凌宝明 冯定远 左建军
目前，有关酶制剂在动物营养中的应用研究主要集中在NSP酶和植酸酶。然而，随着营养生理学的发展以及酶制剂应用研究的不断深入，人们发现蛋白酶对动物尤其是幼龄动物有着独特的作用，很有必要重新认识一下饲用蛋白酶。本文将对饲用蛋白酶的分类、作用机理及应用研究进展作一简要综述。
1 饲用蛋白酶的分类
根据来源的不同，蛋白酶可分为动物源性蛋白酶、植物源性蛋白酶、微生物源性蛋白酶。动物源性蛋白酶多从牛、羊、猪等的胰脏中提取而得，由于生产成本较高，主要用于医药方面。植物源性蛋白酶常见的有木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶，它们分别从未成熟的番木瓜和菠萝中提取而得。微生物蛋白酶既有通过细菌(如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌)培养提取的，也有通过真菌(如黑曲霉、米曲霉、酵母)发酵提取的。微生物蛋白酶和植物蛋白酶由于生产成本相对低廉，故在多种工业(如饲料、食品、制革、能源)上得到了广泛应用。
根据作用的最适pH值，蛋白酶又可分为酸性蛋白酶（最适pH值为2左右）、中性蛋白酶（最适pH值为7左右）、碱性蛋白酶（最适pH值为8左右）。动物对蛋白质的消化主要依赖于胃蛋白酶和胰蛋白酶，其中前者属于酸性蛋白酶，后者属于碱性蛋白酶。目前饲料工业中应用的蛋白酶多为酸性蛋白酶（主要作用部位在胃）。
2 饲用蛋白酶的作用机理
总结现有的研究报告，推测饲用蛋白酶的作用机理主要有以下几个方面。
2.1 提高营养物质特别是蛋白质的消化利用率
对于幼龄动物，由于消化器官发育尚不健全，自身还不能够分泌足够的蛋白酶来消化饲料中的蛋白质。以猪为例，在出生后前2周，胃蛋白酶活性很低，2周后活性才逐渐增强；此外，断奶也会对仔猪的胃酸分泌和各种酶活表达过程产生阻碍作用，断奶后12 h内食糜中胃蛋白酶将出现明显蓄积，随后降低，直至50日龄前才明显回升(Lindemann等，1986)[1]。在这种情况下，在饲料中添加外源蛋白酶，可以有效补充仔猪内源蛋白酶的不足，从而提高对饲料中蛋白质等营养物质的消化率。研究表明，除了补充内源蛋白酶量的不足，外源蛋白酶还可能通过以下途径来提高动物对营养物质的消化利用率：①增强内源蛋白酶的活性；②某些外源蛋白酶可能因作用位点等方面的不同，将一些动物内源蛋白酶难以消化的蛋白质水解为肽和氨基酸，进而提高动物对饲料蛋白质的消化率；③降解蛋白质产生的一些活性物质（如寡肽）影响动物的神经内分泌，使T3、GH、TSH、IGF-1等代谢激素水平升高，从而提高对营养物质的利用率。
2.2 降解饲料中的抗营养因子
大豆加工产品（如豆粕）是重要的饲料蛋白原料，但它们通常含有较多的抗营养因子成分，如大豆蛋白抗原、胰蛋白酶抑制剂，这类物质不仅会阻碍动物对养分的消化、吸收和利用，还可能引起动物腹泻等过敏反应，严重危害动物的健康和生长性能。研究表明，蛋白酶可减轻豆粕中抗营养因子的影响，提高豆粕的营养价值（Hosoyama等[2]，1994；胥九兵等[3]，2008）。
2.3 增强动物机体的免疫力
据李诺等（2004）[4]报道，菠萝蛋白酶可以提高仔猪的抗腹泻能力。
3 饲用蛋白酶的应用研究进展
3.1 在猪上的应用研究
蛋白酶在乳仔猪上的应用研究相对较多，效果主要表现为改善生长性能、提高营养物质消化率及降低腹泻率。费笛波等（1997）[5]将5 000 U/g的饲用酸性蛋白酶制剂以0.1％的剂量添加于乳猪及仔猪饲料中，结果发现，仔猪日增重和饲料转化率分别比对照组提高了7.77％和4.71％。Caine等（1998）[6]报道，用蛋白酶处理豆粕可以提高猪对豆粕中可溶性物质和可溶性蛋白的消化率，也可以降低豆粕中胰蛋白酶抑制剂的含量。Rooke等（1998）[7]用蛋白酶处理断奶仔猪日粮中的豆粕发现，可以提高仔猪的生长性能，这主要是因为蛋白酶降解了豆粕中的一些特异性多肽，并认为用合适的蛋白酶处理豆粕是提高断奶仔猪日粮中豆粕用量的一个好方法。祝国强等（1998）[8]用含0.1％酸性蛋白酶的饲料饲喂早期断奶仔猪，结果试验组平均日增重比对照组提高11.94％，饲料利用率提高15.18％。吴天星等（2000）[9]研究发现，酸性蛋白酶能提高仔猪的蛋白质表观消化率，降低腹泻率，提高小肠绒毛表面短肽和氨基酸的浓度，促进短肽、氨基酸的吸收。张耕等（2002）[10]在荣昌猪断乳后开口饲料中添加外源性蛋白酶，结果发现，外源蛋白酶能显著改善断乳后消化不良，减轻断乳应激对仔猪的影响，增重效果明显，外源蛋白酶的添加在断乳一周内效果最佳。郭建来等（2007）[11]研究发现，在仔猪日粮中添加0.1％的酸性蛋白酶，可以显著提高仔猪的生长性能，并显著降低腹泻率。
研究表明，蛋白酶在生长肥育猪上使用也具有一定的效果。宾石玉等（1996）[12]报道，在生长猪日粮中添加0.1％的木瓜蛋白酶，可获得显著的增重效果和饲料报酬。O'-Doherty等（1999）[13]的研究也证实，蛋白酶可以提高猪对日粮蛋白质的消化率和饲料转化率。李洪龙等（2006）[14]研究了金属蛋白酶对育肥猪生长性能的影响，发现金属蛋白酶不仅可以提高肉猪的生长性能，还可以一定程度改善猪的肉品质。何维海等（2006）[15]研究了一种复合酶（含蛋白酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶）在生长猪中的应用效果，其中对照组猪饲喂消化率较高的日粮，试验猪饲喂的日粮粗纤维水平较高但添加0.05％的复合酶，经过30 d的试验发现两组猪的生长性能无显著差异。
另据李诺等（2004）[4]报道，菠萝蛋白酶可以减少K88阳性产肠毒素大肠杆菌（K88+ETEC）引起的仔猪腹泻，并且促增重效果明显，其机理是使仔猪肠道K88+ETEC受体暂时失活。
3.2 在禽上的应用研究
蛋白酶在禽上的应用研究主要集中在鸡上。Marsman等（1997）[16]在膨化豆粕中添加蛋白酶和半纤维素酶，发现可以提高肉鸡的生长性能。Simbaya等（1996）[17]报道，在使用双低菜粕的肉仔鸡日粮中添加蛋白酶，无论是高蛋白配方（22％）还是低蛋白配方（17％），肉鸡的生长性能都可以得到改善。Bernard等（1997）[18]发现，添加蛋白酶可以提高肉鸡对豆粕（含粗蛋白48％）的氨基酸消化率。奚刚等(1998)[19]研究发现,外加中性蛋白酶制剂可显著提高前期、后期丝毛乌骨鸡对粗蛋白的表观消化率，不同程度地提高了胃蛋白酶、胰蛋白酶和总蛋白水解酶的活性,特别是37日龄与67日龄时的胰蛋白酶活性以及67日龄时的总蛋白水解酶活性得到显著提高。Zanella等(1999)[20]在肉仔鸡日粮中添加一种复合酶(含蛋白酶、淀粉酶和木聚糖酶),然后将试验日粮的代谢能降低418 kJ/kg,发现试验组肉鸡的生长性能与饲喂玉米－豆粕型日粮的对照组无显著差异，而且试验组的蛋白消化率提高了2.9％。Ghazi等（2003）[21]在肉鸡上的研究表明，在豆粕中添加不同来源的蛋白酶可以提高日粮真代谢能（TME）和真氮（N）的消化率，但不同来源的蛋白酶差异较大。Rubio等（2003）[22]还发现，在羽扇豆型日粮中添加蛋白酶有提高肉鸡采食量和增重的趋势。Yu等（2007）[23]也证实，在玉米-豆粕型日粮中添加蛋白酶，可以提高肉鸡的生长性能、改善饲料转化率。游金明等（2008）[24]研究发现，在日粮中添加125 g/t的复合蛋白酶对肉鸡的采食量无显著影响，但可显著提高肉鸡后期(P<0.01)及全期的日增重(P<0.05)。另据Peek等（2009）[25]报道，日粮添加蛋白酶可以显著改善受球虫感染的肉鸡的体增重。
3.3 在水产动物上的应用研究
在多种水产动物上的研究均表明，饲料中添加蛋白酶具有一定的效果。张庆等（1996）[26]研究发现，在对虾饲料中添加木瓜蛋白酶产量可提高5％，显示出木瓜蛋白酶具有一定的促生长效果，但是该酶在饲料加工过程中的损失较大。Drew等（2005）[27]发现，在使用双低菜粕的虹鳟鱼日粮中添加蛋白酶，可以提高营养物质的消化率、改善虹鳟鱼的生长性能。乌兰等(2007)[28]则证实，饲料中添加金属蛋白酶能显著促进罗非鱼的生长和营养物质的利用，并提高罗非鱼血清SOD活力。刘鼎云等（2007）[29]研究了蛋白酶AG对凡纳滨对虾生长和肌肉成分的影响，结果发现，在鱼粉含量较低而植物蛋白含量较高的饲料中添加蛋白酶AG对虾体的生长性能改善较为明显，但对对虾的肌肉成分则无显著影响。冷向军等（2008）[30]也证实，在鱼粉含量较低而植物蛋白原料较多的饲料中添加蛋白酶AG，可提高鲤鱼前肠组织和食糜蛋白酶活性，提高鲤鱼鱼种生长性能。
3.4 在饲料资源开发方面的研究
在豆类蛋白原料上的研究表明，蛋白酶可降解该类原料中的抗营养因子，如大豆抗原蛋白。
血液中含有丰富的营养物质，尤其是蛋白质，含量在18％左右，但是由于血液中2/3的蛋白质存在于血细胞中，是血红蛋白，它的消化吸收利用率很低，所以在食品和饲料工业中利用较少。近年来，由于酶解技术的迅速发展，用蛋白酶水解血红蛋白以提高其利用率的研究也越来越多，可供选择水解血红蛋白的酶也有多种。孟翔晨等（1998）[31]研究发现，碱性蛋白酶能水解血红细胞，提高蛋白利用率。
羽毛的蛋白质含量高，其赖氨酸、缬氨酸和苏氨酸等氨基酸含量的总和高于大豆粕。如果能将羽毛加以合适处理，可使之转化成很好的饲料资源。但是，羽毛中蛋白的主要成分是β-角蛋白，该类蛋白含有大量的二硫键、氢键和疏水键，交联度大，不可溶，不能被常规蛋白酶所降解，但它可被角蛋白酶降解。在饲料生产中，添加合适剂量的角蛋白酶可以有效促进羽毛粉中的角蛋白水解，大幅度提高动物对羽毛粉的消化率。Odetallah等（2003、2005）[32-33]在肉仔鸡上的试验充分证明了这一点。
4 展望
随着饲用酶制剂应用研究的不断深入，人们逐渐发现了蛋白酶在动物营养上的独特作用，蛋白酶也因此受到了越来越多的关注。但目前无论是对蛋白酶的基础研究还是应用研究都还存在很多不足，需要加强以下方面的工作：①筛选和培育产蛋白酶含量高的微生物菌种，并且这些菌所产的蛋白酶必须稳定性好，适合在饲料工业中应用；②研究不同pH值特性的蛋白酶（酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶）在动物消化道内的相互作用；③研制具有多种用途（如既可补充动物内源酶不足又可降解抗营养因子）的复合蛋白酶；④根据不同的日粮类型和动物生长阶段，开发专用的蛋白酶产品；⑤加强蛋白酶在生长和成年动物上的应用研究；⑥研究蛋白酶对动物内源酶和饲料中其它外源酶的影响。
参考文献
[1] Lindemann, M D, S G Cornelius, et al. Effect of age, weaning and diet on digestive enzyme levels in the piglet[J]. J. Anim. Sci., 1986, 75：437-445.
[2] Hosoyama H, Obata A, Tsuji H, et al. Studies on t he reduction of soybean allergenicity:Part 1[M]. Nippon Nogeikagaku Kaishi, 1994:343.
[3] 胥九兵，余晓斌，王丽菊. 利用蛋白酶产生菌固态发酵去除豆粕中抗原蛋白[J]. 生物加工过程，2008，6（3）：48-51.
[4] 李诺，林晨，韩琦. 菠萝蛋白酶防治仔猪腹泻的研究现状[J]. 饲料广角，2004，22：38-39.
[5] 费笛波，钱玉英，叶玲玲，等. 黑曲霉菌株6042饲用酸性蛋白酶的性质及其应用研究[J]. 浙江农业学报，1997，9(6)：300-304．
[6] Caine W R, M W A. Verstegen , W C Sauer, et al. Effect of protease treatment of soybean meal on content of total soluble matter and crude protein and level of soybean trypsin inhibitors[J]. Anim. Feed Sci. Technol., 1998，71：177-183.
[7] Rooke J A, M Slessor, H Fraser, et al. Growth performance and gut function of piglets weaned at four weeks of age and fed protease-treated soya-bean meal[J]. Anim. Feed Sci. Technol., 1998，70：175-190.
[8] 祝国强，侯风琴,等. 酸性蛋白酶饲喂早期断奶仔猪的应用试验[J]. 饲料博览，1998(3)：10．
[9] 吴天星，王亚军，董雪梅，等. 酸性蛋白酶和甲酸钙对断奶仔猪生产性能的影响[J]. 浙江大学学报，2000，12（4）：179-182.
[10] 张耕，黄绍发，徐涛. 荣昌猪仔猪断乳后添加外源性蛋白酶对其生长性能影响[J]. 四川畜牧兽医学院学报，2002，16(3)：11-13.
[11] 郭建来,魏红芳.酸性蛋白酶对仔猪生产性能及养分表观消化率的影响[J]. 饲料博览，2007(5)：10-12.
[12] 宾石玉，盘仕忠. 木瓜蛋白酶在生长猪日粮中的应用[J]. 粮食与饲料工业，1996(7)：24-25.
[13] O'-Doherty, Forde. The effect of protease and alpha-galactosidase supplementation on the nutritive value of peas for growing and finishing pigs[J]. Ir. J. Agricult. Food Res.，1999，38：217-226.
[14] 李洪龙，孙明梅，文玉兰. 金属蛋白酶制剂对育肥猪生产性能的影响[J]. 现代畜牧兽医，2006(2)：6-8.
[15] 何维海,蒋剑,李其江,等.高粗纤维水平日粮中添加含木聚糖酶、β-葡聚糖酶和蛋白酶的复合酶对生长猪生长性能的影响[J]. 养殖与饲料，2006(4)：10-13.
[16] Marsman G J P, Gruppen H, Van der Poel, et al. The effect of thermal processing and enzyme treatments of soybean meal on growth performance, ileal nutrientdigestibilities and chyme characteristics in broiler chicks[J]. Poultry Science，1997，76：864-872.
[17] Simbaya J, Slominski B A, Guenter W, et al. The effects of protease and carbohydrase supplementation on the nutritive value of canola meal for poultry: in vitro and in vivo studies[J]. Anim. Feed Sci. Technol.，1996，61：219-234.
[18] Bernard K, McNab J M. Effect of Allzyme Vegpro on true amino acid digestibilities of Canadian 48% crude protein soybean meal fed to either three week old chicks or adult cockerels[C]. In: Biotechnology in the Feed Industry－Proceedings of Alltech's 13th Annual Symposium, Poster Presentation, 1997.
[19] 奚刚,许梓荣.中性蛋白酶制剂对丝毛乌骨鸡氮利用率及内源性蛋白质消化酶活性的影响[J]. 浙江农业大学学报，1998，24（4）：339-343.
[20] Zanella I, Sakomura N K, Silversides F G, et al. Effect of enzyme supplementation of broiler diets based on corn and soybeans[J]. Poultry Science，1999，78：561-568.
[21] Ghazi S, Rooke J A, Galbraith H, et al. The potential for the improvement of the nutritive value of soyabean meal by different proteases in broiler chicks and broiler cockerels[J]. Br. Poult. Sci.，2002，43：70-77.
[22] Rubio L A, Brenes A, Centeno C. Effects of feeding growing broiler chickens with practical diets containing sweet lupin(Lupinus angustifolius) seed meal[J]. Br. Poult. Sci., 2003,44：391-397.
[23] Yu B, Wu S T, Liu C C, et al. Effects of enzyme inclusion in a maize-soybean diet on broiler performance[J]. Animal Feed Science and Technology，2007，134：283-294．
[24] 游金明，瞿明仁，黎观红，等. 复合蛋白酶和甘露寡糖对肉鸡生长性能的影响及其互作效应研究[J].动物营养学报,2008,20 (5)：567-571.
[25] Peek H W, J D van der Klis, B Vermeulenc, et al. Dietary protease can alleviate negative effects of a coccidiosis infection on production performance in broiler chickens[J]. Animal Feed Science and Technology，2009，150：151-159.
[26] 张庆,李卓佳,陈康德,等. 对虾饲料中添加木瓜蛋白酶的研究[J]. 饲料工业，1996，17 (5)：8-10.
[27] Drew M D, Racz V J, Gauthier R, et al. Effect of adding protease to coextruded flax: pea or canola: pea products on nutrient digestibility and growth performance of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss)[J]．Animal Feed Science and Technology,2005, 119：117-128.
[28] 乌兰，谢骏，王广军，等. 金属蛋白酶对奥尼罗非鱼生长、消化率及非特异性免疫功能的影响[J]. 南方水产，2007，3(3)：8-13.
[29] 刘鼎云，冷向军，卢永红，等.饲料中添加蛋白酶AG对凡纳滨对虾生长和肌肉成分的影响[J]. 饲料工业，2007，28(20)：24-25.
[30] 冷向军，刘鼎云，李小勤，等. 饲料中添加蛋白酶AG对鲤鱼鱼种生长和蛋白质消化酶活性的影响[J]. 动物营养学报，2008，20(3)：268-274.
[31] 孟翔晨，杨同舟,等. 碱性蛋白酶水解猪血细胞最优反应条件的研究[J]. 东北农业大学学报，1998，29（2）：173-178.
[32] Odetallah N H, Wang J J, Garhch J D, et a1. Keratinase in starter diets improves growth of broiler chicks[J]． Poultry Science，2003， 82：664-670．
[33] Odetallah N H, Wang J J, Garhch J D, et a1. Versazyme supplementation of broiler diets improves market growth performance[J]. Poultry Science，2005，84：858-864.
（编辑：高 雁，）
凌宝明，广东华农温氏畜牧股份有限公司生产技术部，在读博士，527400，广东省新兴县温氏科技园。
冯定远、左建军，华南农业大学动物科学学院。
收稿日期：2009-09-21 |
相关信息
