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饲料酵母及其在水产动物营养中的应用

摘要:本文主要探讨了饲料酵母的营养成分、作用机制、加工工艺及其在水产动物饲料中的应用。研究表明,饲料酵母不仅可以很好的替代鱼粉作为水产动物饲料中的蛋白源或者作为一种微生态饲料添加剂,还是一种优秀的表达外源重组蛋白的受体系统。 
   
  近年来,水产养殖业在我国迅速发展,随着集约化养殖规模的逐渐扩大,水产动物饲料的消耗量越来越大。但由于原料价格的上扬导致饲料价格不断攀升,提高了养殖成本,制约了水产养殖业的发展。而传统的饲料添加剂如抗生素、化学类药物在水产动物饲料中的使用受到越来越多的限制,欧盟已全面禁止在动物饲料中添加抗生素类药物,我国也逐渐禁止了抗生素的使用。因此,寻找一种新型的绿色饲料添加剂和廉价的饲料原料就成为当前饲料工业亟待解决的问题。 
  饲料酵母无毒无副作用、无污染残留、不产生耐药性,酵母细胞中又含有丰富的蛋白质、B族维生素、脂肪、糖、酶等多种营养成分和某些未知的促生长因子。许多学者的研究都证明,饲料酵母既可以作为水产动物饲料的添加剂,也可以替代鱼粉作为水产动物饲料中的蛋白质原料。而随着水产动物基因工程饲料的开发,酵母又是一种表达外源重组蛋白的优秀受体系统。这些都表明了,饲料酵母在水产动物营养上具有广阔的应用前景。 
   
  1饲料酵母的概述 
   
  1.1酵母和饲料酵母 
  酵母(yeasts)是人类应用比较早的,而且最为广泛的微生物。它是一种真菌,不能运动,细胞一般呈圆形,椭圆形,个别种类可形成假菌丝。目前发现的酵母菌有60个属约500个种,但应用于饲料中的仅有50种左右,较典型的有啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、产朊假丝酵母(Candida utilis)、热带假丝酵母(Candida tropicalis)、马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)等。酵母菌属兼性厌氧菌,在有氧与无氧的条件下都能存活,在有氧的条件下进行有氧代谢分裂繁殖;在无氧条件下,进行厌氧发酵,产生多种代谢产物,如乙醇、挥发性脂肪酸等提高味觉和嗅觉的重要生化物质。酵母细胞中含有大量水分,有机物和矿物质。有机物占细胞干重的90%~94%,其中蛋白质的含量占细胞干重的30%~50%,含有鱼类、甲壳类所需的10种必需氨基酸;糖的含量在35%~60%之间,主要为酵母多糖,是酵母细胞壁的组成成分;脂类物质的含量在1%~5%之间,含有一般水产饵料中易于缺乏的脂肪酸;酵母细胞中还富含多种维生素、矿物质和各种消化酶,能促进各种饵料的消化吸收;此外还含有多种色素和未知的活性物质,特别适于水产动物幼体的养殖。 
  饲料酵母(fodder yeast)亦称为单细胞蛋白,是利用酵母菌体作饲料,是纯的单细胞蛋白,一般采用液体发酵法生产,在饲料中的添加量一般为1%~2%。饲料酵母中的蛋白质主要是酵母菌的菌体蛋白,每克饲料酵母中酵母菌的菌体数应在150亿个以上,优等品每克菌体数在270亿个以上。饲料酵母按照来源和生产工艺可分为石油酵母、糖蜜酵母、纸浆酵母、酒精酵母和啤酒酵母等。饲料酵母不同于酵母饲料,酵母饲料是指以酵母作为菌种,接种于某些植物蛋白质饲料上进行固体发酵而成的饲料,其目的是进一步提高低质蛋白质饲料的营养价值,其在动物饲料中的添加量一般为3%~5%。饲料酵母富含动物生长所需的多种营养物质,如蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素和激素等。蛋白质中赖氨酸、色氨酸、苏氨酸、异亮氨酸等几种重要的必需氨基酸含量较高,而精氨酸含量较低,蛋氨酸、胱氨酸含量也相对较低。B族维生素如烟酸、胆碱、核黄素、泛酸、叶酸含量高。矿物质中钙少,但磷和钾含量高。此外尚含有未知生长因子。饲料酵母适口性好,在动物饲料中适当添加酵母,可以提高动物对饲料的消化,改善食欲,增加饲料的进食量和提高饲料转化效率,是目前较为理想的廉价的蛋白质饲料之一。 
  1.2饲料酵母的营养成分 
  饲料酵母又称球拟酵母,其营养十分丰富。据分析,饲料酵母的主要营养成分为:水分8.6%、粗蛋白62.10%、粗脂肪0.13%、粗纤维0.11%、粗灰分5.05%、无氮浸出物24.01%。饲料酵母蛋白质含有20多种氨基酸包括8种生命活动所必需的氨基酸,氨基酸总量占干物质的52.9% ,比秘鲁鱼粉约高4.11%,且氨基酸配比齐全,接近于FAO(联合国粮农组织)推荐的理想氨基酸组成模式。据胡迪先等[1]报道,饲料酵母的蛋白质含量与秘鲁鱼粉相近,但蛋白质消化率、可消化蛋白量分别比秘鲁鱼粉高21.72%、17.8l%。饲料酵母必需氨基酸组成和含量见表1。 
   
  1.3饲料酵母的营养机制 
  目前,饲料酵母的作用机理尚不完全清楚,但国内外对这方面的研究报道很多,主要从以下三个方面来说明:1)饲料酵母含有丰富的营养物质,其中含有20多种氨基酸和多种维生素,其中B族维生素的含量极其丰富,远远高于鱼粉和肉粉[2]。单纯从营养角度来讲,酵母添加剂所具有的丰富的营养物质和生长因子,提供给了养殖动物机体所需要的养分,促进了动物的健康生长和发育;2)饲料酵母添加剂具有微生态制剂的功效,可以提高动物的免疫力、调节动物胃肠道微生态平衡、保护幼龄动物健康、提高动物抗应激能力、增强机体抵御外来微生物侵袭的能力,这就为酵母添加剂的应用提供了更为广泛的途径[3,4,5]。一些酵母菌体内含有多种酶类,如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、几丁质酶、核糖核酸酶以及葡聚糖酶等,这些酶补充了动物特别是幼龄和处于病理应激状态动物的内源酶不足,促进了养分分解,提高了动物的消化能力,从而提高了饲料的营养价值,节约了蛋白质资源,增加了经济效益;3)酵母细胞壁上含有多种活性物质,主要成分为甘露寡糖和β-葡聚糖。甘露寡糖含有大量不能为消化酶切断的化学键,在小肠中几乎不能被消化利用而进入消化道后段被浓缩,并为动物消化道后段菌群中的有益菌如双歧杆菌、乳酸杆菌等选择性发酵利用,以有机酸、CH4 、CO2 、H2 的形式释放或参与代谢,提供能量;同时,发酵产生的酸性物质使整个肠道的pH下降,抑制了有害菌的生长。β-葡聚糖是一种具有特殊结构的多糖,它能与巨噬细胞结合并激活巨噬细胞,从而诱导机体产生一系列的细胞免疫和体液免疫反应,增强了水产动物的抗病能力,有利于其健康生长。 
  1.4饲料酵母的加工工艺 
  饲料酵母具有特殊的优越性,生长繁殖快,代谢周期短,产蛋白质速率为植物合成蛋白质的几百到几万倍,是动物合成蛋白质的几十到几十万倍。饲料酵母的加工方法很多,一般来说都是利用食品工业的废料如味精废水、啤酒糟、酱渣、玉米渣皮等通过菌种的固体发酵、液体深层发酵法等生物转化技术来生产饲料酵母,菌种大多选用酿酒酵母(Saccharomyees cerevisiae)、假丝酵母(Candida spp)、绿色木霉(TrichodeHna Vinde)、黑曲霉(A.niger)等,有的也采用重组菌种。像利用造纸厂的木材水解液、糖厂的废液、啤酒厂的废液、液化石油气、甲烷与乙醇作为原料来生产酵母是属于(液体)深层发酵法;而传统的酒曲加工、ESB、PY活性饲料酵母加工是属固体发酵法。在实际生产过程中可根据具体情况制定出配套适用的生产操作程序,目前多用自动调节发酵罐进行液体深层通气培养, 该法占地面积小,生产效益高。图1为利用酒精废液生产饲料酵母的工艺流程图[6]。 

2饲料酵母在水产动物营养中的应用 
   
  2.1作为水产动物营养饲料配方中的蛋白质原料 
  在传统的饲料配方中,都是用鱼粉作为主要的动物蛋白源。随着养殖业的日益发展,鱼粉需要量急剧增加,以至鱼粉供应紧缺,价格年年上涨,成为制约水产养殖业发展的重要因素。饲料酵母是一种替代鱼粉的较为理想的蛋白源,不仅蛋白含量高,品质好,而且可以提高产量、提高尾增重率和降低饲料系数,降低养殖成本,提高经济收益。 
  仲维仁等[7]用饲料酵母替代秘鲁鱼粉大水面养殖对虾,对虾产量提高9.4%~11.5% ,体长增加0.26~O.35cm,成活率提高1.5%~2.4% ,总消化率和蛋白质消化率分别提高3.34%和1.17%,饲料系数下降5.36%~7.58%。黄钧等[8]以加酶饲料酵母替代秘鲁鱼粉饲养丰鲤,经35d试验,各组间主要生长指标及饲料系数均无显著差异,但饲料成本显著降低,在替代比例为25%~75%范围内,生产lkg鱼所需饲料成本下降3.37%~22.74%。张梁等[9]用酵母替代部分鱼粉作为蛋白源,在水库网箱中养殖淡水白鲳,测定增重率及饵料系数,经过40d的试验结果表明,在淡水白鲳饲料中添加17%的酵母效果最好,能提高增重率,降低饵料系数。葛树立[10]在网箱养殖罗非鱼的日粮中,用活性酵母代替鱼粉进行试验,结果表明,同比含量的饵料,用活性酵母比用鱼粉的养殖效果更好,增重率提高9.8%,饵料系数低7.4%,,饲料成本低了8.6%。 
  大量试验表明,饲料酵母作为水产动物饲料中主要蛋白源是可行的,用饲料酵母全部或部分取代鱼粉,可以提高产量,降低饵料系数,降低养殖成本,提高养殖效益,关键是配方组成要合理,以保证各种必需氨基酸的平衡。许多饲料研究者都认为饲料酵母是目前替代鱼粉较为理想的饲料蛋白源。 
  2.2作为饲料添加剂中的免疫调节剂 
  在饲料酵母中,酵母细胞壁中含有许多活性成分,主要为β-葡聚糖(约占干重的57.0%)和甘露寡糖(MOS,约占干重的6.6%)。它们能对细菌、真菌和病毒引起的疾病以及因为运输、接种、气候等变化引起的应激反应产生非特异性免疫力。在饲料中添加酵母添加剂,能增强水产动物免疫功能,提高水产动物抗病能力,提高育苗成活率。 
  外国学者在这方面做了大量试验,证实了酵母及其培养物能够增强鱼类的免疫力。有报道称,口服酵母葡聚糖能增强大西洋鲑对 V.anguillarum和杀鲑弧菌(Vibrio salmonicida)的抵抗力[11]。Robertsen等的试验结果表明,从酵母菌中提取的β-葡聚糖能增强大西洋鲑对灭鲑气单胞菌、鳗弧菌和鲁克氏耶尔森氏菌感染的抵抗力。Battgierd等对大西洋鲑注射酵母葡聚糖后,发现试验鱼的巨噬细胞在离体条件下的吞噬活性明显上升。Engstad等[12]的报道指出,酵母葡聚糖能够增强虹鳟和大西洋鲑的体内溶菌酶活性。 
  我国学者在酵母添加剂对鱼类免疫力影响方面也做了很多对照试验。王兴春等[13]在试验中证明啤酒酵母添加剂对南美对虾和日本对虾在育苗中有抑制细菌生长繁殖的作用,可以防治发光细菌。张红梅等[14]研究了酵母甘露寡糖对鲤鱼非特异性免疫的影响,发现甘露寡糖(MOS)能促进有益菌的增生,而有益菌又是良好的免疫激活剂,能有效提高抗干扰素和巨噬细胞的活性,通过产生抗体和提高巨噬作用活性等刺激免疫,从而激发机体体液和细胞免疫,促进免疫器官发育及T淋巴细胞和B淋巴细胞增多,从而增强机体的免疫功能。许国焕等[5]也发现酵母细胞壁和β-葡聚糖均能显著提高南美白对虾溶菌活力,超氧化物歧化酶和酚氧化酶活性,饲喂酵母细胞壁及β-葡聚糖能提高南美白对虾的免疫力。 
  2.3作为水产动物基因工程饲料的表达受体系统 
  随着基因工程技术在水产动物营养中的应用,人类开发了越来越多的水产动物基因工程饲料和添加剂。而水产动物基因工程饲料和添加剂的开发的一个关键技术就是找到一种优秀的表达外源重组蛋白的宿主。酵母菌作为一种真核生物,它对所表达的外源蛋白进行翻译后加工、分泌,能使表达产物与它们的天然蛋白形式相似或相同;而作为一种菌类,它又能像细菌一样可以在廉价的培养基上大量繁殖,加之其基因表达调控机理比较清楚,遗传操作简便,酵母已成为首选的表达外源蛋白的受体。一些生长激素、酶、抗菌肽已成功在酵母中表达,这展示了酵母表达系统在基因饲料和添加剂开发上的广阔应用前景。如巴斯德毕赤酵母已被发展成为一个生产外源蛋白的优秀宿主。 
  在水产养殖方面,目前报道的最多的是鱼类生长激素基因在酵母中的表达。孟亚鹏,徐敏等[15]主要研究了草鱼生长激素基因在毕赤酵母中的高效表达。王伟等研究了酵母表达的重组草鱼生长激素对鲤鱼的促生长效应。陈荣忠等[16]进行了用重组鲈鱼生长激素酵母饲料添加剂对网箱喂养海水鱼的促生长效应的试验,先后对花尾胡椒鲷(Plectorhin US cinctus),卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus),大黄鱼(Pseudosciaenacrocea)等3种海水经济鱼类(4批共约6万尾)进行生长状况对比,增重比率均值分别为20.0%、17.3%、18.4%和 56.8%。马进,白俊杰等[17]采用合酶链式反应(PCR)方法,对虹鳟生长激素 cDNA进行改造和修饰,构建fGH酵母工程菌,并将酵母Y33(pMArGH16)作为饲料添加剂对罗非鱼进行促生长试验,并取得了良好的效果。 
  酶和抗菌肽也有报道。一些能提高饲料利用率的酶如不同来源的植酸酶[18]等已经在巴斯德毕赤酵母中表达成功。在巴斯德毕赤酵母中获得表达的抗菌肽有:蛙皮素[19]、抗菌肽AD[20]、抗菌肽ABP3[21]等,这些都极可能替代抗生素作为水产饲料添加剂。 
   
  3展望 
   
  综上所述,饲料酵母作为一种新型的绿色饲料和添加剂具有广阔的市场前景。它们蛋白含量高,具有很高的营养价值,能够替代鱼粉作为水产动物饲料中的蛋白源;作为水产动物饲料中的添加剂,可以增强水产动物机体免疫力,调节机体生理机能,维护肠道微生态平衡,抑制有害菌的繁殖,预防水产动物的传染性疾病;能改善水产动物的生产性能,提高水产品品质。充分开发、合理利用饲料酵母,可以解决蛋白质饲料,特别是动物性蛋白质饲料紧缺问题。当然现在的研究尚不完善,如不同种类、年龄和生理状态下的水产动物,饲料酵母的适宜添加比重,饲料中的其它成分或其它添加剂有可能对酵母作用的发挥产生协同或拮抗作用等,这些都有待广大水产工作研究者进行更为深入的研究。 
   
  参考文献 
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