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[酵母蛋白] 單細(xì)胞蛋白飼料的開發(fā)與利用

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發(fā)表于 2010-8-24 14:45:01 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

  單細(xì)胞蛋白飼料的開發(fā)與利用

  劉建靜 楊曙明


  摘要 本文概述了單細(xì)胞蛋白飼料的優(yōu)點(diǎn),單細(xì)胞蛋白的類型和來(lái)源,在動(dòng)物生產(chǎn)上飼喂效果,最后說(shuō)明了存在的問(wèn)題,展望其應(yīng)用前景。
  關(guān)鍵詞 單細(xì)胞蛋白飼料 開發(fā)利用
  隨著人民生活水平的大幅度提高,人們的飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化,其中乳、肉、蛋等畜產(chǎn)品在食物中所占比例越來(lái)越高。為了滿足這種需求,我國(guó)正在大力發(fā)展畜牧業(yè),因此對(duì)飼料的需求量也越來(lái)越大。目前,飼料主要來(lái)自農(nóng)作物,但我國(guó)人口眾多,耕地面積有限,人均占有糧食總量低,不能滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需要,在飼料中,蛋白質(zhì)飼料的緊缺更為突出,已成為世界各國(guó)畜禽發(fā)展的一大障礙。這就要求開辟新的飼料來(lái)源。利用工業(yè)廢物發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白,是解決這一難題的可行出路。
  單細(xì)胞蛋白(Single Cell Protein,SCP)是通過(guò)培養(yǎng)單細(xì)胞生物而獲得的菌體蛋白,蛋白質(zhì)含量一般可以占到細(xì)胞干重的40%-60%,且氨基酸組分齊全,賴氨酸等必需氨基酸含量較高,并含豐富維生素、活性因子,可作為維生素的替代品,與豆粉相比,單細(xì)胞蛋白的蛋白質(zhì)含量高出10%-20%,可利用的氮比大豆高20%,在有蛋氨酸添加時(shí)可利用氮甚至能超過(guò)95%,因此,利用非食用資源和廢棄資源(如農(nóng)副產(chǎn)品下腳料和工業(yè)廢液等)開發(fā)和推廣微生物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白成為補(bǔ)充飼料蛋白質(zhì)來(lái)源不足的重要途徑,意義十分重大。[1-2]
  1單細(xì)胞蛋白飼料的優(yōu)點(diǎn)
  1.1 蛋白質(zhì)含量豐富
  單細(xì)胞蛋白質(zhì)含量一般在40%以上,細(xì)菌含蛋白質(zhì)50-80%,酵母菌含蛋白質(zhì)40-60%,藻類含蛋白質(zhì)40-50%,霉菌含蛋白質(zhì)20-30%。其中氨基酸的含量齊全,比一般蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,且含豐富維生素、未知因子,能促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng),因此,單細(xì)胞蛋白可稱得上是一種全價(jià)的蛋白質(zhì)飼料,可部分代替魚粉飼喂動(dòng)物。
  1.2 原材料來(lái)源廣泛
  生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料的原料來(lái)源很廣,工業(yè)廢液,如釀酒工業(yè)副產(chǎn)品、淀粉工業(yè)副產(chǎn)品 、味精工業(yè)副產(chǎn)品、檸檬酸工業(yè)副產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品,如糖渣、果渣、淀粉渣、餅粕,阮南(2003)[3]以檸檬酸渣為原料,采用混合菌固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料,提高了檸檬酸渣的適口性和香味,且活菌細(xì)胞數(shù)達(dá)到45億個(gè)/g,粗蛋白37.8%。微型藻類,作飼料的藻類有螺旋藻和小球藻等單細(xì)胞藻類,其中以鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻最為理想,蛋白質(zhì)含量一般為60-70%。
  1.3 生長(zhǎng)速度快
  單細(xì)胞生物世代周期短,生長(zhǎng)繁殖速度快,在良好的條件下,微生物干物質(zhì)產(chǎn)量在2-4小時(shí)內(nèi)可增加一倍以上,與動(dòng)植物生長(zhǎng)速度相比,其富集蛋白質(zhì)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前者。從表1中可以看出細(xì)菌、酵母等微生物的倍增時(shí)間比牛、豬、雞等快千倍、萬(wàn)倍。有人估計(jì),一頭500kg的公牛每天能產(chǎn)蛋白質(zhì)大約0.4kg。而500kg酵母菌每天至少生產(chǎn)蛋白質(zhì)5000kg。因此從生產(chǎn)速度考慮,以工業(yè)方式生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白能比較快地提高飼料蛋白的產(chǎn)量。
  表1[4]:各種生物體重量倍增時(shí)間
  生物種類 重量倍增時(shí)間
  細(xì)菌 20-120分
  酵母 40-120分
  植物 1-2周
  雞 2-4周
  豬 4-6周
  牛 1-2月
  1.4不受季節(jié)和氣候條件的影響
  單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)不受季節(jié)和氣候、土壤、自然災(zāi)害的影響可以在工廠里進(jìn)行,與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比,可以節(jié)省耕地、人力和能源。過(guò)程易于控制。
  2單細(xì)胞蛋白飼料的類型和來(lái)源
  2.1細(xì)菌
  用于生產(chǎn)SCP的細(xì)菌較多。這些細(xì)菌有的是以植物性原料如纖維素為主,有的則利用石油衍生物如甲醇、乙醇等。有些病原菌如M. tuberculosi和大腸桿菌也用于生產(chǎn)SCP。與其它菌株相比這種細(xì)菌生產(chǎn)的SCP富含賴氨酸和蛋氨酸。但這些由病原菌生產(chǎn)的菌體蛋白在進(jìn)人市場(chǎng)前必須經(jīng)過(guò)處理,以確保對(duì)食用動(dòng)物安全無(wú)害。目前,以甲醇培養(yǎng)基生產(chǎn)的SCP最多。這可是于甲醇易溶于水,而且易分離純化而不含芳香簇成分和碳?xì)浠衔?。最近,英?guó)ICI公司melhylotrophus細(xì)菌在含甲醇的培養(yǎng)基中生產(chǎn)SCP,其產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量達(dá)85%,年產(chǎn)量為10萬(wàn)噸。
  2.2真菌
  真菌如曲霉和青霉也用于生產(chǎn)SCP,主要利用谷物、糖蜜、土豆及纖維類副產(chǎn)物。其他菌株如Peziza audrinica則利用家禽下腳料和牛糞生產(chǎn)SCP。這些特殊菌株在范圍的pH值、滲透壓及溫度條件下也能快速生長(zhǎng),并在2-3小時(shí)內(nèi)增殖。真菌SCP通過(guò)分離、干燥后可直接或以顆粒形式添加到畜禽日糧中。真菌菌體蛋白質(zhì)含量為30%-60%,但缺乏蛋氨酸,可在加工過(guò)程中添加0.2%蛋氨酸加以解決。經(jīng)過(guò)處理的真菌SCP的生物學(xué)價(jià)值可提高到95%或更高。
  2.3酵母菌
  飼料酵母應(yīng)用廣泛,將酵母菌繁殖在適當(dāng)?shù)墓まr(nóng)業(yè)副產(chǎn)品上而制成的一種飼料,稱為飼料酵母,工業(yè)上生產(chǎn)常用的酵母菌:
  2.3.1 啤酒酵母菌 可用于原糖蜜培養(yǎng),作為酵母飼料。
  2.3.2 產(chǎn)朊假絲酵母菌 它能利用造紙工業(yè)的亞硫酸紙漿原液、木材水解液,等生產(chǎn)人畜可食用的酵母。
  2.3.3 熱帶假絲酵母
  用農(nóng)副產(chǎn)品和工業(yè)原料也可培養(yǎng)它做飼料酵母。這些菌株產(chǎn)生的微生物菌體蛋白質(zhì)含量16%-20%,并含較高鈣、磷,B族維生素和糖原,易于消化和代謝。
  在加工過(guò)程中,菌體首先通過(guò)水解以釋放核酸,再用蛋氨酸及香味劑處理。
  2.4藻類
  用藻類(如chlorella和Scenedesmus)生產(chǎn)SCP已有很長(zhǎng)歷史。有關(guān)藻類SCP的研究主要集中在反芻動(dòng)物上,而對(duì)于家禽和非反芻動(dòng)物則極少。這主要是由于藻類不易消化和代謝。最近,有研究試圖通過(guò)對(duì)藻類進(jìn)行遺傳選育及水解等方法提高其消化率,或者把藻類作為發(fā)酵底物添加到培養(yǎng)基中供其他微生物合成蛋白質(zhì)。目前,這項(xiàng)研究已取得部分成功,經(jīng)選育的藻類蛋白質(zhì)高達(dá)50%~60%(特別是當(dāng)培養(yǎng)基中富含含硫氨基酸時(shí))。此外,這種藻類還含大量類胡蘿卜素和葉黃素,這兩種物質(zhì)對(duì)蛋的產(chǎn)量和質(zhì)量均起重要作用。
  3單細(xì)胞蛋白飼料在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用
  目前,我國(guó)在豬雞配合飼料中開始使用單細(xì)胞蛋白飼料,主要用來(lái)替代魚粉等比較緊缺的蛋白質(zhì)原料。
  3.1 豬 豬配合飼料中使用10 %-30%的單細(xì)胞蛋白飼料,可大大地提高其生長(zhǎng)速度及飼料利用率,有效地降低飼養(yǎng)成本。屈廣坡等人(1994)[5]用含單細(xì)胞蛋白飼料的配合飼料代替魚粉飼喂生長(zhǎng)肥育豬,增重為0.615kg,對(duì)照組增重0.600kg,料重比分別為2.78和3.17,比對(duì)照組利用率高12.09%。說(shuō)明用單細(xì)胞蛋白可以起到替代部分魚粉的效果。
  葉長(zhǎng)興(1995)[6]在浙江嘉善雜交生長(zhǎng)豬的日糧中分別按4%,3%,2%和0的比例添加味精渣單細(xì)胞蛋白飼料飼喂試驗(yàn)的結(jié)果表明:3%味精渣單細(xì)胞蛋白飼料的飼喂效果最好,平均日增重和飼料轉(zhuǎn)換率分別為699.9 15 g和3.54:1,與對(duì)照組比較,差異極顯著有關(guān)資料表明,單細(xì)胞飼料飼喂動(dòng)物可以起到很好的效果。
  3.2 禽 用pruteen(利用甲烷分枝桿菌在甲醇培養(yǎng)基中生產(chǎn)出來(lái)一種商業(yè)形式的單細(xì)胞蛋白)替代7%的大豆粉飼養(yǎng)肉雞,與僅用大豆粉作為蛋白補(bǔ)給的對(duì)照組比較,體重增加量和飼料利用率均有所提高。用同樣的產(chǎn)品替代12%的蛋白補(bǔ)給劑來(lái)飼養(yǎng)產(chǎn)蛋雞,產(chǎn)蛋量和發(fā)育均得到改善 [1]李在東等人(1993)[7]在育成雞配合飼料中添加4%的148A活性酵母粉,以取代原日糧中3%的豆粕和1%的進(jìn)口魚粉;在成年產(chǎn)蛋雞配合飼料中添加5%的148A活性酵母粉,以取代原日糧中4%的豆粕和1%的進(jìn)口魚粉。結(jié)果與對(duì)照組相比,雞產(chǎn)蛋率(試驗(yàn)組72.76 %對(duì)照組71.4%),料蛋比(2. 90,2. 93)、育成雞耗料量( 4. 42 , 4. 40千克/只)均無(wú)明顯差異,顯著地提高了成活率(P〈0.01〉,成本則分別降低了0.038、0. 042元/千克。蛋雞用單細(xì)胞蛋白飼料部分或全部替代產(chǎn)蛋雞配合飼料中的魚粉及其它蛋白質(zhì)補(bǔ)充料是可行的。
  3.3 牛 吳晉強(qiáng)(1999)[8]用單細(xì)胞蛋白飼料取代日糧糧精料補(bǔ)充料中的大豆餅7.6% ,15.2%進(jìn)行詞養(yǎng)試驗(yàn),泌乳量分別提高6.12%,16.56%,乳牛其乳脂率和無(wú)脂固形物均呈下降趨勢(shì)。
  3. 4 水產(chǎn)動(dòng)物 單細(xì)胞蛋白飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有一般蛋白飼料無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),[9]有關(guān)試驗(yàn)表明使用單細(xì)胞蛋白飼料后,鯉魚單產(chǎn)提高15.8%,飼料成本降低10%。陳新喜(2000)等研究發(fā)現(xiàn),用螺旋藻飼喂網(wǎng)箱鯉魚.可增重12.4%,魚肉粗蛋白含量提高3.14%,含脂率下降4.86%可食部分比例提高5.1%。
  4 單細(xì)胞蛋白存在的問(wèn)題及應(yīng)用前景
  4.1 問(wèn)題
  4.1.1 單細(xì)胞蛋白富含RNA。細(xì)菌蛋白中RNA含量為13%-22% ,酵母蛋白中RNA含量為6%-41%。由于核酸含量高,肝臟中嘌呤代謝速度加快,結(jié)果產(chǎn)生大量的尿酸,可引起尿結(jié)石和其它代謝疾病。因此在動(dòng)物生產(chǎn)中配合飼料時(shí)必須掌握好單細(xì)胞蛋白產(chǎn)品在日糧中所占的的比例,這些問(wèn)題便可得到部分緩解。
  4.1.2 石油衍生物培養(yǎng)基上的單細(xì)胞蛋白,可能對(duì)動(dòng)物有害。如果選擇合適的單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)材料,大部分的毒性問(wèn)題是可以避免的。例如,甲醇含有微量的芳烴化合物,并且可從碳水殘留物中方便地分離出來(lái)。在甲醇基生物中可能含有的痕量有毒化合物,能在動(dòng)物的脂肪組織中被分解,在體內(nèi)還沒(méi)有表現(xiàn)出毒效前已經(jīng)被輕易地代謝。
  4.1.3研究發(fā)現(xiàn),與常規(guī)蛋白源日糧比較,單細(xì)胞蛋白日糧的可消化性降低10%~15%。原因有兩方面,一是單細(xì)胞蛋白中存在類似胞壁質(zhì)和二氨基庚二酸等真菌肽,與日糧中的蛋白成分結(jié)合,延緩了飼料的消化。二是單細(xì)胞蛋白中存在著葡聚糖、甘露聚糖等一些不可消化的成分,影響日糧干物質(zhì)的可消化性。熱處理雖可改善,但經(jīng)熱處理后的微生物活性降低,刺激消化道發(fā)酵、維生素合成和能量代謝的能力也隨之下降,單細(xì)胞蛋白飼料的另外一個(gè)問(wèn)題是氨基酸應(yīng)的不平衡。尤其酵母菌單細(xì)胞蛋白,通常富含賴氨酸,但精氨酸含量很低,可引起動(dòng)物體內(nèi)蛋白代謝和合成紊亂。加工時(shí)可向單細(xì)胞蛋白產(chǎn)品中添加適量的精氨酸來(lái)修正賴氨酸/精氨酸比例。
  4.2 前景展望
  .
  隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,保證家畜必需的蛋白飼料越來(lái)越缺乏已引起人們的高度重視。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計(jì), 在20世紀(jì)末, 全球的蛋白質(zhì)短缺量約為2500萬(wàn)噸。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道,我國(guó)蛋白質(zhì)飼料的缺口每年至少達(dá)1200萬(wàn)噸[10]。
  關(guān)于單細(xì)胞蛋白飼料的研究已有一段歷史,取得了令人矚目的研究成果和一定的經(jīng)濟(jì)效益。是當(dāng)今世界積極研究的新蛋白質(zhì)飼料資源,含動(dòng)物部分生長(zhǎng)、發(fā)育所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),能夠促進(jìn)動(dòng)物的新陳代謝,促進(jìn)家畜對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)成分的消化吸收??衫枚喾N副產(chǎn)品、廢棄物作為培養(yǎng)原料,利用各種先進(jìn)技術(shù)如基因重組技術(shù)等方法變廢為寶,例如利用工業(yè)三廢生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料,一方面可緩解蛋白質(zhì)資源的緊缺問(wèn)題,另一方面又能解決工業(yè)廢棄物造成的環(huán)境污染問(wèn)題[11],萬(wàn)海清(1999)[12]以黑曲霉、康寧木霉為出發(fā)菌株,經(jīng)紫外誘變,用纖維素等培養(yǎng)基對(duì)黑曲霉、木霉及誘變株進(jìn)行篩選,確定出黑曲霉為生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白(SCP)的優(yōu)良菌株。通過(guò)優(yōu)化條件,確定出以纖維素唯一碳源的培養(yǎng)基優(yōu)良配方及發(fā)酵條件,且達(dá)到了發(fā)酵產(chǎn)物中干菌體蛋白質(zhì)含量達(dá)38.85%,纖維素利用率達(dá)71.78%,比一般纖維質(zhì)生物蛋白飼料(含蛋白質(zhì)為15%-20%,纖維降解率在30%左右)含量高。這為開辟飼料資源,變農(nóng)林廢棄物為有用新型蛋白飼料做出了有益探索。利用工農(nóng)業(yè)下腳料生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白飼料不僅可以得到價(jià)格低廉、營(yíng)養(yǎng)豐富的蛋白飼料,而且可以減輕和消除下腳料對(duì)環(huán)境的污染,具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
  發(fā)展單細(xì)胞蛋白飼料是促進(jìn)飼料工業(yè)、發(fā)展畜牧業(yè)和保護(hù)環(huán)境的可行途徑。
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