酵母在饲料工业中的新应用

作者:朱宏娟 田科雄 李 玲 吴文平
酵母菌（yeasts）是单细胞真菌，圆形、卵圆形或圆柱形，其细胞大小约为1～5μm×5～30μm，最长可达100μm。酵母细胞含丰富的蛋白质，氨基酸以及多种维生素，尤其是B族维生素以及各种消化酶类，在饲料工业中酵母主要作为蛋白质饲料使用，最早是用作反刍动物的蛋白质补充饲料(Carrer等，1944)。随着科学的进步，特别是现代生物工程技术的飞速发展，人们除了生产单细胞蛋白作为优质饲料蛋白外，还利用不同的酵母以及不同的加工方法研制成对动物有不同功效的多种饲料添加剂。一般说来，适用于饲料的有产阮假丝酵母、热带假丝酵母、啤酒酵母、酶脂假丝酵母、葡萄酒酵母、巴氏酵母、生香酵母和白地霉等。
1 优质的单细胞蛋白饲料
随着畜牧业生产的发展，畜禽必需的蛋白质饲料越来越缺乏。1980年全世界的畜牧业所需蛋白质为4.3亿吨，而到1990年这个数字超过5.24亿吨，到2000年这个数字已超过9亿吨。因此，许多国家都已建立起单细胞蛋白的新产业。饲料酵母单细胞蛋白，是指用作饲料的酵母单细胞蛋白。酵母菌体蛋白的营养价值很高，饲料酵母干物质中蛋白质含量可高达50％，其赖氨酸含量比大豆还高，接近动物蛋白，色氨酸含量比大豆高7倍以上（张力，2000），还含有B族维生素、矿物质以及其它生理活性物质，是一种多维高蛋白活性酵母饲料，而一直作为单细胞蛋白被广泛使用。生产单细胞蛋白，目前多用假丝酵母、得巴利酵母、球拟酵母和红酵母来生产单细胞蛋白。利用酵母生产单细胞蛋白（SCP），生产速度快，周期短。接种酵母1～3h后可繁殖一代。
酵母不但可大幅提高饲料原料的蛋白质水平，酵母菌还含有丰富的酶类，如胃蛋白酶、淀粉酶等，消化率高，一般消化率可达80%～90%。酵母发酵饲料能促进微生物繁殖，提高消化率，促进增重，提高饲料报酬。应用酵母发酵饲料配制日粮时，要考虑氨基酸平衡，特别是赖氨酸、蛋氨酸等限制性氨基酸的含量要满足动物的营养需要。随着微生物工程和发酵工程的发展，酵母越来越被广泛用于优质蛋白质饲料的生产。
2 饲料酶添加剂
2.1 饲料酶添加剂的应用
酵母细胞壁裂解后可产生多种酶类，活的酵母细胞也可胞外分泌多种酶，如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶等。因而，酵母可加强对营养物质的消化利用，促进畜禽生长，增进其食欲，增强抵抗疾病和抗应激的能力。
李承开等（1998）生产RC饲料酵母含有较高比例的活性酵母细胞、消化酶（淀粉酶17mg/g，蛋白酶168GDU/g），可促进动物对饲料的消化、吸收；提高饲料的转化率。试验表明，在猪的日粮中添加RC饲料酵母1.48%或2.96%，可促进猪的生长发育，并提高饲料转化率。江永才（2004）以酵母培养物、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、酸性蛋白酶等为主要组成成分的“JW活菌酶”在仔猪非常规饲料（15%次粉、5%麦麸替代20%的玉米）中添加0.1%时，日增重比对照组提高14.3%，比酶制剂组提高4.35%、饲料利用率比对照组提高3.8%～7.5%，比市售酶制剂组提高0.4%；在仔猪常规饲料中添加0.1%的JW活菌酶试验组比对照组日增重提高8.5%，饲料报酬提高6%；在蛋禽浓缩料中添加0.1%的JW活菌酶，试验组比对照组产蛋率提高0.43%，饲料利用率提高6.38%。王越等（2004）利用筛选到的克鲁斯假丝酵母（Candida
Krusei）WZ-001所产的植酸酶水解豆粕和麸皮中的植酸，模拟动物胃肠pH环境，对克鲁斯假丝酵母WZ-001植酸酶和2种与其酶活相同的商品酶降解饲料中的植酸脱磷的能力进行了比较。结果表明：WZ-00l植酸酶水解饲料植酸10h时释放的无机磷量是原游离磷的4.89倍，植酸水解率为67%，均高于酶活相同的2种商品酶。
2.2 饲料酶添加剂的新进展
微生物能产生多种可用作饲料添加的酶，但一般天然菌株产酶量很低，直接用其生产，成本较高，于是人们开始构建基因工程菌以提高酶产量，进而大规模生产。酵母可作为生物反应器来进行多种酶的生产。酵母是生产真核异源蛋白的宿主菌，易于遗传操作，兼有原核生物生长特性及真核蛋白的翻译后加工修饰特点。而且近年来，随着发酵方法的完备和甲醇调节型启动子的出现，毕氏酵母以其独特的优势和潜力得到广泛利用。其能以甲醇为碳源，生长快，能达到很高的细胞浓度，是外源蛋白的理想表达整体。适于表达胞内或胞外外源蛋白，且具有高稳定性。适应性强，易于处理，可以在廉价的非选择性培养基中生长，还可进行转录后修饰。由于该表达系统的诸多优点，人们越来越多地研究利用它作为外源基因的表达系统来生产目的饲料酶。
吴晓萍等（1999）将黑曲霉糖化酶GAIcDNA与大麦α-淀粉酶基因导入酿酒酵母GRF18，获得酵母基因工程菌，使α-淀粉酶、糖化酶基因得到高效表达。王红宁等（2001）以甲醇酵母为表达系统使黑曲霉N25植酸酶phyA基因高效表达，表达量是出发菌株黑曲霉的近70倍（35
646.7U/ml：513.4U/ml），酶作用最适温度为55℃，最适pH为4.6，在pH 5.5～5.6范围内均具较高的酶活性，pH耐受性较好。姚斌等（2000）发现重组甲醇酵母中表达的A.niger
963的植酸酶与天然植酸酶的酶具有正常的生物学活性，其表达量却大大提高。还有大量的研究表明使用酵母工程菌来生产植酸酶是很具发展前景的（叶冰，2002；彭日荷，2002；罗惠颖，2004；王亚茹，2004）。王金华等（2003）在克隆、表达了黑曲霉（Aspergillus
niger N402）酸性木聚糖酶基因的基础之上，使该基因在巴斯德毕氏酵母（Pichia pastoris SMD1168）中表达，实验室构建的基因工程菌所产的木聚糖酶最适作用pH值为4.0，在pH值2.0～5.5之间基本稳定，最适温度为37℃，耐热性较好，适合动物消化道的生理条件。酵母作为基因工程菌在饲料资源开发和利用方面具有广阔的应用前景。
3 酵母作为益生素
酵母属于真菌类，不是人和动物肠道的固有菌，但可以产生多种消化酶类，可以在消化道内代谢。作为益生素使用的酵母则是以活细胞的形式，通常为酵母培养物（Yeast
Culture, YC）。酵母培养物在饲料工业中的应用，有许多优点，因为它既不会干扰抗生素的作用，又可以增加饲料的稳定性，作为消化剂还有助于提高营养物质的利用。曾正清等（2001）研究了不同添加水平的酵母饲料对肉仔鸡肠道主要微生物及免疫机能的影响，发现在日粮中添加2%的酵母饲料能提高肉仔鸡的体增重，增加胸腺小叶数，增强肉仔鸡免疫功能；添加1%、2%的酵母饲料能够降低粪便中、盲肠食糜中大肠杆菌的数量，增加乳酸杆菌的数量。Pagan（1989）研究，酵母可提高非反刍家畜对磷的利用率。证明酵母能在消化道后段存活，并可促进植酸酶的产生。Pogna（1990）发现饲喂酵母添加剂的马，其磷酸植酸盐的消化吸收能力提高。他认为，这种活性与酵母培养物能通过影响消化道中微生物区系而影响植酸酶活性和增加肠后段矿物质的吸收。
梁新乐等（2003）以酶解玉米芯原料、以能产生虾青素的法夫酵母作为生产菌[一种类胡萝卜素，可作为饲料营养强化剂，还具有高度淬灭单重态氧（1O2）和消除自由基的作用，增强机体免疫力（朱明军，2000；William，1995；William，1993；Toshiki，1995）]，来生产高营养品质的酵母饲料。
目前使用的菌种主要是芽抱杆菌和乳酸菌及其混合物。由于抗生素的使用受到限制，这种天然饲料添加剂的使用必将受到人们的重视。
4 酵母细胞壁
酵母细胞壁是一种全新、天然、绿色添加剂，其产品淡黄色，粉末状，无苦味。它是生产啤酒酵母过程中由可溶性物质提取的一种特殊的副产品，占整个细胞干重的20%～30%。它在维持细胞形态和细胞与细胞间的识别中起重要作用。酵母细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%）和几丁质组成，其它成分如蛋白质、核酸、类脂和灰分占其干重的20.0%以下。酵母细胞壁物质在酸解过程中较稳定，其碎片能完好无损地通过胃或皱胃。酵母细胞壁可作为一种免疫促进剂，通过激发和增强机体免疫力，改善动物健康来提高生产性能，尤其是能充分发挥幼龄动物的生长潜力。其功能主要由甘露寡糖和β-葡聚糖来发挥。甘露寡糖能吸附肠道病原菌，调节非免疫防御机制；激活机体体液和细胞免疫，调节免疫防御机制；对霉菌毒素有一定的吸附作用。酵母细胞壁适用于各种动物饲料，特别是在水产动物和断奶仔猪饲料中效果显著，国外已普通使用酵母细胞壁，目前国内也备受关注。
5 有机微量元素

在酵母培养过程中加入金属的无机盐，使金属离子以有机离子的形式在酵母中富集。用矿物质所强化的酵母细胞，矿物质元素均是以离子或分子形式同蛋白质结合成稳定的有机体，消除了无机金属盐的特有气味；单胃和复胃动物对酵母菌体蛋白质结合的矿物质元素，均比无机盐元素更易吸收；结合在酵母细胞蛋白质分子中的有机金属离子，能在瘤胃里被瘤胃微生物分解由前胃吸收，或直接进入小肠被肠内消化酶水解而吸收；酵母中的有机矿物质元素比无机矿物质元素利用性也更好（李有业，1999）。
目前畜牧业上用酵母生产的有机微量元素主要有铬和硒。研究表明硒酵母具有毒性低和利用好的特点（Spallholz，1987； Mcycrs，1981； Wang，1980；
Morris，1987； Vinson，1987a、b），且营养丰富，含各种氨基酸和B族维生素，是最具开发和应用前景的有机硒源。富铬酵母是将酵母细胞培养在含三价铬的培养基中，通过生物转化的方式，将无机铬转化成有机铬，从而提高铬在机体内吸收利用率，降低其毒副作用。可提高动物的抗应激能力，影响免疫反应，还可提高饲料的利用率，促进生长，提高胴体品质，提高繁殖性能（郝瑞荣，2003；詹凯，2003；黄志坚，2002）。
6 其它
阿氏假囊酵母（Eremotheciuma shbyu）还用于维生素B12的工业生产；卡尔斯伯酵母则是维生素D最好的产生菌；在以石油原料发酵生产柠檬酸主要使用酵母菌，特别是解脂假丝酵母（Candida
lipolytica）；用从完整的酵母细胞(去苦味酿酒酵母或原培面包酵母)中获得的酵母提取物和自溶产物作为增味剂。酵母提取物是各种胞内成分；酵母自溶物则是指破壁的或溶解的酵母细胞，含有细胞内物质和细胞壁。两者均含有能增强味觉的5－核苷酸和谷氨酸。王友明等（2003）还研究了酵母核酸对肉鸡肉质的影响，发现酵母核酸可提高肉鸡胸肌粗蛋白含量，降低粗脂肪含量。还有学者利用酵母工程菌来表达抗菌肽基因（温刘发，2001；张素芳，2004；陈海旭，2002；黄亚东，2002），也很具有发展前景。

参考文献
1 陈惠，王红宁，赵海霞. 基因工程酵母产植酸酶的酶学性质研究. 微生物学通报，2003，30（3）：38～42
2 郭芳彬．畜禽微量元素铬营养研究进展．饲料博览，2000，(8)：15～16
3 黄亚东，郑青，黄自然等.人工合成cecrpin AD基因在酵母中的表达.华中理工大学学报（自然科学版），2002，30（2）：13～16
4 黄志坚，林藩平. 酵母铬制剂对猪血液生理生化指标和肉品质的影响. 福建农林大学学报（自然科学版），2002，31(2)：244～247
5 郝瑞荣，韩俊文. 日粮添加铬对断奶仔猪生长性能的影响. 当代畜牧，2003，(12)：29～30
6 刘彩霓．微量元素铬营养研究及应用．饲料工业， 1996，17(8)：3～8
7 梁新乐，张虹.以玉米芯为原料发酵生产富含虾青素的饲料酵母.中国粮油学报，2003，18（5）：85～88
8 罗惠颖，姚斌，袁铁铮等.来源于Escherichia coli的高比活高植酸基因的高效表达.生物工程学报，2004，20（1）：78～84
9 王盛良．富铬酵母的研制．食品科学， 2001，22（2）：31～35
10 王越，黄芳.克鲁斯假丝酵母植酸酶对植物性饲料中植酸的脱磷作用. 大连轻工业学院学报，2004，23（2）：107～111
11 王金华，穆跃林，黄遵锡等.基因工程酵母产木聚糖酶(xylA)的性质初探.饲料研究，2002，（7）：7～9
12 王磊.利用生物技术生产微生物饲料.江西饲料，2003，（1）：27～31
13 王亚茹，姚斌，罗会颖等.来源于Selsnomonas ruminantium的高比活植酸酶基因在毕赤酵母中的表达.中国农业科学，2004，37（5）：762～768
14 王晓明，何瑞国.真代谢能法对饲料酵母粉之蛋白质、氨基酸营养价值的评定研究.湖北农业科学，2002，（6）：104～106
15 王友明，许梓荣.添加酵母核酸对肉鸡肉质的影响.浙江大学学报（农业科学与生命科学版），2003，29（5）：569～574
16 江永才.JW活性酶的作用机理及在畜禽饲料中应用效果.畜禽业，2004，（5）：26～27
17 金桩，王守清，赵志恭等.固体发酵生产活性酵母饲料的研究.饲料工业，1998，19（3）：7～10
18 李延云，聂宇燕，白云龙等.FH生物活性饲料酵母的营养特点及在蛋鸡饲料中的应用试验.饲料工业，1994，15（6）：34～36
19 李承开，王继玉，叶云荫等. RC饲料酵母的研制及其动物试验.饲料工业，1998，19（4）：32～33
20 李淑敏. 亟待研究开发的酵母饲料添加剂.饲料工业，1995，16（11）：36～37
21 李有业，卜颖，耿凤琴.矿物质强化面包酵母饲料的开发.饲料研究，1999，（3）：23～24
22 李桂兰，祝建洪，孙建等.无花果曲植酸酶基因phyA的克隆、序列分析及表达.农业生物技术学报，2003，11（5）:520～524
23 刘禹宏.酵母发酵鸡、牛粪饲料的研制及其经济价值的研究.广西农业大学学报，1997，16（1）：34～38
24 刘宏禹，韩淑芬.酵母饲料的营养成分、应用研究及经济效益.饲料工业，1993，14(6):13～16
25 温刘发，何丹林，张常明等.抗菌肽酵母制剂的生产及其作饲料添加剂应用价值的探讨.广东蚕业，2001，35（2）：34～36
26 那日苏，桂荣，敖长金等.酵母及其产品在畜牧业中的应用. 黑龙江畜牧兽医，2004，（1）：48～49
27 孙建义，许梓荣.酵母饲料的营养价值及应用研究.生物技术，1995，5（1）：30～32
28 吴晓萍，李文清，罗进贤等.α-淀粉酶和糖化酶基因的表达及酿酒酵母工程菌的构建.中山大学学报，1999，38（2）：80～84

29 薛志成.酵母及其共生菌在饲料工业的应用.养殖与饲料，2004，（2）：10～11
30 叶冰，王运吉，张苓花等.植酸酶毕赤酵母基因工程菌高密度发酵.大连轻工业学院学报，2002，21（3）：193～196
31 彭日荷，熊爱生，李贤等.应用毕氏酵母高效表达耐高温植酸酶.生物化学与生物物理学报，2002，34（6）：725～730
32 于作利，张凤强，高令晖等.液固两相法生产酵母饲料.饲料博览，2001，（3）：37～38
33 杨树林，宁长发，刘敏等.利用农业废弃物微生物共发酵制取蛋白质的研究.中山大学学报（自然科学版），2003，42（A19）：115～117
34 张宏福.酵母饲料的研究现状及发展方向.国外畜牧学，1995，（5）：21～26
35 张崇玉，刘华琳，朱瑞良.酵母发酵饲料的质量评定.山东畜牧兽医，1998，（2）：23～25
36 詹凯，王恬，李吕木. 酵母铬对不同应激状态蛋鸡产蛋性能及血清生化指标的影响. 动物营养学报,2002，14（4）：32～37
37 曾正清，谢幼梅，穆奎.酵母饲料对肉仔鸡肠道菌群及免疫机能的影响.山东畜牧兽医，2001，11～13
38 赵芳芳，张日俊.酵母细胞壁生理功能及其应用.中国饲料，2003，（17）：17～18
39 朱明军，林烨铁，吴海珍等.红发夫酶母产虾青素研究进展.食品与发酵工业，2000，（2）：70～74
40 Lyons,T.P. Biotechnology in the feed industry. Proceedings of Ahtechs Eighth
Annual Symposium, 1992，1～22
41 Fields ML et al. Mixed culture fermentation to improve nutritional value
of corn meal. J. Food Prot., 1988,15(11):866
42 Hamad AM, Fields ML. Nutritional and sensory evaluation of breed made from
fermented wheat meal and corn chips made from fermented corn meal. J. Food Sci.,
1979,(44):1 514
43 Wang DY, Fields ML. Feasibility home fermentation to improve the amino acid
balance of corn meal. J. Food Sci., 1978,(43):1 104
44 Bagga P S, Sandhu D K, Sharma S.Catabolite repression of cellulose production
in Aspergillus nidulans. Process Biochemistry，1989，(4):41～45
45 Toshiki N, Michiyo T. Massaaki T. Improvement of biochemical feature in fish
health by red yeast and synthetic astaxanthin. J. Agric. Food Chem.， 1995，(43):1
570～1 573
46 William A S, Johnson E A. Singlet oxygen and peroxyl radicals regulate carotenoid
biosynthesis in Phaffia rhodozyma. J. Bio. Chem., 1995，(270):18 374～18 379
47 William A S, Johnson E A. Antioxidant role of carotenoids in Phaffia rhodozyma.
J. Gen. Microbiol., 1993,(139):907～912
48 Mcyers G, Wang C-S, Novelli r, et al. Selenium yeast studies. In: Selenium
in biology and medicine. Westport, Conn: AVI publishing Co., 1981.531～534

49 Spallholz JE, Raftery A. Nutritional, chemical and toxicological evaluation
of a high-selenium yeast. In: Combs GF JR, Spallholz JE, Levander OA, etal,
eds. Selenium in biology and medicine. Part A, New York: Van Nostrand Reinhold
Co., 1987.516～529
50 Vinson JA, Bose P. Rclative bioavailability of inorganic and natural selenium.
In: Combs GF Jr, Spallholz JE, Levander OA, et al, eds. Selenium in biology
and medicine. Part A, New York: Van Nostrand Heinhold Co., 1987.445～449
51 Vinson JA, Bose P. Comparison of the toxicity of inorganic and natural selenium.
In: Combs GF Jr, Spallholz JE, Levander OA, et al, eds. Selenium in biology
and medicine. Part A, New York: Van Nostrand Heinhold Co., 1987.513～515
52 Wang C-S, Spallholz JE. Biological availability of selenium from selenite,
selenium yeast, monoselenoacetic acid and selenomethionine for glutathione peroxidase.
Fed Proc.,1980,(39): 555
53 Morris VC, Levander OA. Metabolism of selenium(Se) fed to rats as selenite
or high selenium yeast. Ecd. Proc., 1980, (39): 338