蛋白酶在动物饲料中的应用
日粮蛋白质的消化是动物营养上的一个重要的原动力，因为蛋白质和氨基酸是最昂贵的营养物质之一。除了内源性蛋白酶在动物机体的所有代谢过程中发挥重要作用外，外源性蛋白酶在动物营养中也有两个重要的用途：(1)用于食品原料或饲料原料的加工，如蛋白质水解产物；(2) 外源性蛋白酶直接被用作饲料添加剂或直接用于成品饲料的加工。准确了解饲料原料中氨基酸的消化率和动物的营养需求对配制添加了蛋白酶的日粮很重要。动物要获得最佳的生产性能，至关重要的是要给其饲喂能够满足营养需求的日粮蛋白质和氨基酸。然而，日粮含有过高水平的蛋白质会影响动物的肠道健康和家禽舍垫料的质量。另一个重要的问题是通过动物粪便大量排出的氮会造成环境污染。在饲料中添加外源性蛋白酶可以作为降低日粮蛋白质水平以确保动物拥有较高水平生产性能的一个有效措施。在动物营养上，蛋白质水解产物的应用已有悠久的历史，这些物质可能来自动物或植物。水产动物蛋白、动物副产品(如组织或血液)、乳汁中的乳清以及大豆和小麦等植物的蛋白质水解产物可被用于不同的饲料，特别是幼龄动物和快速生长动物的饲料。表1列出了可用于生产蛋白质水解产物的蛋白酶。这些酶来自动物、植物或微生物，可以单独使用，也可以与其他酶联合使用。蛋白质水解产物可以通过化学水解、微生物水解或酶促水解获得。在对被用作饲料原料的动物副产品或植物原料进行加工时通常会用酶水解蛋白质。酶促水解通常比较温和且具有特异性，所用的酶在水解结束后可以很方便地通过热处理失去活性。然而，与化学水解相比，在对某些蛋白质进行水解加工上，酶促水解可能存在成本高以及水解效率会受蛋白质底物中的酶抑制剂影响的问题。例如，每年生产出的鱼类加工副产品虽然数量巨大，但需投入巨资处理由此产生的废弃物。由于反应条件温和以及生成的产品质量和功能上乘，酶促水解在实验室显示出良好的应用优势，但由于成本高于化学水解，目前无法在工业化生产中广泛应用。酶促水解在温和的条件(例如，pH6～8和温度30℃～60℃的环境中)下进行，并能将副反应降至最低。蛋白质的肽键能被许多不同种类的蛋白酶(外肽酶和内肽酶单独或联合使用)分解。选择哪一类酶取决于蛋白质的来源和期望达到的水解程度。蛋白质水解产生的较小肽或较大肽都可被用于饲喂动物等。对动物而言上，这些肽既具有营养的功能，也具有生理功能或调节功能。由植物蛋白或动物蛋白产生的一些肽还具有抗菌、抗氧化、抗高血压和免疫调节的功能。除了具有营养价值外，一些肽还具有生物学功能，它们常被称为生物活性肽。人们可以选择性地分馏蛋白质水解产物，以分离特定肽或去除不需要的肽。植物蛋白和动物蛋白质水解产生的肽可用于猪、家禽、水产和伴侣动物的日粮，能够改善动物的肠道健康、生长速度和生产性能，且具有成本效益。植物蛋白质水解产物在动物饲料中越来越重要。蛋白质在幼龄动物的生长发育上起着至关重要的作用。用酶消化技术加工屠宰场副产品(如家禽的组织、猪血和酶促水解羽毛)可提高这些副产品在仔猪上的营养价值，使它们可与鱼粉、喷雾干燥动物血细胞和喷雾干燥血浆蛋白质等优质蛋白质成分媲美，从而可以为饲料配方提供一种新的选择。一些蛋白质(如大豆中的胰蛋白酶水解产物)水解后会产生苦味，并且可能需要进行其他处理以减少苦味。应用美拉德反应和通过使用酶促蛋白质水解产物生成特殊的风味增强剂来改善饲料风味的技术可以为宠物食品行业提供经济有效的解决方案。此外，蛋白质水解产物可提供800 Da～1500 Da的肽，由于这些肽分子极小，因此能够防止伴侣动物出现过敏反应。底物可能有很大差异，例如，对于各种鱼类加工底物，已经证明化学组成和适口性(对狗而言)会受底物组成的影响。Pedersen等证明了四种不同的角蛋白酶在水解鸡毛上的效果。Nchienzia等证明了用不同品牌的商用蛋白酶水解家禽副产品的可行性。这些研究人员认为，该研究结果对口味增强剂(palatants)的制作具有重要意义，其中相对便宜的水解禽肉粉可用于改善伴侣动物食品的风味。Coll等证明，用来自地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)的进行了光标记的蛋白酶处理肉粉和骨粉以提高溶解度并灭活朊病毒在技术上是可行的。然而，与骨骼相比，软组织颗粒对酶输注的抵抗力更强。饲料蛋白质消化由消化道内的内源性蛋白水解酶系统完成，包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、氨肽酶和羧肽酶等。动物不能完全消化和吸收日粮中的蛋白质和氨基酸。未消化的组分可以作为单胃动物后肠微生物的发酵底物，但会导致单胃动物消化紊乱。肉鸡回肠和排泄物消化率之间的差异表明，后肠菌群对氨基酸的代谢作用可能相当重要。饲料中添加外源性饲用蛋白酶可以通过提高日粮蛋白质的溶解性和水解作用进一步提高原料的蛋白质消化率，减少后肠不良发酵所需的底物。Caine等在体外试验中研究了用枯草芽孢杆菌蛋白酶预处理豆粕对可溶性粗蛋白和大豆胰蛋白酶抑制剂的影响，结果显示可溶性粗蛋白显著增加，在某些情况下大豆胰蛋白酶抑制剂减少。外源性饲用蛋白酶在体外能明显降解全大豆的蛋白质贮存液泡。蛋白质降解直观可见，因为蛋白质贮存液泡出现了洞。测定蛋白质和氨基酸消化率的方法是否也是测定外源性蛋白酶有效性的最佳方法目前尚不清楚。蛋白酶在饲料中的应用在一定程度上还没有定论。蛋白酶对蛋白质和氨基酸消化率的积极影响可以在不同动物上进行的大量试验中得到证实，但也有一定数量的试验显示，蛋白酶对这些参数没有有益影响。这些结果可能取决于特定的试验条件，如试验所用蛋白酶来源、试验持续时间、蛋白酶补充水平、动物年龄、基础日粮组成或试验参数和方法等。内源性蛋白酶与饲料中添加的外源性蛋白酶的相互作用及其对代谢的调节也可能是一个因素。一般来说，动物机体会精密地调节内源性蛋白酶的活性，因为这些酶在错误的部位产生活性可能会消化自身组织或可能激活炎症途径。胰腺能根据日粮组成调节其酶的分泌。Pavlov首次观察到这一现象，后来在采用更复杂技术的几项研究中得到广泛证实。动物适应了富含某种特定营养物质的日粮后，这种营养物质在动物消化道中的水平会升高，随后胰腺中相应酶的水平会迅速增加。这些适应措施完全是凭直觉获知的，表明消化过程受到精密的调节，以避免过度生产消化液。外源性蛋白酶可以弥补饲料成分和动物消化酶补体之间的缺口。饲料中添加外源性蛋白酶可以通过减少内源性酶的分泌节省维持能量，而不一定要通过提高消化率来改善生产性能。进一步评估蛋白酶在动物营养中最佳条件的研究，有助于在不同动物物种中进行功效研究、在不同蛋白酶之间进行功效研究以及将结果转化为实际的饲料配方，建议建立一个基础设置。最近发表的关于外源性蛋白酶的文章主要关注的是添加外源性蛋白酶后动物的胃肠道健康、肠道形态，或在挑战条件下的添加效果，结果表明外源性蛋白酶具有积极的效果。宠物食品生产加工中常用肉骨粉替代鲜肉，降低生产难度和生产成本。使用肉骨粉做宠物饲料配料可以提高资源利用率，且宠物饲料营养全面。张建斌等等利用风味蛋白酶和复合蛋白酶双酶分步水解鲶鱼鱼骨和鸡肝，酶解产物加入葡萄糖和甘氨酸进行美拉德反应，调节产品pH值和颜色，最终研发出1种风味鲜香的宠物食品配料。张建斌等在羊肉粉的加工中使用中性蛋白酶，酶解可以使羊碎肉中蛋白转化为可溶性肽类，提高蛋白质利用程度。叶丽秀等以酶解法处理鱼内脏，确定鱼内脏酶解工艺和使用鱼内脏酶解液生产宠物食品的加工工艺。其中酶解工艺为酶解温度50℃、酶添加量0.6%、料液比1.0∶1.5、水解时间2.5h、复合酶中木瓜蛋白酶∶风味蛋白酶=1.0∶2.0。汪洋在猫粮中添加蛋白酶酶解过的鹌鹑肉，发现鹌鹑肉相较传统鸡肉和鱼肉蛋白含量更高，必需氨基酸含量多，脂肪含量少，且酶解后鹌鹑肉更易消化吸收，适合用于猫粮生产。张益等发明1种含酶解鸡肉物的宠物食品，该食品有助于宠物健康成长。相较传统宠物粮肉类原料，酶处理后的原料肉消化吸收率更高，营养利用更充分，更适合用作宠物食品配料。高利肖等使用酶解羽毛粉替代犬粮中饲喂部分鸡肉粉，发现少量(2%~3%)添加酶解羽毛粉不会影响犬体重，但添加5%时犬体重下降，说明酶解羽毛粉可以少量替代其他蛋白原料用于宠物食品生产。
