飼用蛋白酶及其在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用

■周 梁 王 晶 張海軍 武書庚

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

酶廣泛存在于自然界中，微生物、植物、動(dòng)物、人，凡是有生命的地方就有酶的存在，其在維持生命體的各項(xiàng)活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。隨著時(shí)間的推移，人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)逐漸加深，酶的巨大作用也開始為人們所利用。近些年來，分子生物學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，工業(yè)酶制劑的應(yīng)用已經(jīng)滲入到人們生活的各個(gè)角落，工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都能看到它的應(yīng)用。

如今的飼料行業(yè)中，酶的研究與應(yīng)用取得了長足發(fā)展。如植酸酶，因其能提高動(dòng)物對(duì)飼料中植酸結(jié)合態(tài)磷的吸收而在飼料生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。另外，其他一些酶也因能顯著提高飼料利用效率而備受青睞，如木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶、淀粉酶，以及蛋白酶。

日常的畜禽生產(chǎn)中，雞、豬等單胃動(dòng)物其本身可分泌一定量的蛋白酶類，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶等，而使飼料中的蛋白消化達(dá)到很高的水平。但是在其攝入的飼料中，仍會(huì)有少部分蛋白未被消化吸收，而直接隨糞便排出體外。因此，通過添加外源的蛋白酶類來提高蛋白質(zhì)的消化率，提高飼料利用率，從而降低生產(chǎn)成本就成為可能。

如今對(duì)于飼用蛋白酶的研究還不像其他酶類那樣廣泛而深入，更多的只是把蛋白酶作為復(fù)合酶制劑的一部分來研究。這就很難有針對(duì)性地評(píng)價(jià)蛋白酶的作用和效果。所以，當(dāng)務(wù)之急便是就蛋白酶產(chǎn)品對(duì)相應(yīng)飼料及靶動(dòng)物的作用進(jìn)行專門研究，使其對(duì)飼料行業(yè)及環(huán)境的貢獻(xiàn)最大化。本文將就近些年來蛋白酶制劑及其在肉雞生產(chǎn)中的研究作如下綜述。

1 飼用蛋白酶的分類、來源及功能

1.1 根據(jù)來源，蛋白酶可分為動(dòng)物源性蛋白酶、植物源性蛋白酶、微生物源性蛋白酶

動(dòng)物源性蛋白酶多從牛、羊、豬等動(dòng)物的胰臟中提取而得，生產(chǎn)成本較高，飼料生產(chǎn)中很少應(yīng)用。

飼料工業(yè)中常用的植物源性蛋白酶有木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶，它們分別從未成熟的番木瓜和菠蘿中提取而得。木瓜蛋白酶具有很強(qiáng)的分解蛋白質(zhì)能力，并且有水解酰胺鍵和酯鍵的特性，可幫助飼料消化，提高飼料效價(jià)（馮定遠(yuǎn)，2011）。何霆等（1992）研究表明，日糧中添加木瓜蛋白酶可提高飼料利用效率。菠蘿蛋白酶能分解蛋白質(zhì)、肽、酯和酰胺，水解蛋白的活性比木瓜蛋白酶還要高10倍以上，最適反應(yīng)溫度在55～65℃之間（趙武玲等，1999)。菠蘿蛋白酶除具有助消化功能外（Gibbons等，1977；Chandler等，1998)，還具有藥用功效(Engwerda等，2001；Mynott等，1996)。

微生物蛋白酶既有通過細(xì)菌（如枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌)培養(yǎng)提取的，也有通過真菌（如黑曲霉、米曲霉、酵母)發(fā)酵提取的。微生物蛋白酶與植物蛋白酶相比除具有一般蛋白酶的性質(zhì)外，還具有專一性強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定、安全高效的優(yōu)點(diǎn)。

微生物蛋白酶和植物蛋白酶由于生產(chǎn)成本相對(duì)低廉，故在多種工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著生物技術(shù)和基因工程的飛速發(fā)展，微生物蛋白酶在性質(zhì)得到改進(jìn)的同時(shí)，生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低。故如今的飼料行業(yè)中，對(duì)于微生物蛋白酶應(yīng)用的研究正在興起，大有取代植物蛋白酶的趨勢。

1.2 根據(jù)作用的最適pH值，蛋白酶可分為酸性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶

目前飼料工業(yè)中應(yīng)用的蛋白酶多為酸性蛋白酶。酸性蛋白酶包括胃蛋白酶、凝乳酶和一些微生物蛋白酶，適宜在酸性條件下水解蛋白質(zhì)。酸性蛋白酶用作動(dòng)物飼料添加劑，可提高動(dòng)物（特別是幼齡動(dòng)物)對(duì)飼料中蛋白成分的消化吸收率，促進(jìn)其生長（肖競，2003）。

中性蛋白酶屬于蛋白質(zhì)內(nèi)切酶，作用于肽鍵，產(chǎn)物為肽類及少量氨基酸，最適pH值7.0～8.0，37℃下較穩(wěn)定，超過45℃酶活不穩(wěn)定，60℃以上失活較快（Cromwell，1992；Bedford，2006）。因其不耐高溫，在飼料的加工過程中容易失活，故限制了其在飼料行業(yè)中的應(yīng)用。但仍有試驗(yàn)表明，飼糧中添加中性蛋白酶能提高絲羽烏骨雞蛋白和氨基酸的消化率（奚剛，1998）。

堿性蛋白酶是在pH值偏堿性范圍內(nèi)水解蛋白質(zhì)肽鍵的酶類。因其最適pH值與動(dòng)物消化道內(nèi)環(huán)境不符，故在飼料行業(yè)中使用較少，主要應(yīng)用于洗滌、制革、食品等行業(yè)中。

2 飼用蛋白酶在肉雞生產(chǎn)中的研究進(jìn)展

2.1 飼用蛋白酶對(duì)肉雞生產(chǎn)性能的影響

很多研究已表明，蛋白酶制劑對(duì)肉雞生產(chǎn)性能及飼料利用效率的提高具有顯著作用，早期研究多把蛋白酶作為復(fù)合酶制劑的一部分進(jìn)行探討。如Marsman等(1997)在膨化豆粕中添加蛋白酶和半纖維素酶，發(fā)現(xiàn)其可以提高肉雞的生長性能。Simbava等(1996)報(bào)道，在使用雙低菜粕的肉仔雞日糧中添加蛋白酶，無論是高蛋白配方(22%)還是低蛋白配方(17%)，肉雞的生長性能均得到改善。

近年來，單組分蛋白酶應(yīng)用于肉雞生產(chǎn)的研究逐漸深入。研究結(jié)果顯示，飼糧中單獨(dú)添加蛋白酶也能促進(jìn)肉雞生產(chǎn)性能的提高。Yu等(2007)發(fā)現(xiàn)，在玉米-豆粕型日糧中添加蛋白酶，具有提高飼料轉(zhuǎn)化率，改善肉雞生長性能的功能。Angle等（2011）用添加了不同梯度外源蛋白酶（RONO?ZYMERProAct）并降低了蛋白含量的玉米-豆粕型日糧飼喂肉雞，并與飼喂正常日糧（不添加蛋白酶，不降低蛋白含量）的肉雞作比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：22日齡時(shí)，飼喂低蛋白日糧的肉雞體增重要比飼喂正常日糧肉雞低7.5%。而在低蛋白日糧中補(bǔ)充外源蛋白酶（200 mg/kg及以上劑量）后，低蛋白日糧組與正常蛋白日糧組的肉雞生產(chǎn)性能則無顯著差異，并且飼料轉(zhuǎn)化效率得到改善。

2.2 飼用蛋白酶對(duì)肉雞營養(yǎng)物質(zhì)利用的影響

肉雞生產(chǎn)中，提高肉雞對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)利用效率是改善肉雞生產(chǎn)性能、節(jié)省成本的重要途徑。Ghazi等(2003)在肉雞上的研究表明，在豆粕中添加不同來源的蛋白酶可以提高日糧真代謝能(TME)和真氮(N)的消化率，但不同來源的蛋白酶差異較大。易中華等（2005）報(bào)道，肉雞日糧中添加復(fù)合酶制劑（纖維素酶、木聚糖酶、半乳糖苷酶、酸性蛋白酶）可顯著提高了肉雞氮、磷利用率，進(jìn)而大幅度降低氮、磷排放量。張青青等（2010）在玉米-豆粕型日糧中添加耐高溫復(fù)合酶制劑（主要成分為蛋白酶）的研究發(fā)現(xiàn)，隨著日糧中復(fù)合酶制劑添加水平的增加，肉雞對(duì)干物質(zhì)（DM）、粗蛋白(CP)和總能(GE)的代謝率都逐漸增加。Fidelis Fru-Nji等（2011）研究表明，蛋白酶（RONOZYMERProAct）能體外水解蛋白質(zhì)，在肉雞飼糧中添加后能有效提高肉雞對(duì)蛋白和能量的利用率，提高肉雞生產(chǎn)性能。

飼用蛋白酶的應(yīng)用還能提高肉雞飼糧中非常規(guī)飼料的利用效率。羽毛粉蛋白含量高，是一種理想的飼料原料，但其主要成分β-角蛋白不能被常規(guī)蛋白酶所降解，而能被角蛋白酶降解。Ode?tallah等(2003、2005)在肉仔雞上的試驗(yàn)證實(shí)，在飼料生產(chǎn)中，添加合適劑量的角蛋白酶可以有效促進(jìn)羽毛粉中的角蛋白水解，大幅度提高肉雞對(duì)羽毛粉的消化率。

2.3 飼用蛋白酶對(duì)肉雞消化酶及消化系統(tǒng)的影響

目前，關(guān)于外源添加酶制劑能否影響動(dòng)物體內(nèi)源酶活力的說法不一。主要有兩種觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為，外源酶的添加會(huì)干擾動(dòng)物本身內(nèi)源性消化酶的分泌，可能會(huì)出現(xiàn)“反饋性的抑制”。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，外源酶的添加，會(huì)促進(jìn)動(dòng)物內(nèi)源性消化酶的分泌。Inborr(1993)認(rèn)為，大多由細(xì)菌和真菌發(fā)酵而來的酶，其自身結(jié)構(gòu)的要求均有利于動(dòng)物內(nèi)源酶的分泌。同時(shí)，因?yàn)樾枰纸獾酿B(yǎng)分?jǐn)?shù)量增加，也會(huì)反饋性的刺激內(nèi)源性酶的分泌。奚剛等（1998、1999）在絲毛烏骨雞日糧中分別添加中性蛋白酶和酸性蛋白酶后發(fā)現(xiàn)，36、67日齡雞胃蛋白酶、胰蛋白酶、總蛋白酶活性均得到不同程度的提高。

李慧（2010）選擇1日齡健康Cobb 500肉仔雞進(jìn)行試驗(yàn)，在日糧中添加不同梯度的蛋白酶，試驗(yàn)結(jié)果表明，32 000 U/kg蛋白酶添加水平使1～21 d和22～42 d肉雞小腸食糜淀粉酶活性分別降低了8.75%和 28.14%，顯著降低1～21 d肉雞小腸食糜脂肪酶活性，并趨于降低22～42 d肉雞脂肪酶活性。同時(shí)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，蛋白酶對(duì)肉雞小腸組織學(xué)形態(tài)也產(chǎn)生影響，其中4 000 U/kg蛋白酶添加水平顯著降低十二指腸、空腸和回腸的隱窩深度(C)和肌層厚度，而32 000 U/kg蛋白酶添加水平趨于提高22～42 d肉雞十二指腸指數(shù)，并顯著降低十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度(V)和V/C。因此，高劑量（32 000 U/kg）的蛋白酶對(duì)肉雞消化機(jī)能產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.4 飼用蛋白酶對(duì)肉雞免疫系統(tǒng)的影響

菠蘿蛋白酶的藥用功效已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。近年來，很多研究表明，飼料中添加菠蘿蛋白酶能夠?qū)Π袆?dòng)物產(chǎn)生良好的免疫增強(qiáng)功能。Mynott等(1996)、Erhard等（1996）、Marguardt等（1999）研究結(jié)果均表明，口服菠蘿蛋白酶，對(duì)防治豬的腹瀉具有良好效果。趙瑾等（2010）利用菠蘿提取物在肉雞上的試驗(yàn)表明：菠蘿提取物飼料添加劑能夠顯著提高AA肉雞血清內(nèi)IgG、IgM、IgA的含量以及T淋巴細(xì)胞百分率(P＜0.05)。另外還有研究顯示，玉米-豆粕型日糧中添加海洋低溫蛋白酶MP能提高肉雞的胸腺和脾臟指數(shù)（莊志偉，2011），改善肉雞免疫力。

Peek等（2009）發(fā)現(xiàn)，日糧中補(bǔ)充一種來源于地衣芽孢桿菌的蛋白酶，可以提高肉雞體增重，尤其對(duì)于感染球蟲的雞只效果更顯著。美國俄克拉荷馬州立大學(xué)的研究也表明，蛋白酶制劑與肉雞球蟲病間具有顯著的相關(guān)性，其應(yīng)用于接種球蟲而不給藥治療的肉雞效果明顯。

2.5 蛋白酶使用對(duì)環(huán)境的影響

動(dòng)物食入的蛋白，未完全消化部分會(huì)隨糞便排出體外，并在環(huán)境中分解為氨氣和硝酸鹽。氨氣揮發(fā)到大氣中會(huì)造成水體酸化，而硝酸鹽則能污染水源，對(duì)生物多樣性造成損害，并直接威脅人類健康。生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)(LCA)是量化事物整個(gè)生命周期對(duì)環(huán)境影響的一種工具，其包括了原料的收集、加工、運(yùn)輸、后處理及回收利用的整個(gè)過程。因此，我們可以利用這個(gè)系統(tǒng)來評(píng)價(jià)一種酶對(duì)環(huán)境的友好程度，并以此作為評(píng)價(jià)酶的應(yīng)用價(jià)值的重要依據(jù)。

最近，針對(duì)蛋白酶應(yīng)用于家禽飼料中是否會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的問題有人進(jìn)行了專門的研究（Oxenboll,2011;Adrizal,2011）。研究按照LCA在ISO14040和14044中的要求展開。將肉雞生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)都考慮在內(nèi)（包括從飼料原料加工到肉雞的出欄，及糞便利用等一系列過程）。該研究以常規(guī)肉雞日糧作為對(duì)照，并對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)組日糧做如下處理：一組通過改變?nèi)占Z組成降低飼料總蛋白含量并添加蛋白酶；另一組在對(duì)照組日糧基礎(chǔ)上添加蛋白酶。試驗(yàn)以肉雞每噸產(chǎn)出（活重）對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。綜合所有因素評(píng)估以后的結(jié)果表明：飼料中添加蛋白酶能顯著降低亞硝酸鹽的排放，減輕其對(duì)水體和大氣的污染。另外，蛋白酶的使用能有效補(bǔ)償飼糧中蛋白水平的降低，維持動(dòng)物的生產(chǎn)性能。

3 結(jié)論及展望

隨著對(duì)蛋白酶研究的不斷深入，大量試驗(yàn)已經(jīng)證明了蛋白酶在促進(jìn)動(dòng)物生長、提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率及環(huán)境友好等方面的獨(dú)特作用。而且隨蛋白酶生產(chǎn)工藝的逐步改進(jìn)，蛋白酶產(chǎn)品自身穩(wěn)定性也得到增強(qiáng)。一些新蛋白酶產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得一直以來制約其在飼料生產(chǎn)中應(yīng)用的不耐熱性難題得到改善，并且經(jīng)證實(shí)蛋白酶與其他飼用酶制劑也有很好的共容性。蛋白酶是家禽飼用酶制劑產(chǎn)品的新星，在當(dāng)前的原料價(jià)格水平下，應(yīng)用蛋白酶可以使每噸飼料的價(jià)格降低3美元以上，可以幫助家禽養(yǎng)殖者提高收益。

雖然蛋白酶在家禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用已經(jīng)取得了良好的效果，但在其研究及應(yīng)用的過程中也還存在著諸多問題：①如今，微生物來源蛋白酶成為市場主導(dǎo)，篩選和培育產(chǎn)酶量高、穩(wěn)定性好且適合在飼料工業(yè)中應(yīng)用的菌種成為重中之重，而現(xiàn)在此種菌種市面上還為之甚少；②生產(chǎn)工藝不規(guī)范、缺乏統(tǒng)一的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊；③對(duì)不同特性蛋白酶之間的互作機(jī)制及蛋白酶與其他酶制劑之間互作關(guān)系的研究還不夠深入；④對(duì)蛋白酶潛力的開發(fā)不夠，酶用途較為單一；⑤對(duì)不同生長階段動(dòng)物，不同蛋白酶添加量和添加形式的研究還不夠細(xì)致，實(shí)際應(yīng)用中盲目性較大；⑥飼料中添加蛋白酶后對(duì)靶動(dòng)物自身消化酶分泌及活性，消化器官發(fā)育的影響研究較少，是否對(duì)動(dòng)物機(jī)體健康產(chǎn)生影響也還不夠明確。

總之，從目前的研究進(jìn)展來看，蛋白酶制劑在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)顯示出其優(yōu)越性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及對(duì)蛋白酶研究的深入，其性質(zhì)及功用必將在不斷發(fā)展的畜牧業(yè)和飼料添加劑領(lǐng)域得到完善，為飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。