單細胞蛋白飼料的開發與利用

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　　單細胞蛋白飼料的開發與利用

　　劉建靜 楊曙明

　　摘要 本文概述了單細胞蛋白飼料的優點，單細胞蛋白的類型和來源，在動物生產上飼喂效果，最后說明了存在的問題，展望其應用前景。
　　關鍵詞 單細胞蛋白飼料 開發利用
　　隨著人民生活水平的大幅度提高，人們的飲食結構發生了很大變化，其中乳、肉、蛋等畜產品在食物中所占比例越來越高。為了滿足這種需求，我國正在大力發展畜牧業，因此對飼料的需求量也越來越大。目前，飼料主要來自農作物，但我國人口眾多，耕地面積有限，人均占有糧食總量低，不能滿足畜牧業發展的需要，在飼料中，蛋白質飼料的緊缺更為突出，已成為世界各國畜禽發展的一大障礙。這就要求開辟新的飼料來源。利用工業廢物發酵生產單細胞蛋白，是解決這一難題的可行出路。
　　單細胞蛋白(Single Cell Protein,SCP)是通過培養單細胞生物而獲得的菌體蛋白，蛋白質含量一般可以占到細胞干重的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。[1-2]
　　1單細胞蛋白飼料的優點
　　1.1 蛋白質含量豐富
　　單細胞蛋白質含量一般在40%以上，細菌含蛋白質50-80%，酵母菌含蛋白質40-60%，藻類含蛋白質40-50%，霉菌含蛋白質20-30%。其中氨基酸的含量齊全，比一般蛋白質營養價值高，且含豐富維生素、未知因子，能促進動物的生長，因此，單細胞蛋白可稱得上是一種全價的蛋白質飼料，可部分代替魚粉飼喂動物。
　　1.2 原材料來源廣泛
　　生產單細胞蛋白飼料的原料來源很廣，工業廢液，如釀酒工業副產品、淀粉工業副產品 、味精工業副產品、檸檬酸工業副產品。農業副產品，如糖渣、果渣、淀粉渣、餅粕，阮南(2003)[3]以檸檬酸渣為原料，采用混合菌固態發酵生產單細胞蛋白飼料，提高了檸檬酸渣的適口性和香味，且活菌細胞數達到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胞藻類，其中以鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻最為理想，蛋白質含量一般為60-70%。
　　1.3 生長速度快
　　單細胞生物世代周期短，生長繁殖速度快，在良好的條件下，微生物干物質產量在2-4小時內可增加一倍以上，與動植物生長速度相比，其富集蛋白質能力遠遠高于前者。從表1中可以看出細菌、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的公牛每天能產蛋白質大約0.4kg。而500kg酵母菌每天至少生產蛋白質5000kg。因此從生產速度考慮，以工業方式生產單細胞蛋白能比較快地提高飼料蛋白的產量。
　　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不受季節和氣候條件的影響
　　單細胞蛋白的生產不受季節和氣候、土壤、自然災害的影響可以在工廠里進行，與傳統的農業生產方式相比，可以節省耕地、人力和能源。過程易于控制。
　　2單細胞蛋白飼料的類型和來源
　　2.1細菌
　　用于生產SCP的細菌較多。這些細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SCP。與其它菌株相比這種細菌生產的SCP富含賴氨酸和蛋氨酸。但這些由病原菌生產的菌體蛋白在進人市場前必須經過處理，以確保對食用動物安全無害。目前，以甲醇培養基生產的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氫化合物。最近，英國ICI公司melhylotrophus細菌在含甲醇的培養基中生產SCP,其產品蛋白質含量達85%，年產量為10萬噸。
　　2.2真菌
　　真菌如曲霉和青霉也用于生產SCP，主要利用谷物、糖蜜、土豆及纖維類副產物。其他菌株如Peziza audrinica則利用家禽下腳料和牛糞生產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。經過處理的真菌SCP的生物學價值可提高到95%或更高。
　　2.3酵母菌
　　飼料酵母應用廣泛，將酵母菌繁殖在適當的工農業副產品上而制成的一種飼料，稱為飼料酵母，工業上生產常用的酵母菌：
　　2.3.1 啤酒酵母菌 可用于原糖蜜培養，作為酵母飼料。
　　2.3.2 產朊假絲酵母菌 它能利用造紙工業的亞硫酸紙漿原液、木材水解液，等生產人畜可食用的酵母。
　　2.3.3 熱帶假絲酵母
　　用農副產品和工業原料也可培養它做飼料酵母。這些菌株產生的微生物菌體蛋白質含量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SCP已有很長歷史。有關藻類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，或者把藻類作為發酵底物添加到培養基中供其他微生物合成蛋白質。目前，這項研究已取得部分成功，經選育的藻類蛋白質高達50%～60%(特別是當培養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，這兩種物質對蛋的產量和質量均起重要作用。
　　3單細胞蛋白飼料在動物生產中的應用
　　目前，我國在豬雞配合飼料中開始使用單細胞蛋白飼料，主要用來替代魚粉等比較緊缺的蛋白質原料。
　　3.1 豬 豬配合飼料中使用10 %-30%的單細胞蛋白飼料，可大大地提高其生長速度及飼料利用率，有效地降低飼養成本。屈廣坡等人(1994)[5]用含單細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胞蛋白飼料飼喂試驗的結果表明:3%味精渣單細胞蛋白飼料的飼喂效果最好，平均日增重和飼料轉換率分別為699.9 15 g和3.54:1，與對照組比較，差異極顯著有關資料表明，單細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基中生產出來一種商業形式的單細胞蛋白)替代7%的大豆粉飼養肉雞，與僅用大豆粉作為蛋白補給的對照組比較，體重增加量和飼料利用率均有所提高。用同樣的產品替代12%的蛋白補給劑來飼養產蛋雞，產蛋量和發育均得到改善 [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%的進口魚粉;在成年產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%的進口魚粉。結果與對照組相比，雞產蛋率(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。蛋雞用單細胞蛋白飼料部分或全部替代產蛋雞配合飼料中的魚粉及其它蛋白質補充料是可行的。
　　3.3 牛 吳晉強(1999)[8]用單細胞蛋白飼料取代日糧糧精料補充料中的大豆餅7.6% ，15.2%進行詞養試驗，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 水產動物 單細胞蛋白飼料在水產養殖中具有一般蛋白飼料無可比擬的優勢，[9]有關試驗表明使用單細胞蛋白飼料后，鯉魚單產提高15.8%，飼料成本降低10%。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%。
　　4 單細胞蛋白存在的問題及應用前景
　　4.1 問題
　　4.1.1 單細胞蛋白富含RNA。細菌蛋白中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，結果產生大量的尿酸，可引起尿結石和其它代謝疾病。因此在動物生產中配合飼料時必須掌握好單細胞蛋白產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 石油衍生物培養基上的單細胞蛋白，可能對動物有害。如果選擇合適的單細胞蛋白生產材料，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，在體內還沒有表現出毒效前已經被輕易地代謝。
　　4.1.3研究發現，與常規蛋白源日糧比較，單細胞蛋白日糧的可消化性降低10%～15%。原因有兩方面，一是單細胞蛋白中存在類似胞壁質和二氨基庚二酸等真菌肽，與日糧中的蛋白成分結合，延緩了飼料的消化。二是單細胞蛋白中存在著葡聚糖、甘露聚糖等一些不可消化的成分，影響日糧干物質的可消化性。熱處理雖可改善，但經熱處理后的微生物活性降低，刺激消化道發酵、維生素合成和能量代謝的能力也隨之下降，單細胞蛋白飼料的另外一個問題是氨基酸應的不平衡。尤其酵母菌單細胞蛋白，通常富含賴氨酸，但精氨酸含量很低，可引起動物體內蛋白代謝和合成紊亂。加工時可向單細胞蛋白產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
　　.
　　隨著畜牧業的發展,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。據聯合國糧農組織(FAO)統計, 在20世紀末, 全球的蛋白質短缺量約為2500萬噸。據有關資料報道,我國蛋白質飼料的缺口每年至少達1200萬噸[10]。
　　關于單細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濟效益。是當今世界積極研究的新蛋白質飼料資源,含動物部分生長、發育所需要的營養物質，能夠促進動物的新陳代謝，促進家畜對飼料營養成分的消化吸收。可利用多種副產品、廢棄物作為培養原料，利用各種先進技術如基因重組技術等方法變廢為寶，例如利用工業三廢生產單細胞蛋白飼料，一方面可緩解蛋白質資源的緊缺問題，另一方面又能解決工業廢棄物造成的環境污染問題[11]，萬海清(1999)[12]以黑曲霉、康寧木霉為出發菌株，經紫外誘變，用纖維素等培養基對黑曲霉、木霉及誘變株進行篩選，確定出黑曲霉為生產單細胞蛋白(SCP)的優良菌株。通過優化條件，確定出以纖維素唯一碳源的培養基優良配方及發酵條件，且達到了發酵產物中干菌體蛋白質含量達38.85%，纖維素利用率達71.78%，比一般纖維質生物蛋白飼料(含蛋白質為15%-20%，纖維降解率在30%左右)含量高。這為開辟飼料資源，變農林廢棄物為有用新型蛋白飼料做出了有益探索。利用工農業下腳料生產的單細胞蛋白飼料不僅可以得到價格低廉、營養豐富的蛋白飼料，而且可以減輕和消除下腳料對環境的污染，具有較高的經濟和社會效益。
　　發展單細胞蛋白飼料是促進飼料工業、發展畜牧業和保護環境的可行途徑。
　　參考文獻
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　　[2] 董衍明,馬雁玲.單細胞蛋白飼料的開發與利用.[J].飼料研究, 2005(9):25～27
　　[3] 阮南.利用檸檬酸渣生產單細胞蛋白飼料的研究 [J].糧食與飼料工業,2003(10)：6
　　[4] 張美蘭.單細胞蛋白飼料[J]. 鄭州牧專學報,1988(1)48-49
　　[5] 屈廣坡.單細胞蛋白飼料完全取代秘魯魚粉的喂豬試驗 [J].中國畜牧雜志,1994 30(2):34-35
　　[6] 葉長興.味精渣單細胞蛋白飼料喂豬試驗福建農業大學學報[J] 1995,24(2):214～217.
　　[7] 李在東,劉旭.148A型活性飼料酵母飼養育成雞蛋雞的技術經濟效果報告 [J]
　　新疆畜牧業 1993(5):43-45
　　[8] 吳晉強.酒糟一單細胞蛋白(SCP)及其對畜禽飼養效應的研究 [J] 安徽農業大學學報，1999, 26(2):170-173
　　[9] 劉乾.單細胞蛋白飼料的開發應用，[J]中國飼料 1995(16):35
　　[10] 張繼武 單細胞蛋白飼料研究進展[J]飼料工業 2006，(27) 19:50
　　[11] 欒玉靜.單細胞蛋白的開發利用 [J].飼料博覽 2004(2):6～47
　　[12] 萬海清.霉菌利用纖維素生產SCP [J].飼料研究1999(6):10-13

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好資料，學習了