外源性蛋白酶在饲料工业中的应用

谭 权，赵 剑，陶青燕，穆玉云

（1.四川农业大学动物营养研究所，四川成都 611130；2.诺伟司国际贸易（上海）有限公司，上海 200080）

蛋白质营养的本质是氨基酸营养，日粮中的蛋白质要首先被蛋白酶降解成游离氨基酸或小肽，才能被机体吸收和利用。蛋白质消化不良，不仅导致蛋白质的浪费，还会导致肠道健康问题。科学选择和使用外源性蛋白酶制剂能够挖掘原料价值、控制配方成本、提高蛋白质消化利用率、促进肠道健康、提高动物生产性能[1-2]。不同蛋白酶因其来源、性质、酶活、工艺等存在差异，使用效果差异也很大。本文主要综述外源性蛋白酶的作用方式及其对动物生长性能和肠道健康的影响，以期为外源蛋白酶在饲料工业中的应用提供理论依据和实践参考。

1 蛋白酶的种类及特性

蛋白酶的分类方法有许多种[3]。根据来源划分，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；根据其作用的最适pH 来划分，可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶；根据其作用的最适温度来划分，可分为高温蛋白酶、中温蛋白酶和低温蛋白酶；按蛋白酶水解多肽的方式来分，可以分为内肽酶和外肽酶2 类；按其活性中心来分，可分为丝氨酸蛋白酶、巯基蛋白酶、金属蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶。蛋白酶具有生物催化剂所共有的高效性、特异性、可调节性、易变性等特性。外源性蛋白酶在饲料工业中的应用要综合考虑饲料加工条件、原料组成、动物生理等因素，重点关注蛋白酶的热稳定性、最适pH 范围、作用位点、底物适配性及作用效率。目前饲料工业中应用的外源性蛋白酶多为微生物来源的内切蛋白酶。

2 外源性蛋白酶的功能

2.1 提高蛋白质的消化率 蛋白质的消化率取决于原料的可消化性和动物的消化能力。合理使用外源蛋白酶，能协同内源酶发挥作用，提高日粮蛋白质消化率。奚刚等[4]研究表明，添加蛋白酶制剂可显著提高丝毛乌骨鸡对日粮粗蛋白质的表观消化率，并能提高胃蛋白酶、胰蛋白酶和总蛋白水解酶的活性。Ghazi 等[5]在肉鸡上的研究表明，添加不同来源的蛋白酶可以提高日粮真代谢能和氮的消化率，但不同来源的蛋白酶差异较大。Liu 等[6]研究表明，添加蛋白酶可使高粱型肉鸡日粮的氨基酸表观消化率提高9.16%。在日粮中添加蛋白酶能够提高断奶仔猪[7]、虹鳟[8]的营养物质消化率。

2.2 降解抗营养因子 饲料中的蛋白类抗营养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-伴球蛋白会导致仔猪肠道过敏性损伤和腹泻[9]；豆粕蛋白酶抑制因子含量过高会降低蛋白酶活性和蛋白质消化率、导致胰腺增生、增加内源损失，造成家禽饲料便等肠道健康问题[10]。薛敏等[11]研究表明，添加蛋白酶DP100 可显著降低鲫鱼粪便中大豆球蛋白和β-伴球蛋白的含量。Wang 等[7]体外试验表明，蛋白酶DP100 对提纯的球蛋白和β-伴球蛋白的降解率高达94.74% 和88.89%。谭权等[12]研究结果表明，DP100蛋白酶能有效降解豆粕中球蛋白和β-伴球蛋白，且降解效果明显优于其他2 种蛋白酶。

2.3 促进肠道健康 蛋白酶主要通过3 个方面影响肠道健康：①提高蛋白质利用率，减少后肠蛋白质异常发酵带来肠炎等肠道健康问题；②降解致敏蛋白和抗营养因子，缓解肠道过敏性损伤，维护肠道结构和功能；③减少蛋白质发酵产生氨、组胺、毒素等刺激性物质，减缓肠道损伤。Wang 等[13]发现，在玉米-豆粕型肉鸡日粮中添加蛋白酶DP100，可增加肉鸡肠绒毛高度，降低隐窝深度，改善肠道形态结构。Wang 等[7]研究表明，添加DP100 可显著提高日粮蛋白质消化率，降低断奶仔猪肠道食糜中氨态氮的含量，改善肠道形态结构，降低有害菌的数量，增加有益菌的数量，促进肠道微生态平衡，说明DP100 能促进断奶仔猪肠道健康。

2.4 提高生产性能 外源性蛋白酶与内源蛋白酶协同作用可提高日粮蛋白消化率，将更多的可消化氨基酸被动物用于机体维持需要和蛋白质合成，进而提升动物生产性能。消化率提升使后肠异常发酵减少，有益菌群平衡和肠道健康，提高动物健康水平和生产性能[13]。Odetallah 等[14]在玉米-豆粕型肉鸡日粮中添加角蛋白酶，提高了肉仔鸡的生长性能，且在较低蛋白水平的日粮中作用更明显。Wang 等[15]研究表明，肉鸡日粮中添加角蛋白酶提高了1～21 日龄肉鸡的体增重，改善了1～42 日龄肉鸡的饲料转化率。费笛波等[16]在乳仔猪日粮中添加蛋白酶使仔猪日增重和饲料转化率分别比对照组提高了7.77% 和4.71%。卢晨等[17]研究表明，中性和酸性蛋白酶可显著改善断奶仔猪前期、后期和全期的日增重和饲料效率。

3 外源性蛋白酶在饲料工业中的应用

3.1 外源性蛋白酶在猪上的应用 断奶仔猪消化功能尚不完善，受断奶应激的影响，临床上常常出现失重、腹泻甚至死亡。因此，外源性蛋白酶在乳仔猪上的应用研究相对较多，其效果主要表现为提高日粮蛋白质消化率、降低腹泻率、改善生长性能等。Caine 等[18]研究表明，蛋白酶可以提高猪对豆粕中可溶性物质和可溶性蛋白的消化率，也可以降低豆粕中胰蛋白酶抑制剂的含量。吴天星等[19]研究表明，添加酸性蛋白酶能提高仔猪的蛋白质表观消化率[19]，降低腹泻率及提高仔猪的生长性能[19-20]。张耕等[21]研究发现，断奶仔猪日粮中添加外源蛋白酶能显著减轻断奶应激对仔猪的影响，提高断奶仔猪增重。李元凤等[22]研究表明，添加角蛋白酶能显著降低断奶仔猪腹泻率，提高日粮干物质、粗蛋白和粗脂肪的表观消化率，提高仔猪生长性能。李艳红[23]研究表明，复合蛋白酶可以提高断奶仔猪的生长速度、改善营养物质消化率，降低断奶仔猪粪便氨气含量。

3.2 外源性蛋白酶在禽上的应用研究 家禽消化道短，食糜排空较快，而禽料粗蛋白质水平高、原料可消化性差，蛋白质消化率问题突出。合理使用外源性蛋白酶制剂能提高家禽日粮蛋白质利用率，改善家禽肠道健康、提高家禽生产性能。Yu 等[24]证实，在玉米-豆粕型日粮中添加蛋白酶可以提高肉鸡的生长性能、改善饲料转化率。Peek 等[25]报道，添加蛋白酶可以显著改善受球虫感染的肉鸡的体增重。孙得发等[26]研究表明，小麦豆粕日粮中添加角蛋白酶能提高粗蛋白质利用率，减少氨气排放，降低造肉成本。谭权等[27]研究表明，添加角蛋白酶能降低蛋鸡日粮配方成本，提高生产性能，提升经济效益；角蛋白酶的作用效果具有剂量效应，随着添加量的增加可进一步提高蛋鸡生产性能及经济效益。

3.3 外源性蛋白酶在水生动物上的应用研究 由于消化生理和营养需求的差异，水生动物消化能力较畜禽更低，而蛋白质需要量高于畜禽，因而水产饲料中的蛋白质消化率问题尤为重要。提高水产饲料蛋白质消化率对于降低配方成本、提高生长性能、降低水体污染具有重要意义。刘鼎云等[28]研究发现，在低鱼粉饲料中添加蛋白酶AG 能改善凡纳滨对虾的生长性能，但对对虾的肌肉成分则无显著影响。冷向军等[29]也证实添加蛋白酶AG 可提高鲤鱼前肠组织和食糜蛋白酶活性，提高鲤鱼鱼种生长性能。薛敏等[11]研究表明，低鱼粉低蛋白日粮中添加角蛋白酶DP100 可提高鲫鱼的增重率，改善饲料利用率，鲫鱼生长性能与高鱼粉高蛋白日粮相当。陈秀梅等[30]研究表明，用羽毛粉替代10%鱼粉并添加蛋白酶，对异育银鲫的生长性能、饲料利用率和机体抗氧化能力无不良影响。

3.4 外源性蛋白酶在原料处理方面的研究 蛋白酶在原料处理上主要集中于降解抗营养因子和提高原料可消化性，进而改善适口性和饲喂价值。在豆类蛋白原料上的研究表明，蛋白酶可降解该类原料中的抗原蛋白、胰蛋白酶抑制因子、凝集素等蛋白类抗营养因子[12]。体外试验表明，角蛋白酶DP100 对豆粕的球蛋白和β-伴球蛋白有较好的降解作用，其作用效果受底物类型和添加剂量的影响[7]。周智旋[31]研究结果表明，角蛋白酶在体外能够降解豆粕中的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白，酶解豆粕能降低断奶仔猪腹泻率。

畜禽副产品和谷物副产品（如羽毛、蹄甲、皮肤、血液、肉骨粉、杂粕等）原料来源广、价格低、蛋白质含量高，是潜在的饲料蛋白质资源。但由于这类原料中的蛋白主要是角蛋白、胶原蛋白、醇溶蛋白、球蛋白等，具有分子量大、二硫键多、结构复杂、交联度大等特性，不易被动物内源蛋白酶所降解，消化率较低，限制了其在饲料工业中的应用。在饲料生产或原料处理中，添加高效的外源性蛋白酶可以提高这类原料的蛋白质消化率，提升其营养价值[32]。

4 展 望

科学使用外源性蛋白酶对于控制配方成本、挖掘原料价值、提高蛋白质消化率、促进肠道健康、提高动物生产性能、节约蛋白质资源、减少环境污染等方面都有积极作用。然而市场上饲用蛋白酶种类多、质量良莠不齐、宣传形式多样，不同蛋白酶产品因其来源、菌种、技术手段、性质、酶活、工艺、品控等的差异，其使用效果差异很大。饲用蛋白酶的基础研究和应用研究还任重道远，未来应充分利用现代生物技术，筛选、改造和设计产蛋白酶含量高的菌种，以生产耐热性好、底物适用性广、作用效率高的饲用蛋白酶。