蜘蛛酶及其在飼料上的應(yīng)用進(jìn)展

■余　奎　譙仕彥　宋青龍　魏立杰　薛新升

（國(guó)家飼料工程技術(shù)研究中心北京龍科方舟生物工程技術(shù)有限公司，北京100193）

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蜘蛛酶及其在飼料上的應(yīng)用進(jìn)展

■余奎譙仕彥宋青龍魏立杰薛新升

（國(guó)家飼料工程技術(shù)研究中心北京龍科方舟生物工程技術(shù)有限公司，北京100193）

摘要：蜘蛛酶是一種高活性的堿性金屬蛋白酶，具有強(qiáng)大的蛋白分解能力，能夠耐受寬泛的pH值、溫度和鹽度；除此之外，還具有很強(qiáng)的抗菌消炎活性，因此，與普通的蛋白酶相比，蜘蛛酶作為飼用蛋白酶在飼料上具有很大的優(yōu)勢(shì)。文中就蜘蛛酶的功能及其在飼料上的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：蜘蛛酶；金屬蛋白酶；抗菌消炎；飼料

在飼料工業(yè)中，飼用酶制劑的添加已非常普遍，而飼用蛋白酶正是由于其在幼齡動(dòng)物中的獨(dú)特作用而格外受到重視。在飼料中添加外源蛋白酶，可以有效補(bǔ)充內(nèi)源蛋白酶的不足，提高動(dòng)物對(duì)飼料中蛋白類物質(zhì)的消化利用率，從而減少腹瀉，提高免疫力；飼料中的蛋白類物質(zhì)如豆粕一般含有抗?fàn)I養(yǎng)因子。研究表明，蛋白酶可以有效降低豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的影響，從而提高豆粕的使用價(jià)值，降低成本[1]。蜘蛛酶是飼用蛋白酶制劑中的新成員，本文就結(jié)合蜘蛛酶的功能及其在豬、奶牛、禽和水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1蜘蛛酶的特點(diǎn)

1.1蜘蛛酶的概述

蜘蛛酶（Arazyme?）是由與Nephila clavata蜘蛛腸道共生的變形斑沙雷菌Serratiaproteamaculans產(chǎn)生的一種堿性金屬蛋白酶，其發(fā)酵液經(jīng)10 kDa膜過濾濃縮3~10倍，然后經(jīng)陰離子交換層析獲得純品，分子量大小為51.5 kDa。對(duì)胃蛋白酶、胰蛋白酶、凝乳蛋白酶有較強(qiáng)的耐受性；能夠耐受pH值8.0或者更高的pH值；在10~45℃之間能保持相對(duì)穩(wěn)定的酶活；其在不同濃度NaCl中的活性隨底物的不同而異，一般來說，隨著NaCl濃度的增加酶活降低；作為一種金屬蛋白酶，其以Zn2+和氨基酸殘基為活性中心，能與飼料中的金屬離子具有高度協(xié)同作用，飼料中的大部分金屬離子（如銅離子、鈣離子、亞鐵離子等）是其激活劑[2]。

1.2強(qiáng)大的蛋白分解能力

蜘蛛酶被韓國(guó)一家昆蟲生物公司開發(fā)成新型飼用酶制劑，具有強(qiáng)大的蛋白分解能力，對(duì)底物有著廣泛的專一性，它能夠水解高達(dá)19種氨基酸羧基端形成的肽鍵，但對(duì)由酪氨酸、丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、組氨酸、精氨酸、苯丙氨酸和絲氨酸羧基端形成的肽鍵則優(yōu)先水解。在蜘蛛酶的體外酶解試驗(yàn)中，其對(duì)酪蛋白酶解率達(dá)到63%，對(duì)雞蛋清蛋白的酶解率達(dá)到100%[3]，對(duì)角蛋白、膠原質(zhì)、彈性蛋白的酶解率均大于40%[4]。在動(dòng)物飼料營(yíng)養(yǎng)設(shè)計(jì)上，由于蛋白質(zhì)原料的價(jià)格越來越高，特別是魚粉、豆粕價(jià)格的日益高漲，蛋白酶的運(yùn)用，能夠減少高價(jià)位蛋白原料的比例，增加消化吸收性能不佳的雜粕的使用量。并且，蜘蛛酶對(duì)植物性蛋白和動(dòng)物性蛋白均有很好的水解效果，是理想的飼料添加劑。

1.3具有一定的抗菌活性

蜘蛛酶能夠抑制很多致病菌，如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、分枝桿菌等，對(duì)引起奶牛乳腺炎的無乳鏈球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌的抑制效果顯著高于金霉素與鏈霉素[5]；也可預(yù)防和緩解多種呼吸道疾病和大腸桿菌引起的腹瀉。

1.4具有一定的消炎能力

Bersanetti等（2005）[6]首先發(fā)現(xiàn)，蜘蛛酶具有明顯消炎效果，進(jìn)而揭示了其消炎機(jī)理：蜘蛛酶能夠有效地水解緩激肽中Phe-Gly之間的肽鍵，這是炎癥反應(yīng)所必須的介質(zhì)；并能夠水解賴氨酸-精氨酸、精氨酸-絲氨酸這兩處的肽鍵，阻止緩激肽前體——緩激肽原的生成。蜘蛛酶主要通過以下三個(gè)途徑達(dá)到消炎的目的：①蜘蛛酶能夠有效抑制前列腺素，在炎癥反應(yīng)過程中，前列腺素可以通過加強(qiáng)引起血管通透性的增加介質(zhì)如組織胺和緩激肽的活動(dòng)而引發(fā)水腫[7-9]；②蜘蛛酶能夠減弱和分解緩激肽，緩激肽是一種炎癥介質(zhì)，屬于內(nèi)源性血管擴(kuò)張肽，導(dǎo)致血管通透性的增加及水腫；③蜘蛛酶能夠降低纖維蛋白結(jié)塊，組織的損傷引起白細(xì)胞聚集，第一凝血因子激活了凝血素向凝血酶和纖維蛋白原向纖維蛋白轉(zhuǎn)化，最終形成纖維蛋白凝塊，其在很大程度上引起了炎癥。正是通過以上三個(gè)環(huán)節(jié)的各個(gè)擊破，蜘蛛酶才得以對(duì)支氣管炎、肺炎等炎癥有顯著的消炎效果。

2蜘蛛酶在飼料上的應(yīng)用

2.1蜘蛛酶在豬飼料中的應(yīng)用

仔豬由于其生理機(jī)能發(fā)育不完善，內(nèi)源蛋白酶產(chǎn)生較少，加上斷奶的應(yīng)激則引起自身消化酶的迅速減少，進(jìn)而導(dǎo)致仔豬不能充分消化吸收飼料，后果是未被充分消化的飼料為大腸桿菌等腸道菌群提供食物而大量增殖，進(jìn)而使仔豬產(chǎn)生腹瀉現(xiàn)象。為此，補(bǔ)充酶制劑可以提高飼料的消化利用率，降低營(yíng)養(yǎng)性腹瀉的發(fā)生[10]。徐勇本等[11]將蜘蛛酶添加到20日齡的斷奶仔豬飼料中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)仔豬的平均日增重均明顯增加。相比對(duì)照組，全期平均每頭仔豬多增重53.55 g/d，全期料肉比降低了13.84%；同樣，添加蜘蛛酶的仔豬腹瀉率也明顯偏低。文玉蘭等[12]在研究仔豬的生產(chǎn)性能時(shí)也發(fā)現(xiàn)，添加蜘蛛酶等飼用蛋白酶制劑可以明顯地提高粗蛋白等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化利用率，同時(shí)試驗(yàn)組仔豬毛順有光澤、活潑好動(dòng)、兩眼有神、腹圍飽滿而不脹、肌肉豐滿、體況良好。王洪偉等[13]研究發(fā)現(xiàn)，將蜘蛛酶添加到處于妊娠或哺乳期間的母豬飼料中，當(dāng)添加量為100 g/t時(shí)，仔豬的出生重、斷奶重和日增重顯著增加，而仔豬的腹瀉率和母豬糞便異常率卻顯著降低。

豆粕是生長(zhǎng)育肥豬日糧的主要植物性飼料，但豆粕中存在天然的抗?fàn)I養(yǎng)因子，如胰蛋白酶抑制劑和植物凝集素等，大大影響豬的消化利用。研究表明，添加蜘蛛酶可以有效地降低豆粕中胰蛋白酶抑制劑和凝集素等抗?fàn)I養(yǎng)因子的影響，增加飼料利用率，最大限度地發(fā)揮飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，提高瘦肉率和胴體品質(zhì)。張濤等[14]也發(fā)現(xiàn)，在生長(zhǎng)育肥豬飼料中添加蜘蛛酶等復(fù)合酶制劑可以明顯提高豬的生長(zhǎng)性能。由于蜘蛛酶提高了蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化利用率，因此，豬糞便中排出來的氨氮含量明顯減少，減輕了對(duì)豬呼吸道的刺激，降低了糞便對(duì)周圍水環(huán)境的污染。

2.2蜘蛛酶在奶牛飼料上的應(yīng)用

奶牛乳房炎一直是奶牛養(yǎng)殖業(yè)揮之不去的痼疾，其中最嚴(yán)重的是隱性乳房炎的發(fā)病率一直居高不下，卻容易被忽視，不僅導(dǎo)致奶牛產(chǎn)奶量的明顯下降，而且還使乳汁中體細(xì)胞數(shù)量明顯增多，最終降低了牛奶的品質(zhì)和風(fēng)味，也嚴(yán)重制約了奶業(yè)的發(fā)展。

蜘蛛酶由于具有良好的消炎活性，可通過抑制前列腺素的生成、減弱和分解緩激肽、降低纖維蛋白結(jié)塊等途徑有效降低乳房炎的發(fā)生，使乳汁體細(xì)胞數(shù)明顯減少，從而有效改善乳品質(zhì)和提高奶牛產(chǎn)奶量。

劉大程等[15]研究表明：蜘蛛酶能使奶牛維持較長(zhǎng)的泌乳高峰期，能夠明顯緩解泌乳期奶量的減少；能夠顯著降低乳中體細(xì)胞數(shù)，改善乳的品質(zhì)；能夠增強(qiáng)奶牛機(jī)體免疫力，對(duì)奶牛的乳房炎有很好的治療效果，對(duì)保護(hù)乳腺健康有良好防病保健作用。黃香等[16]研究表明，蜘蛛酶能夠很好地治療奶牛的臨床型乳腺炎和隱性乳腺炎，能有效改善乳房?jī)?nèi)環(huán)境，恢復(fù)乳腺機(jī)能，減少乳汁體細(xì)胞數(shù)和乳房炎的發(fā)生。

2.3蜘蛛酶在家禽飼料中的應(yīng)用

由于家禽的腸道較短，所含益生菌較少，因此，不能提供足夠的酶來消化分解飼料，大大降低了飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。為此，有必要在日糧中補(bǔ)充酶制劑。Ghazi等[17]在肉雞飼料中添加蛋白酶大大提高肉雞日糧的能量利用率。Zanella等[18]在肉雞玉米-豆粕型日糧中添加蛋白酶制劑時(shí)，可提高日增重和回腸內(nèi)的氨基酸含量。過去添加在家禽飼料中的酶制劑大多是非淀粉多糖酶(NSP酶)，因?yàn)镹SP酶能夠有效降低家禽腸道食糜黏性等作用。而隨著飼料行業(yè)的發(fā)展，蛋白酶重新受到重視，而蜘蛛酶由于可以高效降解導(dǎo)致食糜黏性的膠原質(zhì)、彈性蛋白、角蛋白、凝膠等蛋白原料，因此也可以顯著降低腸道黏度。一項(xiàng)利用蜘蛛酶對(duì)33周齡海蘭褐產(chǎn)蛋雞消化道食糜黏性的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：蜘蛛酶能夠有效降低蛋雞消化道內(nèi)容物黏度。將蜘蛛酶應(yīng)用在種雞上，可以提高產(chǎn)蛋率、增加蛋重、降低破蛋率、從而使蜘蛛酶在提高雞蛋品質(zhì)方面有顯著的效果。蜘蛛酶還可以降低蛋雞因消化不良引起的應(yīng)激；蜘蛛酶的消炎活性增強(qiáng)了蛋雞的免疫力，能夠快速消除疾病后蛋雞的身體炎癥，迅速恢復(fù)產(chǎn)蛋機(jī)能。

2.4蜘蛛酶在水產(chǎn)飼料上的應(yīng)用

目前，蜘蛛酶在水產(chǎn)養(yǎng)殖上剛剛起步，研究重點(diǎn)是羅非魚、凡納濱對(duì)蝦（即南美白對(duì)蝦）的生長(zhǎng)性能、消化率和免疫力方面。謝駿等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加蜘蛛酶可以提高凡納濱對(duì)蝦的成活率，可以明顯提高蝦的日增重；還可以提高凡納濱對(duì)蝦血清中酸性磷酸酶活性和溶菌酶的活性，但對(duì)超氧化物歧化酶活性影響不顯著。烏蘭等[20]在基礎(chǔ)飼料中添加不同比例的蜘蛛酶，然后飼喂奧尼羅非魚56 d，分別測(cè)定奧尼羅非魚的生長(zhǎng)性能、消化率及血清溶菌酶活力和超氧化物歧化酶活力等指標(biāo)。結(jié)果表明，當(dāng)蜘蛛酶的添加量為1 g/kg時(shí)能顯著提高奧尼羅非魚的增重率，降低餌料系數(shù)，能提高奧尼羅非魚對(duì)蛋白質(zhì)類飼料的表觀消化率，并且明顯提高奧尼羅非魚對(duì)干物質(zhì)的表觀消化率，血清溶菌酶活力、SOD活力也比對(duì)照組有所提高。

3　小結(jié)

綜上所述，蜘蛛酶可以使飼料在仔豬腸道內(nèi)充分消化吸收，降低營(yíng)養(yǎng)性腹瀉的發(fā)生，可以有效地分解動(dòng)物飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，能夠最大限度地發(fā)揮飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；蜘蛛酶具有很好的消炎活性，能夠降低奶牛乳房炎的發(fā)生，降低乳中體細(xì)胞數(shù)，改善乳品質(zhì)；蜘蛛酶在禽飼料上可以增加蛋雞對(duì)日糧中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化利用，提高產(chǎn)蛋率；同時(shí)在水產(chǎn)上蜘蛛酶也能提高對(duì)蛋白質(zhì)的表觀消化率，提高其生產(chǎn)性能，提高經(jīng)濟(jì)效益。但目前，飼用蛋白酶制劑大多偏酸性和中性，這與動(dòng)物消化道內(nèi)環(huán)境是一致的，而蜘蛛酶是一種堿性蛋白酶，如果能夠?qū)χ┲朊高M(jìn)行改造，使其最適pH值降低，那么蜘蛛酶作為飼用蛋白酶制劑會(huì)有非常巨大的應(yīng)用價(jià)值。

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（編輯：高雁，snowyan78@163.com）

The arazyme and its application in feed

Yu Kui, Qiao Shiyan, Song Qinglong, Wei Lijie, Xue Xinsheng

Abstract：Arazyme is a highly active alkaline metalloprotease, which has strong proteolytic abilities. It can tolerate a wide range of pH, temperature and salinity, in addition, it also has a strong antisepsis and anti-inflammation activity. Due to these great advantages over the conventional forage protease, the applications in feed were introduced based on its function in this paper.

Key words：arazyme；metalloprotease；antisepsis and anti-inflammation；feed

收稿日期：2015-10-13

通訊作者：薛新升，高級(jí)工程師。

作者簡(jiǎn)介：余奎，碩士，研究方向?yàn)榘l(fā)酵工程及生物飼料開發(fā)。

中圖分類號(hào)：S816.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-991X（2016）04-0021-03

doi:10.13302/j.cnki.fi.2016.04.005