饲用蛋白酶分类及在养猪生产中的应用

马文锋 ， 陈晓晨， 刘芦鹏， 朱艳芝， 陈晓宇， 曹忠洋

（1.河南科技大学动物科技学院，河南洛阳471023；2.河南仰韶生化工程有限公司，河南三门峡472000）

蛋白酶是催化分解蛋白质肽键的一类酶的总称，可以将大分子蛋白质分解为蛋白胨、多肽及游离氨基酸 （Yin 等，2004）。 蛋白酶的应用领域广泛，如饲料工业、食品工业、皮革和医药行业等。其中， 饲用蛋白酶的添加对畜禽的生长具有重要作用， 可以缓解幼龄动物机体蛋白酶分泌量不足的问题（张立兰等，2018）。 同时，蛋白酶可以钝化蛋白质原料中的抗营养因子，如β-伴大豆球蛋白和胰蛋白酶抑制因子等， 进而减少幼龄动物的过敏反应（Adebiyi 等，2015）。研究发现，在日粮中添加适宜剂量的蛋白酶， 可以提高蛋白质的消化利用率（Tactacan 等，2016），从而降低畜禽排泄物中氮的排放量，具有较好的环保意义。

1 蛋白酶的来源和分类

1.1 蛋白酶的来源 蛋白酶种类很多，根据来源主要分为三大类，分别为动物源性蛋白酶、微生物源性蛋白酶和植物源性蛋白酶（陈晓春等，2017）。其中， 常见的植物源性蛋白酶为木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶； 微生物源性蛋白酶既能在真菌中发酵得到，如黑曲霉、米曲霉和酵母等，又能在细菌中提取得到，如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等；动物源性蛋白酶可以在畜禽的胰脏中获得。

1.2 蛋白酶的分类 为了更好的区分不同蛋白酶的作用特点， 根据其最适的pH 范围分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶，目前此类方法已在饲料工业中得到了广泛应用 （O’shea 等，2014）。 其中，碱性蛋白酶最适pH 为9 ～11，主要从动物、植物、微生物中提取，最早发现于猪的胰脏中，优先在小肠中发挥作用，在碱性环境下可以把蛋白质水解成小分子肽（杨金龙等，2005）。酸性蛋白酶的最适pH 为2 ～4， 能够水解蛋白质肽键，从酶的活力-pH 曲线分析可知，酸性蛋白酶的活性部位中含有一个或更多的羧基。 中性蛋白酶则是一种可用于蛋白质水解的内切酶， 目前也已在饲料行业中广泛应用（乔伟等，2017）。

2 不同类型蛋白酶的特点

酸性蛋白酶的分子量为35 KD 左右，他的酶分子活性中心有两个天冬氨基酸残基，其最适pH为2 ～4， 但不同微生物所产酶的pH 有所不同。酸性蛋白酶最适温度为30 ～60 ℃，一般在50 ℃以下比较稳定， 而十二烷基硫酸钠和重氮酮化合物是其主要抑制剂， 但并非所有酸性蛋白酶都会被胃蛋白酶抑制剂所抑制， 比如黑曲霉所产的酸性蛋白酶并不对其敏感。 在断奶仔猪日粮中加入酸性蛋白酶，可以破坏食糜周围的水化膜，增大食糜和小肠黏膜的接触面积，加速养分消化吸收，并能够去除原料中抗营养因子，减少营养性腹泻（吴天星等，2002）。

碱性蛋白酶的最适pH 为9 ～11， 因其活性中心含有丝氨酸， 所以碱性蛋白酶属于丝氨酸蛋白酶。 碱性蛋白酶可以水解酰胺键、酯键和肽键，分子量一般为26 ～34 KD（乔伟等，2017）。 碱性蛋白酶具有高度专一性，只能水解蛋白质肽链，不能水解脂肪、淀粉等其他物质。 除此之外，不同种类的碱性蛋白酶对切开点的羧基侧具有专一性，可将植物蛋白质水解为容易被吸收利用的小肽。在发酵豆粕行业中， 添加碱性蛋白酶不仅能够抑制大豆抗营养因子， 还可以将一些蛋白质水解成末端为疏水氨基酸的小肽，使苦味降低，从而增加豆粕的适口性（孙玉明等，2015）。

中性蛋白酶属于蛋白质内切酶， 其分子量为35 ～40 KD，最适温度为45 ～50 ℃，最适pH 为6.8 ～7.0（侯玉煌等，2018）。 在食品行业中，中性蛋白酶的添加主要用于制备营养强化剂或调味品。在饲料行业中，也可利用中性蛋白酶的酶促反应，提高日粮蛋白质的利用效率。

3 蛋白酶在养猪生产中的作用

近年来， 饲用蛋白酶的研究和应用都取得了很大进展。其作为一种绿色环保的饲料添加剂，已在养猪生产中得到广泛应用 （O’shea 等，2014）。研究表明，在猪饲料中添加一定剂量的蛋白酶，可以激活内源酶的分泌， 提高饲料养分的生物利用率，消除饲料中的抗营养因子（Zuo 等，2015），同时可减少饲养动物粪、尿中氮等的排放，从源头上提高氮素利用率进而减少对环境的污染。

3.1 酸性蛋白酶在养猪生产中的研究 郭建来等（2007）在日粮中添加0.1%水平的酸性蛋白酶发现，仔猪日增重和采食量显著提高，料重比和仔猪腹泻率显著降低，酸性蛋白酶可提高干物质、粗蛋白质、钙、磷的表观消化率。 吴天星等（2002）研究发现， 在玉米-豆粕-乳清粉型日粮中， 添加0.2%酸性蛋白酶可以显著提高饲料转化率、降低仔猪腹泻频率， 同时蛋白酶的添加与仔猪采食量存在互作效应；费笛波等（1997）选用活力单位为5×103U/g 的酸性蛋白酶为试验材料， 按照0.1%的水平添加于乳猪及仔猪饲料中，结果发现，仔猪日增重比对照组提高了7.77%， 饲料转化率比对照组提高了4.71%；赵玉印等（2018）以1 ～5 周龄的小猪作为研究对象， 验证酸性蛋白酶对仔猪的作用效果，结果表明，酸性蛋白酶可以提高仔猪日增重和饲料消化率；祝国强等（2011）试验也发现了类似的结果， 添加酸性蛋白酶组仔猪平均日增重提高了11.94%，饲料利用率提高了15.18%。张秀江等（2018）研究了酸性蛋白酶在生长肥育猪阶段的应用效果，研究发现，在日粮无抗生素的基础上， 添加0.02%酸性蛋白酶生长肥育猪平均日增重提高8.3%，平均日采食量提高5.76%，料重比降低2.3%。戴腾飞等（2006）对酸性蛋白酶在生长猪阶段的研究，也获得了相似的结果。

3.2 中性蛋白酶在养猪生产中的研究 周芬（2008）研究发现，在断奶仔猪日粮中分别添加1.5×104U/g 和3×104U/g 的中性蛋白酶，可以提高仔猪的日增重、饲料转化率、空肠黏膜碱性磷酸酶活力和消化道酶活。胡忠泽等（1998）以35 ～40 kg 阉公猪为研究对象，采用全收粪法进行消化试验，研究日粮中添加复合酶（含中性蛋白酶）对养分表观消化率的影响，试验结果表明，添加酶制剂显著提高了生长猪的生产性能和日粮养分表观消化率；与对照组相比，日增重提高了8.29%，饲料转化率提高了8.89%，粗纤维表观消化率提高了36.76%，粗蛋白质表观消化率提高17.23%， 干物质表观消化率提高9.75%。 王元元（2006）用中性蛋白酶对断奶仔猪日粮进行酶解处理，结果发现仔猪日粮的水解度和三氯乙酸氮溶指数显著提高，该日粮饲喂仔猪后显著提高了仔猪的生长性能。

3.3 碱性蛋白酶在养猪生产中的研究 碱性蛋白酶的用途十分广泛，多用在制药、酿造、洗涤剂和食品等行业中。近年来，碱性蛋白酶逐渐在养猪生产中开始得到应用，但相关的研究报道较少。侯玉煌等（2018）以苏淮仔猪为研究对象，发现日粮中添加碱性蛋白酶可以显著提高断奶仔猪的生长性能和营养物质利用率，同时腹泻率有所降低。 然而，并非所有试验均能检测到碱性蛋白酶对仔猪生长性能的改善作用。胡凤明等（2017）在断奶仔猪日粮中添加酶菌复合制剂（啤酒酵母菌、地衣芽孢杆菌、碱性蛋白酶等）发现，酶菌制剂对断奶仔猪的生长性能无明显影响，但是可以提高血清总蛋白和免疫球蛋白含量。

4 结语

综上所述，在猪日粮中添加蛋白酶，可以有效改善猪的生产性能，提高猪对饲料营养物质的消化利用率。然而，蛋白酶的研究尚存在诸多问题，如不同类型蛋白酶pH 作用范围狭窄、酶活检测方法不稳定等，造成不同试验间结果存在一定差异。因此，需要更深入的对蛋白酶的生产工艺及应用进行研究，使其在畜牧生产中发挥更重要的作用。