单细胞蛋白饲料的开发与利用

单细胞蛋白饲料的开发与利用
摘要文章概述了单细胞蛋白生产原理,生产单细胞蛋白的微生物种类,以及单细胞蛋白的营养成分,介绍了单细胞蛋白生产的一般工艺,探讨了单细胞蛋白饲料的应用效果及应用中存在的问题及解决办法,最后展望了单细胞蛋白在饲料加工中的应用前景。

关键词单细胞蛋白饲料加工开发与利用
单细胞蛋白( single cell protein) 亦称微生物蛋白、菌体蛋白,是指细菌、真菌和微藻在其生长过程中利用各种基质,在适宜的培养条件下培养细胞或丝状微生物的个体而获得的菌体蛋白(microbial
pro2tein) 。

随着经济的发展,人民生活水平的提高,人类对蛋白质尤其是营养价值高的动物蛋白质的需求愈来愈多。

大量的需求刺激了畜牧业和养殖业的发展,而依靠传统方式提供饲料已不能满足迅猛增长的饲料市场。

单细胞蛋白营养物质丰富,菌体中蛋白质含量高达40 %～80 % ,其中氨基酸组分齐全,赖氨酸等必需氨基酸含量较高,同时富含维生素,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 单细胞蛋白的种类和来源
目前,可用于单细胞蛋白生产的微生物的种类很多,在选择时从安
全性、实用性、生产效率和培养条件等方面考虑,目前用于生产单细胞蛋白的微生物主要包括4 大类群,即非致病和非产毒的酵母菌、细菌、真菌和微藻。

1. 1 酵母菌
酵母菌是当前生产单细胞蛋白的微生物类群中,最受关注的一类,
也是应用最为广泛的一类。

酵母菌蛋白含量高达60 % ,几乎含所有的氨基酸,尤其是赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等必需氨基酸的含量高,而且维生素含量也比较丰富。

常用的酵母菌有啤酒酵母和假丝酵母。

其中假丝酵母能够同化六碳糖和五碳糖,能忍耐高浓度的SO2 ,菌体中含有高量的蛋白质,并含有大量的赖氨酸和较多的维生素及许多微量元素。

1. 2 细菌
用于生产单细胞蛋白的细菌较多,包括光合细菌和氢细菌。

其原料主要为植物性纤维及石油衍生物(如甲醇和乙醇等) 。

与其他菌株相比,
由病原菌生产的菌体蛋白,含有毒物质的可能性较大,因此在加工过程
中必须经过处理,确保对食用动物的安全。

目前研究较多的细菌为红色光合细菌和自养产碱杆菌。

据报道,日本生产的PBS 菌液作为鱼类的饲料添加剂已经形成商品化生产。

日本海洋微生物株式会社菌种场用PBS 养鱼苗,成活率从69. 3 %提高到95. 5 % ,鱼苗生产率提高了1 倍。

1. 3 真菌
真菌菌丝生产慢,易受酵母污染,必须在无菌条件下培养,但是真菌的收获分离容易。

目前应用较多的有曲霉和青霉,主要利用糖蜜、酒糟、纤维类农副产品下脚料生产单细胞蛋白。

法国1985 年利用丝状真菌将香蕉转化为高蛋白饲料(发酵后蛋白质含量提高6～7 倍) ,德国科学家采用木屑和镰刀菌以甜菜渣为原料,获得粗蛋白为24 %的蛋白饲料。

1. 4 微藻
微藻是一类分布最广、蛋白质含量很高的微量光合水生生物,繁殖快,光能利用率是陆生植物的十几到二十倍。

目前,全世界开发研究较多的是螺旋藻与鱼腥藻。

其中螺旋藻繁殖快、产量高,蛋白质含量高达58.
5 %～71 % ,且质量优、核酸含量低,只占干重的2. 2 %～3. 5 % ,极易被消化和吸收。

2 单细胞蛋白的化学营养成分
单细胞蛋白的化学营养成分因培养条件和微生物种类的不同而存
在着差异。

3 单细胞蛋白生产的一般工艺
生产单细胞蛋白的一般工艺为:菌种→菌种扩大培养→发酵罐培养→培养液→分离→菌体→洗涤或水解→干燥→动物饲料各菌体蛋白的
生产工艺一般可概述为以下几点:
3. 1 菌种扩大培养
先在无菌室内或超净工作台内接种原种,然后转到斜面培养基上培养,再转到三角瓶中培养,最后由小种子罐到大种子罐。

培养基要求含碳源—单糖或分子多糖;氮源—原料中蛋白质不足时可添加硫酸铵或尿素;矿物质—过磷酸钙和硫酸亚铁等,也可添加一些有利于菌体生长的生长素。

3. 2 灭菌
所用的培养液以及所提供的空气都必须灭菌,前者多采用蒸气加热灭菌,后者常用陶瓷多孔过滤器去除细菌。

3. 3 培养
温度和pH 都应适宜,通风供氧,搅拌或翻滚料,并注意糖的浓度。

3. 4 分离过滤
冷却后用高速离心机或滤布过滤。

在生产中为了使培养液中的养分得到充分利用,可将部分营养液连续送入分离器中,分离后的上清液回
到发酵罐中循环使用。

对较难分离的菌种可加入絮凝剂,以提高其凝聚力便于分离。

3. 5 干燥
作为动物饲料的单细胞蛋白,一般把离心机收集的菌种经洗涤后进行喷雾干燥或滚筒干燥。

4 单细胞蛋白应用效果与存在问题
单细胞蛋白的营养物质丰富,富含动物生长和发育所必需的各种营养物质,如蛋白质、碳水化合物、脂肪、矿物质、维生素和激素,是当今世界积极研究的新蛋白质饲料资源。

它能够促进动物的新陈代谢,有利于充分发挥畜禽的生产潜力。

研究表明,蛋鸡饲料中添加3 %～ 7 %的酵母, 产蛋率提高20 %～30 % ,料耗下降10 %～ 20 %。

王立梅(2002) 利用淀粉副产物混合发酵得到的酵母菌蛋白对猪的饲喂试验表明,猪的抗病能力增强,日平均增重提高了5 % ,饲料利用率提高了50 %。

在水产养殖中,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 %。

单细胞蛋白虽然营养丰富,是一种新型的蛋白质饲料资源,但是也存在许多问题。

主要表现为:第一,核酸含量过高。

细菌蛋白和酵母菌蛋白中RNA 含量分别为13 %～22 % ,6 %～41 % ,核酸在家畜体内消化后形成尿酸,因家畜体内无尿酸酶,尿酸不能分解,随血液循环在家畜体内的关节处沉淀或结晶,从而引起痛风症或风湿性关节炎症。

同时由于形成尿酸过程中,肝脏中嘌呤的代谢率增高,容易导致代谢失
衡和尿结石。

此种情况下,必须限制单细胞蛋白在日粮中的用量,不超过总蛋白补给量的15 % ,同时,还应大力发展脱核酸技术,生产脱核酸技术单细胞蛋白。

第二,某些单细胞蛋白含有对动物身体有害的物质,尤其是细菌蛋白。

因此要慎重的选择生产单细胞蛋白的微生物基质。

第三,含单细胞蛋白的饲料,其消化率比常规蛋白质低10 %～15 % ,原因为单细胞蛋白中含有有毒菌肽,能与饲料蛋白质结合,阻碍蛋白质的消化。

同时,单细胞蛋白中还含有一些不能被消化的物质如甘露聚糖,对饲料干物质的消化起副作用。

第四,饲喂单细胞蛋白也可带来氨基酸供应不平衡的弊端。

在单细胞蛋白的加工过程中可添加适量的精氨酸,使之与赖氨酸的比率合理,同时还应添加适量蛋氨酸以弥补单细胞蛋白中蛋氨酸含量的不足。

总之,只要合理的对单细胞蛋白的问题加以处理,就可充分发挥单细胞蛋白饲料的优越性。

5 单细胞蛋白在饲料加工中的应用前景
与传统农业生产蛋白质饲料相比,单细胞蛋白生产的突出特点在于能够进行大规模工业化生产。

具体表现为:第一,原料广泛,可以就近取材。

充分利用价格低廉的工农业废料、化工原料和废料。

第二,生产周期短、生产效率高。

在适宜的条件下,细菌需0. 5～1 h ,酵母1～3 h 即可增殖1 倍。

据估计,1 头500 kg 的牛,每天生产蛋白质0. 4 kg ,而质量相同的酵母每天至少要生产蛋白质500 kg ,生产效率提高了1 000 多倍。

第三,劳动生产率高。

单细胞蛋白生产不受季节气候制约,易于人工控制,同时利用大型发酵罐立式培养, 占地面积少。

如年产10 万t单细胞蛋白的工厂,1 年可产蛋白质45 000 t 。

大豆按1/ 15 公顷产计,可产大豆200 kg ,折算为蛋白质含量为80 kg ,因此一个单细胞蛋白所产的蛋白质相当于37 500 hm2 土地所产的大豆的蛋白质量。

在美国、德国、日本等发达国家,单细胞蛋白生产已经进入大规模化生产,利润十分可观。

目前,我国单细胞蛋白饲料的生产还处于发展阶段,与发达国家相比还存在一定的差距,生产技术有待进一步的研究和提高。

随着生物技术的不断发展,尤其是对单细胞蛋白产生菌的遗传改良技术的应用,不仅能提高单细胞蛋白的产量而且还可提高单细胞蛋白产生菌的蛋白质含量,并可获得具有增加细胞壁脆性,提高原料转化率的新菌株,相信我国单细胞蛋白饲料的生产将具有更加广阔的发展前景。

参考文献
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