单细胞蛋白饲料的开发与利用

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　　单细胞蛋白饲料的开发与利用

　　刘建静 杨曙明

　　摘要 本文概述了单细胞蛋白饲料的优点，单细胞蛋白的类型和来源，在动物生产上饲喂效果，最后说明了存在的问题，展望其应用前景。
　　关键词 单细胞蛋白饲料 开发利用
　　随着人民生活水平的大幅度提高，人们的饮食结构发生了很大变化，其中乳、肉、蛋等畜产品在食物中所占比例越来越高。为了满足这种需求，我国正在大力发展畜牧业，因此对饲料的需求量也越来越大。目前，饲料主要来自农作物，但我国人口众多，耕地面积有限，人均占有粮食总量低，不能满足畜牧业发展的需要，在饲料中，蛋白质饲料的紧缺更为突出，已成为世界各国畜禽发展的一大障碍。这就要求开辟新的饲料来源。利用工业废物发酵生产单细胞蛋白，是解决这一难题的可行出路。
　　单细胞蛋白(Single Cell Protein,SCP)是通过培养单细胞生物而获得的菌体蛋白，蛋白质含量一般可以占到细胞干重的40%-60%，且氨基酸组分齐全，赖氨酸等必需氨基酸含量较高,并含丰富维生素、活性因子，可作为维生素的替代品，与豆粉相比,单细胞蛋白的蛋白质含量高出10%-20%,可利用的氮比大豆高20%,在有蛋氨酸添加时可利用氮甚至能超过95%，因此,利用非食用资源和废弃资源(如农副产品下脚料和工业废液等)开发和推广微生物生产单细胞蛋白成为补充饲料蛋白质来源不足的重要途径,意义十分重大。[1-2]
　　1单细胞蛋白饲料的优点
　　1.1 蛋白质含量丰富
　　单细胞蛋白质含量一般在40%以上，细菌含蛋白质50-80%，酵母菌含蛋白质40-60%，藻类含蛋白质40-50%，霉菌含蛋白质20-30%。其中氨基酸的含量齐全，比一般蛋白质营养价值高，且含丰富维生素、未知因子，能促进动物的生长，因此，单细胞蛋白可称得上是一种全价的蛋白质饲料，可部分代替鱼粉饲喂动物。
　　1.2 原材料来源广泛
　　生产单细胞蛋白饲料的原料来源很广，工业废液，如酿酒工业副产品、淀粉工业副产品 、味精工业副产品、柠檬酸工业副产品。农业副产品，如糖渣、果渣、淀粉渣、饼粕，阮南(2003)[3]以柠檬酸渣为原料，采用混合菌固态发酵生产单细胞蛋白饲料，提高了柠檬酸渣的适口性和香味，且活菌细胞数达到45亿个/g，粗蛋白37.8%。微型藻类，作饲料的藻类有螺旋藻和小球藻等单细胞藻类，其中以钝顶螺旋藻和极大螺旋藻最为理想，蛋白质含量一般为60-70%。
　　1.3 生长速度快
　　单细胞生物世代周期短，生长繁殖速度快，在良好的条件下，微生物干物质产量在2-4小时内可增加一倍以上，与动植物生长速度相比，其富集蛋白质能力远远高于前者。从表1中可以看出细菌、酵母等微生物的倍增时间比牛、猪、鸡等快千倍、万倍。有人估计，一头500kg的公牛每天能产蛋白质大约0.4kg。而500kg酵母菌每天至少生产蛋白质5000kg。因此从生产速度考虑，以工业方式生产单细胞蛋白能比较快地提高饲料蛋白的产量。
　　表1[4]：各种生物体重量倍增时间
　　生物种类 重量倍增时间
　　细菌 20-120分
　　酵母 40-120分
　　植物 1-2周
　　鸡 2-4周
　　猪 4-6周
　　牛 1-2月
　　1.4不受季节和气候条件的影响
　　单细胞蛋白的生产不受季节和气候、土壤、自然灾害的影响可以在工厂里进行，与传统的农业生产方式相比，可以节省耕地、人力和能源。过程易于控制。
　　2单细胞蛋白饲料的类型和来源
　　2.1细菌
　　用于生产SCP的细菌较多。这些细菌有的是以植物性原料如纤维素为主，有的则利用石油衍生物如甲醇、乙醇等。有些病原菌如M. tuberculosi和大肠杆菌也用于生产SCP。与其它菌株相比这种细菌生产的SCP富含赖氨酸和蛋氨酸。但这些由病原菌生产的菌体蛋白在进人市场前必须经过处理，以确保对食用动物安全无害。目前，以甲醇培养基生产的SCP最多。这可是于甲醇易溶于水，而且易分离纯化而不含芳香簇成分和碳氢化合物。最近，英国ICI公司melhylotrophus细菌在含甲醇的培养基中生产SCP,其产品蛋白质含量达85%，年产量为10万吨。
　　2.2真菌
　　真菌如曲霉和青霉也用于生产SCP，主要利用谷物、糖蜜、土豆及纤维类副产物。其他菌株如Peziza audrinica则利用家禽下脚料和牛粪生产SCP。这些特殊菌株在范围的pH值、渗透压及温度条件下也能快速生长，并在2-3小时内增殖。真菌SCP通过分离、干燥后可直接或以颗粒形式添加到畜禽日粮中。真菌菌体蛋白质含量为30%-60%，但缺乏蛋氨酸，可在加工过程中添加0.2%蛋氨酸加以解决。经过处理的真菌SCP的生物学价值可提高到95%或更高。
　　2.3酵母菌
　　饲料酵母应用广泛，将酵母菌繁殖在适当的工农业副产品上而制成的一种饲料，称为饲料酵母，工业上生产常用的酵母菌：
　　2.3.1 啤酒酵母菌 可用于原糖蜜培养，作为酵母饲料。
　　2.3.2 产朊假丝酵母菌 它能利用造纸工业的亚硫酸纸浆原液、木材水解液，等生产人畜可食用的酵母。
　　2.3.3 热带假丝酵母
　　用农副产品和工业原料也可培养它做饲料酵母。这些菌株产生的微生物菌体蛋白质含量16%-20%，并含较高钙、磷,B族维生素和糖原，易于消化和代谢。
　　在加工过程中，菌体首先通过水解以释放核酸，再用蛋氨酸及香味剂处理。
　　2.4藻类
　　用藻类(如chlorella和Scenedesmus)生产SCP已有很长历史。有关藻类SCP的研究主要集中在反刍动物上，而对于家禽和非反刍动物则极少。这主要是由于藻类不易消化和代谢。最近，有研究试图通过对藻类进行遗传选育及水解等方法提高其消化率，或者把藻类作为发酵底物添加到培养基中供其他微生物合成蛋白质。目前，这项研究已取得部分成功，经选育的藻类蛋白质高达50%～60%(特别是当培养基中富含含硫氨基酸时)。此外，这种藻类还含大量类胡萝卜素和叶黄素，这两种物质对蛋的产量和质量均起重要作用。
　　3单细胞蛋白饲料在动物生产中的应用
　　目前，我国在猪鸡配合饲料中开始使用单细胞蛋白饲料，主要用来替代鱼粉等比较紧缺的蛋白质原料。
　　3.1 猪 猪配合饲料中使用10 %-30%的单细胞蛋白饲料，可大大地提高其生长速度及饲料利用率，有效地降低饲养成本。屈广坡等人(1994)[5]用含单细胞蛋白饲料的配合饲料代替鱼粉饲喂生长肥育猪，增重为0.615kg，对照组增重0.600kg，料重比分别为2.78和3.17，比对照组利用率高12.09%。说明用单细胞蛋白可以起到替代部分鱼粉的效果。
　　叶长兴(1995)[6]在浙江嘉善杂交生长猪的日粮中分别按4%,3%,2%和0的比例添加味精渣单细胞蛋白饲料饲喂试验的结果表明:3%味精渣单细胞蛋白饲料的饲喂效果最好，平均日增重和饲料转换率分别为699.9 15 g和3.54:1，与对照组比较，差异极显著有关资料表明，单细胞饲料饲喂动物可以起到很好的效果。
　　3.2 禽 用pruteen(利用甲烷分枝杆菌在甲醇培养基中生产出来一种商业形式的单细胞蛋白)替代7%的大豆粉饲养肉鸡，与仅用大豆粉作为蛋白补给的对照组比较，体重增加量和饲料利用率均有所提高。用同样的产品替代12%的蛋白补给剂来饲养产蛋鸡，产蛋量和发育均得到改善 [1]李在东等人(1993)[7]在育成鸡配合饲料中添加4%的148A活性酵母粉，以取代原日粮中3%的豆粕和1%的进口鱼粉;在成年产蛋鸡配合饲料中添加5%的148A活性酵母粉，以取代原日粮中4%的豆粕和1%的进口鱼粉。结果与对照组相比，鸡产蛋率(试验组72.76 %对照组71.4%),料蛋比(2. 90,2. 93)、育成鸡耗料量( 4. 42 , 4. 40千克/只)均无明显差异，显著地提高了成活率(P〈0.01〉，成本则分别降低了0.038、0. 042元/千克。蛋鸡用单细胞蛋白饲料部分或全部替代产蛋鸡配合饲料中的鱼粉及其它蛋白质补充料是可行的。
　　3.3 牛 吴晋强(1999)[8]用单细胞蛋白饲料取代日粮粮精料补充料中的大豆饼7.6% ，15.2%进行词养试验，泌乳量分别提高6.12%，16.56%，乳牛其乳脂率和无脂固形物均呈下降趋势。
　　3. 4 水产动物 单细胞蛋白饲料在水产养殖中具有一般蛋白饲料无可比拟的优势，[9]有关试验表明使用单细胞蛋白饲料后，鲤鱼单产提高15.8%，饲料成本降低10%。陈新喜(2000)等研究发现，用螺旋藻饲喂网箱鲤鱼.可增重12.4%，鱼肉粗蛋白含量提高3.14%，含脂率下降4.86%可食部分比例提高5.1%。
　　4 单细胞蛋白存在的问题及应用前景
　　4.1 问题
　　4.1.1 单细胞蛋白富含RNA。细菌蛋白中RNA含量为13%-22% ,酵母蛋白中RNA含量为6%-41%。由于核酸含量高，肝脏中嘌呤代谢速度加快，结果产生大量的尿酸，可引起尿结石和其它代谢疾病。因此在动物生产中配合饲料时必须掌握好单细胞蛋白产品在日粮中所占的的比例，这些问题便可得到部分缓解。
　　4.1.2 石油衍生物培养基上的单细胞蛋白，可能对动物有害。如果选择合适的单细胞蛋白生产材料，大部分的毒性问题是可以避免的。例如，甲醇含有微量的芳烃化合物，并且可从碳水残留物中方便地分离出来。在甲醇基生物中可能含有的痕量有毒化合物，能在动物的脂肪组织中被分解，在体内还没有表现出毒效前已经被轻易地代谢。
　　4.1.3研究发现，与常规蛋白源日粮比较，单细胞蛋白日粮的可消化性降低10%～15%。原因有两方面，一是单细胞蛋白中存在类似胞壁质和二氨基庚二酸等真菌肽，与日粮中的蛋白成分结合，延缓了饲料的消化。二是单细胞蛋白中存在着葡聚糖、甘露聚糖等一些不可消化的成分，影响日粮干物质的可消化性。热处理虽可改善，但经热处理后的微生物活性降低，刺激消化道发酵、维生素合成和能量代谢的能力也随之下降，单细胞蛋白饲料的另外一个问题是氨基酸应的不平衡。尤其酵母菌单细胞蛋白，通常富含赖氨酸，但精氨酸含量很低，可引起动物体内蛋白代谢和合成紊乱。加工时可向单细胞蛋白产品中添加适量的精氨酸来修正赖氨酸/精氨酸比例。
　　4.2 前景展望
　　.
　　随着畜牧业的发展,保证家畜必需的蛋白饲料越来越缺乏已引起人们的高度重视。据联合国粮农组织(FAO)统计, 在20世纪末, 全球的蛋白质短缺量约为2500万吨。据有关资料报道,我国蛋白质饲料的缺口每年至少达1200万吨[10]。
　　关于单细胞蛋白饲料的研究已有一段历史,取得了令人瞩目的研究成果和一定的经济效益。是当今世界积极研究的新蛋白质饲料资源,含动物部分生长、发育所需要的营养物质，能够促进动物的新陈代谢，促进家畜对饲料营养成分的消化吸收。可利用多种副产品、废弃物作为培养原料，利用各种先进技术如基因重组技术等方法变废为宝，例如利用工业三废生产单细胞蛋白饲料，一方面可缓解蛋白质资源的紧缺问题，另一方面又能解决工业废弃物造成的环境污染问题[11]，万海清(1999)[12]以黑曲霉、康宁木霉为出发菌株，经紫外诱变，用纤维素等培养基对黑曲霉、木霉及诱变株进行筛选，确定出黑曲霉为生产单细胞蛋白(SCP)的优良菌株。通过优化条件，确定出以纤维素唯一碳源的培养基优良配方及发酵条件，且达到了发酵产物中干菌体蛋白质含量达38.85%，纤维素利用率达71.78%，比一般纤维质生物蛋白饲料(含蛋白质为15%-20%，纤维降解率在30%左右)含量高。这为开辟饲料资源，变农林废弃物为有用新型蛋白饲料做出了有益探索。利用工农业下脚料生产的单细胞蛋白饲料不仅可以得到价格低廉、营养丰富的蛋白饲料，而且可以减轻和消除下脚料对环境的污染，具有较高的经济和社会效益。
　　发展单细胞蛋白饲料是促进饲料工业、发展畜牧业和保护环境的可行途径。
　　参考文献
　　[1] 杨贤桂.单胞蛋白在家禽营养中的应用.[J].中国家禽,1999(10):32～33
　　[2] 董衍明,马雁玲.单细胞蛋白饲料的开发与利用.[J].饲料研究, 2005(9):25～27
　　[3] 阮南.利用柠檬酸渣生产单细胞蛋白饲料的研究 [J].粮食与饲料工业,2003(10)：6
　　[4] 张美兰.单细胞蛋白饲料[J]. 郑州牧专学报,1988(1)48-49
　　[5] 屈广坡.单细胞蛋白饲料完全取代秘鲁鱼粉的喂猪试验 [J].中国畜牧杂志,1994 30(2):34-35
　　[6] 叶长兴.味精渣单细胞蛋白饲料喂猪试验福建农业大学学报[J] 1995,24(2):214～217.
　　[7] 李在东,刘旭.148A型活性饲料酵母饲养育成鸡蛋鸡的技术经济效果报告 [J]
　　新疆畜牧业 1993(5):43-45
　　[8] 吴晋强.酒糟一单细胞蛋白(SCP)及其对畜禽饲养效应的研究 [J] 安徽农业大学学报，1999, 26(2):170-173
　　[9] 刘乾.单细胞蛋白饲料的开发应用，[J]中国饲料 1995(16):35
　　[10] 张继武 单细胞蛋白饲料研究进展[J]饲料工业 2006，(27) 19:50
　　[11] 栾玉静.单细胞蛋白的开发利用 [J].饲料博览 2004(2):6～47
　　[12] 万海清.霉菌利用纤维素生产SCP [J].饲料研究1999(6):10-13

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好资料，学习了