1、單細胞蛋白飼料的開發與利用摘要文章概述了單細胞蛋白生產原理,生產單細胞蛋白的微生物種類,以及單細胞蛋白的營養成分,介紹了單細胞蛋白生產的一般工藝,探討了單細胞蛋白飼料的應用效果及應用中存在的問題及解決辦法,最后展望了單細胞蛋白在飼料加工中的應用前景。關鍵詞單細胞蛋白飼料加工開發與利用單細胞蛋白( single cell protein 亦稱微生物蛋白、菌體蛋白,是指細菌、真菌和微藻在其生長過程中利用各種基質,在適宜的培養條件下培養細胞或絲狀微生物的個體而獲得的菌體蛋白(microbialpro2tein 。隨著經濟的發展,人民生活水平的提高,人類對蛋白質尤其是營養價值高的動物蛋白質的需求愈來愈

2、多。大量的需求刺激了畜牧業和養殖業的發展,而依靠傳統方式提供飼料已不能滿足迅猛增長的飼料市場。單細胞蛋白營養物質豐富,菌體中蛋白質含量高達40 %80 % ,其中氨基酸組分齊全,賴氨酸等必需氨基酸含量較高,同時富含維生素,可作為維生素的替代品。與豆粉相比,單細胞蛋白的蛋白質含量高出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(如農副產品下腳料和工業廢液等 開發和推廣微生物生產單細胞蛋白成為補充飼料蛋白質來源不足的重要途徑,意義十分重大。1 單細胞蛋白的種類和來源目前,可用于單細胞蛋白生產的微生物的種類很多,在選擇

3、時從安全性、實用性、生產效率和培養條件等方面考慮,目前用于生產單細胞蛋白的微生物主要包括4 大類群,即非致病和非產毒的酵母菌、細菌、真菌和微藻。1. 1 酵母菌酵母菌是當前生產單細胞蛋白的微生物類群中,最受關注的一類,也是應用最為廣泛的一類。酵母菌蛋白含量高達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,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 細菌用于生產單細胞蛋白的細菌較多,包括光合細菌

4、和氫細菌。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,由病原菌生產的菌體蛋白,含有毒物質的可能性較大,因此在加工過程中必須經過處理,確保對食用動物的安全。目前研究較多的細菌為紅色光合細菌和自養產堿桿菌。據報道,日本生產的PBS 菌液作為魚類的飼料添加劑已經形成商品化生產。日本海洋微生物株式會社菌種場用PBS 養魚苗,成活率從69. 3 %提高到95. 5 % ,魚苗生產率提高了1 倍。1. 3 真菌真菌菌絲生產慢,易受酵母污染,必須在無菌條件下培養,但是真菌的收獲分離容易。目前應用較多的有曲霉和青霉,主要利用糖蜜、酒糟、纖維類農副產品下腳料生產單細胞蛋白。法國1985

5、 年利用絲狀真菌將香蕉轉化為高蛋白飼料(發酵后蛋白質含量提高67 倍 ,德國科學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,全世界開發研究較多的是螺旋藻與魚腥藻。其中螺旋藻繁殖快、產量高,蛋白質含量高達58.5 %71 % ,且質量優、核酸含量低,只占干重的2. 2 %3. 5 % ,極易被消化和吸收。2 單細胞蛋白的化學營養成分單細胞蛋白的化學營養成分因培養條件和微生物種類的不同而存在著差異。3 單細胞蛋白生產的一般工藝生產單細胞蛋白的一般工藝為:菌種菌

6、種擴大培養發酵罐培養培養液分離菌體洗滌或水解干燥動物飼料各菌體蛋白的生產工藝一般可概述為以下幾點:3. 1 菌種擴大培養先在無菌室內或超凈工作臺內接種原種,然后轉到斜面培養基上培養,再轉到三角瓶中培養,最后由小種子罐到大種子罐。培養基要求含碳源單糖或分子多糖;氮源原料中蛋白質不足時可添加硫酸銨或尿素;礦物質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菌。3. 3 培養溫度和pH 都應適宜,通風供氧,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或濾布過濾。

7、在生產中為了使培養液中的養分得到充分利用,可將部分營養液連續送入分離器中,分離后的上清液回到發酵罐中循環使用。對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 干燥作為動物飼料的單細胞蛋白,一般把離心機收集的菌種經洗滌后進行噴霧干燥或滾筒干燥。4 單細胞蛋白應用效果與存在問題單細胞蛋白的營養物質豐富,富含動物生長和發育所必需的各種營養物質,如蛋白質、碳水化合物、脂肪、礦物質、維生素和激素,是當今世界積極研究的新蛋白質飼料資源。它能夠促進動物的新陳代謝,有利于充分發揮畜禽的生產潛力。研究表明,蛋雞飼料中添加3 % 7 %的酵母, 產蛋率提高20 %30 % ,料耗下降10 % 20

8、 %。王立梅(2002 利用淀粉副產物混合發酵得到的酵母菌蛋白對豬的飼喂試驗表明,豬的抗病能力增強,日平均增重提高了5 % ,飼料利用率提高了50 %。在水產養殖中,陳新喜(2000 等研究發現,用螺旋藻飼喂網箱鯉魚, 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 %。單細胞蛋白雖然營養豐富,是一種新型的蛋白質飼料資源,但是也存在許多問題。主要表現為:第一,核酸含量過高。細菌蛋白和酵母菌蛋白中RNA 含量分別為13 %22 % ,6 %41 % ,核酸在家畜體內消化后形成尿酸,因家畜體內無尿酸酶,尿酸不能分解,隨血液循環在家畜

9、體內的關節處沉淀或結晶,從而引起痛風癥或風濕性關節炎癥。同時由于形成尿酸過程中,肝臟中嘌呤的代謝率增高,容易導致代謝失衡和尿結石。此種情況下,必須限制單細胞蛋白在日糧中的用量,不超過總蛋白補給量的15 % ,同時,還應大力發展脫核酸技術,生產脫核酸技術單細胞蛋白。第二,某些單細胞蛋白含有對動物身體有害的物質,尤其是細菌蛋白。因此要慎重的選擇生產單細胞蛋白的微生物基質。第三,含單細胞蛋白的飼料,其消化率比常規蛋白質低10 %15 % ,原因為單細胞蛋白中含有有毒菌肽,能與飼料蛋白質結合,阻礙蛋白質的消化。同時,單細胞蛋白中還含有一些不能被消化的物質如甘露聚糖,對飼料干物質的消化起副作用。第四,飼

10、喂單細胞蛋白也可帶來氨基酸供應不平衡的弊端。在單細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,同時還應添加適量蛋氨酸以彌補單細胞蛋白中蛋氨酸含量的不足。總之,只要合理的對單細胞蛋白的問題加以處理,就可充分發揮單細胞蛋白飼料的優越性。5 單細胞蛋白在飼料加工中的應用前景與傳統農業生產蛋白質飼料相比,單細胞蛋白生產的突出特點在于能夠進行大規模工業化生產。具體表現為:第一,原料廣泛,可以就近取材。充分利用價格低廉的工農業廢料、化工原料和廢料。第二,生產周期短、生產效率高。在適宜的條件下,細菌需0. 51 h ,酵母13 h 即可增殖1 倍。據估計,1 頭500 kg 的牛,每天生產

11、蛋白質0. 4 kg ,而質量相同的酵母每天至少要生產蛋白質500 kg ,生產效率提高了1 000 多倍。第三,勞動生產率高。單細胞蛋白生產不受季節氣候制約,易于人工控制,同時利用大型發酵罐立式培養, 占地面積少。如年產10 萬t單細胞蛋白的工廠,1 年可產蛋白質45 000 t 。大豆按1/ 15 公頃產計,可產大豆200 kg ,折算為蛋白質含量為80 kg ,因此一個單細胞蛋白所產的蛋白質相當于37 500 hm2 土地所產的大豆的蛋白質量。在美國、德國、日本等發達國家,單細胞蛋白生產已經進入大規模化生產,利潤十分可觀。目前,我國單細胞蛋白飼料的生產還處于發展階段,與發達國家相比還存在一定的差距,生產技術有待進一步的研究和提高。隨著生物技術的不斷發展,尤其是對單細胞蛋白產生菌的遺傳改良技術的應用,不僅能提高單細胞蛋白的產量而且還可提高單細胞蛋白產生菌的蛋白質含量,并可獲得具有增加細胞壁脆性,提高原料轉化率的新菌株,相信我國單細胞蛋白飼料的生產將具有更加廣闊的發展前景。參考