蛋白酶在畜禽低蛋白日粮中的应用

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蛋白酶在畜禽低蛋白日粮中的应用

冯定远教授

华南农业大学

1.关于蛋白酶的“八个最”

·最早认识的酶

·最早应用的酶

·最普遍存在的酶

·最多系列产品的酶

·最复杂作用位点的酶

·最广泛应用领域的酶

·最具两面特性性的酶

·最需要重新重视的酶

2、最早认识的酶

·酶的种类很多，已经发现3000多种酶

·现代真正酶技术始于1874年，首个有记载的酶是犊牛胃内容物分离的凝乳酶，它是一种蛋白酶：天门冬氨酸蛋白酶。

·凝乳酶现广泛用于奶酪生产。

3、最早饲养应用的酶

·除凝乳酶很早应用于奶酪生产外。

早在上个世纪50年代，就开始广泛应用蛋白酶进行动物饲养试验研究。

·Lewis等（1955），Baker等（1956），用6～67日龄仔猪和生长猪做了许多试验，测定了大豆日粮添加五种蛋白酶的效果，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。

·试验表明胃蛋白酶和胰蛋白酶提高了平均日增重和饲料转化率，对仔猪效果更明显。木瓜蛋白酶和糖基化蛋白酶也有同样的效果，但真菌蛋白酶则不明显。  

4、最普遍存在的酶

·几乎所有动物、植物、微生物都含有蛋白酶。

·动物源蛋白酶：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、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、生姜蛋白酶、猕猴桃蛋白酶、朝鲜梨蛋白酶等

·微生物源蛋白酶：真菌蛋白酶、细菌蛋白酶、病毒蛋白酶等（种类繁多，见下表）

5.蛋白酶按作用最适PH值来分类：

·酸性蛋白酶：最适PH：2.5-5.0，温度40℃，大多数来源于微生物生产菌种常用的黑曲霉和米曲霉。

·中性蛋白酶：最适PH：7.0-8.0,37℃以下比较稳定，生产菌种常用枯草杆菌、米曲菌

·碱性蛋白酶: 最适PH：9.0-11.0，最适温度：40℃以下，生产菌种常用嗜碱芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等。

6.病毒蛋白酶

·已经发现多种病毒中含ser,asp,csy蛋白酶。主要用于病毒自身蛋白加工。所有病毒编码的都是内肽酶，无金属蛋白酶

·研究最多的是逆转录病毒的天冬氨酰蛋白酶，他是病毒组装和复制必须的，是病毒多聚蛋白前体的一部分，前体经过自我催化成为成熟的蛋白酶。

7.最多系列产品的酶

·因微生物蛋白酶大多为胞外酶，易于提取，生产成本较低，效率高，可作为工业生产蛋白酶的微生物种类多，且可用遗传手段改良等优点。

·目前许多酶制剂生产企业都有蛋白酶产品。

·例如有些公司的蛋白酶比较齐全，有酸性蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶和多肽蛋白酶等系列产品，甚至同一类蛋白酶有多个品种

8.最复杂作用位点的酶

·一方面与位置有关：外肽酶、内肽酶，

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

·另方面与特定氨基酸有关。例如胰蛋白酶和菠萝蛋白酶在重要的碱性氨基酸（赖氨酸、精氨酸）水解。

9.外肽酶

氨肽酶多为胞内酶，广泛存在于细菌和真菌中。它从多肽链N端水解下一个氨基酸残基，

二肽或是三肽。

·羧肽酶作用于多肽链的C端，水解下一个氨基酸或是二肽。据酶活性位点氨基酸残基的

特点，可将肽酶分为：丝氨酸羧肽酶，金属羧肽酶，半胱氨酸羧肽酶

10.內肽酶

据催化机制可分为se蛋白酶，asp蛋白酶，cys蛋白酶和金属蛋白酶。

·金属蛋白酶：活性依赖二价金属离子。活性易被螯合物比如EDTA抑制，但不受巯基化合物或DFP的影响。研究最多的是嗜热菌蛋白酶和胶原酶。

11.最具两面特性的酶

·对饲料养殖而言，由于所有的酶是蛋白质，与其他酶不同，蛋白酶理论上可以水解其他酶，具有潜在的负面影响。

·既可能影响外源添加的其他酶，也可能影响动物消化道分泌的酶。

·甚至不适当的蛋白酶损害动物肠道粘膜等。

·所以，蛋白酶种类的选择和用量很重要。

12.最需要重新重视的酶

一般认为，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶这些动物消化道存在的酶，没有外源添加的必要。但是下方面几种情况出现绝对缺乏或者相对缺乏：

（1）日粮富营养化

（2）养殖环境应激

（3）动物管理因素（转群、运输、疫苗、用药、去势等）

（4）动物亚健康、传染性疫病压力等

（5）幼年动物或老龄种用畜禽（包括后期蛋鸡、奶牛）

13.蛋白酶的特殊用途

·低蛋白日粮，资源节约型养殖生产

·低污染日粮，环境友好型养殖生产

（与低蛋白有关联，但低污染不一定是低蛋白）

·低质量原料预处理，如蛋白酶处理羽毛粉、皮革粉、杂粕等

·高质量原料生产功能原料或添加剂，如蛋白酶解鱼粉、蛋白酶解大豆粉（粕）等

14.蛋白酶处理饲料原料

·蛋白酶近年来应用的一个重要领域是饲料原料的处理。

·例如，肉粉、肉骨粉、羽毛粉、血粉、大豆、豆粕等。

15.低蛋白日粮的目的

·减少饲料蛋白资源的浪费

·减少对蛋白原料进口的依赖（如美国大豆、加拿大油菜籽）

·减少养殖对环境的污染

·减少由于高蛋白水平而必须使用高量植物源蛋白存在的抗营养因子造成的动物应激

·合理水平的低蛋白可以降低养殖成本

16.低蛋白、低营养日粮也是饲料酶应用效果的关键！

·现代日粮是为了使动物获得最佳生产性能而配制的。若不把要研究的日粮因子降至理想水平以下，外源酶使营养物质利用率的任何提高均不能反映动物的真实情况。

·如果当日粮替代成份为质量较差的饲料时，如果营养成分没有超过某种特定、年龄和基因型的动物的营养推荐量，则这一点就不必考虑。

· 譬如，若研究外源蛋白酶在日粮中的应用效果，需要把蛋白能量比降至理想水平以下，这样才能真实反映蛋白酶是否提高了动物对氨基酸的利用率。

·Schang等（1997）和Spring等（1998）：营养浓度低于推荐标准的配合日粮中添加酶制剂，其营养物质利用率显著提高，但营养浓度相当或超过推荐标准的配合日粮中添加酶制剂，其营养物质利用率变化不显著。

17.低蛋白日粮

·较低的粗蛋白质水平意味着氮排泄量下降。

·饲粮粗蛋白质每降低1％，猪的粪氮排泄量就减少l0％；氮排泄量减少则氨排放量和圈舍臭味也减少。

18.降低日粮的蛋白质

·降低日粮的蛋白质，可减少猪舍的氨气。

·日粮蛋白质降低4%，可降低空气中69%的氨气，减少猪舍的臭气。

19.影响低蛋白日粮蛋白水平的因素

·低蛋白日粮与蛋白水平有关！

·低蛋白日粮与氨基酸组成有关！

·低蛋白日粮与营养平衡（特别是能量）有关！

·低蛋白日粮与日粮类型有关！

·所以不能简单一概而论！

20.如何判断是低蛋白？

·一般是约定俗成的行业普遍水平！

·目前比较多参考的是美国NRC标准！

·典型的玉米豆粕型日粮作为讨论！

·综合目前的研究结果，在其他营养措施考虑比较周全的情况下，

·添加蛋白酶，日粮的低蛋白的水平可以达到2—4个百分点！

·如果再降低日粮蛋白水平，可能会得不偿失。

21.蛋白酶与低蛋白日粮

·添加蛋白酶在典型豆粕型日粮，以美国NRC标准，可以降低2-3个百分点。

·添加蛋白酶在杂粕型日粮，可以降低3-4个百分点。

·蛋白酶种类很多，单一蛋白酶，目前试验总结，效果差别非常大。

·两种或以上的组合型蛋白酶，一般比单一蛋白酶效果好。

·蛋白酶与其他酶（如非淀粉多糖酶、植酸酶等）的配合型复合酶，一般比只是蛋白酶的好。

22.低蛋白日粮与蛋白酶的原理

·蛋白酶提高整个日粮的蛋白消化率和利用率，这是提高动物生产性能和低蛋白日粮维持生产性能最主要的作用。

·某些蛋白酶对日粮中个别氨基酸，例如限制性氨基酸，特别是没有以氨基酸添加剂（如赖氨酸、蛋氨酸等）可以补充的氨基酸（如缬氨酸、异亮氨酸等）的有效提供。使低蛋白情况下，有效氨基酸供应更趋平衡。

·蛋白酶消除抗营养因子，特别是植物蛋白源的抗营养因子，例如，抗原蛋白、植物凝集素、抗胰蛋白酶等。

·蛋白酶单独或与其他酶组成配合酶，协同作用，对某些结构性组分（如糖蛋白、脂蛋白复合物、金属蛋白、核蛋白等）水解，释放出更多可利用的营养。

23.普通的复合酶往往意义并不大，起作用的是其中主效酶，单酶就行了！ （这里是蛋白酶）

24.蛋白酶对豆粕蛋白质的水解作用

·单一黑曲霉来源酸性蛋白酶A对豆粕蛋白质的水解作用强于单一枯草芽孢杆菌来源中性蛋白酶C、木瓜蛋白酶D和菠萝蛋白酶E

·黑曲霉来源酸性蛋白酶A和枯草芽孢杆菌来源中性蛋白酶C最佳组合比例为7：3

·黑曲霉来源酸性蛋白酶A和木瓜蛋白酶D最佳组合比例为6：4

·黑曲霉来源酸性蛋白酶A和菠萝蛋白酶E最佳组合比例为8：2

·其中以黑曲霉来源酸性蛋白酶A和木瓜蛋白酶D（ 6：4）组合，豆粕蛋白质水解后的总水解度、水溶性蛋白质水解度和粗蛋白质消化率最高，酶解效果最好。

25.蛋白酶在低蛋白日粮应用研究

·枯草芽孢杆菌蛋白酶的Km [酪蛋白]为2.7987 mg/mL，最适pH为8.0，在pH 5.0-9.0时稳定性较好，最适温度为55℃，在4-85℃范围内均较稳定

·木瓜蛋白酶的Km [酪蛋白]为6.6875 mg/mL，最适pH为7.0，在pH 5.0-9.0时稳定性较好，最适温度为55℃，在65℃以下时较稳定

·二者均有在饲料工业中应用的潜力，但在未进行后处理的条件下，枯草芽孢杆菌蛋白酶比木瓜蛋白酶更能适应仔猪的生理内环境和饲料生产加工条件

26.小结

·蛋白酶来源丰富，作用机理复杂。蛋白酶的价值意义需要重新认识！

·蛋白酶除了作为一般的饲料添加剂应用外，饲料原料处理或者加工功能性原料及添加剂也是一个重要应用领域。

·低蛋白日粮应用蛋白酶有实际效果，关键是蛋白酶的选择，蛋白酶组合的选择！

原创： DDC     来源：大帝汉克
听课笔记由成都大帝汉克生物科技有限公司营销部王银星、殷继勋现场整理