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2）

兰慧

上期回顾：上期，本篇文章主要介绍外源性蛋白酶对氨基酸消化率的影响及其超蛋白效应。

中图分类号：S816   文献标志码：C   文章编号：1001-0769（2018）07-0089-03

外源性蛋白酶能够影响氨基酸回肠消化率，氨基酸在所讨论日粮或饲料中的固有消化率是影響其作用程度和一致性的主要因素（见上文）。其他可影响外源性蛋白酶对氨基酸回肠消化率本身作用的因素尚不清楚，但可能与进入的蛋白质的三级结构及其特性有关，如：球状、纤维状、疏水性或极性等，还有可能与可导致内源性蛋白质流失增加的抗营养因子的存在有关。这两个因素（底物与外源性蛋白酶的相容性和蛋白质类抗营养因子的存在）可能主要影响效应本身的应答程度和一致性。然而，当涉及与氨基酸回肠消化率无直接关系的因素时，外源性蛋白酶的作用显得更加复杂。例如，如上所述，添加蛋白酶通常会使动物产生超出了可以用其对氨基酸消化率总效应能够解释的生产性能。外源性蛋白酶对动物生产性能的影响可能在某些日粮配方下可以得到增强，也可能会在其他日粮配方下被减弱。

在对包括300种多“对照”日粮[每种日粮均含有或不含单一组分外源性蛋白酶（Cowieson等，未发表）]的50多项独立的肉鸡试验进行荟萃分析后，发现了与性能益处显著相关、在统计学上有重大意义的因素。这些因素包括（+/-表示该因子会增强/减弱蛋白酶对增重和饲料转化率的有利影响）：添加脂肪/油脂（+）、氨基酸平衡（+/-取决于各个氨基酸含量及其比例）、全脂大豆粉（+）、所用酶的剂量（剂量越高，反应越高）、石灰石含量（-）和氨基酸相对于能量的平衡（+/-取决于单个氨基酸）。以上这些关键因素的相关性将会简要回顾。

额外添加的脂肪会提高外源性蛋白酶对肉仔鸡增重和饲料转化率（Feed ConvertationRatio，FCR）的有益效果。添加脂肪对酶效应的影响早先已经有人进行了研究。例如，Cowieson等（2010）观察发现，肉鸡开食日粮中脂肪添加量减少20 g/kg，就会导致其在第21天测量的氨基酸回肠消化率降低3%～4%，并且会减弱糖酶的功效。Gehring等（2011）指出，在玉米/大豆型日粮中添加酶混合物的同时提高脂肪的含量（1%、2.5%和4%），该酶混合物的功效也随之提高。这些观察结果支持了先前Li和Sauer （1994）对仔猪的研究结果，即去除日粮中的菜籽油会导致氨基酸消化率显著降低。据Gentilcore等（2006）推测，这些作用是通过改变部分受日粮脂肪浓度介导的胃排空的速率所引起的，即日粮较低的脂肪水平可以降低饲料在肌胃和腺胃中的留存时间，甚至可以减少食物在肠道本身的驻留时间（Mateos和Sell，1980）。有趣的是，因去除脂肪而受不利影响最大的氨基酸，是那些已被证明从内源蛋白水解机制中最后才被释放的氨基酸（Low，1980）。重要的是，这些观察是在利用粉料和颗粒料时获得的，表明该机制超出了日粮油脂在颗粒压制、颗粒制粒等加热机械中对蛋白质（包括酶）损伤的影响。这与外源性蛋白酶的相关性尚不完全清楚。然而，目前市售的大多数商用蛋白酶是糜蛋白酶样半碱性内切蛋白酶（Glitso等，2012），并且很容易对先前接触胃蛋白酶和低pH环境的底物发挥作用。因此，可以想象，饲料中额外添加的脂肪将延迟胃的排空，因此会增加日粮蛋白质对胃蛋白酶和盐酸的接触时间，从而提高高分子量蛋白质转化为较低分子量可溶性多肽的彻底性，进而提高外源（以及内源）肽酶对底物的利用率。

日粮中高浓度全脂豆粕会导致蛋白酶对动物生产性能的有益效果高于平均水平并不奇怪，这一点在上文已经得到了充分的论述。全脂豆粕很可能会将热不稳定的抗营养因子引入到日粮中，如胰蛋白酶抑制剂和凝集素以及可能导致胃肠道炎症反应的抗原蛋白，如大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白。Cowieson等（2015）表示，摄入充分加工的豆粕会导致肠道发生亚临床炎症，外源性蛋白酶可以部分缓解这种炎症。貌似有理的是，全脂豆粕会导致家禽的生产性能受到轻微的影响，具体取决于热处理的彻底性;而外源性蛋白酶能够在一定程度上解决这些营养障碍。

相比于类似植酸酶的剂量效应研究，外源性蛋白酶的剂量反应研究在文献中的报道并不多见。然而，Angel等（2010）和Freitas等（2011）指出，蛋白酶的有益作用随着添加浓度的增加以线性（Angel等，2010）或二次方程（Freitas等，2011）的方式增加。酶的任何剂量反应曲线都与底物的供应量和重点指标的效果有着不可分割的联系，并且随着日粮组成的改变、家禽年龄的变化等的不同，剂量反应可能有所不同。然而，大多数饲用酶遵循截然不同的对数线性剂量反应曲线，并且对外源性蛋白酶而言很可能也是如此。基于日粮特性、家禽年龄和特定指标如肉产量、垫料质量、饲料成本降低程度等来优化添加剂量，是未来需要探索的一个领域。

石灰石含量低的日粮对外源性蛋白酶的反应灵敏性高于石灰石含量较高的日粮。这个观察结果令人感到意外，其原因尚不明确。对这种观察的一个可能的解释是，石灰石较低的添加水平通常与含有肉骨粉或类似动物源性蛋白质的日粮、植酸酶用途、年龄较大的动物即生长/育肥阶段有关。因此，石灰石可能不会增强蛋白酶的酶解作用，而是一个多因素的替代术语，其仅仅是通过所使用的探索模型的经验性质来获得的。然而，石灰石是肠道的一个缓冲剂，还能影响蛋白质的溶解度，因此日粮中高浓度的石灰石可通过降低胃肠道的消化效率（特别是在幼龄动物中）直接影响底物的供应。这些机制需要进一步的深入探索。

最后，蛋白酶的效应与日粮中各种氨基酸的浓度和每一种氨基酸彼此之间的比例以及氨基酸与能量的比例有关。这些相互关系将在今后的论文中明确提出，在此要想完全解释太复杂了。然而，能够将外源性蛋白酶的作用转化为有益的生产性能表现的氨基酸是可消化的赖氨酸、苏氨酸、含硫氨基酸、亮氨酸和异亮氨酸。其他氨基酸在整个模型开发过程中都不重要。蛋白酶对氨基酸消化率的影响与其对赖氨酸的影响相关，并且可能会改变日粮中的理想蛋白质平衡。日粮能量和特定氨基酸特别是亮氨酸和异亮氨酸之间的相互作用是未来值得研究的一个领域。

5 未来

从已发表的文献中可以看出，目前市场上销售的外源性蛋白酶是提高非反刍动物氨基酸消化率的一个有效工具。此外，已经记录到的对动物生产性能的大量有益影响不能完全用对氨基酸消化率作用的总和来解释，所述效应指向蛋白酶的“超蛋白”效应。目前，市售的可用于非反刍动物生产的单一组分蛋白酶产品相对较少，但至少具有相当广泛的调控范围（表1），并且都是碱性丝氨酸内肽酶（不过具有不同的动力学特性和底物特异性），其中大多数非常类似于内源蛋白酶阵列中的胰凝乳蛋白酶（EC 3.4.21.x）。然而，开发在低pH下功能更强的新型蛋白酶（例如胃蛋白酶样或特异性靶向蛋白质类抗营养因子如凝集素、胰蛋白酶抑制剂、抗原蛋白或某些细菌，例如抗粘蛋白酶）还有相当大的机会。胃蛋白酶（天冬氨酸内肽酶EC 3.4.23.x）在早期研究中已经显示出一些应用前景（见上文），并且在肽酶EC 3.4.x超家族中还有其他几种蛋白酶如半胱氨酸蛋白酶（EC 3.4.22.x）中的木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶金属羧肽酶（EC 3.4.17）中的羧肽酶A和羧肽酶B，在动物营养方面有一定的价值。成功的关键在于供应商能够提供那种价格低但可收获可观投资回报的蛋白酶，并能够确保监管范围在剂量和物种应用上尽可能具有灵活性。此外，蛋白酶的未来很有可能会效仿植酸酶，将焦点从主要目標（蛋白质/氨基酸）转移到超出蛋白的效应，正如如今植酸酶研究的重点不仅限于提高饲料中磷的消化率一样。随着对蛋白酶广泛作用的理解加深，这种独特酶的市场也将扩大，并将对目前生产中的问题产生新的应用方法和多种解决措施。

未来，动物蛋白质行业在动物福利、环境可持续性以及人类健康与疾病相互作用等领域可能会受到越来越多的关注。外源性酶，包括蛋白酶，通过减少氮的排放在提高猪和家禽养殖场环境可持续性方面发挥了重要的作用（Leinonen和Williams，2015）。最后，将酶如蛋白酶（以及植酸酶、糖酶等）与替代型动物生产添加剂如抗生素、益生菌和植物化学物质等紧密联合起来方面存在着相当大的潜力，为动物蛋白质行业提供选择的机会，正如抗生素生长促进剂被替代一样（Dersjant Li等，2015）。

6 结论

我们的结论是，外源性蛋白酶在动物生产中具有重要的价值，其效果远远超出“简单”的释放氨基酸和蛋白质的价值。外源性蛋白酶分解饲料基质以释放脂肪和淀粉，降低各种日粮拮抗剂的抗营养作用，并通过增强脂肪的乳化作用、减少内源性蛋白质的流失和提高粘蛋白和肠道完整性来改善肠道抗拉强度。外源性蛋白酶研究处于一个令人兴奋的转折点，类似于10～15年前的植酸酶，当时人们很少研究其在主要营养成分上的效应，而更多地研究其在多因子营养方案中的重要作用。使用蛋白酶带来的益处是多方面的，并将在解决断奶仔猪、不使用预防性抗生素饲养动物、在本地和全球水平上控制环境以及使用低质量的蛋白原料来减少人与动物在营养上的竞争等问题中扮演着重要的角色。简而言之，如果应用得当，事实上外源性蛋白酶可以在食品生产链中的任何一个环节上创造价值，尽管已经有20多年的研究历史，但它们的应用潜力依然有待开发。

（续完）