酵母在飼料工業(yè)中的新應(yīng)用

文峰 · 發(fā)表于 2007-9-19 12:16:20

　　酵母菌(yeasts)是單細(xì)胞真菌，圓形、卵圓形或圓柱形，其細(xì)胞大小約為1～5μm×5～30μm，最長可達(dá)100μm。酵母細(xì)胞含豐富的蛋白質(zhì)，氨基酸以及多種維生素，尤其是B族維生素以及各種消化酶類，在飼料工業(yè)中酵母主要作為蛋白質(zhì)飼料使用，最早是用作反芻動(dòng)物的蛋白質(zhì)補(bǔ)充飼料(Carrer等，1944)。隨著科學(xué)的進(jìn)步，特別是現(xiàn)代生物工程技術(shù)的飛速發(fā)展，人們除了生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白作為優(yōu)質(zhì)飼料蛋白外，還利用不同的酵母以及不同的加工方法研制成對動(dòng)物有不同功效的多種飼料添加劑。一般說來，適用于飼料的有產(chǎn)阮假絲酵母、熱帶假絲酵母、啤酒酵母、酶脂假絲酵母、葡萄酒酵母、巴氏酵母、生香酵母和白地霉等。
　　1優(yōu)質(zhì)的單細(xì)胞蛋白飼料
　　隨著畜牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，畜禽必需的蛋白質(zhì)飼料越來越缺乏。1980年全世界的畜牧業(yè)所需蛋白質(zhì)為4.3億噸，而到1990年這個(gè)數(shù)字超過5.24億噸，到2000年這個(gè)數(shù)字已超過9億噸。因此，許多國家都已建立起單細(xì)胞蛋白的新產(chǎn)業(yè)。飼料酵母單細(xì)胞蛋白，是指用作飼料的酵母單細(xì)胞蛋白。酵母菌體蛋白的營養(yǎng)價(jià)值很高，飼料酵母干物質(zhì)中蛋白質(zhì)含量可高達(dá)50%，其賴氨酸含量比大豆還高，接近動(dòng)物蛋白，色氨酸含量比大豆高7倍以上(張力，2000)，還含有B族維生素、礦物質(zhì)以及其它生理活性物質(zhì)，是一種多維高蛋白活性酵母飼料，而一直作為單細(xì)胞蛋白被廣泛使用。生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，目前多用假絲酵母、得巴利酵母、球擬酵母和紅酵母來生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。利用酵母生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白(SCP)，生產(chǎn)速度快，周期短。接種酵母1～3h后可繁殖一代。
　　酵母不但可大幅提高飼料原料的蛋白質(zhì)水平，酵母菌還含有豐富的酶類，如胃蛋白酶、淀粉酶等，消化率高，一般消化率可達(dá)80%～90%。酵母發(fā)酵飼料能促進(jìn)微生物繁殖，提高消化率，促進(jìn)增重，提高飼料報(bào)酬。應(yīng)用酵母發(fā)酵飼料配制日糧時(shí)，要考慮氨基酸平衡，特別是賴氨酸、蛋氨酸等限制性氨基酸的含量要滿足動(dòng)物的營養(yǎng)需要。隨著微生物工程和發(fā)酵工程的發(fā)展，酵母越來越被廣泛用于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料的生產(chǎn)。
　　2飼料酶添加劑
　　2.1 飼料酶添加劑的應(yīng)用
　　酵母細(xì)胞壁裂解后可產(chǎn)生多種酶類，活的酵母細(xì)胞也可胞外分泌多種酶，如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等。因而，酵母可加強(qiáng)對營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用，促進(jìn)畜禽生長，增進(jìn)其食欲，增強(qiáng)抵抗疾病和抗應(yīng)激的能力。
　　李承開等(1998)生產(chǎn)RC飼料酵母含有較高比例的活性酵母細(xì)胞、消化酶(淀粉酶17mg/g，蛋白酶168GDU/g)，可促進(jìn)動(dòng)物對飼料的消化、吸收;提高飼料的轉(zhuǎn)化率。試驗(yàn)表明，在豬的日糧中添加RC飼料酵母1.48%或2.96%，可促進(jìn)豬的生長發(fā)育，并提高飼料轉(zhuǎn)化率。江永才(2004)以酵母培養(yǎng)物、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶、酸性蛋白酶等為主要組成成分的“JW活菌酶”在仔豬非常規(guī)飼料(15%次粉、5%麥麩替代20%的玉米)中添加0.1%時(shí)，日增重比對照組提高14.3%，比酶制劑組提高4.35%、飼料利用率比對照組提高3.8%～7.5%，比市售酶制劑組提0.4%;在仔豬常規(guī)飼料中添加0.1%的JW活菌酶試驗(yàn)組比對照組日增重提高8.5%，飼料報(bào)酬提高6%;在蛋禽濃縮料中添加0.1%的JW活菌酶，試驗(yàn)組比對照組產(chǎn)蛋率提高0.43%，飼料利用率提高6.38%。王越等(2004)利用篩選到的克魯斯假絲酵母(Candida Krusei)WZ-001所產(chǎn)的植酸酶水解豆粕和麩皮中的植酸，模擬動(dòng)物胃腸pH環(huán)境，對克魯斯假絲酵母WZ-001植酸酶和2種與其酶活相同的商品酶降解飼料中的植酸脫磷的能力進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：WZ-00l植酸酶水解飼料植酸10h時(shí)釋放的無機(jī)磷量是原游離磷的4.89倍，植酸水解率為67%，均高于酶活相同的2種商品酶。
　　2.2 飼料酶添加劑的新進(jìn)展
　　微生物能產(chǎn)生多種可用作飼料添加的酶，但一般天然菌株產(chǎn)酶量很低，直接用其生產(chǎn)，成本較高，于是人們開始構(gòu)建基因工程菌以提高酶產(chǎn)量，進(jìn)而大規(guī)模生產(chǎn)。酵母可作為生物反應(yīng)器來進(jìn)行多種酶的生產(chǎn)。酵母是生產(chǎn)真核異源蛋白的宿主菌，易于遺傳操作，兼有原核生物生長特性及真核蛋白的翻譯后加工修飾特點(diǎn)。而且近年來，隨著發(fā)酵方法的完備和甲醇調(diào)節(jié)型啟動(dòng)子的出現(xiàn)，畢氏酵母以其獨(dú)特的優(yōu)勢和潛力得到廣泛利用。其能以甲醇為碳源，生長快，能達(dá)到很高的細(xì)胞濃度，是外源蛋白的理想表達(dá)整體。適于表達(dá)胞內(nèi)或胞外外源蛋白，且具有高穩(wěn)定性。適應(yīng)性強(qiáng)，易于處理，可以在廉價(jià)的非選擇性培養(yǎng)基中生長，還可進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后修飾。由于該表達(dá)系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，人們越來越多地研究利用它作為外源基因的表達(dá)系統(tǒng)來生產(chǎn)目的飼料酶。
　　吳曉萍等(1999)將黑曲霉糖化酶GAIcDNA與大麥α-淀粉酶基因?qū)脶劸平湍窯RF18，獲得酵母基因工程菌，使α-淀粉酶、糖化酶基因得到高效表達(dá)。王紅寧等(2001)以甲醇酵母為表達(dá)系統(tǒng)使黑曲霉N25植酸酶phyA基因高效表達(dá)，表達(dá)量是出發(fā)菌株黑曲霉的近70倍(35 646.7U/ml：513.4U/ml)，酶作用最適溫度為55℃，最適pH為4.6，在pH 5.5～5.6范圍內(nèi)均具較高的酶活性，pH耐受性較好。姚斌等(2000)發(fā)現(xiàn)重組甲醇酵母中表達(dá)的A.niger 963的植酸酶與天然植酸酶的酶具有正常的生物學(xué)活性，其表達(dá)量卻大大提高。還有大量的研究表明使用酵母工程菌來生產(chǎn)植酸酶是很具發(fā)展前景的(葉冰，2002;彭日荷，2002;羅惠穎，2004;王亞茹，2004)。王金華等(2003)在克隆、表達(dá)了黑曲霉(Aspergillus niger N402)酸性木聚糖酶基因的基礎(chǔ)之上，使該基因在巴斯德畢氏酵母(Pichia pastoris SMD1168)中表達(dá)，實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的基因工程菌所產(chǎn)的木聚糖酶最適作用pH值為4.0，在pH值2.0～5.5之間基本穩(wěn)定，最適溫度為37℃，耐熱性較好，適合動(dòng)物消化道的生理?xiàng)l件。酵母作為基因工程菌在飼料資源開發(fā)和利用方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　3酵母作為益生素
　　酵母屬于真菌類，不是人和動(dòng)物腸道的固有菌，但可以產(chǎn)生多種消化酶類，可以在消化道內(nèi)代謝。作為益生素使用的酵母則是以活細(xì)胞的形式，通常為酵母培養(yǎng)物(Yeast Culture, YC)。酵母培養(yǎng)物在飼料工業(yè)中的應(yīng)用，有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗炔粫?huì)干擾抗生素的作用，又可以增加飼料的穩(wěn)定性，作為消化劑還有助于提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用。曾正清等(2 001)研究了不同添加水平的酵母飼料對肉仔雞腸道主要微生物及免疫機(jī)能的影響，發(fā)現(xiàn)在日糧中添加2%的酵母飼料能提高肉仔雞的體增重，增加胸腺小葉數(shù)，增強(qiáng)肉仔雞免疫功能;添加1%、2%的酵母飼料能夠降低糞便中、盲腸食糜中大腸桿菌的數(shù)量，增加乳酸桿菌的數(shù)量。Pagan(1989)研究，酵母可提高非反芻家畜對磷的利用率。證明酵母能在消化道后段存活，并可促進(jìn)植酸酶的產(chǎn)生。Pogna(1990)發(fā)現(xiàn)飼喂酵母添加劑的馬，其磷酸植酸鹽的消化吸收能力提高。他認(rèn)為，這種活性與酵母培養(yǎng)物能通過影響消化道中微生物區(qū)系而影響植酸酶活性和增加腸后段礦物質(zhì)的吸收。
　　梁新樂等(2003)以酶解玉米芯原料、以能產(chǎn)生蝦青素的法夫酵母作為生產(chǎn)菌[一種類胡蘿卜素，可作為飼料營養(yǎng)強(qiáng)化劑，還具有高度淬滅單重態(tài)氧(1O2)和消除自由基的作用，增強(qiáng)機(jī)體免疫力(朱明軍，2000;William，1995;William，1993;Toshiki，1995)]，來生產(chǎn)高營養(yǎng)品質(zhì)的酵母飼料。
　　目前使用的菌種主要是芽抱桿菌和乳酸菌及其混合物。由于抗生素的使用受到限制，這種天然飼料添加劑的使用必將受到人們的重視。
　　4酵母細(xì)胞壁
　　酵母細(xì)胞壁是一種全新、天然、綠色添加劑，其產(chǎn)品淡黃色，粉末狀，無苦味。它是生產(chǎn)啤酒酵母過程中由可溶性物質(zhì)提取的一種特殊的副產(chǎn)品，占整個(gè)細(xì)胞干重的20%～30%。它在維持細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞與細(xì)胞間的識(shí)別中起重要作用。酵母細(xì)胞壁活性成分主要由β-葡聚糖(57.0%)、甘露寡糖(6.6%)、糖蛋白(22.0%)和幾丁質(zhì)組成，其它成分如蛋白質(zhì)、核酸、類脂和灰分占其干重的20.0%以下。酵母細(xì)胞壁物質(zhì)在酸解過程中較穩(wěn)定，其碎片能完好無損地通過胃或皺胃。酵母細(xì)胞壁可作為一種免疫促進(jìn)劑，通過激發(fā)和增強(qiáng)機(jī)體免疫力，改善動(dòng)物健康來提高生產(chǎn)性能，尤其是能充分發(fā)揮幼齡動(dòng)物的生長潛力。其功能主要由甘露寡糖和β-葡聚糖來發(fā)揮。甘露寡糖能吸附腸道病原菌，調(diào)節(jié)非免疫防御機(jī)制;激活機(jī)體體液和細(xì)胞免疫，調(diào)節(jié)免疫防御機(jī)制;對霉菌毒素有一定的吸附作用。酵母細(xì)胞壁適用于各種動(dòng)物飼料，特別是在水產(chǎn)動(dòng)物和斷奶仔豬飼料中效果顯著，國外已普通使用酵母細(xì)胞壁，目前國內(nèi)也備受關(guān)注。
　　5有機(jī)微量元素
　　在酵母培養(yǎng)過程中加入金屬的無機(jī)鹽，使金屬離子以有機(jī)離子的形式在酵母中富集。用礦物質(zhì)所強(qiáng)化的酵母細(xì)胞，礦物質(zhì)元素均是以離子或分子形式同蛋白質(zhì)結(jié)合成穩(wěn)定的有機(jī)體，消除了無機(jī)金屬鹽的特有氣味;單胃和復(fù)胃動(dòng)物對酵母菌體蛋白質(zhì)結(jié)合的礦物質(zhì)元素，均比無機(jī)鹽元素更易吸收;結(jié)合在酵母細(xì)胞蛋白質(zhì)分子中的有機(jī)金屬離子，能在瘤胃里被瘤胃微生物分解由前胃吸收，或直接進(jìn)入小腸被腸內(nèi)消化酶水解而吸收;酵母中的有機(jī)礦物質(zhì)元素比無機(jī)礦物質(zhì)元素利用性也更好(李有業(yè)，1999)。
　　目前畜牧業(yè)上用酵母生產(chǎn)的有機(jī)微量元素主要有鉻和硒。研究表明硒酵母具有毒性低和利用好的特點(diǎn)(Spallholz，1987; Mcycrs，1981; Wang，1980; Morris，1987; Vinson，1987a、b)，且營養(yǎng)豐富，含各種氨基酸和B族維生素，是最具開發(fā)和應(yīng)用前景的有機(jī)硒源。富鉻酵母是將酵母細(xì)胞培養(yǎng)在含三價(jià)鉻的培養(yǎng)基中，通過生物轉(zhuǎn)化的方式，將無機(jī)鉻轉(zhuǎn)化成有機(jī)鉻，從而提高鉻在機(jī)體內(nèi)吸收利用率，降低其毒副作用?？商岣邉?dòng)物的抗應(yīng)激能力，影響免疫反應(yīng)，還可提高飼料的利用率，促進(jìn)生長，提高胴體品質(zhì)，提高繁殖性能(郝瑞榮，2003;詹凱，2003;黃志堅(jiān)，2002)。
　　6其它
　　阿氏假囊酵母(Eremotheciuma shbyu)還用于維生素B12的工業(yè)生產(chǎn);卡爾斯伯酵母則是維生素D最好的產(chǎn)生菌;在以石油原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸主要使用酵母菌，特別是解脂假絲酵母(Candida lipolytica);用從完整的酵母細(xì)胞(去苦味釀酒酵母或原培面包酵母)中獲得的酵母提取物和自溶產(chǎn)物作為增味劑。酵母提取物是各種胞內(nèi)成分;酵母自溶物則是指破壁的或溶解的酵母細(xì)胞，含有細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和細(xì)胞壁。兩者均含有能增強(qiáng)味覺的5-核苷酸和谷氨酸。王友明等(2003)還研究了酵母核酸對肉雞肉質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)酵母核酸可提高肉雞胸肌粗蛋白含量，降低粗脂肪含量。還有學(xué)者利用酵母工程菌來表達(dá)抗菌肽基因(溫劉發(fā)，2001;張素芳，2004;陳海旭，2002;黃亞東，2002)，也很具有發(fā)展前景。