單細胞蛋白的開發與利用

孔祥霞 高婷婷 劉相春

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單細胞蛋白的開發與利用

孔祥霞 高婷婷 劉相春

（山東省莒縣動物疫病預防控制中心 276500）（山東省莒縣動物衛生監督所）（山東省莒縣畜牧獸醫局）

文章概述了單細胞蛋白的基本特性、生產原理，生產單細胞蛋白的微生物種類，以及單細胞蛋白的營養成分和單細胞蛋白飼料的原料，介紹了單細胞蛋白生產的一般工藝，探討了單細胞蛋白飼料的安全性評價、營養性評價和應用效果及應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，在適宜的培養條件下培養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(如農副產品下腳料和工業廢液等 )開發和推廣微生物生產單細胞蛋白成為補充飼料蛋白質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 營養特性 單細胞蛋白質飼料由于原料及生產工藝不同，其營養成分組成變化較大，一般風干制品中含粗蛋白質在50%以上。因為這類蛋白質是由多個獨立生存的單細胞構成，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質豆餅相似。微量元素中富含有鐵、鋅、硒。

1.2 生產特性 單細胞蛋白質生產周期短。

2 單細胞蛋白的種類

目前，用于單細胞蛋白生產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、生產效率和培養條件等方面考慮，目前用于生產單細胞蛋白的微生物主要包括4大類群，即非致病和非產毒的酵母菌、細菌、真菌和微藻。

3 單細胞蛋白飼料的生產原料

發酵原料就種類而言是多種多樣的，多以工農業生產的廢棄物為主，趨向資源再生和環境治理。生產原料有工農業生產的廢水(如釀酒、制味精、制糖工業等產生的廢水)，廢渣(如醬油、淀粉、糖蜜、甲醇、醋酸等生產加工時產生的富含有機物的工業廢渣)，纖維素類物質(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、蝦等海產品深加工產生的廢棄物；城市生活垃圾，以及石油化工產品原料和副產品。這些原料大都是工農業生產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境而引起人們的關注。通過微生物發酵，將生產、廢棄物綜合利用和環境保飼料的不足，而且有效地降低了環境的污染。

4 各菌體蛋白的生產工藝

4.1 菌種擴大培養 先在無菌室內或超凈工作臺內接種原種，然后轉到斜面培養基上培養，再轉到三角瓶中培養，最后由小種子罐到大種子罐。培養基要求含碳源一單糖或分子多糖；氮源一原料中蛋白質不足時可添加硫酸銨或尿素；礦物質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 溫度和pH都應適宜，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。在生產中為了使培養液中的養分得到充分利用，可將部分營養液連續送入分離器中，分離后的上清液回到發酵罐中循環使用。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）安全性評價是關系到單細胞蛋白能否作為飼料和食品的首要問題。聯合國蛋白質咨詢組(PAG)對其安全性評價作出規定為：生產用菌株不能是病原菌。不產生毒素；對生產用資源也提出一定要求，例如農產品來源的原料中重金屬和農藥殘留含量，不能超過要求；在培養條件和產品處理中要求無污染、無溶劑殘留和熱損害；最終產品應無病菌、無活細胞、無原料和溶劑殘留。對最終產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)同時規定，必須對致癌性多環芳香族化合物、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）營養性評價：單細胞蛋白飼料的營養性評價，除化學分析數據外，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效率[P,(PER1：氮平衡法是測定蛋白質生物學價值(BVP)，PER和BVP越高說明蛋白質質量越好。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節。

6 單細胞蛋白應用效果與存在問題

單細胞蛋白的營養物質豐富，富含動物生長和發育所必需的各種營養物質，如蛋白質、碳水化合物、脂肪、礦物質、維生素和激素，是當今世界積極研究的新蛋白質飼料資源。它能夠促進動物的新陳代謝，有利于充分發揮畜禽的生產潛力。單細胞蛋白雖然營養豐富，是一種新型的蛋白質飼料資源，但是也存在許多問題。主要表現為：（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%，核酸在家畜體內消化后形成尿酸，因家畜體內無尿酸酶尿酸不能分解，隨血液循環在家畜體內的關節處沉淀或結晶，從而引起痛風癥或風濕性關節炎癥。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，還應大力發展脫核酸技術，生產脫核酸技術單細胞蛋白。（2）某些單細胞蛋白含有對動物身體有害的質，尤其是細菌蛋白。因此要慎重的選擇生產單胞蛋白的微生物基質。（3）含單細胞蛋白的飼料，其消化率比常規蛋白質低10%~15%，原因為單細胞蛋白中含有有菌肽，能與飼料蛋白質結合，阻礙蛋白質的消化同時，單細胞蛋白中還含有一些不能被消化的物質甘露聚糖，對飼料于物質的消化起副作用。（4）飼喂單細胞蛋白也可帶來氨基酸供應不衡的弊端。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，就可充分發揮單細胞蛋白飼料的優越性。隨著生物技術的不斷發展，尤其是對單細胞蛋白產生菌的遺傳改良技術的應用，不僅能提高單細胞蛋白的產量而且還可提高單細胞蛋白產生菌的蛋白質含量，并可獲得具有增加細胞壁脆性，提高原料轉化率的新菌株，相信我國單細胞蛋白飼料的生產將具有更加廣闊的發展前景。

（2016–06–12）

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1007-1733(2016)09-0028-02