單細(xì)胞蛋白飼料的開發(fā)與利用

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　　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)胞蛋白的類型和來源，在動物生產(chǎn)上飼喂效果，最后說明了存在的問題，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越高。為了滿足這種需求，我國正在大力發(fā)展畜牧業(yè)，因此對飼料的需求量也越來越大。目前，飼料主要來自農(nóng)作物，但我國人口眾多，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，已成為世界各國畜禽發(fā)展的一大障礙。這就要求開辟新的飼料來源。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%,在有蛋氨酸添加時可利用氮甚至能超過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)營養(yǎng)價值高，且含豐富維生素、未知因子，能促進(jìn)動物的生長，因此，單細(xì)胞蛋白可稱得上是一種全價的蛋白質(zhì)飼料，可部分代替魚粉飼喂動物。
　　1.2 原材料來源廣泛
　　生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料的原料來源很廣，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/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 生長速度快
　　單細(xì)胞生物世代周期短，生長繁殖速度快，在良好的條件下，微生物干物質(zhì)產(chǎn)量在2-4小時內(nèi)可增加一倍以上，與動植物生長速度相比，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間比牛、豬、雞等快千倍、萬倍。有人估計，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間
　　生物種類 重量倍增時間
　　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。過程易于控制。
　　2單細(xì)胞蛋白飼料的類型和來源
　　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)人市場前必須經(jīng)過處理，以確保對食用動物安全無害。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，英國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，并在2-3小時內(nèi)增殖。真菌SCP通過分離、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，可在加工過程中添加0.2%蛋氨酸加以解決。經(jīng)過處理的真菌SCP的生物學(xué)價值可提高到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。
　　在加工過程中，菌體首先通過水解以釋放核酸，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已有很長歷史。有關(guān)藻類SCP的研究主要集中在反芻動物上，而對于家禽和非反芻動物則極少。這主要是由于藻類不易消化和代謝。最近，有研究試圖通過對藻類進(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)。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)胞蛋白飼料在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用
　　目前，我國在豬雞配合飼料中開始使用單細(xì)胞蛋白飼料，主要用來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肥育豬，增重為0.615kg，對照組增重0.600kg，料重比分別為2.78和3.17，比對照組利用率高12.09%。說明用單細(xì)胞蛋白可以起到替代部分魚粉的效果。
　　葉長興(1995)[6]在浙江嘉善雜交生長豬的日糧中分別按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)果與對照組相比，雞產(chǎn)蛋率(試驗組72.76 %對照組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，泌乳量分別提高6.12%，16.56%，乳牛其乳脂率和無脂固形物均呈下降趨勢。
　　3. 4 水產(chǎn)動物 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可比擬的優(yōu)勢，[9]有關(guān)試驗表明使用單細(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)胞蛋白存在的問題及應(yīng)用前景
　　4.1 問題
　　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。因此在動物生產(chǎn)中配合飼料時必須掌握好單細(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，可能對動物有害。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。在甲醇基生物中可能含有的痕量有毒化合物，能在動物的脂肪組織中被分解，在體內(nèi)還沒有表現(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問題是氨基酸應(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，可引起動物體內(nèi)蛋白代謝和合成紊亂。加工時可向單細(xì)胞蛋白產(chǎn)品中添加適量的精氨酸來修正賴氨酸/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越缺乏已引起人們的高度重視。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計, 在20世紀(jì)末, 全球的蛋白質(zhì)短缺量約為2500萬噸。據(jù)有關(guān)資料報道,我國蛋白質(zhì)飼料的缺口每年至少達(dá)1200萬噸[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,含動物部分生長、發(fā)育所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，能夠促進(jìn)動物的新陳代謝，促進(jìn)家畜對飼料營養(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)資源的緊缺問題，另一方面又能解決工業(yè)廢棄物造成的環(huán)境污染問題[11]，萬海清(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格低廉、營養(yǎng)豐富的蛋白飼料，而且可以減輕和消除下腳料對環(huán)境的污染，具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
　　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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好資料，學(xué)習(xí)了