蛋白质消化的本质就是切断肽键(图片来自bbc.co)
那么,内源蛋白酶有这么多种,「外源蛋白酶」该派谁上呢?
事实上,我们的饲料蛋白原料有很多种,原料和配方不同,就会带来不同类型的日粮、不同的氨基酸构成。也许酶A最适合原料A,酶B最喜欢原料B,而如果配方里有原料A B,能否同时派出酶A B?
所以,单一酶该派谁、派多少,复合酶又要如何组合才最优,其解体原则就是酶需要与底物所契合 --- 回到酶的定义之「底物特异性」: 酶要发挥作用,必须得有相应的底物、合适的底物浓度;契合好了,才能达到最佳效果 。
当然,我们的终极期待是它能够尽可能地广谱(broad-spectrum),能够适用于尽可能多的日粮类型,去配合内源酶做尽可能多的工作。(既然场上队员都各有各的强项,那么外援部队也不能太弱吧)。
酶的底物特异性(图片引自Jacobs, 2014)
除了底物特异性,酶还挺挑环境 --- 不同的酶,能发挥最佳作用的pH值都不同,因此蛋白酶又可分为酸性、中性以及碱性蛋白酶三种类别。而动物的内源蛋白酶就「酸、中、碱」三种都有 --- 因为从胃到肠,pH是逐渐升高的,那么自然,胃分泌的蛋白酶自然就是酸性;而胰腺、肠细胞分泌的蛋白酶则是中性、碱性。
肉鸡的胃肠道部位pH和平均停留时间 (引自Ravindran, 2013)
在蛋白酶刚刚在饲料工业中应用的开始阶段,用得最多的是酸性和中性蛋白酶,就是因为碱性蛋白酶很难在胃酸的强大攻势下存活下来。而今天,随着「包被」等炫酷的加工工艺、或是耐酸行菌株的选育手段的出现,碱性蛋白酶也能够穿上马甲、穿过胃到达小肠发挥作用啦 --- 有多少能成功到达?这就是产品的耐酸性。(如果用蛋白酶做「体外预消化」的话,则可不用考虑胃酸影响...所以对蛋白酶的预期和要求,得分使用目的和方式)
除了挑pH, 酶还挑温度。身为蛋白质,它便具有蛋白质受热变性的特性。对于饲用蛋白酶来说,我们对它的要求是需要耐得住饲料加工的高温(颗粒料的85°C左右、膨化料的95°C左右),保证加工完成后酶还是那个有活性的酶;如果真耐不住咋办?那,就和粉料做朋友吧~哦,还可以后喷!
Q2: 既然动物自己有内源蛋白酶,为啥还需要蛋白酶制剂?
话说蛋白酶的底物「蛋白质」,在动物饲粮里绝对少不了(还很贵!),但遗憾的是,并不是所有的饲料蛋白都能够被动物所消化吸收。举个例子,根据生长阶段,家禽饲粮的粗蛋白水平一般在16 - 24%之间;而使用最为广泛的玉米豆粕型日粮,其粗蛋白消化率一般在80-90%左右。也就是说,平均来看,饲料中至少有3个百分点的粗蛋白是未能消化而损失掉的,真不划算哇。
而且,在动物幼龄或是应激的情况下,内源酶的分泌不太跟得上,损失的饲料蛋白更多。对仔猪而言,集约化养殖使它们不得不提早断奶,肠道的消化功能也表示压力山大。还有非常规原料的使用、不得不面对的抗营养因子...等等在生产中需要面对的情况,都让「消化功能」这件事会成为最大化生长潜力的限制因素。
这时候,如果有蛋白酶制剂来支援一下,帮助促进蛋白消化,那么便既可提高饲料利用率,又减少氮排放(消化吸收的多,排的就少)、降低饲料成本(粗蛋白水平不用加那么高),就很给力了。
而这最后一点,则又与「低蛋白日粮」这个大趋势相吻合了呢。
畜牧生产中氮的排放是严重的环境问题(这里的Absorbed改为Utlized应该更准确)
Q3: 这个外援部队真的有用吗?
在实践中,蛋白酶制剂到底能否提高消化率,我们可以根据测定家禽的「氨基酸回肠消化率」来评估。根据2018年的一篇meta-analysis,基于67篇发表的文章(家禽和猪都有,主要是家禽),添加蛋白酶的确可以提高大部分氨基酸的回肠消化率,从而FCR也显著降低。