姚 峰 安徽農(nóng)業(yè)大學動物科技學院 230036

傳統(tǒng)蛋白質飼料主要是植物性蛋白飼料和動物性蛋白飼料。植物性蛋白飼料的蛋白含量為20%～50%，包括大豆及其餅粕、棉籽餅粕、菜籽餅粕、花生餅粕、葵花餅粕、亞麻籽餅粕、玉米蛋白粉及其加工副產(chǎn)品玉米麩料和玉米胚芽粕。動物性蛋白飼料的蛋白含量為40%～90%，包括魚粉、肉骨粉、肉粉、血粉、羽毛粉、蠶蛹粉及蠶蛹餅、血漿蛋白粉、奶粉和酪蛋白。20 世紀以來，隨著人口的增加，傳統(tǒng)蛋白質飼料產(chǎn)量已滿足不了養(yǎng)殖需求，各國都在尋求其他的飼料蛋白源。單細胞蛋白（SCP）飼料就是在這種背景下發(fā)展起來的。

1 單細胞蛋白的概念

單細胞蛋白(SCP)是指利用各種基質大規(guī)模培養(yǎng)酵母菌、細菌、真菌和微藻等而獲得的微生物蛋白。SCP 的蛋白含量高達40%～80%。

酵母是最早廣泛用于生產(chǎn)單細胞蛋白的微生物。酵母中含蛋白質45%～55%，是一種接近魚粉的優(yōu)質蛋白。

細菌蛋白的蛋白含量占干重的3/4 以上，在補充含硫氨基酸以后，它的營養(yǎng)價值與大豆分離蛋白相近。用于生產(chǎn)單細胞蛋白的細菌較多，研究較多的細菌為光合細菌和自養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌。自養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌的菌體蛋白質含量高達60%～80%。應用較多的真菌有曲霉和青霉。主要利用糖蜜、酒糟、纖維類農(nóng)副產(chǎn)品下腳料生產(chǎn)單細胞蛋白。霉菌絲體蛋白質占干物質的30%～50%。利用水域培養(yǎng)藻類獲得蛋白質也是很好的途徑。開發(fā)利用較多的是小球藻和螺旋藻，產(chǎn)品蛋白含量可達55%～70%。

2 單細胞蛋白飼料的特點

2.1 生產(chǎn)效率高

比動植物高成千上萬倍，這主要是因為微生物的生長繁殖速率快。在適宜條件下細菌0.5～1h、酵母1～3h、微型藻類2～6h 即可增殖1 倍。

2.2 原料豐富

工農(nóng)業(yè)廢物、廢水，如秸稈、蔗渣、甜菜、木屑、廢糖蜜、廢酒糟水、亞硫酸紙漿廢液等；石油、天然氣及相關產(chǎn)品，如原油、柴油、甲烷、甲醇、乙醇、CO2、H2等，都可作為基質原料。

2.3 可以工業(yè)化大量生產(chǎn)

設備簡單，容易生產(chǎn)；需要的勞動力少，不受地區(qū)、季節(jié)和氣候的限制。如年產(chǎn)10 萬噸SCP 的工廠，以酵母計，一年可產(chǎn)蛋白4000 多噸；以大豆計，一年所產(chǎn)蛋白相當于50 多萬畝大豆所含蛋白。

2.4 營養(yǎng)豐富

產(chǎn)品中含有豐富的維生素，必需氨基酸含量較高、組成齊全，包含了人體必需的8 種氨基酸，而且消化利用率高，一般高于80%。

2.5 核酸含量較高

如酵母為6%～1l%、細菌為10%～18%。核酸在畜體內消化后形成尿酸，因家畜無尿酸酶，尿酸不能分解，隨血液循環(huán)在家畜的關節(jié)處沉淀或結晶，可引起痛風癥或風濕性關節(jié)炎，使用時應控制用量[1]。

3 單細胞蛋白的開發(fā)利用

單細胞蛋白在飼料和食品工業(yè)中有著重要的作用。20 世紀20 年代，荷蘭、德國和英國就已公布了SCP 的生產(chǎn)專利。

單細胞蛋白可直接食用。干酵母蛋白含量高、熱量低，可作為食品的添加劑。有的國家在嬰兒食品中摻入酵母蛋白以提高食品的營養(yǎng)性能。酵母的濃縮蛋白有顯著的鮮味，已廣泛用于食品的增鮮添加劑。

單細胞蛋白應用最多和最普遍的是動物飼料。

早在20 世紀20 年代，就有人用飼料酵母作反芻動物的蛋白補充料。1967 年在美國麻省理工大學召開了第一次世界單細胞蛋白飼料會議，確認開發(fā)生產(chǎn)單細胞蛋白是解決飼料糧短缺的重要途徑之一。隨后，世界各國廣泛開展單細胞蛋白飼料生產(chǎn)的研究，特別是利用現(xiàn)代化發(fā)酵工程技術手段以多種非食用資源和廢棄資源作為基質料，以工業(yè)化的方式大規(guī)模生產(chǎn)單細胞蛋白飼料。

用于生產(chǎn)單細胞蛋白的細菌較多，研究較多的細菌為光合細菌和自養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌。國外對于大量培養(yǎng)光合細菌生產(chǎn)SEP 的研究是20 世紀70 年代后期才開始的，日本生產(chǎn)的PSB 菌液作為魚類的飼料添加劑已形成商品化生產(chǎn)。自養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌是氫細菌中被研究最多的SCP 生產(chǎn)菌，這種菌體蛋白質含量高達70%～80%。目前，主要進行這方面研究工作的有美國、俄羅斯、德國和日本。

目前已實現(xiàn)藻類蛋白質商品化生產(chǎn)的國家和地區(qū)有10 多個，年產(chǎn)干藻粉1 萬噸以上，其中墨西哥占85%。墨西哥的Sosa Texacoeo 公司擁有目前世界最大的螺旋藻生產(chǎn)工廠，年產(chǎn)330 噸。日本在沖繩也成立了2 個小球藻生產(chǎn)有限公司，其中一個公司擁有17 個培養(yǎng)池，每月產(chǎn)8～10 噸飼用干藻粉。

我國SCP 的主要產(chǎn)品是飼料酵母。單細胞蛋白飼料的生產(chǎn)與發(fā)達國家比較還存在一定差距，生產(chǎn)技術和產(chǎn)品技術有待進一步研究和提高。近些年，我國先后以石油、石蠟、甲烷、甲醇、乙醇、棉籽殼、糖糟渣、蔗渣、木屑、秸稈、紙漿纖維及食品、發(fā)酵工業(yè)等廢液為原料，研究生產(chǎn)菌體蛋白，取得了不少研究成果。我國蛋白飼料年需要量在500 萬噸以上，每年都要大量進口魚粉和豆粕，因此單細胞蛋白在我國的發(fā)展空間很大。

4 SCP 生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)單細胞蛋白飼料的工藝流程一般可以概括為菌種+培養(yǎng)基+氮源+微量元素-菌種擴大培養(yǎng)-發(fā)酵罐培養(yǎng)-培養(yǎng)液-分離菌體-洗滌或水解-干燥-動物飼料。

菌種的選擇非常重要。菌種之間可互相補償缺陷，協(xié)同互生。因此生產(chǎn)不同的生物蛋白飼料選用的復合菌株不同。目前生產(chǎn)SCP 的工藝主要有兩大類：固態(tài)發(fā)酵和液體深層發(fā)酵。

4.1 固態(tài)發(fā)酵

固態(tài)發(fā)酵是指某些微生物生長需水很少，可利用疏松而含有必需營養(yǎng)物的固體培養(yǎng)基進行需氧、厭氧或兼性發(fā)酵生產(chǎn)。固態(tài)發(fā)酵工藝是很古老的技術，從遠古時代人們就已利用固態(tài)發(fā)酵制造食品、干酪和堆肥。

固態(tài)發(fā)酵工藝的缺點是機械化程度低、生產(chǎn)效率低、勞動強度大、易染雜菌，優(yōu)點是無或少有環(huán)境污染、投資少、操作容易、原料易得。發(fā)酵原料一般為富含營養(yǎng)物質的工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品和廢棄物，如麩皮、薯粉、棉籽餅粕、菜籽餅粕、大豆餅粉、血粉、羽毛粉、高粱和玉米粉等[2]。

4.2 液體深層發(fā)酵

液體深層發(fā)酵是指在液體培養(yǎng)基表面及內部進行的微生物培養(yǎng)過程，是在第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的。液體深層發(fā)酵工藝產(chǎn)量大、易控制、機械化程度高，但投資大、能耗大、污染多。液體深層發(fā)酵可以實現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵，而固體發(fā)酵卻不能。

隨著世界能源危機的出現(xiàn)和環(huán)保意識的加強，已被忽視的古老固體發(fā)酵工藝重新引起人們的興趣。因為這種方法對利用大量農(nóng)業(yè)和森林廢棄物很方便，但固態(tài)發(fā)酵技術水平還比不上液體深層發(fā)酵技術水平，設備和工藝都需要改進[3]。

[1]張勇,朱宇旌.飼料與飼料添加劑[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[2]張日俊.現(xiàn)代飼料生物技術與應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[3]郭維烈,郭慶華.新型發(fā)酵蛋白飼料[M].北京:科學技術文獻出版社2005.