”。另一种观点则认为，外源酶的添加，会促进动物内源性消化酶的分泌。Inborr(1993)认为，大多由细菌和真菌发酵而来的酶，其自身结构的要求均有利于动物内源酶的分泌。同时，因为需要分解的养分数量增加，也会反馈性的刺激内源性酶的分泌。奚刚等（1998、1999）在丝毛乌骨鸡日粮中分别添加中性蛋白酶和酸性蛋白酶后发现，36、67日龄鸡胃蛋白酶、胰蛋白酶、总蛋白酶活性均得到不同程度的提高。

李慧（2010）选择1日龄健康Cobb 500肉仔鸡进行试验，在日粮中添加不同梯度的蛋白酶，试验结果表明，32 000 U/kg蛋白酶添加水平使1～21 d和22～42 d肉鸡小肠食糜淀粉酶活性分别降低了8.75%和 28.14%，显著降低1～21 d肉鸡小肠食糜脂肪酶活性，并趋于降低22～42 d肉鸡脂肪酶活性。同时结果还发现，蛋白酶对肉鸡小肠组织学形态也产生影响，其中4 000 U/kg蛋白酶添加水平显著降低十二指肠、空肠和回肠的隐窝深度(C)和肌层厚度，而32 000 U/kg蛋白酶添加水平趋于提高22～42 d肉鸡十二指肠指数，并显著降低十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度(V)和V/C。因此，高剂量（32 000 U/kg）的蛋白酶对肉鸡消化机能产生负面影响。

2.4 饲用蛋白酶对肉鸡免疫系统的影响

菠萝蛋白酶的药用功效已经得到广泛认可。近年来，很多研究表明，饲料中添加菠萝蛋白酶能够对靶动物产生良好的免疫增强功能。Mynott等(1996)、Erhard等（1996）、Marguardt等（1999）研究结果均表明，口服菠萝蛋白酶，对防治猪的腹泻具有良好效果。赵瑾等（2010）利用菠萝提取物在肉鸡上的试验表明：菠萝提取物饲料添加剂能够显著提高AA肉鸡血清内IgG、IgM、IgA的含量以及T淋巴细胞百分率(P＜0.05)。另外还有研究显示，玉米-豆粕型日粮中添加海洋低温蛋白酶MP能提高肉鸡的胸腺和脾脏指数（庄志伟，2011），改善肉鸡免疫力。

Peek等（2009）发现，日粮中补充一种来源于地衣芽孢杆菌的蛋白酶，可以提高肉鸡体增重，尤其对于感染球虫的鸡只效果更显著。美国俄克拉荷马州立大学的研究也表明，蛋白酶制剂与肉鸡球虫病间具有显著的相关性，其应用于接种球虫而不给药治疗的肉鸡效果明显。

2.5 蛋白酶使用对环境的影响

动物食入的蛋白，未完全消化部分会随粪便排出体外，并在环境中分解为氨气和硝酸盐。氨气挥发到大气中会造成水体酸化，而硝酸盐则能污染水源，对生物多样性造成损害，并直接威胁人类健康。生命周期评价系统(LCA)是量化事物整个生命周期对环境影响的一种工具，其包括了原料的收集、加工、运输、后处理及回收利用的整个过程。因此，我们可以利用这个系统来评价一种酶对环境的友好程度，并以此作为评价酶的应用价值的重要依据。

最近，针对蛋白酶应用于家禽饲料中是否会对环境产生影响的问题有人进行了专门的研究（Oxenboll,2011;Adrizal,2011）。研究按照LCA在ISO14040和14044中的要求展开。将肉鸡生产的每个环节都考虑在内（包括从饲料原料加工到肉鸡的出栏，及粪便利用等一系列过程）。该研究以常规肉鸡日粮作为对照，并对两个试验组日粮做如下处理：一组通过改变日粮组成降低饲料总蛋白含量并添加蛋白酶；另一组在对照组日粮基础上添加蛋白酶。试验以肉鸡每吨产出（活重）对环境产生的影响作为评价标准。综合所有因素评估以后的结果表明：饲料中添加蛋白酶能显著降低亚硝酸盐的排放，减轻其对水体和大气的污染。另外，蛋白酶的使用能有效补偿饲粮中蛋白水平的降低，维持动物的生产性能。

3 结论及展望

随着对蛋白酶研究的不断深入，大量试验已经证明了蛋白酶在促进动物生长、提高营养物质利用率及环境友好等方面的独特作用。而且随蛋白酶生产工艺的逐步改进，蛋白酶产品自身稳定性也得到增强。一些新蛋白酶产品的出现，使得一直以来制约其在饲料生产中应用的不耐热性难题得到改善，并且经证实蛋白酶与其他饲用酶制剂也有很好的共容性。蛋白酶是家禽饲用酶制剂产品的新星，在当前的原料价格水平下，应用蛋白酶可以使每吨饲料的价格降低3美元以上，可以帮助家禽养殖者提高收益。

虽然蛋白酶在家禽养殖中的应用已经取得了良好的效果，但在其研究及应用的过程中也还存在着诸多问题：①如今，微生物来源蛋白酶成为市场主导，筛选和培育产酶量高、稳定性好且适合在饲料工业中应用的菌种成为重中之重，而现在此种菌种市面上还为之甚少；②生产工艺不规范、缺乏统一的相关标准，产品质量良莠不齐；③对不同特性蛋白酶之间的互作机制及蛋白酶与其他酶制剂之间互作关系的研究还不够深入；④对蛋白酶潜力的开发不够，酶用途较为单一；⑤对不同生长阶段动物，不同蛋白酶添加量和添加形式的研究还不够细致，实际应用中盲目性较大；⑥饲料中添加蛋白酶后对靶动物自身消化酶分泌及活性，消化器官发育的影响研究较少，是否对动物机体健康产生影响也还不够明确。

总之，从目前的研究进展来看，蛋白酶制剂在肉鸡生产中的应用已经显示出其优越性。随着科学技术的发展及对蛋白酶研究的深入，其性质及功用必将在不断发展的畜牧业和饲料添加剂领域得到完善，为饲料工业和养殖业的发展做出贡献。