蜘蛛酶及其在饲料上的应用进展

■余　奎　谯仕彦　宋青龙　魏立杰　薛新升

（国家饲料工程技术研究中心北京龙科方舟生物工程技术有限公司，北京100193）



蜘蛛酶及其在饲料上的应用进展

■余奎谯仕彦宋青龙魏立杰薛新升

（国家饲料工程技术研究中心北京龙科方舟生物工程技术有限公司，北京100193）

摘要：蜘蛛酶是一种高活性的碱性金属蛋白酶，具有强大的蛋白分解能力，能够耐受宽泛的pH值、温度和盐度；除此之外，还具有很强的抗菌消炎活性，因此，与普通的蛋白酶相比，蜘蛛酶作为饲用蛋白酶在饲料上具有很大的优势。文中就蜘蛛酶的功能及其在饲料上的应用进行介绍。

关键词：蜘蛛酶；金属蛋白酶；抗菌消炎；饲料

在饲料工业中，饲用酶制剂的添加已非常普遍，而饲用蛋白酶正是由于其在幼龄动物中的独特作用而格外受到重视。在饲料中添加外源蛋白酶，可以有效补充内源蛋白酶的不足，提高动物对饲料中蛋白类物质的消化利用率，从而减少腹泻，提高免疫力；饲料中的蛋白类物质如豆粕一般含有抗营养因子。研究表明，蛋白酶可以有效降低豆粕中抗营养因子的影响，从而提高豆粕的使用价值，降低成本[1]。蜘蛛酶是饲用蛋白酶制剂中的新成员，本文就结合蜘蛛酶的功能及其在猪、奶牛、禽和水产饲料中的应用进行综述。

1蜘蛛酶的特点

1.1蜘蛛酶的概述

蜘蛛酶（Arazyme®）是由与Nephila clavata蜘蛛肠道共生的变形斑沙雷菌Serratiaproteamaculans产生的一种碱性金属蛋白酶，其发酵液经10 kDa膜过滤浓缩3~10倍，然后经阴离子交换层析获得纯品，分子量大小为51.5 kDa。对胃蛋白酶、胰蛋白酶、凝乳蛋白酶有较强的耐受性；能够耐受pH值8.0或者更高的pH值；在10~45℃之间能保持相对稳定的酶活；其在不同浓度NaCl中的活性随底物的不同而异，一般来说，随着NaCl浓度的增加酶活降低；作为一种金属蛋白酶，其以Zn2+和氨基酸残基为活性中心，能与饲料中的金属离子具有高度协同作用，饲料中的大部分金属离子（如铜离子、钙离子、亚铁离子等）是其激活剂[2]。

1.2强大的蛋白分解能力

蜘蛛酶被韩国一家昆虫生物公司开发成新型饲用酶制剂，具有强大的蛋白分解能力，对底物有着广泛的专一性，它能够水解高达19种氨基酸羧基端形成的肽键，但对由酪氨酸、丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、组氨酸、精氨酸、苯丙氨酸和丝氨酸羧基端形成的肽键则优先水解。在蜘蛛酶的体外酶解试验中，其对酪蛋白酶解率达到63%，对鸡蛋清蛋白的酶解率达到100%[3]，对角蛋白、胶原质、弹性蛋白的酶解率均大于40%[4]。在动物饲料营养设计上，由于蛋白质原料的价格越来越高，特别是鱼粉、豆粕价格的日益高涨，蛋白酶的运用，能够减少高价位蛋白原料的比例，增加消化吸收性能不佳的杂粕的使用量。并且，蜘蛛酶对植物性蛋白和动物性蛋白均有很好的水解效果，是理想的饲料添加剂。

1.3具有一定的抗菌活性

蜘蛛酶能够抑制很多致病菌，如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、分枝杆菌等，对引起奶牛乳腺炎的无乳链球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的抑制效果显著高于金霉素与链霉素[5]；也可预防和缓解多种呼吸道疾病和大肠杆菌引起的腹泻。

1.4具有一定的消炎能力

Bersanetti等（2005）[6]首先发现，蜘蛛酶具有明显消炎效果，进而揭示了其消炎机理：蜘蛛酶能够有效地水解缓激肽中Phe-Gly之间的肽键，这是炎症反应所必须的介质；并能够水解赖氨酸-精氨酸、精氨酸-丝氨酸这两处的肽键，阻止缓激肽前体——缓激肽原的生成。蜘蛛酶主要通过以下三个途径达到消炎的目的：①蜘蛛酶能够有效抑制前列腺素，在炎症反应过程中，前列腺素可以通过加强引起血管通透性的增加介质如组织胺和缓激肽的活动而引发水肿[7-9]；②蜘蛛酶能够减弱和分解缓激肽，缓激肽是一种炎症介质，属于内源性血管扩张肽，导致血管通透性的增加及水肿；③蜘蛛酶能够降低纤维蛋白结块，组织的损伤引起白细胞聚集，第一凝血因子激活了凝血素向凝血酶和纤维蛋白原向纤维蛋白转化，最终形成纤维蛋白凝块，其在很大程度上引起了炎症。正是通过以上三个环节的各个击破，蜘蛛酶才得以对支气管炎、肺炎等炎症有显著的消炎效果。

2蜘蛛酶在饲料上的应用

2.1蜘蛛酶在猪饲料中的应用

仔猪由于其生理机能发育不完善，内源蛋白酶产生较少，加上断奶的应激则引起自身消化酶的迅速减少，进而导致仔猪不能充分消化吸收饲料，后果是未被充分消化的饲料为大肠杆菌等肠道菌群提供食物而大量增殖，进而使仔猪产生腹泻现象。为此，补充酶制剂可以提高饲料的消化利用率，降低营养性腹泻的发生[10]。徐勇本等[11]将蜘蛛酶添加到20日龄的断奶仔猪饲料中，结果发现仔猪的平均日增重均明显增加。相比对照组，全期平均每头仔猪多增重53.55 g/d，全期料肉比降低了13.84%；同样，添加蜘蛛酶的仔猪腹泻率也明显偏低。文玉兰等[12]在研究仔猪的生产性能时也发现，添加蜘蛛酶等饲用蛋白酶制剂可以明显地提高粗蛋白等营养物质的消化利用率，同时试验组仔猪毛顺有光泽、活泼好动、两眼有神、腹围饱满而不胀、肌肉丰满、体况良好。王洪伟等[13]研究发现，将蜘蛛酶添加到处于妊娠或哺乳期间的母猪饲料中，当添加量为100 g/t时，仔猪的出生重、断奶重和日增重显著增加，而仔猪的腹泻率和母猪粪便异常率却显著降低。

豆粕是生长育肥猪日粮的主要植物性饲料，但豆粕中存在天然的抗营养因子，如胰蛋白酶抑制剂和植物凝集素等，大大影响猪的消化利用。研究表明，添加蜘蛛酶可以有效地降低豆粕中胰蛋白酶抑制剂和凝集素等抗营养因子的影响，增加饲料利用率，最大限度地发挥饲料的营养价值，提高瘦肉率和胴体品质。张涛等[14]也发现，在生长育肥猪饲料中添加蜘蛛酶等复合酶制剂可以明显提高猪的生长性能。由于蜘蛛酶提高了蛋白质等营养物质的消化利用率，因此，猪粪便中排出来的氨氮含量明显减少，减轻了对猪呼吸道的刺激，降低了粪便对周围水环境的污染。

2.2蜘蛛酶在奶牛饲料上的应用

奶牛乳房炎一直是奶牛养殖业挥之不去的痼疾，其中最严重的是隐性乳房炎的发病率一直居高不下，却容易被忽视，不仅导致奶牛产奶量的明显下降，而且还使乳汁中体细胞数量明显增多，最终降低了牛奶的品质和风味，也严重制约了奶业的发展。

蜘蛛酶由于具有良好的消炎活性，可通过抑制前列腺素的生成、减弱和分解缓激肽、降低纤维蛋白结块等途径有效降低乳房炎的发生，使乳汁体细胞数明显减少，从而有效改善乳品质和提高奶牛产奶量。

刘大程等[15]研究表明：蜘蛛酶能使奶牛维持较长的泌乳高峰期，能够明显缓解泌乳期奶量的减少；能够显著降低乳中体细胞数，改善乳的品质；能够增强奶牛机体免疫力，对奶牛的乳房炎有很好的治疗效果，对保护乳腺健康有良好防病保健作用。黄香等[16]研究表明，蜘蛛酶能够很好地治疗奶牛的临床型乳腺炎和隐性乳腺炎，能有效改善乳房内环境，恢复乳腺机能，减少乳汁体细胞数和乳房炎的发生。

2.3蜘蛛酶在家禽饲料中的应用

由于家禽的肠道较短，所含益生菌较少，因此，不能提供足够的酶来消化分解饲料，大大降低了饲料的营养价值。为此，有必要在日粮中补充酶制剂。Ghazi等[17]在肉鸡饲料中添加蛋白酶大大提高肉鸡日粮的能量利用率。Zanella等[18]在肉鸡玉米-豆粕型日粮中添加蛋白酶制剂时，可提高日增重和回肠内的氨基酸含量。过去添加在家禽饲料中的酶制剂大多是非淀粉多糖酶(NSP酶)，因为NSP酶能够有效降低家禽肠道食糜黏性等作用。而随着饲料行业的发展，蛋白酶重新受到重视，而蜘蛛酶由于可以高效降解导致食糜黏性的胶原质、弹性蛋白、角蛋白、凝胶等蛋白原料，因此也可以显著降低肠道黏度。一项利用蜘蛛酶对33周龄海兰褐产蛋鸡消化道食糜黏性的影响实验结果表明：蜘蛛酶能够有效降低蛋鸡消化道内容物黏度。将蜘蛛酶应用在种鸡上，可以提高产蛋率、增加蛋重、降低破蛋率、从而使蜘蛛酶在提高鸡蛋品质方面有显著的效果。蜘蛛酶还可以降低蛋鸡因消化不良引起的应激；蜘蛛酶的消炎活性增强了蛋鸡的免疫力，能够快速消除疾病后蛋鸡的身体炎症，迅速恢复产蛋机能。

2.4蜘蛛酶在水产饲料上的应用

目前，蜘蛛酶在水产养殖上刚刚起步，研究重点是罗非鱼、凡纳滨对虾（即南美白对虾）的生长性能、消化率和免疫力方面。谢骏等[19]研究发现，在饲料中添加蜘蛛酶可以提高凡纳滨对虾的成活率，可以明显提高虾的日增重；还可以提高凡纳滨对虾血清中酸性磷酸酶活性和溶菌酶的活性，但对超氧化物歧化酶活性影响不显著。乌兰等[20]在基础饲料中添加不同比例的蜘蛛酶，然后饲喂奥尼罗非鱼56 d，分别测定奥尼罗非鱼的生长性能、消化率及血清溶菌酶活力和超氧化物歧化酶活力等指标。结果表明，当蜘蛛酶的添加量为1 g/kg时能显著提高奥尼罗非鱼的增重率，降低饵料系数，能提高奥尼罗非鱼对蛋白质类饲料的表观消化率，并且明显提高奥尼罗非鱼对干物质的表观消化率，血清溶菌酶活力、SOD活力也比对照组有所提高。

3　小结

综上所述，蜘蛛酶可以使饲料在仔猪肠道内充分消化吸收，降低营养性腹泻的发生，可以有效地分解动物饲料中的抗营养因子，能够最大限度地发挥饲料的营养价值；蜘蛛酶具有很好的消炎活性，能够降低奶牛乳房炎的发生，降低乳中体细胞数，改善乳品质；蜘蛛酶在禽饲料上可以增加蛋鸡对日粮中营养物质的消化利用，提高产蛋率；同时在水产上蜘蛛酶也能提高对蛋白质的表观消化率，提高其生产性能，提高经济效益。但目前，饲用蛋白酶制剂大多偏酸性和中性，这与动物消化道内环境是一致的，而蜘蛛酶是一种碱性蛋白酶，如果能够对蜘蛛酶进行改造，使其最适pH值降低，那么蜘蛛酶作为饲用蛋白酶制剂会有非常巨大的应用价值。

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（编辑：高雁，snowyan78@163.com）

The arazyme and its application in feed

Yu Kui, Qiao Shiyan, Song Qinglong, Wei Lijie, Xue Xinsheng

Abstract：Arazyme is a highly active alkaline metalloprotease, which has strong proteolytic abilities. It can tolerate a wide range of pH, temperature and salinity, in addition, it also has a strong antisepsis and anti-inflammation activity. Due to these great advantages over the conventional forage protease, the applications in feed were introduced based on its function in this paper.

Key words：arazyme；metalloprotease；antisepsis and anti-inflammation；feed

收稿日期：2015-10-13

通讯作者：薛新升，高级工程师。

作者简介：余奎，硕士，研究方向为发酵工程及生物饲料开发。

中图分类号：S816.7

文献标识码：A

文章编号：1001-991X（2016）04-0021-03

doi:10.13302/j.cnki.fi.2016.04.005