话说在动物营养行业中，使用蛋白酶已经有不短的历史了。它出生的那会儿，应该还没有预料到无抗时代、低蛋白时代的接踵而至吧！
无抗的必然性已经无须多讲，而低蛋白日粮也是大势所趋。作为一类很多人眼里的常规基础产品，在“新时代”新需求的浪潮中，蛋白酶的推陈出新、应用拓展的重要性反而愈发被凸显出来。
它，是如何做到乘风破浪的呢？
我们从环境端、原料端、 动物端三个方面来聊一聊。
1.蛋白酶与氮排放
氮排放及其对环境造成的负面影响，一直是畜牧养殖业的一个忧心之处。
而这，正是低蛋白日粮所期待且有能力解决的问题之一。低蛋白日粮根据氨基酸平衡理论，以「可消化氨基酸」基础来评估动物需求，从而降低整个日粮的蛋白质水平。
入口的少了，氮的排放便自然可减少。中国农大谯仕彦老师的团队在这方面做了大量研究，他们的研究结果显示，在猪上，日粮粗蛋白每降低1个百分点，减少蛋白质原料用量3个百分点，氮的排放可降低8-10%。
猪日粮中蛋白水平每降低1%，氮的排放可降低8-10%
（引自Wang et al., 2018)
而在这个过程中， 外源蛋白酶可以在两个层面起到「助攻作用」 ---
1）蛋白从入口到排放、从肠道这头到那头，还有一个中间的消化吸收过程。不论入口多与少，蛋白酶的本职工作是提高蛋白消化率，一旦消化吸收的多了，氮的排放量就自然会降低。而对于低蛋白日粮而言，使用蛋白酶又能进一步降低氮排放。
在猪上，低蛋白日粮可降低氮排放，而蛋白酶进一步降低了氮排放（recreated fromKim etal., 2020)
2）根据定义，低蛋白日粮是指将日粮中的粗蛋白水平降低，但却不影响动物的生长性能和产品品质。粗蛋白供给降低了，如何能够做到满足动物氨基酸需求、不影响生长呢？合成氨基酸当然是重要的工具，但毕竟目前可用的合成氨基酸还仅限于「赖、蛋、苏、缬、色」这几个，而除了它们之外，其它必需氨基酸、甚至某些非必需氨基酸，其实都与动物健康生长密不可分。已有不少动物实验发现，当粗蛋白水平低到一定程度时，即便添加合成氨基酸也挽回不了生长性能的下降，证实了其它氨基酸在中间的不可或缺。
相对于合成氨基酸，蛋白酶的作用能更好地覆盖到所有氨基酸--- 蛋白原料含啥氨基酸，就能多多少少释放啥氨基酸。那么，在日粮粗蛋白已经有限的情况下，利用外源蛋白酶来释放更多的氨基酸供动物机体所利用，弥补合成氨基酸所不能填补的空缺，更好地满足动物需求，才能真正达到「低蛋白日粮」的目的。
其实促生长抗生素在猪和家禽的作用也有降低氮排放的作用，从这个角度，蛋白酶也是名正言顺的“替抗候补君”一枚哇。（ADG = 日增重；FCE =饲料转化效率；N=氮排放；P = 磷排放；adapted from Page, 2006)
2.蛋白酶与原料
在原料端，蛋白酶的贡献有两点 ---
一方面，它帮助我们更好地利用现有的常规蛋白原料，如豆粕。
豆粕一直是目前畜禽养殖中最最主要的蛋白原料，而我国却相对非常匮乏豆粕资源，我们的蛋白原料长期以来进口依存度接近80%，这在一定程度上几乎成了制约国家饲料工业和养殖业发展的一个瓶颈。
这，也是为什么「低蛋白日粮」是意义重大的方向的原因之一--- 在2018年中国饲料工业协会的两项「新·饲养标准」发布后，据估算，新标准在全行业的全面推行，可让养殖业的豆粕年消耗量有望降低约1100万吨，带动减少大豆需求约1400万吨。在纷纷扰扰的国际贸易环境下，这是好事。而上面已提到，蛋白酶是成功推行低蛋白日粮的给力小助手一名。
2018年中国饲料工业协会的两项「新·饲养标准」的粗蛋白水平：猪配合饲料中的平均粗蛋白水平由16%降至14%。蛋鸡、肉鸡配合饲料的平均粗蛋白水平也下调了约1.5个百分点
另一方面，在用好常规蛋白原料的同时，蛋白酶可以帮助我们开发杂粕、林业蛋白等「非常规原料」的利用。
这些非常规蛋白原料资源相对丰富，但它们一直未能在畜牧业中广泛使用，就是因为它们的利用效率不如豆粕等常规原料，而蛋白酶的主业恰恰便是提高利用率嘛！当然，这其中往往可能还有其它抗营养因子的因素，因此需结合底物情况，与其它酶制剂一起使用，从而释放更多营养供动物机体利用。
同时，配制低蛋白日粮的核心便是以「可消化氨基酸」为基础，这就要求我们对不同原料的营养价值评定和数据采集做大量工作，从而更准确地估计原料可消化氨基酸，减少误差 ---这里的营养价值评定，应当要考虑蛋白酶对可消化氨基酸的影响。
说到底，常规原料也好、非常规也好，我们的目的都是提高原料利用率、减少对外依赖、让原料营养价值数据更加准确与标准化。
3.蛋白酶与动物生长和健康
最后回到动物身上。
上面两点中提到的蛋白酶作用，其实都是其「促消化作用」。的确，这是一提到酶制剂，大家往往首先想到的；这也是酶的本质工作，必须得干好。当外源蛋白酶与内源蛋白酶得以携手作战，让日粮中的蛋白质和氨基酸消化吸收率提高一点儿，提高饲料转化效率、促进生长.....这一点大家都很熟悉了，就不多讲了。
蛋白酶百杰美®️ProMax显著提高肉鸡的粗蛋白和氨基酸消化率（沈阳农业大学，未发表数据）
而除了促消化、促生长的本职工作外，蛋白酶其实从不同的纬度也直接或间接地维护着动物的肠道健康。
我们知道，肠道健康是无抗时代的重中之重。肠道健康是一个很复杂的话题，在今天我们不敢说已将之100%搞明白了，不过从已有研究上看，蛋白酶对肠道健康产生影响可能有以下几种直接或间接的途径 ---
1）降解「抗营养因子」。
饲料原料中存在很多抗营养因子，其本质很多就是蛋白质 --- 比如豆粕中的大豆球蛋白、高粱和玉米中的醇溶蛋白等；它们除了对消化有负面影响之外，常常还可能引起肠道炎症，浪费本来机体可以用于生长的营养。而有效的蛋白酶可以将这些抗营养因子水解掉，从而减少它们对肠道的负面影响。
2）保障肠道屏障。
肠道屏障的粘液层的主要组成成分是由杯状细胞分泌的粘蛋白，这些粘液可以阻断病原和肠细胞接触，减少肠道疾病。有研究发现，补充蛋白酶可以显著提高鸡的十二指肠、空肠、和结肠的粘液层厚度。这也许也是从蛋白酶促进蛋白消化吸收的一个间接益处。
外源蛋白酶对粘液层厚度的影响 (AML = adherent mucus layer; adapted from Peek et al., 2009)
3）给肠道免疫反应提供“子弹”。
来复习一下，急性期反应(acute phase response)是动物在面临病原攻击的时候，机体以防御为主的非特异性反应，如体温升高，采食量下降等。在这个阶段，蛋白合成的需求会增加（得合成各种急性期免疫蛋白啊、细胞因子啊之类的）。在急性期反应时期，撇开采食量下降的影响外，免疫功能会占用10%左右的营养。
而这也印证了在应激时，动物对营养消化的要求更高一些，尤其是对蛋白质和氨基酸的需求。因此，任何提高蛋白消化率的策略，都能间接为这”子弹“的合成作出贡献。
家禽急性期免疫蛋白的氨基酸组成 (引自Klasing)
4）维持肠道菌群健康。
蛋白酶如何影响肠道微生物呢？想想看，如果在小肠内蛋白质的消化不够理想，那么这些未消化的蛋白、多肽就转移到了后肠。这时候，虽然它们不再能被动物机体所吸收了，但同样会对动物健康产生影响 ---- 因为它们成了肠道微生物的食粮。
这么多好吃的来啦，微生物们海吃海喝，种类和数量都自然会增加，一旦不受控制，菌群结构很有可能就会失调。同时，微生物的蛋白代谢产物往往也并非对机体有益，比如氨气、吲哚、胺等等，其中一部分又成了环境的污染。
未被消化的蛋白质转移到后肠发酵，产生一系列代谢产物 (图片引自Apajalahti and Vienola, 2016)
这里一个典型的例子便是「产气荚膜梭菌」。做家禽的小伙伴们对它一定都不陌生，它是导致无抗养殖中最令人头大的「坏死性肠炎」的主要致病因子。但其实人家本来是肠道菌群中乖乖的一员，没受啥刺激是不会出来兴风作浪的，但不巧高蛋白日粮、或蛋白消化不佳就是导致产气荚膜梭菌过度增殖的诱因之一，随后一系列问题便接踵而来。
回过头看，促生长抗生素AGP的一大作用其实是大大减少了肠道微生物的数量。那么，在没有AGP的情况下，外源蛋白酶进一步提高蛋白质的消化吸收，减少逃离到后肠的蛋白质，微生物少了大餐，减少异常发酵，也就降低了菌群失调的风险。
坏死性肠炎的常见诱因包括高蛋白日粮或蛋白消化不佳
其实可以看出，关于肠道健康的这1234点都相互影响。还是那句话，肠道是一个整体、一个系统，一个功能的变化一定会对其它功能带来影响。
而从原料端到动物端，再到环境和养殖业可持续发展，亦是环环相扣。
回头想一想，这几十年里，动物营养行业的科技进步真的很厉害！虽然蛋白酶产品已不属于最新鲜的那一波儿，但在今天禁抗无抗、低蛋白日粮、强调肠道健康的大环境下，它的作用值得我们重新认识，它的角色愈发不容忽视。
蛋白酶的综合作用 (图片来自Simmons, 2017)