飼用蛋白酶分類及在養豬生產中的應用

馬文鋒 ， 陳曉晨， 劉蘆鵬， 朱艷芝， 陳曉宇， 曹忠洋

（1.河南科技大學動物科技學院，河南洛陽471023；2.河南仰韶生化工程有限公司，河南三門峽472000）

蛋白酶是催化分解蛋白質肽鍵的一類酶的總稱，可以將大分子蛋白質分解為蛋白胨、多肽及游離氨基酸 （Yin 等，2004）。 蛋白酶的應用領域廣泛，如飼料工業、食品工業、皮革和醫藥行業等。其中， 飼用蛋白酶的添加對畜禽的生長具有重要作用， 可以緩解幼齡動物機體蛋白酶分泌量不足的問題（張立蘭等，2018）。 同時，蛋白酶可以鈍化蛋白質原料中的抗營養因子，如β-伴大豆球蛋白和胰蛋白酶抑制因子等， 進而減少幼齡動物的過敏反應（Adebiyi 等，2015）。研究發現，在日糧中添加適宜劑量的蛋白酶， 可以提高蛋白質的消化利用率（Tactacan 等，2016），從而降低畜禽排泄物中氮的排放量，具有較好的環保意義。

1 蛋白酶的來源和分類

1.1 蛋白酶的來源 蛋白酶種類很多，根據來源主要分為三大類，分別為動物源性蛋白酶、微生物源性蛋白酶和植物源性蛋白酶（陳曉春等，2017）。其中， 常見的植物源性蛋白酶為木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶； 微生物源性蛋白酶既能在真菌中發酵得到，如黑曲霉、米曲霉和酵母等，又能在細菌中提取得到，如枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等；動物源性蛋白酶可以在畜禽的胰臟中獲得。

1.2 蛋白酶的分類 為了更好的區分不同蛋白酶的作用特點， 根據其最適的pH 范圍分為酸性蛋白酶、中性蛋白酶和堿性蛋白酶，目前此類方法已在飼料工業中得到了廣泛應用 （O’shea 等，2014）。 其中，堿性蛋白酶最適pH 為9 ～11，主要從動物、植物、微生物中提取，最早發現于豬的胰臟中，優先在小腸中發揮作用，在堿性環境下可以把蛋白質水解成小分子肽（楊金龍等，2005）。酸性蛋白酶的最適pH 為2 ～4， 能夠水解蛋白質肽鍵，從酶的活力-pH 曲線分析可知，酸性蛋白酶的活性部位中含有一個或更多的羧基。 中性蛋白酶則是一種可用于蛋白質水解的內切酶， 目前也已在飼料行業中廣泛應用（喬偉等，2017）。

2 不同類型蛋白酶的特點

酸性蛋白酶的分子量為35 KD 左右，他的酶分子活性中心有兩個天冬氨基酸殘基，其最適pH為2 ～4， 但不同微生物所產酶的pH 有所不同。酸性蛋白酶最適溫度為30 ～60 ℃，一般在50 ℃以下比較穩定， 而十二烷基硫酸鈉和重氮酮化合物是其主要抑制劑， 但并非所有酸性蛋白酶都會被胃蛋白酶抑制劑所抑制， 比如黑曲霉所產的酸性蛋白酶并不對其敏感。 在斷奶仔豬日糧中加入酸性蛋白酶，可以破壞食糜周圍的水化膜，增大食糜和小腸黏膜的接觸面積，加速養分消化吸收，并能夠去除原料中抗營養因子，減少營養性腹瀉（吳天星等，2002）。

堿性蛋白酶的最適pH 為9 ～11， 因其活性中心含有絲氨酸， 所以堿性蛋白酶屬于絲氨酸蛋白酶。 堿性蛋白酶可以水解酰胺鍵、酯鍵和肽鍵，分子量一般為26 ～34 KD（喬偉等，2017）。 堿性蛋白酶具有高度專一性，只能水解蛋白質肽鏈，不能水解脂肪、淀粉等其他物質。 除此之外，不同種類的堿性蛋白酶對切開點的羧基側具有專一性，可將植物蛋白質水解為容易被吸收利用的小肽。在發酵豆粕行業中， 添加堿性蛋白酶不僅能夠抑制大豆抗營養因子， 還可以將一些蛋白質水解成末端為疏水氨基酸的小肽，使苦味降低，從而增加豆粕的適口性（孫玉明等，2015）。

中性蛋白酶屬于蛋白質內切酶， 其分子量為35 ～40 KD，最適溫度為45 ～50 ℃，最適pH 為6.8 ～7.0（侯玉煌等，2018）。 在食品行業中，中性蛋白酶的添加主要用于制備營養強化劑或調味品。在飼料行業中，也可利用中性蛋白酶的酶促反應，提高日糧蛋白質的利用效率。

3 蛋白酶在養豬生產中的作用

近年來， 飼用蛋白酶的研究和應用都取得了很大進展。其作為一種綠色環保的飼料添加劑，已在養豬生產中得到廣泛應用 （O’shea 等，2014）。研究表明，在豬飼料中添加一定劑量的蛋白酶，可以激活內源酶的分泌， 提高飼料養分的生物利用率，消除飼料中的抗營養因子（Zuo 等，2015），同時可減少飼養動物糞、尿中氮等的排放，從源頭上提高氮素利用率進而減少對環境的污染。

3.1 酸性蛋白酶在養豬生產中的研究 郭建來等（2007）在日糧中添加0.1%水平的酸性蛋白酶發現，仔豬日增重和采食量顯著提高，料重比和仔豬腹瀉率顯著降低，酸性蛋白酶可提高干物質、粗蛋白質、鈣、磷的表觀消化率。 吳天星等（2002）研究發現， 在玉米-豆粕-乳清粉型日糧中， 添加0.2%酸性蛋白酶可以顯著提高飼料轉化率、降低仔豬腹瀉頻率， 同時蛋白酶的添加與仔豬采食量存在互作效應；費笛波等（1997）選用活力單位為5×103U/g 的酸性蛋白酶為試驗材料， 按照0.1%的水平添加于乳豬及仔豬飼料中，結果發現，仔豬日增重比對照組提高了7.77%， 飼料轉化率比對照組提高了4.71%；趙玉印等（2018）以1 ～5 周齡的小豬作為研究對象， 驗證酸性蛋白酶對仔豬的作用效果，結果表明，酸性蛋白酶可以提高仔豬日增重和飼料消化率；祝國強等（2011）試驗也發現了類似的結果， 添加酸性蛋白酶組仔豬平均日增重提高了11.94%，飼料利用率提高了15.18%。張秀江等（2018）研究了酸性蛋白酶在生長肥育豬階段的應用效果，研究發現，在日糧無抗生素的基礎上， 添加0.02%酸性蛋白酶生長肥育豬平均日增重提高8.3%，平均日采食量提高5.76%，料重比降低2.3%。戴騰飛等（2006）對酸性蛋白酶在生長豬階段的研究，也獲得了相似的結果。

3.2 中性蛋白酶在養豬生產中的研究 周芬（2008）研究發現，在斷奶仔豬日糧中分別添加1.5×104U/g 和3×104U/g 的中性蛋白酶，可以提高仔豬的日增重、飼料轉化率、空腸黏膜堿性磷酸酶活力和消化道酶活。胡忠澤等（1998）以35 ～40 kg 閹公豬為研究對象，采用全收糞法進行消化試驗，研究日糧中添加復合酶（含中性蛋白酶）對養分表觀消化率的影響，試驗結果表明，添加酶制劑顯著提高了生長豬的生產性能和日糧養分表觀消化率；與對照組相比，日增重提高了8.29%，飼料轉化率提高了8.89%，粗纖維表觀消化率提高了36.76%，粗蛋白質表觀消化率提高17.23%， 干物質表觀消化率提高9.75%。 王元元（2006）用中性蛋白酶對斷奶仔豬日糧進行酶解處理，結果發現仔豬日糧的水解度和三氯乙酸氮溶指數顯著提高，該日糧飼喂仔豬后顯著提高了仔豬的生長性能。

3.3 堿性蛋白酶在養豬生產中的研究 堿性蛋白酶的用途十分廣泛，多用在制藥、釀造、洗滌劑和食品等行業中。近年來，堿性蛋白酶逐漸在養豬生產中開始得到應用，但相關的研究報道較少。侯玉煌等（2018）以蘇淮仔豬為研究對象，發現日糧中添加堿性蛋白酶可以顯著提高斷奶仔豬的生長性能和營養物質利用率，同時腹瀉率有所降低。 然而，并非所有試驗均能檢測到堿性蛋白酶對仔豬生長性能的改善作用。胡鳳明等（2017）在斷奶仔豬日糧中添加酶菌復合制劑（啤酒酵母菌、地衣芽孢桿菌、堿性蛋白酶等）發現，酶菌制劑對斷奶仔豬的生長性能無明顯影響，但是可以提高血清總蛋白和免疫球蛋白含量。

4 結語

綜上所述，在豬日糧中添加蛋白酶，可以有效改善豬的生產性能，提高豬對飼料營養物質的消化利用率。然而，蛋白酶的研究尚存在諸多問題，如不同類型蛋白酶pH 作用范圍狹窄、酶活檢測方法不穩定等，造成不同試驗間結果存在一定差異。因此，需要更深入的對蛋白酶的生產工藝及應用進行研究，使其在畜牧生產中發揮更重要的作用。