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01,、導(dǎo)讀 蛋白酶能夠在較寬的pH和溫度范圍內(nèi)將蛋白質(zhì)肽鏈水解成可溶的短肽和游離氨基酸,，在各種表面活性劑、氧化劑,、漂白劑,、增白劑和有機溶劑等體系中具有穩(wěn)定性，對洗滌,、皮革,、紡織、飼料,、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域的發(fā)展有著重要的意義,。蛋白酶來源豐富，包括動物,、植物和微生物,，其中,，微生物由于其生長周期短、成本低,，可以連續(xù)供應(yīng)所需的產(chǎn)品,，己成為蛋白酶商業(yè)化的首選。微生物蛋白酶幾乎占據(jù)著全球商業(yè)蛋白酶三分之二的市場,。 在工業(yè)酶中,，蛋白酶是占比最大的工業(yè)生物催化劑，根據(jù) MarketsandMarkets的數(shù)據(jù),，2020年世界工業(yè)酶市場價值為59億美元,，預(yù)計到2026年將達到87億美元，年復(fù)合增長率為6.5%,。預(yù)計到2027年,，全球蛋白酶市場的規(guī)模將達到27億美元，中國作為世界第二大經(jīng)濟體,，其市場規(guī)模預(yù)計將達到5.505億美元,，年復(fù)合增長率為7.6%；其他國家,，比如日本和加拿大,，預(yù)計在2020年至2027年期間，年復(fù)合增長率分別為2.7%和4.4%,，而德國預(yù)計將以約3%的復(fù)合年增長率增長,。隨著酶在食品和飲料行業(yè)的應(yīng)用的發(fā)展，預(yù)計到2026年食品部門將占領(lǐng)市場的最大份額,。另外,，隨著對蛋白酶需求的不斷增加，蛋白酶相關(guān)研究至關(guān)重要,。 02,、功能蛋白酶的微生物來源 目前產(chǎn)蛋白酶的微生物包括細(xì)菌、真菌以及放線菌,，它們可利用不同的底物產(chǎn)生不同功能的蛋白酶,。微生物菌株所生產(chǎn)蛋白酶的種類主要取決于生產(chǎn)環(huán)境，如,，在屠宰場,、肉類和家禽加工廠的土壤，由于細(xì)菌的生長周期短,、對生長環(huán)境要求低,、代謝過程特殊以及蛋白酶活性高，因此從這些環(huán)境中篩選的微生物被廣泛應(yīng)用在工業(yè)中,。一般來講,，細(xì)菌生產(chǎn)蛋白酶的最適pH為6.0~9.0,、最適溫度為30~50℃。芽孢桿菌屬因其較強的蛋白酶分泌能力,，目前已成為蛋白酶最重要的細(xì)菌來源,。真菌是最早被發(fā)現(xiàn)可以生產(chǎn)蛋白酶的菌株，一些非致病性真菌生產(chǎn)的蛋白酶應(yīng)用十分廣泛,，如黑曲霉,、寄生曲霉、金孢屬,、石膏小孢子菌以及鐮刀菌等,。雖然一些真菌可以分泌蛋白酶，但是會破壞人體以及動物的皮膚外層角蛋白,，引發(fā)疾病,，因此限制了這些致病菌株的商業(yè)應(yīng)用。 在放線菌中同樣有可以產(chǎn)生蛋白酶的菌株,，包括鏈霉菌屬和熱放線菌屬CDF,。鏈霉菌屬AB1產(chǎn)生的蛋白酶可完全降解羽毛，并且對洗滌劑和有機溶劑都表現(xiàn)出較強的穩(wěn)定性和較高的耐受性,。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,，我國蛋白酶的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，并初具規(guī)模,，目前國內(nèi)的大部分商業(yè)蛋白酶的主要特點是高溫耐堿性,，另外，由于蛋白酶獨特的催化活性,，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于商業(yè)中，比如在食品,、醫(yī)療,、紡織、皮革等傳統(tǒng)行業(yè),，發(fā)展前景十分廣闊,。但是我國蛋白酶行業(yè)相對于國外起步較晚，與國際水平相比還有較大差距,，仍需要進一步研究與探索,。表1總結(jié)了目前商業(yè)蛋白酶的種類、來源,、反應(yīng)條件和應(yīng)用范圍等,。 表1 03、蛋白酶的分類 由于蛋白酶來源廣泛,，理化性質(zhì)也不盡相同,，根據(jù)功能及催化特性,、pH 特性或催化作用位點的不同，蛋白酶可以被分成不同的類型,，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),，金屬蛋白酶(M),，天冬酰胺酸蛋白酶(N)，混合蛋白酶(P),，絲氨酸蛋白酶(S),，蘇氨酸蛋白酶(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，堿性蛋白酶,。按照作用位點：內(nèi)肽酶,，外肽酶。 04,、蛋白酶在動物飼料中的應(yīng)用 飼料蛋白質(zhì)消化由消化道內(nèi)的內(nèi)源性蛋白水解酶系統(tǒng)完成,，包括胃蛋白酶、胰蛋白酶,、糜蛋白酶,、彈性蛋白酶、氨肽酶和羧肽酶等,。動物不能完全消化和吸收日糧中的蛋白質(zhì)和氨基酸,。未消化的組分可以作為單胃動物后腸微生物的發(fā)酵底物，但會導(dǎo)致單胃動物消化紊亂,。肉雞回腸和排泄物消化率之間的差異表明,，后腸菌群對氨基酸的代謝作用可能相當(dāng)重要。飼料中添加外源性飼用蛋白酶可以通過提高日糧蛋白質(zhì)的溶解性和水解作用進一步提高原料的蛋白質(zhì)消化率,，減少后腸不良發(fā)酵所需的底物,。 Caine等在體外試驗中研究了用枯草芽孢桿菌蛋白酶預(yù)處理豆粕對可溶性粗蛋白和大豆胰蛋白酶抑制劑的影響，結(jié)果顯示可溶性粗蛋白顯著增加,，在某些情況下大豆胰蛋白酶抑制劑減少,。外源性飼用蛋白酶在體外能明顯降解全大豆的蛋白質(zhì)貯存液泡。蛋白質(zhì)降解直觀可見,，因為蛋白質(zhì)貯存液泡出現(xiàn)了洞,。測定蛋白質(zhì)和氨基酸消化率的方法是否也是測定外源性蛋白酶有效性的最佳方法目前尚不清楚。蛋白酶在飼料中的應(yīng)用在一定程度上還沒有定論,。 蛋白酶對蛋白質(zhì)和氨基酸消化率的積極影響可以在不同動物上進行的大量試驗中得到證實,，但也有一定數(shù)量的試驗顯示,，蛋白酶對這些參數(shù)沒有有益影響。這些結(jié)果可能取決于特定的試驗條件,，如試驗所用蛋白酶來源,、試驗持續(xù)時間、蛋白酶補充水平,、動物年齡,、基礎(chǔ)日糧組成或試驗參數(shù)和方法等。內(nèi)源性蛋白酶與飼料中添加的外源性蛋白酶的相互作用及其對代謝的調(diào)節(jié)也可能是一個因素,。一般來說,，動物機體會精密地調(diào)節(jié)內(nèi)源性蛋白酶的活性，因為這些酶在錯誤的部位產(chǎn)生活性可能會消化自身組織或可能激活炎癥途徑,。胰腺能根據(jù)日糧組成調(diào)節(jié)其酶的分泌,。 Pavlov首次觀察到這一現(xiàn)象，后來在采用更復(fù)雜技術(shù)的幾項研究中得到廣泛證實,。動物適應(yīng)了富含某種特定營養(yǎng)物質(zhì)的日糧后,，這種營養(yǎng)物質(zhì)在動物消化道中的水平會升高，隨后胰腺中相應(yīng)酶的水平會迅速增加,。這些適應(yīng)措施完全是憑直覺獲知的,，表明消化過程受到精密的調(diào)節(jié)，以避免過度生產(chǎn)消化液,。外源性蛋白酶可以彌補飼料成分和動物消化酶補體之間的缺口,。 飼料中添加外源性蛋白酶可以通過減少內(nèi)源性酶的分泌節(jié)省維持能量，而不一定要通過提高消化率來改善生產(chǎn)性能,。進一步評估蛋白酶在動物營養(yǎng)中最佳條件的研究,，有助于在不同動物物種中進行功效研究、在不同蛋白酶之間進行功效研究以及將結(jié)果轉(zhuǎn)化為實際的飼料配方,，建議建立一個基礎(chǔ)設(shè)置,。最近發(fā)表的關(guān)于外源性蛋白酶的文章主要關(guān)注的是添加外源性蛋白酶后動物的胃腸道健康、腸道形態(tài),，或在挑戰(zhàn)條件下的添加效果，結(jié)果表明外源性蛋白酶具有積極的效果,。
寵物食品生產(chǎn)加工中常用肉骨粉替代鮮肉，降低生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本,。使用肉骨粉做寵物飼料配料可以提高資源利用率,，且寵物飼料營養(yǎng)全面。張建斌等等利用風(fēng)味蛋白酶和復(fù)合蛋白酶雙酶分步水解鯰魚魚骨和雞肝,，酶解產(chǎn)物加入葡萄糖和甘氨酸進行美拉德反應(yīng),，調(diào)節(jié)產(chǎn)品pH值和顏色,，最終研發(fā)出1種風(fēng)味鮮香的寵物食品配料。 張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轉(zhuǎn)化為可溶性肽類,，提高蛋白質(zhì)利用程度。葉麗秀等以酶解法處理魚內(nèi)臟,，確定魚內(nèi)臟酶解工藝和使用魚內(nèi)臟酶解液生產(chǎn)寵物食品的加工工藝,。其中酶解工藝為酶解溫度50℃、酶添加量0.6%,、料液比1.0∶1.5,、水解時間2.5h、復(fù)合酶中木瓜蛋白酶∶風(fēng)味蛋白酶=1.0∶2.0,。 汪洋在貓糧中添加蛋白酶酶解過的鵪鶉肉,，發(fā)現(xiàn)鵪鶉肉相較傳統(tǒng)雞肉和魚肉蛋白含量更高，必需氨基酸含量多,，脂肪含量少,，且酶解后鵪鶉肉更易消化吸收，適合用于貓糧生產(chǎn),。張益等發(fā)明1種含酶解雞肉物的寵物食品,，該食品有助于寵物健康成長。相較傳統(tǒng)寵物糧肉類原料,，酶處理后的原料肉消化吸收率更高,，營養(yǎng)利用更充分，更適合用作寵物食品配料,。高利肖等使用酶解羽毛粉替代犬糧中飼喂部分雞肉粉,，發(fā)現(xiàn)少量(2%~3%)添加酶解羽毛粉不會影響犬體重，但添加5%時犬體重下降,，說明酶解羽毛粉可以少量替代其他蛋白原料用于寵物食品生產(chǎn),。
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