功能蛋白酶的来源分类及在宠物饲料中的应用进展

01、导读

蛋白酶能够在较宽的pH和温度范围内将蛋白质肽链水解成可溶的短肽和游离氨基酸，在各种表面活性剂、氧化剂、漂白剂、增白剂和有机溶剂等体系中具有稳定性，对洗涤、皮革、纺织、饲料、食品和医药等领域的发展有着重要的意义。蛋白酶来源丰富，包括动物、植物和微生物，其中，微生物由于其生长周期短、成本低，可以连续供应所需的产品，己成为蛋白酶商业化的首选。微生物蛋白酶几乎占据着全球商业蛋白酶三分之二的市场。

在工业酶中，蛋白酶是占比最大的工业生物催化剂，根据 MarketsandMarkets的数据，2020年世界工业酶市场价值为59亿美元，预计到2026年将达到87亿美元，年复合增长率为6.5%。预计到2027年，全球蛋白酶市场的规模将达到27亿美元，中国作为世界第二大经济体，其市场规模预计将达到5.505亿美元，年复合增长率为7.6%；其他国家，比如日本和加拿大，预计在2020年至2027年期间，年复合增长率分别为2.7%和4.4%，而德国预计将以约3%的复合年增长率增长。随着酶在食品和饮料行业的应用的发展，预计到2026年食品部门将占领市场的最大份额。另外，随着对蛋白酶需求的不断增加，蛋白酶相关研究至关重要。

02、功能蛋白酶的微生物来源

目前产蛋白酶的微生物包括细菌、真菌以及放线菌，它们可利用不同的底物产生不同功能的蛋白酶。微生物菌株所生产蛋白酶的种类主要取决于生产环境，如，在屠宰场、肉类和家禽加工厂的土壤，由于细菌的生长周期短、对生长环境要求低、代谢过程特殊以及蛋白酶活性高，因此从这些环境中筛选的微生物被广泛应用在工业中。一般来讲，细菌生产蛋白酶的最适pH为6.0~9.0、最适温度为30~50℃。芽孢杆菌属因其较强的蛋白酶分泌能力，目前已成为蛋白酶最重要的细菌来源。真菌是最早被发现可以生产蛋白酶的菌株，一些非致病性真菌生产的蛋白酶应用十分广泛，如黑曲霉、寄生曲霉、金孢属、石膏小孢子菌以及镰刀菌等。虽然一些真菌可以分泌蛋白酶，但是会破坏人体以及动物的皮肤外层角蛋白，引发疾病，因此限制了这些致病菌株的商业应用。

在放线菌中同样有可以产生蛋白酶的菌株，包括链霉菌属和热放线菌属CDF。链霉菌属AB1产生的蛋白酶可完全降解羽毛，并且对洗涤剂和有机溶剂都表现出较强的稳定性和较高的耐受性。经过几十年的发展，我国蛋白酶的生产技术已经逐渐成熟，并初具规模，目前国内的大部分商业蛋白酶的主要特点是高温耐碱性，另外，由于蛋白酶独特的催化活性，目前已经广泛应用于商业中，比如在食品、医疗、纺织、皮革等传统行业，发展前景十分广阔。但是我国蛋白酶行业相对于国外起步较晚，与国际水平相比还有较大差距，仍需要进一步研究与探索。表1总结了目前商业蛋白酶的种类、来源、反应条件和应用范围等。

表1

03、蛋白酶的分类

由于蛋白酶来源广泛，理化性质也不尽相同，根据功能及催化特性、pH 特性或催化作用位点的不同，蛋白酶可以被分成不同的类型，如下所示：按照功能及催化特性：天冬氨酸蛋白酶(A)，半胱氨酸蛋白酶(C)，谷氨酸蛋白酶(G)，金属蛋白酶(M)，天冬酰胺酸蛋白酶(N)，混合蛋白酶(P)，丝氨酸蛋白酶(S)，苏氨酸蛋白酶(T)，未知功能的蛋白酶(U)。按照pH特性：酸性蛋白酶，中性蛋白酶，碱性蛋白酶。按照作用位点：内肽酶，外肽酶。

04、蛋白酶在动物饲料中的应用

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。

05、蛋白酶在宠物饲料中的应用

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。

来源：周北雅等《功能蛋白酶催化及应用进展》

相关知识

功能蛋白酶的来源分类及在宠物饲料中的应用进展
功能蛋白酶的来源分类及在宠物饲料中的应用
酶制剂在宠物行业中的应用进展
饲用鸡肝粉的营养特性及在宠物饲料中的应用
微生物脂肪酶在动物饲料中的应用探讨
抗氧化剂在饲料中的应用
微生物脂肪酶在动物饲料中的应用
天然原料在宠物饲料中的应用
DDC科技日 ¦ 甜味剂在饲料中应用进展
酶制剂在水生动物饲料中的应用研究.pdf

网址: 功能蛋白酶的来源分类及在宠物饲料中的应用进展 https://www.mcbbbk.com/newsview637947.html