酶解植物蛋白在动物生产中的应用研究

李燕清，贺 喜

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410128；2.湖南省衡阳市畜牧水产局，湖南衡阳421001）

酶解植物蛋白在动物生产中的应用研究

李燕清1,2，贺 喜1

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410128；2.湖南省衡阳市畜牧水产局，湖南衡阳421001）

酶解植物蛋白是以植物蛋白原料为基础，利用蛋白酶降解得到的饲料原料。此类原料具有小肽含量高、抗营养因子低、发酵产物丰富的特点，可部分替代传统动植物蛋白使用，降低饲料生产成本，并对动物的生长、消化吸收、抗氧化能力和免疫机能具有一定的改善作用。文章综述了酶解植物蛋白种类，及其在动物生产中的应用现状。

酶解；植物蛋白；动物生产

随着我国经济快速发展，蛋白资源短缺，资源利用率不高，严重影响着我国饲料工业和养殖业的健康发展。实际上我国有较丰富的植物蛋白资源，但未被有效利用[1]。比如豆粕、棉粕、菜籽粕等作为植物蛋白，综合利用率不高。因此开展我国农产品副产物植物蛋白的分离利用技术研究非常重要。目前，酶解植物蛋白技术在饲料原料上的应用，是生物工程技术和现代动物营养学技术的进步。通过酶解的植物蛋白饲料原料，具有小肽含量高、抗营养因子低、发酵产物丰富的特点，能有效提高饲料的利用效率和营养性。一方面对动物消化吸收、生长、抗氧化能力、免疫机能起到改善作用；一方面减低饲料成本，避免过多依赖国外蛋白原料进口的现状[2]。本文介绍酶解植物蛋白原料在动物生产中的应用研究进展。

1 酶解技术

酶解植物蛋白技术在适宜的酶解条件下，利用植物蛋白为原料，通过蛋白酶作用，降解蛋白质、脂肪和多糖等大分子物质，分解为可溶性蛋白、有机酸、多肽等小分子物质。使用蛋白酶能有效降解或消除植物蛋白原料中的抗营养因子，提高植物蛋白原料在饲料中的利用率。酶解方法具有生产条件温和、容易控制水解、安全性高和较少破坏营养物质等的特点，多应用在生产大豆多肽。

酶解法中根据所选酶的种类不同，产生不同的分子量分布和氨基酸组成，对大豆多肽的品质也有影响[3]。常使用的动物蛋白酶有胰蛋白酶、胃蛋白酶；植物蛋白酶有无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶等。

酶解技术也分为单酶作用、复合酶作用和微生物发酵酶解作用。单酶水解存在效率不高、产物种类简单等缺点。两种或多种复合酶酶解作用相对单酶作用能提高蛋白水解度、获得更多的可溶性肽。单纯酶解具有耗时短、损耗小、效率高等优点，但难以控制杂菌增殖，同时对植物蛋白脱毒效果不佳。而比较成熟的发酵植物蛋白技术存在耗时长、损耗大、效率低的缺点，但能降低或消除植物蛋白的毒性[4]。将两者结合起来，在酶解过程加入菌种发酵，既能抑制杂菌繁殖，温和脱毒，降低酶解饲料的成本；又能避免破坏发酵过程中活菌数量和部分营养物质，进一步提高发酵植物蛋白的消化率、水解度，生成低分子多肽[5]。

2 酶解豆粕

豆粕是大豆提取豆油后得到的副产品，是优质的植物性蛋白源饲料原料，其粗蛋白含量达到43%～48%。它还有丰富的必需氨基酸，且氨基酸组成平衡[6]。但豆粕含有两类抗营养因子：一类是抗胰蛋白酶因子、脂肪氧化酶、植物凝集素等热不稳定抗营养因子；一类是大豆球蛋白、不良寡糖、植酸等热稳定性抗营养因子。抗营养因子会对动物肠道造成损伤，引起腹泻、过敏等不良反应，进而影响动物的健康发展，因此限制了豆粕在日粮中的应用。

2.1 豆粕酶解前后营养物质的变化

王之盛等电泳实验表明，酶解过后豆粕抗原蛋白电泳速度明显高于对照组，说明酶解后的抗原蛋白从大分子变成了小分子物质[7]。实验利用复合酶中的纤维素酶降解细胞壁物质，使淀粉、脂质、蛋白等更加容易被对应的酶降解，有效降低酶解过程的屏蔽和阻挡作用有利于直接降解抗原蛋白，降低抗原蛋白的致敏作用。

酶解不仅能降低原料中抗营养因子，对其营养价值也有显著改善作用。吴金鸿等研究表明酶处理后豆粕中的植酸降解率为56.6%；酶解过后酶解后可溶性金属离子 Zn2+、Ca2+、M g2+、Fe2+的含量分别提高了73.0%、69.0%、62.9%和23.7%[8]。魏金涛等研究的复合酶酶解豆粕可以降解所有植酸，降低脲酶活性；小子质量蛋白含量显著提高，复合酶酶解后水溶性蛋白、酸溶性蛋白和游离氨基酸的含量显著增加约5倍(P＜0.05)；部分氨基酸含量增加[9]。

2.2 酶解豆粕在动物生产上的应用效果

在饲料中添加酶解豆粕，通过应用研究，已经取得一定的生产效果和经济效益。付晓等研究了不同微生物酶解豆粕对断奶仔猪生产性能和消化率的影响，酶解豆粕能显著提高仔猪生产性能，显著提高断奶仔猪对粗蛋白、能量、钙和磷的消化率，表明酶解豆粕更有利于仔猪对养分的消化利用[10]。赵娜等研究了酶解发酵豆粕能够提高仔猪肠道正常菌群的优势菌乳酸杆菌增加，大肠杆菌减少，降低了仔猪的腹泻率；仔猪血清中抗氧化能力指标T-AOC、SOD活性显著提高，M DA含量显著降低，说明豆粕酶解发酵物提高了仔猪机体抗氧化能力；与添加抗生素的对照组相比，大多数指标差异不显著，甚至乳酸杆菌数量多于抗生素组，结果表明酶解发酵豆粕对仔猪的生产性能达到了抗生素水平[11]。豆粕的酶解产物可作为仔猪良好植物性蛋白质饲料原料应用。

魏金涛等利用木瓜蛋白酶和酵母菌进行酶解发酵豆粕，采用无需烘干的酶解发酵技术，研究对生长育肥猪生产性能的影响[5]。结果表明经过液态发酵后水溶性蛋白、小肽、小分子蛋白含量显著提高，能够促进生长育肥猪采食量的提高。其中不同含量的液态酶解发酵豆粕，添加10%组平均日采食量和日增重分别提高12.14%和11.33%，添加20%组平均日采食量和日增重分别提高20.81%和22.29%，表明添加量越大，生产成绩越高。同时降低育肥猪的脲酶活性。

刘宁等将酶解豆粕应用在肉鸡上，采用5%、10%、12%的酶解豆粕等量替代豆粕，结果表明肉鸡的料重比减低3%～7%，显著提高采食量12%～21%和增重8%～16%，降低料重比，提高了肉鸡的生长性能；显著提高了干物质、蛋白质、能量、磷和钙等营养物质的消化率，更有利于肉鸡对养分的吸收利用[12]。

宋志东等选择了7个浓度的酶解大豆蛋白等量代替鱼粉研究对星斑川鲽幼鱼生长、血液生化和体组成的影响[13]。试验表明，高水平的替代鱼粉蛋白(85.40%～100%)显著降低摄食率和蛋白质效率、提高了饲料系数(P＜0.05)，而低水平替代显著提高了星斑川鲽幼鱼的体增重和特定生长率(P＜0.05)。加入19.62%～32.46%酶解大豆蛋白显著降低幼鱼血清中的谷草转氨酶和谷丙转氨酶的活性。研究证明酶解大豆蛋白代替69.03%鱼粉，对星斑川鲽幼鱼的生长和饲料利用未产生不利的影响；36.76%～37.78%是酶解大豆蛋白替代鱼粉蛋白的适宜水平，既能保护肝脏，降低体组织脂肪，还能提高星斑川鲽幼鱼的生长性能。

3 酶解棉粕

棉粕是制作饲料原料的植物性蛋白源之一，含有40%左右的粗蛋白。棉粕中的抗营养因子主要为棉酚、环丙烯脂肪酸、单宁和植酸。棉粕中含有大量的游离棉酚，能在动物体内与特定氨基结合，降低蛋白质和赖氨酸的利用率，进而产生毒害作用，限制了它在动物生产上的有效利用。

棉粕的脱毒方式有三种：物理法、化学法和生物法[14]。其中生物法中的酶解法，能使棉粕中游离的棉酚等毒性物质进行分解，一方面使棉粕中的抗营养因子失效；一方面将植物蛋白降为小分子肽。但直至目前为止，关于酶解脱毒的报道并不多。

3.1 棉粕酶解前后营养物质的变化

刘文斌等利用枯草杆菌蛋白酶酶解棉粕，并测定棉粕酶解后产物的营养指标，分析酶解前后组成的变化[15]。分析结果表明：酶解棉粕能显著提高水溶性氮指数、游离氨基酸和可溶性非氨基酸氮的含量，可增强动物肠道消化酶对植物蛋白的分解和酶解产物吸收消化；酶解后棉粕产物中的小肽比例从19.0%提高到60%左右，小肽的种类也有所增加。有报道通过BOSAR蛋白酶酶解棉粕能显著提高棉粕的消化率[16]。

利用酶解技术降解棉粕中的一种抗营养物质非淀粉多糖的研究比较多，王洁等采用4种非淀粉多糖单体酶降解棉粕中的非淀粉多糖，其中添加甘露聚糖酶对不可溶性非淀粉多糖的降解效果比可溶性非淀粉多糖的降解效果显著；可溶性非淀粉多糖降解率最大为10.38%，不可溶性非淀粉多糖降解率最大为16.09%，可溶性nsp的最适合甘露聚糖酶活为4 000 U/kg,不可溶nsp的最适合甘露5 000 U/kg[17]。通过添加β-甘露聚糖酶，能够有效降解可溶性β-甘露聚糖酶，大幅度提高可溶性甘露糖和葡萄糖的含量，提高饲料的利用率[19]。

3.2 酶解棉粕在动物生产上的应用效果

王菊花采用二步酶解棉粕饲喂断奶仔猪21d，能有效降低仔猪的腹泻指数，说明酶解棉粕能提高了营养物质消化利用率[19]。实验还表明在酶解提高了棉粕中游离棉酚的含量863m g/kg，而保温棉粕游离棉酚含量416m g/kg，但对仔猪的生产性能与保温棉粕组无显著差异，说明酶解可能具有改善棉粕饲喂效果的作用。

由于鱼类对棉酚的耐受力比畜禽强，一般添加量的棉粕中的棉酚不会引起某些鱼类中毒[20]。所以大多数酶解棉粕被用作鱼类饲养原料研究。刘文斌等将酶解棉粕产物1.5%和3.0%等量替代添加棉粕到易育银鲫饲料中，实验结果表明，饲养35天后两组特定增长率分别比对照组高了32.5%和56.7%；肝脏胰蛋白酶m RNA表达水平提高；肠道活性蛋白酶和营养物质表观消化率得到促进。这说明酶解棉粕蛋白肽能提高鱼类饲料转化率、成活率，促进生长，且并未降低鱼肉品质[21]。此外发现棉粕等植物蛋白酶解物对鱼类肠道中的芽孢杆菌、乳酸杆菌有明显促进作用，有利于鱼类的健康生长。

夏微等采用2%棉粕酶解蛋白肽分别替代基础2%鱼粉和2%混合植物蛋白原料，实验证明：酶解棉粕替代组增重率和特定生长率均高显著增高，饵料系数大幅降低，明显提高了鱼体粗蛋白含量，同时提高了血清溶菌酶、碱性磷酸酶和肠道蛋白酶的活性[22]。酶解棉粕能提高建鲤生长性能和肠道相关酶活性。

4 酶解菜籽粕

相对廉价的菜籽粕粗蛋白含量36%左右，氨基酸组成较平衡，但同样含有较多抗营养因子如安宁、植酸、芥子碱等。菜籽粕中硫葡萄糖甙产生的降解物，能导致动物中毒，制约了菜籽粕在饲料配方中的应用比例。采用脱毒方式有三类：物理法、化学法和生物学法[23]。生物学脱毒法又分为微生物发酵脱毒和酶解脱毒法。目前对酶制剂脱毒的研究报道较少。常用已经脱毒的菜籽粕作为原料进行下一步酶解改良。也有报道采用微生物发酵酶解技术综合处理菜籽粕，改善菜籽粕的饲用价值。整体来说，利用酶降解菜籽粕的技术不够成熟，有待进一步研究。

4.1 菜籽粕酶解的作用效果

杜冬梅等利用2种中性蛋白酶和碱性蛋白酶复合酶解菜籽粕，优化加酶量、pH、酶解时间、酶解温度等调节，分解蛋白质得到多肽率为54.89%[24]。杨雪等利用碱性蛋白酶酶解已经化学法脱毒的菜籽粕，制备菜籽多肽[25]。实验表明多肽的最佳酶解条件为：底物浓4%、加酶量7%(E/S)、温度50℃、pH 8.5、酶解时间120 m i n，在此条件下酶解后上清液中的多肽含量为(35.4±0.11)m g/m L。

赵娜等发现组合酶在水分添加量15%且组合酶添加量0.05%，酶解24 h的条件下，可以提高酸溶蛋白质含量到4.35%，无机磷含量大幅度提高，干物质体外消化率提高12%以上[26]。生物酶酶解法温和可靠，可提高菜籽粕的蛋白质吸收率，改善菜籽粕营养品质效果。

4.2 酶解菜籽粕在动物生产上的应用效果

刘文斌等采用枯草杆菌蛋白酶酶解四种植物蛋白，菜籽粕蛋白酶解效果不如豆粕和棉籽粕酶解效果好；菜籽粕酶解蛋白等量替代基础日粮中的蛋白原料饲喂异育银鲫61d，结果表明，与对照组比增重率有所提高但不显著（P＞0.05），饵料系数下降，而鱼类血液中的免疫酶活性与对照组对比无差异（P＞0.05）[27]。

赵娜等利用乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌等混合接种于菜籽粕，加入组合酶酶解发酵，以研究菜籽粕通过酶解发酵改良后对肉仔鸡生产性能和血液生化指标的影响[28]。结果表明，日粮中使用4.5%以内的酶解发酵菜籽粕对肉仔鸡的日均采食量、日增重等生产性能没有显著影响（P＞0.05），胸肌率、半净膛率和部分血清指标差异也不显著（P＞0.05）；在9%添加量时，血清指标中的血清尿素氮含量和谷草转氨酶差异显著（P＜0.05）。因此酶解发酵菜籽粕可代替部分豆粕。

5 展望

我国饲料行业面临的现状是大量的优质植物蛋白原料资源利用不足。酶解技术能够消除饲料植物蛋白原料的抗营养因子，同时能够利用蛋白酶的水解能力，提高植物蛋白的水解度，制造高活性小分子蛋白肽，提高抗氧化能力。利用酶解发酵技生产加工饲料原料，提高饲料原料的利用率，能够从源头上缓解我国蛋白原料依赖进口的现状。酶解发酵技术能降低原料对环境的污染，提高动物的生产能力，降低动物的疾病发生，创造更高的生产效益，给动物新型养殖提供了新的可行思路。酶解植物蛋白的发展趋势在于需要进一步探讨不同品种的蛋白酶对植物蛋白酶解的影响，以及酶解植物蛋白替代饲料原料蛋白在动物养殖日粮中的适宜添加比例，并应用到更多动物生产上去。在植物蛋白利用方面，发酵技术与酶解技术相结合将是新的研究方向，有望进一步突破。

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S816.32

A

1006-4907（2017）05-0046-03

10.3969/j.issn.1006-4907.2017.05.021

湖南省科技计划项目（2016NK2124）

李燕清（1984～），女，汉族，湖南衡阳人，兽医师，在职研究生在读，研究方向为饲料资源利用，172631318@qq.com。

2017-08-28