蛋白酶在畜禽低蛋白日糧中的應用

畜牧人小李

蛋白酶在畜禽低蛋白日糧中的應用

馮定遠教授

華南農業大學

1.關于蛋白酶的“八個最”

·最早認識的酶

·最早應用的酶

·最普遍存在的酶

·最多系列產品的酶

·最復雜作用位點的酶

·最廣泛應用領域的酶

·最具兩面特性性的酶

·最需要重新重視的酶

2、最早認識的酶

·酶的種類很多，已經發現3000多種酶

·現代真正酶技術始于1874年，首個有記載的酶是犢牛胃內容物分離的凝乳酶，它是一種蛋白酶：天門冬氨酸蛋白酶。

·凝乳酶現廣泛用于奶酪生產。

3、最早飼養應用的酶

·除凝乳酶很早應用于奶酪生產外。

早在上個世紀50年代，就開始廣泛應用蛋白酶進行動物飼養試驗研究。

·Lewis等（1955），Baker等（1956），用6～67日齡仔豬和生長豬做了許多試驗，測定了大豆日糧添加五種蛋白酶的效果，胃蛋白酶、胰蛋白酶、真菌蛋白酶、糖基化蛋白酶和木瓜蛋白酶。

·試驗表明胃蛋白酶和胰蛋白酶提高了平均日增重和飼料轉化率，對仔豬效果更明顯。木瓜蛋白酶和糖基化蛋白酶也有同樣的效果，但真菌蛋白酶則不明顯。  

4、最普遍存在的酶

·幾乎所有動物、植物、微生物都含有蛋白酶。

·動物源蛋白酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、凝乳蛋白酶、肽酶等

·植物源蛋白酶：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶、生姜蛋白酶、獼猴桃蛋白酶、朝鮮梨蛋白酶等

·微生物源蛋白酶：真菌蛋白酶、細菌蛋白酶、病毒蛋白酶等（種類繁多，見下表）

5.蛋白酶按作用最適PH值來分類：

·酸性蛋白酶：最適PH：2.5-5.0，溫度40℃，大多數來源于微生物生產菌種常用的黑曲霉和米曲霉。

·中性蛋白酶：最適PH：7.0-8.0,37℃以下比較穩定，生產菌種常用枯草桿菌、米曲菌

·堿性蛋白酶: 最適PH：9.0-11.0，最適溫度：40℃以下，生產菌種常用嗜堿芽孢桿菌、短小芽孢桿菌等。

6.病毒蛋白酶

·已經發現多種病毒中含ser,asp,csy蛋白酶。主要用于病毒自身蛋白加工。所有病毒編碼的都是內肽酶，無金屬蛋白酶

·研究最多的是逆轉錄病毒的天冬氨酰蛋白酶，他是病毒組裝和復制必須的，是病毒多聚蛋白前體的一部分，前體經過自我催化成為成熟的蛋白酶。

7.最多系列產品的酶

·因微生物蛋白酶大多為胞外酶，易于提取，生產成本較低，效率高，可作為工業生產蛋白酶的微生物種類多，且可用遺傳手段改良等優點。

·目前許多酶制劑生產企業都有蛋白酶產品。

·例如有些公司的蛋白酶比較齊全，有酸性蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶和多肽蛋白酶等系列產品，甚至同一類蛋白酶有多個品種

8.最復雜作用位點的酶

·一方面與位置有關：外肽酶、內肽酶，

外肽酶又分C端（-COOH）或者N端（-NH3），羧基外肽酶或者氨基外肽酶

·另方面與特定氨基酸有關。例如胰蛋白酶和菠蘿蛋白酶在重要的堿性氨基酸（賴氨酸、精氨酸）水解。

9.外肽酶

氨肽酶多為胞內酶，廣泛存在于細菌和真菌中。它從多肽鏈N端水解下一個氨基酸殘基，

二肽或是三肽。

·羧肽酶作用于多肽鏈的C端，水解下一個氨基酸或是二肽。據酶活性位點氨基酸殘基的

特點，可將肽酶分為：絲氨酸羧肽酶，金屬羧肽酶，半胱氨酸羧肽酶

10.內肽酶

據催化機制可分為se蛋白酶，asp蛋白酶，cys蛋白酶和金屬蛋白酶。

·金屬蛋白酶：活性依賴二價金屬離子。活性易被螯合物比如EDTA抑制，但不受巰基化合物或DFP的影響。研究最多的是嗜熱菌蛋白酶和膠原酶。

11.最具兩面特性的酶

·對飼料養殖而言，由于所有的酶是蛋白質，與其他酶不同，蛋白酶理論上可以水解其他酶，具有潛在的負面影響。

·既可能影響外源添加的其他酶，也可能影響動物消化道分泌的酶。

·甚至不適當的蛋白酶損害動物腸道粘膜等。

·所以，蛋白酶種類的選擇和用量很重要。

12.最需要重新重視的酶

一般認為，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶這些動物消化道存在的酶，沒有外源添加的必要。但是下方面幾種情況出現絕對缺乏或者相對缺乏：

（1）日糧富營養化

（2）養殖環境應激

（3）動物管理因素（轉群、運輸、疫苗、用藥、去勢等）

（4）動物亞健康、傳染性疫病壓力等

（5）幼年動物或老齡種用畜禽（包括后期蛋雞、奶牛）

13.蛋白酶的特殊用途

·低蛋白日糧，資源節約型養殖生產

·低污染日糧，環境友好型養殖生產

（與低蛋白有關聯，但低污染不一定是低蛋白）

·低質量原料預處理，如蛋白酶處理羽毛粉、皮革粉、雜粕等

·高質量原料生產功能原料或添加劑，如蛋白酶解魚粉、蛋白酶解大豆粉（粕）等

14.蛋白酶處理飼料原料

·蛋白酶近年來應用的一個重要領域是飼料原料的處理。

·例如，肉粉、肉骨粉、羽毛粉、血粉、大豆、豆粕等。

15.低蛋白日糧的目的

·減少飼料蛋白資源的浪費

·減少對蛋白原料進口的依賴（如美國大豆、加拿大油菜籽）

·減少養殖對環境的污染

·減少由于高蛋白水平而必須使用高量植物源蛋白存在的抗營養因子造成的動物應激

·合理水平的低蛋白可以降低養殖成本

16.低蛋白、低營養日糧也是飼料酶應用效果的關鍵！

·現代日糧是為了使動物獲得最佳生產性能而配制的。若不把要研究的日糧因子降至理想水平以下，外源酶使營養物質利用率的任何提高均不能反映動物的真實情況。

·如果當日糧替代成份為質量較差的飼料時，如果營養成分沒有超過某種特定、年齡和基因型的動物的營養推薦量，則這一點就不必考慮。

· 譬如，若研究外源蛋白酶在日糧中的應用效果，需要把蛋白能量比降至理想水平以下，這樣才能真實反映蛋白酶是否提高了動物對氨基酸的利用率。

·Schang等（1997）和Spring等（1998）：營養濃度低于推薦標準的配合日糧中添加酶制劑，其營養物質利用率顯著提高，但營養濃度相當或超過推薦標準的配合日糧中添加酶制劑，其營養物質利用率變化不顯著。

17.低蛋白日糧

·較低的粗蛋白質水平意味著氮排泄量下降。

·飼糧粗蛋白質每降低1％，豬的糞氮排泄量就減少l0％；氮排泄量減少則氨排放量和圈舍臭味也減少。

18.降低日糧的蛋白質

·降低日糧的蛋白質，可減少豬舍的氨氣。

·日糧蛋白質降低4%，可降低空氣中69%的氨氣，減少豬舍的臭氣。

19.影響低蛋白日糧蛋白水平的因素

·低蛋白日糧與蛋白水平有關！

·低蛋白日糧與氨基酸組成有關！

·低蛋白日糧與營養平衡（特別是能量）有關！

·低蛋白日糧與日糧類型有關！

·所以不能簡單一概而論！

20.如何判斷是低蛋白？

·一般是約定俗成的行業普遍水平！

·目前比較多參考的是美國NRC標準！

·典型的玉米豆粕型日糧作為討論！

·綜合目前的研究結果，在其他營養措施考慮比較周全的情況下，

·添加蛋白酶，日糧的低蛋白的水平可以達到2—4個百分點！

·如果再降低日糧蛋白水平，可能會得不償失。

21.蛋白酶與低蛋白日糧

·添加蛋白酶在典型豆粕型日糧，以美國NRC標準，可以降低2-3個百分點。

·添加蛋白酶在雜粕型日糧，可以降低3-4個百分點。

·蛋白酶種類很多，單一蛋白酶，目前試驗總結，效果差別非常大。

·兩種或以上的組合型蛋白酶，一般比單一蛋白酶效果好。

·蛋白酶與其他酶（如非淀粉多糖酶、植酸酶等）的配合型復合酶，一般比只是蛋白酶的好。

22.低蛋白日糧與蛋白酶的原理

·蛋白酶提高整個日糧的蛋白消化率和利用率，這是提高動物生產性能和低蛋白日糧維持生產性能最主要的作用。

·某些蛋白酶對日糧中個別氨基酸，例如限制性氨基酸，特別是沒有以氨基酸添加劑（如賴氨酸、蛋氨酸等）可以補充的氨基酸（如纈氨酸、異亮氨酸等）的有效提供。使低蛋白情況下，有效氨基酸供應更趨平衡。

·蛋白酶消除抗營養因子，特別是植物蛋白源的抗營養因子，例如，抗原蛋白、植物凝集素、抗胰蛋白酶等。

·蛋白酶單獨或與其他酶組成配合酶，協同作用，對某些結構性組分（如糖蛋白、脂蛋白復合物、金屬蛋白、核蛋白等）水解，釋放出更多可利用的營養。

23.普通的復合酶往往意義并不大，起作用的是其中主效酶，單酶就行了！ （這里是蛋白酶）

24.蛋白酶對豆粕蛋白質的水解作用

·單一黑曲霉來源酸性蛋白酶A對豆粕蛋白質的水解作用強于單一枯草芽孢桿菌來源中性蛋白酶C、木瓜蛋白酶D和菠蘿蛋白酶E

·黑曲霉來源酸性蛋白酶A和枯草芽孢桿菌來源中性蛋白酶C最佳組合比例為7：3

·黑曲霉來源酸性蛋白酶A和木瓜蛋白酶D最佳組合比例為6：4

·黑曲霉來源酸性蛋白酶A和菠蘿蛋白酶E最佳組合比例為8：2

·其中以黑曲霉來源酸性蛋白酶A和木瓜蛋白酶D（ 6：4）組合，豆粕蛋白質水解后的總水解度、水溶性蛋白質水解度和粗蛋白質消化率最高，酶解效果最好。

25.蛋白酶在低蛋白日糧應用研究

·枯草芽孢桿菌蛋白酶的Km [酪蛋白]為2.7987 mg/mL，最適pH為8.0，在pH 5.0-9.0時穩定性較好，最適溫度為55℃，在4-85℃范圍內均較穩定

·木瓜蛋白酶的Km [酪蛋白]為6.6875 mg/mL，最適pH為7.0，在pH 5.0-9.0時穩定性較好，最適溫度為55℃，在65℃以下時較穩定

·二者均有在飼料工業中應用的潛力，但在未進行后處理的條件下，枯草芽孢桿菌蛋白酶比木瓜蛋白酶更能適應仔豬的生理內環境和飼料生產加工條件

26.小結

·蛋白酶來源豐富，作用機理復雜。蛋白酶的價值意義需要重新認識！

·蛋白酶除了作為一般的飼料添加劑應用外，飼料原料處理或者加工功能性原料及添加劑也是一個重要應用領域。

·低蛋白日糧應用蛋白酶有實際效果，關鍵是蛋白酶的選擇，蛋白酶組合的選擇！

原創： DDC     來源：大帝漢克
聽課筆記由成都大帝漢克生物科技有限公司營銷部王銀星、殷繼勛現場整理