孔祥霞 高婷婷 劉相春

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單細胞蛋白的開發(fā)與利用

孔祥霞 高婷婷 劉相春

（山東省莒縣動物疫病預(yù)防控制中心 276500）（山東省莒縣動物衛(wèi)生監(jiān)督所）（山東省莒縣畜牧獸醫(yī)局）

文章概述了單細胞蛋白的基本特性、生產(chǎn)原理，生產(chǎn)單細胞蛋白的微生物種類，以及單細胞蛋白的營養(yǎng)成分和單細胞蛋白飼料的原料，介紹了單細胞蛋白生產(chǎn)的一般工藝，探討了單細胞蛋白飼料的安全性評價、營養(yǎng)性評價和應(yīng)用效果及應(yīng)用中存在的問題及解決辦法，最后展望了單細胞蛋白在飼料加工中的應(yīng)用前景。

單細胞蛋白 (single cell protein)亦稱微生物蛋白、菌體蛋白，是指細菌、真菌和微藻在其生長過程中利用各種基質(zhì)，在適宜的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)細胞或絲狀微生物的個體而獲得的菌體蛋白。利用非食用資源和廢棄資源(如農(nóng)副產(chǎn)品下腳料和工業(yè)廢液等 )開發(fā)和推廣微生物生產(chǎn)單細胞蛋白成為補充飼料蛋白質(zhì)來源不足的重要途徑，意義十分重大。

1 單細胞蛋白的基本特性

1.1 營養(yǎng)特性 單細胞蛋白質(zhì)飼料由于原料及生產(chǎn)工藝不同，其營養(yǎng)成分組成變化較大，一般風干制品中含粗蛋白質(zhì)在50%以上。因為這類蛋白質(zhì)是由多個獨立生存的單細胞構(gòu)成，所以富含多種酶系。B族維生素。必需氨基酸組成和利用率與優(yōu)質(zhì)豆餅相似。微量元素中富含有鐵、鋅、硒。

1.2 生產(chǎn)特性 單細胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)周期短。

2 單細胞蛋白的種類

目前，用于單細胞蛋白生產(chǎn)的微生物的種類很多，但很少有病毒、立克次氏體、支原體(霉形體)、衣原體、螺旋體和原生動物作飼料微生物的報道。在選擇時從安全性、實用性、生產(chǎn)效率和培養(yǎng)條件等方面考慮，目前用于生產(chǎn)單細胞蛋白的微生物主要包括4大類群，即非致病和非產(chǎn)毒的酵母菌、細菌、真菌和微藻。

3 單細胞蛋白飼料的生產(chǎn)原料

發(fā)酵原料就種類而言是多種多樣的，多以工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物為主，趨向資源再生和環(huán)境治理。生產(chǎn)原料有工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢水(如釀酒、制味精、制糖工業(yè)等產(chǎn)生的廢水)，廢渣(如醬油、淀粉、糖蜜、甲醇、醋酸等生產(chǎn)加工時產(chǎn)生的富含有機物的工業(yè)廢渣)，纖維素類物質(zhì)(如木薯、玉米秸、花生莖、山藥皮、橘皮、香蕉皮、菠蘿皮、可可豆、豆莢、棕櫚粉、米糠、木屑等)，菜籽餅粕、棉籽餅粕、桐餅、芝麻餅等蛋白質(zhì)的下腳料，屠宰廠廢棄的毛、血、骨、蹄、殼、皮等，雞、豬等畜禽糞便，魚、蝦等海產(chǎn)品深加工產(chǎn)生的廢棄物；城市生活垃圾，以及石油化工產(chǎn)品原料和副產(chǎn)品。這些原料大都是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的附屬物或廢棄物，以價格低廉、原料利用率低或污染環(huán)境而引起人們的關(guān)注。通過微生物發(fā)酵，將生產(chǎn)、廢棄物綜合利用和環(huán)境保飼料的不足，而且有效地降低了環(huán)境的污染。

4 各菌體蛋白的生產(chǎn)工藝

4.1 菌種擴大培養(yǎng) 先在無菌室內(nèi)或超凈工作臺內(nèi)接種原種，然后轉(zhuǎn)到斜面培養(yǎng)基上培養(yǎng)，再轉(zhuǎn)到三角瓶中培養(yǎng)，最后由小種子罐到大種子罐。培養(yǎng)基要求含碳源一單糖或分子多糖；氮源一原料中蛋白質(zhì)不足時可添加硫酸銨或尿素；礦物質(zhì)一過磷酸鈣和硫酸亞鐵等，也可添加一些有利于菌體生長的生長素。

4.2 滅菌 所用的培養(yǎng)液以及所提供的空氣都必須滅菌，前者多采用蒸氣加熱滅菌，后者常用陶瓷多孔過濾器去除細菌。

4.3 培養(yǎng) 溫度和pH都應(yīng)適宜，通風供氧，攪拌或翻滾料，并注意糖的濃度。

4.4 分離過濾 冷卻后用高速離心機或濾布過濾。在生產(chǎn)中為了使培養(yǎng)液中的養(yǎng)分得到充分利用，可將部分營養(yǎng)液連續(xù)送入分離器中，分離后的上清液回到發(fā)酵罐中循環(huán)使用。對較難分離的菌種可加入絮凝劑，以提高其凝聚力便于分離。

4.5 干燥 作為動物飼料的單細胞蛋白，一般把離心機收集的菌種經(jīng)洗滌后進行噴霧干燥或滾筒干燥。

5 安全性評價

（1）安全性評價是關(guān)系到單細胞蛋白能否作為飼料和食品的首要問題。聯(lián)合國蛋白質(zhì)咨詢組(PAG)對其安全性評價作出規(guī)定為：生產(chǎn)用菌株不能是病原菌。不產(chǎn)生毒素；對生產(chǎn)用資源也提出一定要求，例如農(nóng)產(chǎn)品來源的原料中重金屬和農(nóng)藥殘留含量，不能超過要求；在培養(yǎng)條件和產(chǎn)品處理中要求無污染、無溶劑殘留和熱損害；最終產(chǎn)品應(yīng)無病菌、無活細胞、無原料和溶劑殘留。對最終產(chǎn)品還必須進行小動物毒性試驗(小白鼠和大白鼠)。美國食品藥物管理局FDA)同時規(guī)定，必須對致癌性多環(huán)芳香族化合物、重金屬、真菌毒素及菌的病源性，感染性，遺傳性等進行充分評估。（2）營養(yǎng)性評價：單細胞蛋白飼料的營養(yǎng)性評價，除化學分析數(shù)據(jù)外，最終取決于生物測定。生物測定的方法有生長法和氮平衡法兩種。生長法是測定蛋白質(zhì)效率[P,(PER1：氮平衡法是測定蛋白質(zhì)生物學價值(BVP)，PER和BVP越高說明蛋白質(zhì)質(zhì)量越好。單細胞蛋白飼料另一個重要指標是核糖核酸(RNA)含量，通常細菌和酵母中RNA含量都較高．而一般真菌和螺旋藻中含量則較低。如果攝入過多RNA，就會導致尿酸含量高于安全標準。因此，降低菌體RNA含量成為必不可少的工藝環(huán)節(jié)。

6 單細胞蛋白應(yīng)用效果與存在問題

單細胞蛋白的營養(yǎng)物質(zhì)豐富，富含動物生長和發(fā)育所必需的各種營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、礦物質(zhì)、維生素和激素，是當今世界積極研究的新蛋白質(zhì)飼料資源。它能夠促進動物的新陳代謝，有利于充分發(fā)揮畜禽的生產(chǎn)潛力。單細胞蛋白雖然營養(yǎng)豐富，是一種新型的蛋白質(zhì)飼料資源，但是也存在許多問題。主要表現(xiàn)為：（1）核酸含量過高：細菌蛋白和酵母菌蛋白中RNA含量分別為13%~22%、6%~41%，核酸在家畜體內(nèi)消化后形成尿酸，因家畜體內(nèi)無尿酸酶尿酸不能分解，隨血液循環(huán)在家畜體內(nèi)的關(guān)節(jié)處沉淀或結(jié)晶，從而引起痛風癥或風濕性關(guān)節(jié)炎癥。同時由于形成尿酸過程中，肝臟中嘌呤的代謝率增高容易導致代謝失衡和尿結(jié)石。此種情況下，必須限制單細胞蛋白在日糧中的用量，不超過總蛋白補給量的15%，同時，還應(yīng)大力發(fā)展脫核酸技術(shù)，生產(chǎn)脫核酸技術(shù)單細胞蛋白。（2）某些單細胞蛋白含有對動物身體有害的質(zhì)，尤其是細菌蛋白。因此要慎重的選擇生產(chǎn)單胞蛋白的微生物基質(zhì)。（3）含單細胞蛋白的飼料，其消化率比常規(guī)蛋白質(zhì)低10%~15%，原因為單細胞蛋白中含有有菌肽，能與飼料蛋白質(zhì)結(jié)合，阻礙蛋白質(zhì)的消化同時，單細胞蛋白中還含有一些不能被消化的物質(zhì)甘露聚糖，對飼料于物質(zhì)的消化起副作用。（4）飼喂單細胞蛋白也可帶來氨基酸供應(yīng)不衡的弊端。在單細胞蛋白的加工過程中可添加適的精氨酸，使之與賴氨酸的比率合理，同時還應(yīng)添適量蛋氨酸以彌補單細胞蛋白中蛋氨酸含量的不。

總之，只要合理的對單細胞蛋白的問題加以處，就可充分發(fā)揮單細胞蛋白飼料的優(yōu)越性。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是對單細胞蛋白產(chǎn)生菌的遺傳改良技術(shù)的應(yīng)用，不僅能提高單細胞蛋白的產(chǎn)量而且還可提高單細胞蛋白產(chǎn)生菌的蛋白質(zhì)含量，并可獲得具有增加細胞壁脆性，提高原料轉(zhuǎn)化率的新菌株，相信我國單細胞蛋白飼料的生產(chǎn)將具有更加廣闊的發(fā)展前景。

（2016–06–12）

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