單細(xì)胞蛋白飼料的開發(fā)與利用

1、單細(xì)胞蛋白飼料的開發(fā)與利用摘要文章概述了單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)原理,生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的微生物種類,以及單細(xì)胞蛋白的營養(yǎng)成分,介紹了單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的一般工藝,探討了單細(xì)胞蛋白飼料的應(yīng)用效果及應(yīng)用中存在的問題及解決辦法,最后展望了單細(xì)胞蛋白在飼料加工中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞單細(xì)胞蛋白飼料加工開發(fā)與利用單細(xì)胞蛋白( single cell protein 亦稱微生物蛋白、菌體蛋白,是指細(xì)菌、真菌和微藻在其生長過程中利用各種基質(zhì),在適宜的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)細(xì)胞或絲狀微生物的個(gè)體而獲得的菌體蛋白(microbialpro2tein 。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人民生活水平的提高,人類對(duì)蛋白質(zhì)尤其是營養(yǎng)價(jià)值高的動(dòng)物蛋白質(zhì)的需求愈來愈

2、多。大量的需求刺激了畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,而依靠傳統(tǒng)方式提供飼料已不能滿足迅猛增長的飼料市場(chǎng)。單細(xì)胞蛋白營養(yǎng)物質(zhì)豐富,菌體中蛋白質(zhì)含量高達(dá)40 %80 % ,其中氨基酸組分齊全,賴氨酸等必需氨基酸含量較高,同時(shí)富含維生素,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 單細(xì)胞蛋白的種類和來源目前,可用于單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的微生物的種類很多,在選擇

3、時(shí)從安全性、實(shí)用性、生產(chǎn)效率和培養(yǎng)條件等方面考慮,目前用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的微生物主要包括4 大類群,即非致病和非產(chǎn)毒的酵母菌、細(xì)菌、真菌和微藻。1. 1 酵母菌酵母菌是當(dāng)前生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的微生物類群中,最受關(guān)注的一類,也是應(yīng)用最為廣泛的一類。酵母菌蛋白含量高達(dá)60 % ,幾乎含所有的氨基酸,尤其是賴氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等必需氨基酸的含量高,而且維生素含量也比較豐富。常用的酵母菌有啤酒酵母和假絲酵母。其中假絲酵母能夠同化六碳糖和五碳糖,能忍耐高濃度的SO2 ,菌體中含有高量的蛋白質(zhì),并含有大量的賴氨酸和較多的維生素及許多微量元素。1. 2 細(xì)菌用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的細(xì)菌較多,包括光合細(xì)菌

4、和氫細(xì)菌。其原料主要為植物性纖維及石油衍生物(如甲醇和乙醇等 。與其他菌株相比,由病原菌生產(chǎn)的菌體蛋白,含有毒物質(zhì)的可能性較大,因此在加工過程中必須經(jīng)過處理,確保對(duì)食用動(dòng)物的安全。目前研究較多的細(xì)菌為紅色光合細(xì)菌和自養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌。據(jù)報(bào)道,日本生產(chǎn)的PBS 菌液作為魚類的飼料添加劑已經(jīng)形成商品化生產(chǎn)。日本海洋微生物株式會(huì)社菌種場(chǎng)用PBS 養(yǎng)魚苗,成活率從69. 3 %提高到95. 5 % ,魚苗生產(chǎn)率提高了1 倍。1. 3 真菌真菌菌絲生產(chǎn)慢,易受酵母污染,必須在無菌條件下培養(yǎng),但是真菌的收獲分離容易。目前應(yīng)用較多的有曲霉和青霉,主要利用糖蜜、酒糟、纖維類農(nóng)副產(chǎn)品下腳料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。法國1985

5、 年利用絲狀真菌將香蕉轉(zhuǎn)化為高蛋白飼料(發(fā)酵后蛋白質(zhì)含量提高67 倍 ,德國科學(xué)家采用木屑和鐮刀菌以甜菜渣為原料,獲得粗蛋白為24 %的蛋白飼料。1. 4 微藻微藻是一類分布最廣、蛋白質(zhì)含量很高的微量光合水生生物,繁殖快,光能利用率是陸生植物的十幾到二十倍。目前,全世界開發(fā)研究較多的是螺旋藻與魚腥藻。其中螺旋藻繁殖快、產(chǎn)量高,蛋白質(zhì)含量高達(dá)58.5 %71 % ,且質(zhì)量優(yōu)、核酸含量低,只占干重的2. 2 %3. 5 % ,極易被消化和吸收。2 單細(xì)胞蛋白的化學(xué)營養(yǎng)成分單細(xì)胞蛋白的化學(xué)營養(yǎng)成分因培養(yǎng)條件和微生物種類的不同而存在著差異。3 單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的一般工藝生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的一般工藝為:菌種菌

6、種擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵罐培養(yǎng)培養(yǎng)液分離菌體洗滌或水解干燥動(dòng)物飼料各菌體蛋白的生產(chǎn)工藝一般可概述為以下幾點(diǎn):3. 1 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)先在無菌室內(nèi)或超凈工作臺(tái)內(nèi)接種原種,然后轉(zhuǎn)到斜面培養(yǎng)基上培養(yǎng),再轉(zhuǎn)到三角瓶中培養(yǎng),最后由小種子罐到大種子罐。培養(yǎng)基要求含碳源單糖或分子多糖;氮源原料中蛋白質(zhì)不足時(shí)可添加硫酸銨或尿素;礦物質(zhì)過磷酸鈣和硫酸亞鐵等,也可添加一些有利于菌體生長的生長素。3. 2 滅菌所用的培養(yǎng)液以及所提供的空氣都必須滅菌,前者多采用蒸氣加熱滅菌,后者常用陶瓷多孔過濾器去除細(xì)菌。3. 3 培養(yǎng)溫度和pH 都應(yīng)適宜,通風(fēng)供氧,攪拌或翻滾料,并注意糖的濃度。3. 4 分離過濾冷卻后用高速離心機(jī)或?yàn)V布過濾。

7、在生產(chǎn)中為了使培養(yǎng)液中的養(yǎng)分得到充分利用,可將部分營養(yǎng)液連續(xù)送入分離器中,分離后的上清液回到發(fā)酵罐中循環(huán)使用。對(duì)較難分離的菌種可加入絮凝劑,以提高其凝聚力便于分離。3. 5 干燥作為動(dòng)物飼料的單細(xì)胞蛋白,一般把離心機(jī)收集的菌種經(jīng)洗滌后進(jìn)行噴霧干燥或滾筒干燥。4 單細(xì)胞蛋白應(yīng)用效果與存在問題單細(xì)胞蛋白的營養(yǎng)物質(zhì)豐富,富含動(dòng)物生長和發(fā)育所必需的各種營養(yǎng)物質(zhì),如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、礦物質(zhì)、維生素和激素,是當(dāng)今世界積極研究的新蛋白質(zhì)飼料資源。它能夠促進(jìn)動(dòng)物的新陳代謝,有利于充分發(fā)揮畜禽的生產(chǎn)潛力。研究表明,蛋雞飼料中添加3 % 7 %的酵母, 產(chǎn)蛋率提高20 %30 % ,料耗下降10 % 20

8、 %。王立梅(2002 利用淀粉副產(chǎn)物混合發(fā)酵得到的酵母菌蛋白對(duì)豬的飼喂試驗(yàn)表明,豬的抗病能力增強(qiáng),日平均增重提高了5 % ,飼料利用率提高了50 %。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中,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 %。單細(xì)胞蛋白雖然營養(yǎng)豐富,是一種新型的蛋白質(zhì)飼料資源,但是也存在許多問題。主要表現(xiàn)為:第一,核酸含量過高。細(xì)菌蛋白和酵母菌蛋白中RNA 含量分別為13 %22 % ,6 %41 % ,核酸在家畜體內(nèi)消化后形成尿酸,因家畜體內(nèi)無尿酸酶,尿酸不能分解,隨血液循環(huán)在家畜

9、體內(nèi)的關(guān)節(jié)處沉淀或結(jié)晶,從而引起痛風(fēng)癥或風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎癥。同時(shí)由于形成尿酸過程中,肝臟中嘌呤的代謝率增高,容易導(dǎo)致代謝失衡和尿結(jié)石。此種情況下,必須限制單細(xì)胞蛋白在日糧中的用量,不超過總蛋白補(bǔ)給量的15 % ,同時(shí),還應(yīng)大力發(fā)展脫核酸技術(shù),生產(chǎn)脫核酸技術(shù)單細(xì)胞蛋白。第二,某些單細(xì)胞蛋白含有對(duì)動(dòng)物身體有害的物質(zhì),尤其是細(xì)菌蛋白。因此要慎重的選擇生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的微生物基質(zhì)。第三,含單細(xì)胞蛋白的飼料,其消化率比常規(guī)蛋白質(zhì)低10 %15 % ,原因?yàn)閱渭?xì)胞蛋白中含有有毒菌肽,能與飼料蛋白質(zhì)結(jié)合,阻礙蛋白質(zhì)的消化。同時(shí),單細(xì)胞蛋白中還含有一些不能被消化的物質(zhì)如甘露聚糖,對(duì)飼料干物質(zhì)的消化起副作用。第四,飼

10、喂單細(xì)胞蛋白也可帶來氨基酸供應(yīng)不平衡的弊端。在單細(xì)胞蛋白的加工過程中可添加適量的精氨酸,使之與賴氨酸的比率合理,同時(shí)還應(yīng)添加適量蛋氨酸以彌補(bǔ)單細(xì)胞蛋白中蛋氨酸含量的不足。總之,只要合理的對(duì)單細(xì)胞蛋白的問題加以處理,就可充分發(fā)揮單細(xì)胞蛋白飼料的優(yōu)越性。5 單細(xì)胞蛋白在飼料加工中的應(yīng)用前景與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料相比,單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的突出特點(diǎn)在于能夠進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。具體表現(xiàn)為:第一,原料廣泛,可以就近取材。充分利用價(jià)格低廉的工農(nóng)業(yè)廢料、化工原料和廢料。第二,生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高。在適宜的條件下,細(xì)菌需0. 51 h ,酵母13 h 即可增殖1 倍。據(jù)估計(jì),1 頭500 kg 的牛,每天生產(chǎn)

11、蛋白質(zhì)0. 4 kg ,而質(zhì)量相同的酵母每天至少要生產(chǎn)蛋白質(zhì)500 kg ,生產(chǎn)效率提高了1 000 多倍。第三,勞動(dòng)生產(chǎn)率高。單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)不受季節(jié)氣候制約,易于人工控制,同時(shí)利用大型發(fā)酵罐立式培養(yǎng), 占地面積少。如年產(chǎn)10 萬t單細(xì)胞蛋白的工廠,1 年可產(chǎn)蛋白質(zhì)45 000 t 。大豆按1/ 15 公頃產(chǎn)計(jì),可產(chǎn)大豆200 kg ,折算為蛋白質(zhì)含量為80 kg ,因此一個(gè)單細(xì)胞蛋白所產(chǎn)的蛋白質(zhì)相當(dāng)于37 500 hm2 土地所產(chǎn)的大豆的蛋白質(zhì)量。在美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家,單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)?；a(chǎn),利潤十分可觀。目前,我國單細(xì)胞蛋白飼料的生產(chǎn)還處于發(fā)展階段,與發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距,生產(chǎn)技術(shù)有待進(jìn)一步的研究和提高。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展,尤其是對(duì)單細(xì)胞蛋白產(chǎn)生菌的遺傳改良技術(shù)的應(yīng)用,不僅能提高單細(xì)胞蛋白的產(chǎn)量而且還可提高單細(xì)胞蛋白產(chǎn)生菌的蛋白質(zhì)含量,并可獲得具有增加細(xì)胞壁脆性,提高原料轉(zhuǎn)化率的新菌株,相信我國單細(xì)胞蛋白飼料的生產(chǎn)將具有更加廣闊的發(fā)展前景。參考