蛋白酶过胃能力及其在肉仔鸡超低蛋白日粮中的应用研究

2023-07-01 05:26韩业东汲全柱张天航李延山
现代畜牧兽医 2023年5期
关键词:仔鸡消化率中性

韩业东,汲全柱,周 围,张天航,项 楠,李延山*

( 1. 辽宁省农业发展服务中心,辽宁 沈阳 110003 ;2. 朝阳华星生物工程有限公司,辽宁 朝阳 122300 ; 3. 辽宁通正检测有限公司,辽宁 沈阳 110001 )

我国是畜牧大国,但蛋白资源紧缺,近年来豆粕价格飙升至4 000元/t以上,降低日粮粗蛋白含量的需求愈发迫切。低蛋白日粮可降低氮排放,改善养殖环境,低蛋白加合成氨基酸平衡日粮已在业界内广泛应用[1-5]。如何在此基础上进一步降低日粮中粗蛋白含量并降低养殖成本,对行业提出了更高的要求。随着我国生物发酵行业发展,饲用酶制剂研发、生产技术得到很大提高,成本大大降低,为行业提供了坚实基础[3-4]。蛋白酶是体内重要消化酶之一,添加的蛋白酶要在体内起作用,须适应消化道作用环境。肉仔鸡重要消化场所嗉囊、肌胃、小肠的pH值分别为4.5、3.0、5.5~7.8[6-7]。蛋白酶对作用pH值敏感,从作用pH值可分为酸性(最适pH 值3.0)、中性(最适pH 值6.0~7.8)和碱性蛋白酶(最适pH值9.0~10.5),故日粮中只有添加酸性蛋白酶、中性蛋白酶才可起作用。

蛋白酶在动物中的应用已有许多研究,蛋白酶可提高蛋白质(氨基酸)消化率,大部分效果正向,但也存在负面作用[7],这与所使用的蛋白酶的种类、使用量有关。在肠道(小肠)起作用的饲用蛋白酶主要为中性蛋白酶,但在肠道起作用的蛋白酶必须要耐受胃酸和胃蛋白酶,避免受到破坏才能够到达肠道起作用[6-7],故蛋白酶的过胃能力很重要。许多研究并未考虑蛋白酶的过胃能力,导致研究结果不一致。目前研究的低蛋白日粮大多基于添加单体必需氨基酸(赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸等)的平衡氨基酸日粮,导致蛋白水平降低但氨基酸水平并未降低[2,7-9]。本试验先对蛋白酶的过胃能力进行评估,基于添加成本考虑选用过胃能力大于50%的蛋白酶探究进一步降低日粮粗蛋白和必需氨基酸含量的可行性,为蛋白酶在低蛋白日粮中的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及场地

1398中性蛋白酶5万U/g、2709碱性蛋白酶20万U/g、饲用过胃蛋白酶5万U/g(为专用中性饲用蛋白酶,过胃耐高温制粒),均由朝阳华星生物工程有限公司提供。

试验所使用全部饲料由饲料厂采用同批原料加工成颗粒饲料(每槽2 t),试验用料去头去尾取中间部分,减少加工误差。试验在朝阳华星生物工程有限公司实验室和实验场进行。

1.2 过胃能力测定方法

参照文献[10]方法稍做改动,称取1 g样品置于10 mL人工胃液中,40 ℃水浴孵育2 h,之后调回各自测定的条件(中性蛋白酶pH 值7.5、碱性蛋白酶pH 值10.5),按各自酶活性测定方法测定,计算过胃率。酶活性测定方法按国标GB/T 23529—2009执行。

1.3 饲养试验

1.3.1 试验设计

参照某大型肉鸡一条龙企业低蛋白日粮饲养方案,设计基础日粮(对照组)和试验组日粮的营养水平。试验采取完全随机设计,选取180 只体重(43.10±0.26) g 的1 日龄健康雄性AA 白羽肉鸡,随机分为2 组,每组9 个重复(笼),每个重复(笼)10只鸡,采用三层笼养模式。

试验期共40 d,分3 个阶段进行饲养(0~14 日龄、15~33日龄、34~40日龄)。对照组肉鸡饲喂基础日粮,对照组日粮中添加100 mg/kg 过胃蛋白酶并降低5%~6%的粗蛋白质、赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸含量,基础日粮组成及营养水平见表1。试验期间试验肉仔鸡自由采食饮水,其他管理均按常规进行。

表1 基础日粮组成及营养水平(风干基础)Tab.1 Base diet composition and nutrient level (air-dried basis)

1.3.2 测定指标和方法

1.3.2.1 饲料蛋白质表观消化率

于36~38 日龄,采用全粪法进行代谢试验。以笼为单位收集3 d粪便,每天收集该笼全部粪便,剔除鸡毛、饲料、皮屑等杂物,取部分鲜粪便按每100 克鲜粪加10 mL 10%盐酸混匀,于65~70 ℃干燥,室温回潮1 h,恒重,粉碎后制成风干样品装于密封袋中,将每个重复3 d 收集的干鸡粪等量混合均匀用于测定饲料蛋白表观消化率。饲料样和粪样参照《饲料中粗蛋白的凯氏定氮法》(GB/T 6432—2018)测定含氮量,计算饲料蛋白质表观消化率。

1.3.2.2 生长性能及成活率

以每个重复(笼)为单位,每天记录饲料消耗量、死亡数、存栏数量。为减少应激,于试验开始和结束(40 日龄)以笼为单位称重,称重前所有肉仔鸡空腹12 h,根据记录数据计算两组肉仔鸡的成活率、平均日增重、平均日采食量、料重比。

1.3.2.3 经济效益分析

计算每羽试验组肉鸡降低的饲料成本。

1.4 数据统计与分析

试验数据采用Excel 软件进行单因数方差分析,LSD法进行多重比较。结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 3种蛋白酶的过胃能力比较(见表2)

表2 3种蛋白酶的过胃能力比较Tab.2 Comparison of gastric transgastric ability of three proteases

由表2 可知,1398 中性蛋白酶经人工胃液处理2 h 后已无活性,过胃率为0;2709碱性蛋白酶处理后剩余酶活也很低,过胃率只有1.3%;饲用过胃蛋白酶人工胃液处理后很仍然有高活性,过胃率达88.1%。

2.2 低蛋白、氨基酸水平日粮添加饲用过胃蛋白酶对饲料蛋白质表观消化率的影响(见表3)

表3 低蛋白、氨基酸水平日粮添加饲用过胃蛋白酶对饲料蛋白质表观消化率的影响Tab.3 Effects of fed pepsin on apparent digestibility of dietary protein in diets with low protein and amino acid levels单位:%

由表3 可知,试验组蛋白质表观消化率极显著高于对照组(P<0.01),表明低蛋白、氨基酸水平日粮蛋白酶提高了饲料蛋白质表观消化率。

2.3 低蛋白、氨基酸水平日粮添加饲用过胃蛋白酶对肉仔鸡生长性能及成活率的影响(见表4)

表4 低蛋白、氨基酸水平日粮添加饲用过胃蛋白酶对肉仔鸡生长性能及成活率的影响Tab.4 Effects of fed pepsin on growth performance and survival rate of broilers in low protein and amino acid diets

由表4可知,在代谢能不变的情况下,试验组日粮中加入过胃蛋白酶并降低粗蛋白质和4种主要限制性氨基酸含量,肉仔鸡平均日增重为59.29 g,与对照组(59.46 g)相比略有降低,但差异不显著(P>0.05);对照组和试验组肉仔鸡的料重比分别为1.69、1.70,平均日采食量分别为100.62、100.66 g,成活率分别为94.44%、95.56%,差异均不显著(P>0.05)。

2.4 经济效益分析

按上述饲养方案,试验组平均饲料价格为3.630元/kg,对照组为3.690 元/kg,试验组平均饲料价格比对照组降低约60 元/t(0.06 元/kg)。试验组每羽饲料成本为14.62 元,对照组为14.83 元,成本降低0.21 元/羽。以每年出栏1 亿计,可多创收2 100万元,经济效益可观。

3 讨论

3.1 胃酸和胃蛋酶对饲用蛋白酶的影响

蛋白酶是一种具有生物活性的蛋白质,三维结构的活性中心容易受到破坏而失活。胃中pH 值为2.5~3.0,可对酶造成极大破坏,但大部分饲用酶为中性,必须过胃才能够到达小肠起作用。苗华彪等[10]评估了8种饲用蛋白酶过胃能力,用人工胃液处理2 h 后剩余酶活性半数在12%以下,4 h只有2种酶活性仍在50%以上。结果表明,大部分中性、碱性蛋白酶通过胃液时,蛋白酶活性将发生不可逆失活,且与耐受时间存在一定关系。白燕[7]采用pH 值3.0的缓冲液处理中性蛋白酶、碱性蛋白酶和角蛋白酶61 min,结果发现,中性蛋白酶的剩余酶活性(复性)为0,碱性蛋白酶为0.48%,角蛋白酶最高也只有37.68%。

1398中性蛋白酶和2709碱性蛋白酶是我国产量较大的通用工业化酶制剂,广泛应用于大豆蛋白肽提取、酿酒、医药、洗涤、食品、皮革脱毛等领域,也作为许多饲用酶使用,具有一定代表性。本研究使用人工胃液处理2 h(兼顾家禽和猪胃的停留时间),结果表明,中性蛋白酶过胃率为0,碱性蛋白酶为1.3%,大部分受到破坏,与苗华彪等[10]、白燕[7]研究结果接近;但本研究中使用的饲料专用过胃蛋白酶,在本研究条件下的过胃率可达88.1%,与苗华彪等[10]研究中的F6样品得到的结果相似。

3.2 低蛋白日粮添加蛋白酶对蛋白质消化率的影响

低蛋白日粮中由于较多的必需氨基酸可能处于临界缺乏状态,因而添加蛋白酶提高蛋白质消化率的效果更明显。李宗锐[5]设计了PC(正常CP)、CN1(降1 个CP)、CN2(降2个CP)等3个蛋白水平,蛋白酶添加量设计了0、150、300 mg/kg 等3 个水平。结果显示,蛋白酶为主效应时,300 mg/kg 组比E0 组蛋白消化率提高了4.19%,150mg/kg组比E0组提高了2.73%,显示蛋白消化率与蛋白酶添加量成正比;以蛋白水平为主效应时,300 mg/kg 组对PC、CN2的蛋白质消化率分别提高了4.08%和5.66%,显示蛋白酶对低蛋白组的蛋白消化率改善更多。张运锋等[8]研究发现,降低日粮3%~4%蛋白质并添加蛋白酶可提高蛋白消化率。侯振平等[11]在正常日粮中添加50、100、200、400 mg/kg蛋白酶,结果表明,蛋白酶显著提高了试验组鸡对粗蛋白质的表观代谢率,以100 mg/kg添加量最佳,蛋白表观消化率比对照组提高了6.1%。但白燕[7]研究发现,使用酸性、中性、碱性蛋白酶和角蛋白酶可提高蛋白质的体外消化率,提高肉仔鸡的生长性能,但未观察到蛋白质表观消化率提高,可能与蛋白酶的种类和添加量有关。

本研究中降低了日粮蛋白质和4种必需氨基酸的水平并添加100 mg/kg蛋白酶,结果显示,试验组蛋白质表观消化率比对照组提高了7.9%,效果显著。本研究结果与李宗锐[5]、张运锋[8]、侯振平等[11]报道结果一致,与白燕[7]研究不同,可能与使用的蛋白酶种类、用量有关。

3.3 低蛋白日粮添加蛋白酶对肉仔鸡生长性能的影响

李宗锐[5]研究报道,日粮添加150、300 mg/kg蛋白酶分别提高肉仔鸡日增重1.5%、3.3%,料重比也呈一定改善趋势;CN1组肉仔鸡平均日增重和料重比与不加酶的对照组相当。张运锋[8]研究发现,在基础日粮中添加蛋白酶可显著降低肉鸡生长后期和全期的料重比,而对平均日采食量和平均日增重则无显著影响。侯振平[9]在1~21 日龄肉仔鸡日粮中添加50、100、200、400 mg/kg 蛋白酶,结果表明,添加200 mg/kg 蛋白酶可提高肉仔鸡的平均日增重,降低料重比。张静静等[13]研究表明,日粮粗蛋白质降低8%~9%并添加蛋白酶显著提高了肉鸡的体重和平均日增重,显著降低了1~21日龄的料重比;此外,使用蛋白酶促进了肉仔鸡对日粮中不可消化大分子营养物质的分解,改善了肉仔鸡的生长性能。吕毅等[14]在肉仔鸡日粮中添加4、8、12 U/g 蛋白酶可提高日增重,改善料重比,以12 U/g 剂量组效果最好,日增重和料重比分别对照组提高了9.5%和5.0%。本研究在低蛋白日粮中再降低5%~6%的粗蛋白质及4种必需氨基酸(赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸)水平降低并加入蛋白酶,提高了蛋白质消化率,生长性能与对照组相比没有显著差异,与上述报道结果相近。

蛋白酶提高肉仔鸡的生长性能,可能还通过改善肉仔鸡的采食行为提高生长性能。王鑫鑫等[15]研究发现,肉仔鸡对添加组合蛋白酶4 U/g的日粮更具有采食偏好性。饲用酶中蛋白酶种类最复杂,其切割位点分氨肽酶、羧肽酶、二肽酶、内肽酶、酰胺酶等,活性中心分为丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、金属蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶等;从作用pH值可分为酸性、中性、碱性。与木聚糖酶、植酸酶、甘露聚糖酶等相对单一的作用位点比,蛋白质是由二十多种氨基酸不同组合形成的复杂结构,分解蛋白质的蛋白酶也是更多的作用位点,如有些针对亲水氨基酸,有些针对疏水氨基酸,还有不同原料的消化特性,与动物体内源酶的协同性等,蛋白酶的应用研究仍有待深入。

4 结论

研究结果表明,在本试验条件下,在低蛋白日粮中添加过胃蛋白酶,并进一步降低5%~6%粗蛋白和4种必须氨基酸(赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸)水平,肉仔鸡生长性能未显著降低,但增重成本进一步降低,方案具有一定可行性。

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