酵母在飼料工業(yè)中的新應用

文峰 · 發(fā)表于 2007-9-19 12:16:20

　　酵母菌(yeasts)是單細胞真菌，圓形、卵圓形或圓柱形，其細胞大小約為1～5μm×5～30μm，最長可達100μm。酵母細胞含豐富的蛋白質，氨基酸以及多種維生素，尤其是B族維生素以及各種消化酶類，在飼料工業(yè)中酵母主要作為蛋白質飼料使用，最早是用作反芻動物的蛋白質補充飼料(Carrer等，1944)。隨著科學的進步，特別是現代生物工程技術的飛速發(fā)展，人們除了生產單細胞蛋白作為優(yōu)質飼料蛋白外，還利用不同的酵母以及不同的加工方法研制成對動物有不同功效的多種飼料添加劑。一般說來，適用于飼料的有產阮假絲酵母、熱帶假絲酵母、啤酒酵母、酶脂假絲酵母、葡萄酒酵母、巴氏酵母、生香酵母和白地霉等。
　　1優(yōu)質的單細胞蛋白飼料
　　隨著畜牧業(yè)生產的發(fā)展，畜禽必需的蛋白質飼料越來越缺乏。1980年全世界的畜牧業(yè)所需蛋白質為4.3億噸，而到1990年這個數字超過5.24億噸，到2000年這個數字已超過9億噸。因此，許多國家都已建立起單細胞蛋白的新產業(yè)。飼料酵母單細胞蛋白，是指用作飼料的酵母單細胞蛋白。酵母菌體蛋白的營養(yǎng)價值很高，飼料酵母干物質中蛋白質含量可高達50%，其賴氨酸含量比大豆還高，接近動物蛋白，色氨酸含量比大豆高7倍以上(張力，2000)，還含有B族維生素、礦物質以及其它生理活性物質，是一種多維高蛋白活性酵母飼料，而一直作為單細胞蛋白被廣泛使用。生產單細胞蛋白，目前多用假絲酵母、得巴利酵母、球擬酵母和紅酵母來生產單細胞蛋白。利用酵母生產單細胞蛋白(SCP)，生產速度快，周期短。接種酵母1～3h后可繁殖一代。
　　酵母不但可大幅提高飼料原料的蛋白質水平，酵母菌還含有豐富的酶類，如胃蛋白酶、淀粉酶等，消化率高，一般消化率可達80%～90%。酵母發(fā)酵飼料能促進微生物繁殖，提高消化率，促進增重，提高飼料報酬。應用酵母發(fā)酵飼料配制日糧時，要考慮氨基酸平衡，特別是賴氨酸、蛋氨酸等限制性氨基酸的含量要滿足動物的營養(yǎng)需要。隨著微生物工程和發(fā)酵工程的發(fā)展，酵母越來越被廣泛用于優(yōu)質蛋白質飼料的生產。
　　2飼料酶添加劑
　　2.1 飼料酶添加劑的應用
　　酵母細胞壁裂解后可產生多種酶類，活的酵母細胞也可胞外分泌多種酶，如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等。因而，酵母可加強對營養(yǎng)物質的消化利用，促進畜禽生長，增進其食欲，增強抵抗疾病和抗應激的能力。
　　李承開等(1998)生產RC飼料酵母含有較高比例的活性酵母細胞、消化酶(淀粉酶17mg/g，蛋白酶168GDU/g)，可促進動物對飼料的消化、吸收;提高飼料的轉化率。試驗表明，在豬的日糧中添加RC飼料酵母1.48%或2.96%，可促進豬的生長發(fā)育，并提高飼料轉化率。江永才(2004)以酵母培養(yǎng)物、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶、酸性蛋白酶等為主要組成成分的“JW活菌酶”在仔豬非常規(guī)飼料(15%次粉、5%麥麩替代20%的玉米)中添加0.1%時，日增重比對照組提高14.3%，比酶制劑組提高4.35%、飼料利用率比對照組提高3.8%～7.5%，比市售酶制劑組提0.4%;在仔豬常規(guī)飼料中添加0.1%的JW活菌酶試驗組比對照組日增重提高8.5%，飼料報酬提高6%;在蛋禽濃縮料中添加0.1%的JW活菌酶，試驗組比對照組產蛋率提高0.43%，飼料利用率提高6.38%。王越等(2004)利用篩選到的克魯斯假絲酵母(Candida Krusei)WZ-001所產的植酸酶水解豆粕和麩皮中的植酸，模擬動物胃腸pH環(huán)境，對克魯斯假絲酵母WZ-001植酸酶和2種與其酶活相同的商品酶降解飼料中的植酸脫磷的能力進行了比較。結果表明：WZ-00l植酸酶水解飼料植酸10h時釋放的無機磷量是原游離磷的4.89倍，植酸水解率為67%，均高于酶活相同的2種商品酶。
　　2.2 飼料酶添加劑的新進展
　　微生物能產生多種可用作飼料添加的酶，但一般天然菌株產酶量很低，直接用其生產，成本較高，于是人們開始構建基因工程菌以提高酶產量，進而大規(guī)模生產。酵母可作為生物反應器來進行多種酶的生產。酵母是生產真核異源蛋白的宿主菌，易于遺傳操作，兼有原核生物生長特性及真核蛋白的翻譯后加工修飾特點。而且近年來，隨著發(fā)酵方法的完備和甲醇調節(jié)型啟動子的出現，畢氏酵母以其獨特的優(yōu)勢和潛力得到廣泛利用。其能以甲醇為碳源，生長快，能達到很高的細胞濃度，是外源蛋白的理想表達整體。適于表達胞內或胞外外源蛋白，且具有高穩(wěn)定性。適應性強，易于處理，可以在廉價的非選擇性培養(yǎng)基中生長，還可進行轉錄后修飾。由于該表達系統(tǒng)的諸多優(yōu)點，人們越來越多地研究利用它作為外源基因的表達系統(tǒng)來生產目的飼料酶。
　　吳曉萍等(1999)將黑曲霉糖化酶GAIcDNA與大麥α-淀粉酶基因導入釀酒酵母GRF18，獲得酵母基因工程菌，使α-淀粉酶、糖化酶基因得到高效表達。王紅寧等(2001)以甲醇酵母為表達系統(tǒng)使黑曲霉N25植酸酶phyA基因高效表達，表達量是出發(fā)菌株黑曲霉的近70倍(35 646.7U/ml：513.4U/ml)，酶作用最適溫度為55℃，最適pH為4.6，在pH 5.5～5.6范圍內均具較高的酶活性，pH耐受性較好。姚斌等(2000)發(fā)現重組甲醇酵母中表達的A.niger 963的植酸酶與天然植酸酶的酶具有正常的生物學活性，其表達量卻大大提高。還有大量的研究表明使用酵母工程菌來生產植酸酶是很具發(fā)展前景的(葉冰，2002;彭日荷，2002;羅惠穎，2004;王亞茹，2004)。王金華等(2003)在克隆、表達了黑曲霉(Aspergillus niger N402)酸性木聚糖酶基因的基礎之上，使該基因在巴斯德畢氏酵母(Pichia pastoris SMD1168)中表達，實驗室構建的基因工程菌所產的木聚糖酶最適作用pH值為4.0，在pH值2.0～5.5之間基本穩(wěn)定，最適溫度為37℃，耐熱性較好，適合動物消化道的生理條件。酵母作為基因工程菌在飼料資源開發(fā)和利用方面具有廣闊的應用前景。
　　3酵母作為益生素
　　酵母屬于真菌類，不是人和動物腸道的固有菌，但可以產生多種消化酶類，可以在消化道內代謝。作為益生素使用的酵母則是以活細胞的形式，通常為酵母培養(yǎng)物(Yeast Culture, YC)。酵母培養(yǎng)物在飼料工業(yè)中的應用，有許多優(yōu)點，因為它既不會干擾抗生素的作用，又可以增加飼料的穩(wěn)定性，作為消化劑還有助于提高營養(yǎng)物質的利用。曾正清等(2 001)研究了不同添加水平的酵母飼料對肉仔雞腸道主要微生物及免疫機能的影響，發(fā)現在日糧中添加2%的酵母飼料能提高肉仔雞的體增重，增加胸腺小葉數，增強肉仔雞免疫功能;添加1%、2%的酵母飼料能夠降低糞便中、盲腸食糜中大腸桿菌的數量，增加乳酸桿菌的數量。Pagan(1989)研究，酵母可提高非反芻家畜對磷的利用率。證明酵母能在消化道后段存活，并可促進植酸酶的產生。Pogna(1990)發(fā)現飼喂酵母添加劑的馬，其磷酸植酸鹽的消化吸收能力提高。他認為，這種活性與酵母培養(yǎng)物能通過影響消化道中微生物區(qū)系而影響植酸酶活性和增加腸后段礦物質的吸收。
　　梁新樂等(2003)以酶解玉米芯原料、以能產生蝦青素的法夫酵母作為生產菌[一種類胡蘿卜素，可作為飼料營養(yǎng)強化劑，還具有高度淬滅單重態(tài)氧(1O2)和消除自由基的作用，增強機體免疫力(朱明軍，2000;William，1995;William，1993;Toshiki，1995)]，來生產高營養(yǎng)品質的酵母飼料。
　　目前使用的菌種主要是芽抱桿菌和乳酸菌及其混合物。由于抗生素的使用受到限制，這種天然飼料添加劑的使用必將受到人們的重視。
　　4酵母細胞壁
　　酵母細胞壁是一種全新、天然、綠色添加劑，其產品淡黃色，粉末狀，無苦味。它是生產啤酒酵母過程中由可溶性物質提取的一種特殊的副產品，占整個細胞干重的20%～30%。它在維持細胞形態(tài)和細胞與細胞間的識別中起重要作用。酵母細胞壁活性成分主要由β-葡聚糖(57.0%)、甘露寡糖(6.6%)、糖蛋白(22.0%)和幾丁質組成，其它成分如蛋白質、核酸、類脂和灰分占其干重的20.0%以下。酵母細胞壁物質在酸解過程中較穩(wěn)定，其碎片能完好無損地通過胃或皺胃。酵母細胞壁可作為一種免疫促進劑，通過激發(fā)和增強機體免疫力，改善動物健康來提高生產性能，尤其是能充分發(fā)揮幼齡動物的生長潛力。其功能主要由甘露寡糖和β-葡聚糖來發(fā)揮。甘露寡糖能吸附腸道病原菌，調節(jié)非免疫防御機制;激活機體體液和細胞免疫，調節(jié)免疫防御機制;對霉菌毒素有一定的吸附作用。酵母細胞壁適用于各種動物飼料，特別是在水產動物和斷奶仔豬飼料中效果顯著，國外已普通使用酵母細胞壁，目前國內也備受關注。
　　5有機微量元素
　　在酵母培養(yǎng)過程中加入金屬的無機鹽，使金屬離子以有機離子的形式在酵母中富集。用礦物質所強化的酵母細胞，礦物質元素均是以離子或分子形式同蛋白質結合成穩(wěn)定的有機體，消除了無機金屬鹽的特有氣味;單胃和復胃動物對酵母菌體蛋白質結合的礦物質元素，均比無機鹽元素更易吸收;結合在酵母細胞蛋白質分子中的有機金屬離子，能在瘤胃里被瘤胃微生物分解由前胃吸收，或直接進入小腸被腸內消化酶水解而吸收;酵母中的有機礦物質元素比無機礦物質元素利用性也更好(李有業(yè)，1999)。
　　目前畜牧業(yè)上用酵母生產的有機微量元素主要有鉻和硒。研究表明硒酵母具有毒性低和利用好的特點(Spallholz，1987; Mcycrs，1981; Wang，1980; Morris，1987; Vinson，1987a、b)，且營養(yǎng)豐富，含各種氨基酸和B族維生素，是最具開發(fā)和應用前景的有機硒源。富鉻酵母是將酵母細胞培養(yǎng)在含三價鉻的培養(yǎng)基中，通過生物轉化的方式，將無機鉻轉化成有機鉻，從而提高鉻在機體內吸收利用率，降低其毒副作用。可提高動物的抗應激能力，影響免疫反應，還可提高飼料的利用率，促進生長，提高胴體品質，提高繁殖性能(郝瑞榮，2003;詹凱，2003;黃志堅，2002)。
　　6其它
　　阿氏假囊酵母(Eremotheciuma shbyu)還用于維生素B12的工業(yè)生產;卡爾斯伯酵母則是維生素D最好的產生菌;在以石油原料發(fā)酵生產檸檬酸主要使用酵母菌，特別是解脂假絲酵母(Candida lipolytica);用從完整的酵母細胞(去苦味釀酒酵母或原培面包酵母)中獲得的酵母提取物和自溶產物作為增味劑。酵母提取物是各種胞內成分;酵母自溶物則是指破壁的或溶解的酵母細胞，含有細胞內物質和細胞壁。兩者均含有能增強味覺的5-核苷酸和谷氨酸。王友明等(2003)還研究了酵母核酸對肉雞肉質的影響，發(fā)現酵母核酸可提高肉雞胸肌粗蛋白含量，降低粗脂肪含量。還有學者利用酵母工程菌來表達抗菌肽基因(溫劉發(fā)，2001;張素芳，2004;陳海旭，2002;黃亞東，2002)，也很具有發(fā)展前景。