在非反刍动物饲料中运用单一组分外源性蛋白酶创造最优价值（续）

兰慧

中图分类号：S816 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）05-0065-05

2 对氨基酸消化率的影响

二次曲线的实线显示最佳拟合曲线，虚线是95%的可信区间。水平的实线表示蛋白酶无作用（资料来自Cowieson和Roos，2014）。

令人好奇的是，虽然在理论上向非反刍动物饲料中添加外源性蛋白酶的目的是提高蛋白质和氨基酸的消化率，但这不是该领域大部分基础研究的主要重点。然而，最近Cowieson和Roos（2014）综述了外源性蛋白酶对氨基酸回肠消化率的影响是显著的和普遍一致的。他们在荟萃分析中共使用了25项独立试验合计804个数据点，结果是氨基酸表观回肠消化率的平均反应值提高3.7%，其中苏氨酸提高5.6%，谷氨酸提高2.7%（图1和图2）。蛋白酶对氨基酸表观回肠消化率的影响与地域、物种（蛋鸡、肉鸡、猪和火鸡）和日粮组成（半合成型、实用型、小麦、玉米、大豆、肉骨粉等）无关。然而，外源性蛋白酶对氨基酸回肠消化率作用的大幅度（47%）的不一致性可以用对照日粮中氨基酸的固有消化率来解释。当对照日粮氨基酸的固有消化率不足70%时，添加蛋白酶可使氨基酸消化率提高到90%，此时平均提高幅度约10%；当对照日粮氨基酸的固有消化率大于90%时，添加蛋白酶可使氨基酸消化率提高约2%。相似的情况在早先对植酸酶和木聚糖酶的研究中可以找到，因此要最大限度地利用外源酶的价值及其作用的一致性，对常规原料质量的监测极为重要。此外，这些观察结果展示了可能会改变氨基酸消化率（并因此明了外源性蛋白酶的功效）的相关因素、直接因素（如热水作用条件、粒度大小、其他饲料添加剂）或间接因素（如动物物种、它们的年龄、光照方案、饲养密度、健康状况）。

3 外源性蛋白酶的超蛋白效应

外源性蛋白酶对氨基酸回肠消化率的影响是明显的，所起作用已经在上文进行了总结。然而，在过去的几年中，人们对蛋白酶的“超蛋白”作用越来越感兴趣，如对肠道弹性、垫料管理、与非蛋白营养物质如脂肪、淀粉消化率的相互作用以及胴体产量的影响，等等。

蛋白酶促进肠道健康的机理尚不清楚，但可能是几个相互作用因素联合作用的结果。这些因素可能包括减少消化道末端的腐败作用（Windey等，2012）、蛋白抗营养因子和抗原蛋白的水解（Rooke等，1998；Ghazi等，2002；Cowieson等，2015 ）、常量营养物质的消化位点向肠段上端转移（Liu等，2013）或增强肠道生理机能（如增加肠道细胞能量代谢所需谷氨酸）（Wu等，2014）、降低肠内容物的黏度（Odetallah等，2003；Barekatain等，2013）、改变非淀粉多糖在肠道的流动（Olukosi等，2015）、提高钙磷的留存率（Olukosi等，2015）、提高黏蛋白合成时的氨基酸利用率（Cowieson和Roos，2014）以及改善肠上皮细胞更新或增强紧密连接的完整性（Cowieson等，2015）。蛋白质在肠道末端发生腐化会产生一系列潜在的有害后果，这取决于发酵蛋白质的腐败程度和氨基酸组成。Windey等（2012）认为，虽然在大多数情况下细菌发酵碳水化合物会产生有用的短链脂肪酸，如丁酸，但蛋白质的发酵也会产生多种有害的代谢产物。支链氨基酸（缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸）的发酵会产生支链脂肪酸，如异丁酸、异戊酸和2-甲基丁酸。芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸）在细菌的作用下在肠道中进行代谢会产生酚类和吲哚化合物，如粪臭素。含硫的黏蛋白和氨基酸（蛋氨酸、半胱氨酸和牛磺酸）發酵后会产生硫化氢（Windey等，2012）。因此，日粮蛋白质的浓度、氨基酸含量、消化率和消化速率（两者均受外源性蛋白酶的影响）以及肠道尾部内源性氨基酸的损失通常将有利于减轻腐败程度和肠道健康。

有趣的是，肠道健康方面的这些研究并不仅限于最近的文献，过去几十年中已有多篇论文涉及这一领域。例如，Mynott等（1991）证明，口服澳大利亚墨尔本Enzacor科技有限公司生产的“肠道保护蛋白酶制剂”能够显著减少产肠毒素大肠杆菌（Enterotoxigenic E.coli，ETEC）附着于兔肠道黏膜。饲料中添加蛋白酶也会显著减少每厘米肠道中的菌落形成单位、腹泻和腹泻引起的死亡。ETEC对肠黏膜的附着是通过被称为定植因子抗原的菌毛黏连促成的，但摄入某些外源性蛋白酶可以改变肠黏膜以破坏ETEC的附着（Sellwood，1980）。Mynott等（1991）的观察结果随后在Mynott等（1996）的猪体实验中也得到了证实，随后Jin和Zhao（2000）对这一领域进行了充分的回顾。最后，Zuo等（2015）注意到，在刚断奶仔猪的玉米/大豆型基础日粮中添加蛋白酶，会显著降低腹泻指数（对照组为3.37%，200 mg蛋白酶/kg日粮组为1.84%），这个结果与Mynott及其同事的早期观察结果一致。

Cowieson和Roos（2014）暗示，黏蛋白参与了外源性蛋白酶的作用。蛋白酶对氨基酸消化率的影响与肠黏蛋白的氨基酸组成之间观察到了统计学上的显著相关性（图3），其对内源蛋白质的其他来源不明显。从这种关系来看，蛋白酶对氨基酸消化率的有益作用部分是通过减少肠内黏蛋白的损失而赋予的，这对肠道健康的影响是不言而喻的。更重要的是，Peek等（2009）指出，在玉米-小麦-大豆型基础日粮中添加蛋白酶可以减轻肉仔鸡感染球虫 （E. acervulina、E. maxima、E. tenella）产生的负面影响，将显著提高增重，达到与未感染肉鸡相同的水平。此外，与饲喂未补充蛋白酶的对照组日粮的肉鸡相比，采食添加了外源性蛋白酶的日粮的肉鸡其十二指肠、空肠和盲肠附着更厚的黏蛋白层（图4）。这个结果与上文提到的研究结果（Cowieson和Roos（2014）一致，外源性蛋白酶可以通过减少进入饲料基质中的各种抗营养因子对该层的侵蚀或通过肠道微生物菌群组成的有益改变，来减少对粘蛋白的代谢需求。

Cowieson等（2015）考量了单一组分外源性蛋白酶对饲喂无豆粕日粮（Soya Bean Meal，SBM）（以玉米、菜籽粕和DDGS为基础日粮）或有SBM日粮（标准的玉米/大豆型基础日粮）的肉鸡免疫力和空肠健康的影响。饲喂SBM基础日粮的肉鸡比饲喂菜籽粕基础日粮的肉鸡在生产性能上明显得到好转，不过两种日粮的回肠N消化率的改善相当。此外，添加蛋白酶会导致肉鸡在第21天时空肠中的紧密连接蛋白Claudin1和各种氨基酸转运蛋白的表达上调，这表明肠道紧密连接的完整性和本身吸收能力提高。肠道的紧密连接控制着肠腔中营养物与其他内容物通过上皮细胞间隙的通路（Turner，2009）。这些紧密连接非常复杂，并且参与本身的紧密连接作用以及邻近的黏着连接，这些统称为顶端连接复合体（Turner，2009）。顶端连接复合体的损伤会降低肠道阻止不需要的化合物和细菌进入血液的能力，因此功能良好的紧密连接才可取。用外源性蛋白酶增加肠道紧密连接完整性的机制尚不清楚，但可能与通过蛋白酶作用提高赖氨酸和脯氨酸的利用率以及这些氨基酸生物转化成羟基化形式供胶原蛋白的合成有关。这一观点得到了Cowieson等（2016）研究结果的部分支持，他们在饲喂实用性日粮的肉鸡中观察到了添加抗坏血酸（负责赖氨酸和脯氨酸的羟基化以供胶原蛋白合成利用）和外源性蛋白酶的互补作用。例如，通过添加抗坏血酸和蛋白酶，肠道的抗拉强度从3.8 N增加到4.26 N，不过这会导致肠上皮厚度的下降，表明肠道完整性有了显著的改善。Wang等（2008）和Zuo等（2015）提出了外源性蛋白酶在肠道形态中作用的进一步证据，当外源性蛋白酶加入刚断奶仔猪和肉鸡的玉米-大豆型基础日粮中时，肠绒毛高度显著增高而隐窝深度显著减小。值得注意的是，Zuo等（2015）也观察到，在饲喂玉米-豆粕型基础日粮的断奶仔猪血浆中，二胺氧化酶水平显著减少。二胺氧化酶可用作黏膜成熟和肠完整性的生物标志物，显示蛋白酶对这些指标具有有益的作用。

在大部分饲料原料中，营养物质如淀粉和非淀粉碳水化合物、蛋白质、脂质和各种矿物质和维生素存在于一个复杂的基质中。因此，饲用酶对它们的目标/重点营养物质具有很广泛的影响并不奇怪。例如，木聚糖酶尽管被认为是重要的“能量酶”，但它能够提高氨基酸消化率（Cowieson等，2009；Cowieson和Bedford，2009），而植酸酶被证明可以提高饲料原料的代谢能（Selle和Ravindran，2007）。类似地，蛋白酶通常能够提高非蛋白营养物质的消化率，这可能与蛋白质水解后饲料中营养物质基础的宏观结构出现重大的改变或内分泌、肠道健康、主动运输等的细微差异有关。Cowieson等（2015）指出，在玉米-豆粕型基础日粮中添加蛋白酶，可将日粮的回肠消化能从 3 077 kcal/kg提高到3 154 kcal/kg，表觀代谢能从3 130 kcal/kg提高到3 261 kcal/kg。 Kalmendal和Tauson（2012）报道，向肉鸡的小麦型基础日粮中添加外源性蛋白酶，淀粉的回肠消化率从93%提高至96%，脂肪消化率从89%提高至91%，表观代谢能从13.68 MJ/kg增加到14.16 MJ/kg。Fru-Nji等（2011）也观察到与单一组分蛋白酶相关的肉鸡能量消化率增加（70.6%增至77.8%），Freitas等（2011）观察到，添加蛋白酶能使脂肪消化率由80.3%提高至84.0%。Olukosi等（2015）报道，在肉鸡的玉米/大豆型基础日粮中分别添加0、5 000 U/kg和10 000 U/kg的蛋白酶，表观代谢能（Apparent Metabolism Energy，AME）分别从2 415 kcal/kg增加到2 453 kcal/kg和2 592 kcal/kg。此外，Wang等（2008）指出，在豆粕或棉籽粕型基础日粮中添加蛋白酶，能提高幼龄肉鸡（18～21日龄）和年龄稍大的肉鸡（39～42日龄）日粮淀粉的肠道总留存率（从98%增加到99.3%）。这些影响太大，以致不能用通过仅仅提高蛋白质消化率来解释，很可能涉及淀粉和/或脂肪消化率的提高。Cowieson等（2016）指出，向小麦/大豆型基础日粮中添加蛋白酶，能够显著降低空肠食糜中牛磺酸的浓度（1 097 mg/kg降至870 mg/kg），这表明胆汁分泌在减少。Yuan和Wang（2010）指出，肉鸡空肠中较高的牛磺酸浓度可通过增加总胆汁酸浓度来抑制肠道的发育，这一观察结果最近得到Huang等（2014）证实。因此，外源性蛋白酶可以通过破坏饲料营养基质来提高脂肪的消化率，降低胆汁酸合成、分泌和肠牛磺酸的浓度，依次促进肠发育。

未完，待续。