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酶通常可以用它们能够分解的物质来进行分类。因此，蛋白酶具有分解蛋白质的能力。在一个越来越多地使用替代饲料成分并试图减少生态足迹的时代，蛋白酶是一个有趣的选择。
中图分类号：S816 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2017）12-0069-05
蛋白酶是一種非常现代的饲料添加剂，在养猪生产中可以使动物拥有更好的营养、更高的健康水平和更理想的环境条件，进而有助于弥补因猪饲料中抗生素使用的减少而产生的不足。只不过现在它的全部价值还在逐步揭示，很像植酸酶市场的演变那样，养猪行业越来越多地意识到它是一种能够给人们带来许多益处的酶。
为什么蛋白酶有益于动物的营养、健康和环境？它们与蛋白酶的作用方式密切相关。无论是动物的需求还是饲料的可利用性方面，对动物营养的益处切实建立在行业对可消化氨基酸充分理解的基础上。利用蛋白酶再结合使用合成氨基酸来进行精准的配制，可以优化日粮的能量水平、性能指标，减少营养超量和环境浪费，并可以控制饲料成本。对动物健康的益处与酶可以降低日粮蛋白质水平的能力有关，从而可以降低后肠中未消化蛋白质的水平 （图1）。
日粮中过量的蛋白质是肠道细菌的一种发酵底物，可以产生分解产物，例如苯酚、胺、氨和吲哚，反过来这些物质会提高肠道pH，这都是人们不希望出现的结果。同样，抗营养因子（Anti-nutritional Factors，ANFs），如胰蛋白酶抑制剂，可能会形成易于产气荚膜梭菌生长的条件。养殖舍中较高的氨浓度可能会提高动物暴发呼吸道疾病的风险。我们对这些风险并不陌生。蛋白酶可以给我们带来的是能够更有效地改善营养管理，因此能够减少这些风险，特别是在“后抗生素时代”中。
1 精准饲喂
精准饲喂越来越受到人们的重视。它需要准确了解一些相关因素：饲料原料的营养价值，猪的营养需求，根据环境限制配制日粮，逐步调整日粮中的其他营养以满足猪不断变化的需求。据估计，这种综合方法可以使饲喂量减少4.6%以上，另外氮磷排泄量可以减少38%以上。美国明尼苏达大学的Gerald Shurson教授在2012年的营养效率协会上表示，饲料成本占总生产成本的65%～70%，能源成本占猪日粮成本的86%。控制饲料中过量的蛋白质还可以控制添加过量的能量，否则这些能量将以过量氮的形式被排出。
为了控制饲料成本，替代型饲料成分（通常是副产品）的成长将需要一个较长的时期。这些原料会给饲料配方带来很多的风险和不确定性，因此可能会产生一些不期望出现的结果，例如生产效率低下和环境污染加重。为了打破这种怪圈，添加剂越来越多地被用来帮助推动饲料的更有效利用。
就蛋白质原料而言，这些包括已经使用数十年的合成氨基酸。尽管重要的限制性氨基酸非常有价值，但是通过添加合成氨基酸来完全平衡所有必需氨基酸是非常不切实际的。因此，蛋白酶在改善饲料中多种必需氨基酸可用性方面所起到的作用变得越来越重要（图2）。
蛋白酶的另一个益处在于它可以降低抗营养因子如胰蛋白酶抑制剂对生产效率的负面影响。因此，另一个结果是，例如，肠黏蛋白的产生可以得到减少，那么通过增加瘦肉或产奶而不是用于产生不必要的肠黏蛋白，吸收的氨基酸就可用于有益的蛋白质构建。黏蛋白的产生还会消耗支持蛋白质构建的能量。因此，能量的使用变得更高效，这使得能量的利用产生一个有双重价值的结果。
2 蛋白酶和饲料质量
真如通过氨基酸消化率测定的那样，饲料中未被消化的蛋白质水平越高，特定饲料的表现变异性越高。
所有饲料的氨基酸消化率多变是很普遍且很正常的现象，不过其含量在不同饲料之间存在差异。常规饲料的可消化赖氨酸和蛋氨酸的百分比含量和变异系数（Coefficient of Variation，CV）列于表1，由表1可知该范围可能很宽，但不能忽视。
数据库可以显示变异性为 /-一个标准差（Standard Deviation，SD）。应该注意的是，假设数据在平均值周围呈正态分布，一个SD只占一种原料样本变化的68%。一个例子是玉米样本中氨基酸变异性的范围（表2）。
在68%的样本（ /- 1 SD）中，赖氨酸的可能浓度显示为0.21%～0.24%。表示数据的另一种方法是，赖氨酸在氨基酸中的比例不足0.21%和在32%的样本中超过0.29%，但实际水平未知。对于精准饲喂来说，这种不确定性的程度是不可接受的。
可消化能的提高值得注意，肉鸡的玉米/大豆型和小麦/大豆型日粮的可消化能从77 kcal增加到130 kcal，确切的结果因研究不同而有差异，并且取决于能量的测定方法。有证据再次表明，精准配制氨基酸可以降低日粮中的能量水平。
3 蛋白酶和猪的营养需求
蛋白酶可以降低饲料中不可消化氨基酸的比例，导致可消化氨基酸比例相应地提高。通常，在添加蛋白酶后，饲料含有的不可消化氨基酸水平越高，消化率的提高幅度就越大。Novus公司进行的研究表明，利用蛋白酶可以提高每一种评估饲料的标准回肠消化率（Standardised Ileal Digestibility，SID）。
荟萃分析（图3）显示，当对照日粮的总消化率小于70%时，氨基酸消化率提高了约10%。随着对照日粮总消化率的提高，由添加蛋白酶带来的获益机会会减少。在日粮消化率为90%时，这些研究人员指出蛋白酶产生的平均反应为2%左右。
2013年，DuPont和Luis Romero博士以及一个研究团队也观察到类似的结果。在有植酸酶和木聚糖酶存在的情况下，添加了蛋白酶，但值得注意的是，添加植酸酶和木聚糖酶，而不添加蛋白酶，氨基酸消化率的明显上升是最小的。蛋白酶的作用方式不同于其他重要的酶，并有可能成为一种添加剂。
通过降低蛋白质中ANFs的影响，蛋白酶可有助于提高氨基酸的消化率。使用蛋白酶时SID的改善可能与ANF的水平有关，如胰蛋白酶抑制剂。Novus公司的研究表明，蛋白酶的作用底物胰蛋白酶抑制的水平越高，SID的提高幅度就越大。早先的研究表明，在体外试验中，添加蛋白酶后，豆粕中的过敏性蛋白质、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的水解率升高。 4 蛋白酶和健康
通过降低肠道中未消化蛋白质的水平，蛋白酶还可以为获得更健康的肠道环境（图4）、较低的氮排泄率和较低蛋白的日糧创造条件，所有这些都有可能会提高动物的生产性能，降低饲料和生产成本。这个功能是蛋白酶独有的，这就是为什么它被称为“新一代氨基酸”。
如上所述，蛋白酶的间接营养作用可以带来更多的健康益处。后肠中腐败性蛋白质的潜在减少会降低一系列有害代谢物（如粪臭素和硫化氢）产生的风险。2009年，荷兰动物保健服务公司的Herman Peek博士和其研究团队小组指出，添加蛋白酶可显著增加肉仔鸡GIT黏附层的厚度，并可提高肉鸡抵抗球虫病感染的能力。
去年，DSM公司Aaron Cowieson博士领导的一个研究小组发现，添加蛋白酶可增加肠道的拉伸强度、绒毛高度和隐窝深度，并且可降低上皮厚度和杯状细胞数量。这些形态学的变化表明蛋白酶提高了肠道的完整性和弹性，并且表明蛋白酶的有益作用不只是提高氨基酸的回收率。
研究表明，添加蛋白酶可以增加乳酸杆菌的数量，在高蛋白和低蛋白水平的日粮中还可以减少结肠中大肠杆菌的含量。虽然该数值没有统计学上的显著性，但在低蛋白水平的日粮中观察到了进一步的改善。
5 蛋白酶和环境
低蛋白日粮可以降低动物暴发疾病的风险。一直以来前的研究表明，低蛋白日粮将会产生氨、硫化氢和臭气水平很低的粪便。在有多杀巴斯德氏菌存在的情况下，较高水平的氨将会导致动物暴发更严重的肺炎，并表现出更低的生产性能。使用蛋白酶可以使利用低蛋白日粮获得一致的生产性能有更强的信心，因此能够保持一个更理想的环境，并可降低动物暴发呼吸系统疾病的风险。
6 小结
提供氨基酸和能量值对在猪和家禽的商用饲料中添加蛋白酶的经济理由很重要。单独的消化率研究将会低估添加蛋白酶所带来的全部益处。例如，较高的肠道健康还可降低动物对氨基酸和能量的需求。对GIT的益处表现在更佳的生产性能指标方面。重要的是，这些影响会间接地改变和提高饲料配方中的氨基酸基础值。
并不令人惊讶的是，目前还没有可以显示这两种元素如何构建能够为每一种饲料原料产生可消化氨基酸值的明确数据库。然而，同样清楚的是，蛋白酶的价值体现在较好的GIT环境和蛋白质消化率。
研究表明，日粮中的营养水平会影响动物对蛋白酶的反应，最佳反应似乎发生在日粮中存在较高水平的不可消化蛋白质和大豆时。这并不意味着蛋白酶对其他蛋白型饲料无效，但会限制它的降解效率，例如植酸和纤维的含量可能也需要控制。因此，在有植酸酶和木聚糖酶存在时，对蛋白酶的反应可能更一致。
我们正在了解蛋白酶，就像我们曾经对植酸酶的了解一样。蛋白酶在猪饲料中的未来是光明的，有一天它将会像今天的植酸酶一样成为动物生产中不可缺少的一部分。
原题名：Protease： Ready for the post-antibiotic world（英文）
原作者：Howard Simmins
中图分类号：S816 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2017）12-0069-05
蛋白酶是一種非常现代的饲料添加剂，在养猪生产中可以使动物拥有更好的营养、更高的健康水平和更理想的环境条件，进而有助于弥补因猪饲料中抗生素使用的减少而产生的不足。只不过现在它的全部价值还在逐步揭示，很像植酸酶市场的演变那样，养猪行业越来越多地意识到它是一种能够给人们带来许多益处的酶。
为什么蛋白酶有益于动物的营养、健康和环境？它们与蛋白酶的作用方式密切相关。无论是动物的需求还是饲料的可利用性方面，对动物营养的益处切实建立在行业对可消化氨基酸充分理解的基础上。利用蛋白酶再结合使用合成氨基酸来进行精准的配制，可以优化日粮的能量水平、性能指标，减少营养超量和环境浪费，并可以控制饲料成本。对动物健康的益处与酶可以降低日粮蛋白质水平的能力有关，从而可以降低后肠中未消化蛋白质的水平 （图1）。
日粮中过量的蛋白质是肠道细菌的一种发酵底物，可以产生分解产物，例如苯酚、胺、氨和吲哚，反过来这些物质会提高肠道pH，这都是人们不希望出现的结果。同样，抗营养因子（Anti-nutritional Factors，ANFs），如胰蛋白酶抑制剂，可能会形成易于产气荚膜梭菌生长的条件。养殖舍中较高的氨浓度可能会提高动物暴发呼吸道疾病的风险。我们对这些风险并不陌生。蛋白酶可以给我们带来的是能够更有效地改善营养管理，因此能够减少这些风险，特别是在“后抗生素时代”中。
1 精准饲喂
精准饲喂越来越受到人们的重视。它需要准确了解一些相关因素：饲料原料的营养价值，猪的营养需求，根据环境限制配制日粮，逐步调整日粮中的其他营养以满足猪不断变化的需求。据估计，这种综合方法可以使饲喂量减少4.6%以上，另外氮磷排泄量可以减少38%以上。美国明尼苏达大学的Gerald Shurson教授在2012年的营养效率协会上表示，饲料成本占总生产成本的65%～70%，能源成本占猪日粮成本的86%。控制饲料中过量的蛋白质还可以控制添加过量的能量，否则这些能量将以过量氮的形式被排出。
为了控制饲料成本，替代型饲料成分（通常是副产品）的成长将需要一个较长的时期。这些原料会给饲料配方带来很多的风险和不确定性，因此可能会产生一些不期望出现的结果，例如生产效率低下和环境污染加重。为了打破这种怪圈，添加剂越来越多地被用来帮助推动饲料的更有效利用。
就蛋白质原料而言，这些包括已经使用数十年的合成氨基酸。尽管重要的限制性氨基酸非常有价值，但是通过添加合成氨基酸来完全平衡所有必需氨基酸是非常不切实际的。因此，蛋白酶在改善饲料中多种必需氨基酸可用性方面所起到的作用变得越来越重要（图2）。
蛋白酶的另一个益处在于它可以降低抗营养因子如胰蛋白酶抑制剂对生产效率的负面影响。因此，另一个结果是，例如，肠黏蛋白的产生可以得到减少，那么通过增加瘦肉或产奶而不是用于产生不必要的肠黏蛋白，吸收的氨基酸就可用于有益的蛋白质构建。黏蛋白的产生还会消耗支持蛋白质构建的能量。因此，能量的使用变得更高效，这使得能量的利用产生一个有双重价值的结果。
2 蛋白酶和饲料质量
真如通过氨基酸消化率测定的那样，饲料中未被消化的蛋白质水平越高，特定饲料的表现变异性越高。
所有饲料的氨基酸消化率多变是很普遍且很正常的现象，不过其含量在不同饲料之间存在差异。常规饲料的可消化赖氨酸和蛋氨酸的百分比含量和变异系数（Coefficient of Variation，CV）列于表1，由表1可知该范围可能很宽，但不能忽视。
数据库可以显示变异性为 /-一个标准差（Standard Deviation，SD）。应该注意的是，假设数据在平均值周围呈正态分布，一个SD只占一种原料样本变化的68%。一个例子是玉米样本中氨基酸变异性的范围（表2）。
在68%的样本（ /- 1 SD）中，赖氨酸的可能浓度显示为0.21%～0.24%。表示数据的另一种方法是，赖氨酸在氨基酸中的比例不足0.21%和在32%的样本中超过0.29%，但实际水平未知。对于精准饲喂来说，这种不确定性的程度是不可接受的。
可消化能的提高值得注意，肉鸡的玉米/大豆型和小麦/大豆型日粮的可消化能从77 kcal增加到130 kcal，确切的结果因研究不同而有差异，并且取决于能量的测定方法。有证据再次表明，精准配制氨基酸可以降低日粮中的能量水平。
3 蛋白酶和猪的营养需求
蛋白酶可以降低饲料中不可消化氨基酸的比例，导致可消化氨基酸比例相应地提高。通常，在添加蛋白酶后，饲料含有的不可消化氨基酸水平越高，消化率的提高幅度就越大。Novus公司进行的研究表明，利用蛋白酶可以提高每一种评估饲料的标准回肠消化率（Standardised Ileal Digestibility，SID）。
荟萃分析（图3）显示，当对照日粮的总消化率小于70%时，氨基酸消化率提高了约10%。随着对照日粮总消化率的提高，由添加蛋白酶带来的获益机会会减少。在日粮消化率为90%时，这些研究人员指出蛋白酶产生的平均反应为2%左右。
2013年，DuPont和Luis Romero博士以及一个研究团队也观察到类似的结果。在有植酸酶和木聚糖酶存在的情况下，添加了蛋白酶，但值得注意的是，添加植酸酶和木聚糖酶，而不添加蛋白酶，氨基酸消化率的明显上升是最小的。蛋白酶的作用方式不同于其他重要的酶，并有可能成为一种添加剂。
通过降低蛋白质中ANFs的影响，蛋白酶可有助于提高氨基酸的消化率。使用蛋白酶时SID的改善可能与ANF的水平有关，如胰蛋白酶抑制剂。Novus公司的研究表明，蛋白酶的作用底物胰蛋白酶抑制的水平越高，SID的提高幅度就越大。早先的研究表明，在体外试验中，添加蛋白酶后，豆粕中的过敏性蛋白质、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的水解率升高。 4 蛋白酶和健康
通过降低肠道中未消化蛋白质的水平，蛋白酶还可以为获得更健康的肠道环境（图4）、较低的氮排泄率和较低蛋白的日糧创造条件，所有这些都有可能会提高动物的生产性能，降低饲料和生产成本。这个功能是蛋白酶独有的，这就是为什么它被称为“新一代氨基酸”。
如上所述，蛋白酶的间接营养作用可以带来更多的健康益处。后肠中腐败性蛋白质的潜在减少会降低一系列有害代谢物（如粪臭素和硫化氢）产生的风险。2009年，荷兰动物保健服务公司的Herman Peek博士和其研究团队小组指出，添加蛋白酶可显著增加肉仔鸡GIT黏附层的厚度，并可提高肉鸡抵抗球虫病感染的能力。
去年，DSM公司Aaron Cowieson博士领导的一个研究小组发现，添加蛋白酶可增加肠道的拉伸强度、绒毛高度和隐窝深度，并且可降低上皮厚度和杯状细胞数量。这些形态学的变化表明蛋白酶提高了肠道的完整性和弹性，并且表明蛋白酶的有益作用不只是提高氨基酸的回收率。
研究表明，添加蛋白酶可以增加乳酸杆菌的数量，在高蛋白和低蛋白水平的日粮中还可以减少结肠中大肠杆菌的含量。虽然该数值没有统计学上的显著性，但在低蛋白水平的日粮中观察到了进一步的改善。
5 蛋白酶和环境
低蛋白日粮可以降低动物暴发疾病的风险。一直以来前的研究表明，低蛋白日粮将会产生氨、硫化氢和臭气水平很低的粪便。在有多杀巴斯德氏菌存在的情况下，较高水平的氨将会导致动物暴发更严重的肺炎，并表现出更低的生产性能。使用蛋白酶可以使利用低蛋白日粮获得一致的生产性能有更强的信心，因此能够保持一个更理想的环境，并可降低动物暴发呼吸系统疾病的风险。
6 小结
提供氨基酸和能量值对在猪和家禽的商用饲料中添加蛋白酶的经济理由很重要。单独的消化率研究将会低估添加蛋白酶所带来的全部益处。例如，较高的肠道健康还可降低动物对氨基酸和能量的需求。对GIT的益处表现在更佳的生产性能指标方面。重要的是，这些影响会间接地改变和提高饲料配方中的氨基酸基础值。
并不令人惊讶的是，目前还没有可以显示这两种元素如何构建能够为每一种饲料原料产生可消化氨基酸值的明确数据库。然而，同样清楚的是，蛋白酶的价值体现在较好的GIT环境和蛋白质消化率。
研究表明，日粮中的营养水平会影响动物对蛋白酶的反应，最佳反应似乎发生在日粮中存在较高水平的不可消化蛋白质和大豆时。这并不意味着蛋白酶对其他蛋白型饲料无效，但会限制它的降解效率，例如植酸和纤维的含量可能也需要控制。因此，在有植酸酶和木聚糖酶存在时，对蛋白酶的反应可能更一致。
我们正在了解蛋白酶，就像我们曾经对植酸酶的了解一样。蛋白酶在猪饲料中的未来是光明的，有一天它将会像今天的植酸酶一样成为动物生产中不可缺少的一部分。
原题名：Protease： Ready for the post-antibiotic world（英文）
原作者：Howard Simmins