单细胞蛋白的开发与利用

孔祥霞 高婷婷 刘相春



单细胞蛋白的开发与利用

孔祥霞 高婷婷 刘相春

（山东省莒县动物疫病预防控制中心 276500）（山东省莒县动物卫生监督所）（山东省莒县畜牧兽医局）

文章概述了单细胞蛋白的基本特性、生产原理，生产单细胞蛋白的微生物种类，以及单细胞蛋白的营养成分和单细胞蛋白饲料的原料，介绍了单细胞蛋白生产的一般工艺，探讨了单细胞蛋白饲料的安全性评价、营养性评价和应用效果及应用中存在的问题及解决办法，最后展望了单细胞蛋白在饲料加工中的应用前景。

单细胞蛋白 (single cell protein)亦称微生物蛋白、菌体蛋白，是指细菌、真菌和微藻在其生长过程中利用各种基质，在适宜的培养条件下培养细胞或丝状微生物的个体而获得的菌体蛋白。利用非食用资源和废弃资源(如农副产品下脚料和工业废液等 )开发和推广微生物生产单细胞蛋白成为补充饲料蛋白质来源不足的重要途径，意义十分重大。

1 单细胞蛋白的基本特性

1.1 营养特性 单细胞蛋白质饲料由于原料及生产工艺不同，其营养成分组成变化较大，一般风干制品中含粗蛋白质在50%以上。因为这类蛋白质是由多个独立生存的单细胞构成，所以富含多种酶系。B族维生素。必需氨基酸组成和利用率与优质豆饼相似。微量元素中富含有铁、锌、硒。

1.2 生产特性 单细胞蛋白质生产周期短。

2 单细胞蛋白的种类

目前，用于单细胞蛋白生产的微生物的种类很多，但很少有病毒、立克次氏体、支原体(霉形体)、衣原体、螺旋体和原生动物作饲料微生物的报道。在选择时从安全性、实用性、生产效率和培养条件等方面考虑，目前用于生产单细胞蛋白的微生物主要包括4大类群，即非致病和非产毒的酵母菌、细菌、真菌和微藻。

3 单细胞蛋白饲料的生产原料

发酵原料就种类而言是多种多样的，多以工农业生产的废弃物为主，趋向资源再生和环境治理。生产原料有工农业生产的废水(如酿酒、制味精、制糖工业等产生的废水)，废渣(如酱油、淀粉、糖蜜、甲醇、醋酸等生产加工时产生的富含有机物的工业废渣)，纤维素类物质(如木薯、玉米秸、花生茎、山药皮、橘皮、香蕉皮、菠萝皮、可可豆、豆荚、棕榈粉、米糠、木屑等)，菜籽饼粕、棉籽饼粕、桐饼、芝麻饼等蛋白质的下脚料，屠宰厂废弃的毛、血、骨、蹄、壳、皮等，鸡、猪等畜禽粪便，鱼、虾等海产品深加工产生的废弃物；城市生活垃圾，以及石油化工产品原料和副产品。这些原料大都是工农业生产活动的附属物或废弃物，以价格低廉、原料利用率低或污染环境而引起人们的关注。通过微生物发酵，将生产、废弃物综合利用和环境保饲料的不足，而且有效地降低了环境的污染。

4 各菌体蛋白的生产工艺

4.1 菌种扩大培养 先在无菌室内或超净工作台内接种原种，然后转到斜面培养基上培养，再转到三角瓶中培养，最后由小种子罐到大种子罐。培养基要求含碳源一单糖或分子多糖；氮源一原料中蛋白质不足时可添加硫酸铵或尿素；矿物质一过磷酸钙和硫酸亚铁等，也可添加一些有利于菌体生长的生长素。

4.2 灭菌 所用的培养液以及所提供的空气都必须灭菌，前者多采用蒸气加热灭菌，后者常用陶瓷多孔过滤器去除细菌。

4.3 培养 温度和pH都应适宜，通风供氧，搅拌或翻滚料，并注意糖的浓度。

4.4 分离过滤 冷却后用高速离心机或滤布过滤。在生产中为了使培养液中的养分得到充分利用，可将部分营养液连续送入分离器中，分离后的上清液回到发酵罐中循环使用。对较难分离的菌种可加入絮凝剂，以提高其凝聚力便于分离。

4.5 干燥 作为动物饲料的单细胞蛋白，一般把离心机收集的菌种经洗涤后进行喷雾干燥或滚筒干燥。

5 安全性评价

（1）安全性评价是关系到单细胞蛋白能否作为饲料和食品的首要问题。联合国蛋白质咨询组(PAG)对其安全性评价作出规定为：生产用菌株不能是病原菌。不产生毒素；对生产用资源也提出一定要求，例如农产品来源的原料中重金属和农药残留含量，不能超过要求；在培养条件和产品处理中要求无污染、无溶剂残留和热损害；最终产品应无病菌、无活细胞、无原料和溶剂残留。对最终产品还必须进行小动物毒性试验(小白鼠和大白鼠)。美国食品药物管理局FDA)同时规定，必须对致癌性多环芳香族化合物、重金属、真菌毒素及菌的病源性，感染性，遗传性等进行充分评估。（2）营养性评价：单细胞蛋白饲料的营养性评价，除化学分析数据外，最终取决于生物测定。生物测定的方法有生长法和氮平衡法两种。生长法是测定蛋白质效率[P,(PER1：氮平衡法是测定蛋白质生物学价值(BVP)，PER和BVP越高说明蛋白质质量越好。单细胞蛋白饲料另一个重要指标是核糖核酸(RNA)含量，通常细菌和酵母中RNA含量都较高．而一般真菌和螺旋藻中含量则较低。如果摄入过多RNA，就会导致尿酸含量高于安全标准。因此，降低菌体RNA含量成为必不可少的工艺环节。

6 单细胞蛋白应用效果与存在问题

单细胞蛋白的营养物质丰富，富含动物生长和发育所必需的各种营养物质，如蛋白质、碳水化合物、脂肪、矿物质、维生素和激素，是当今世界积极研究的新蛋白质饲料资源。它能够促进动物的新陈代谢，有利于充分发挥畜禽的生产潜力。单细胞蛋白虽然营养丰富，是一种新型的蛋白质饲料资源，但是也存在许多问题。主要表现为：（1）核酸含量过高：细菌蛋白和酵母菌蛋白中RNA含量分别为13%~22%、6%~41%，核酸在家畜体内消化后形成尿酸，因家畜体内无尿酸酶尿酸不能分解，随血液循环在家畜体内的关节处沉淀或结晶，从而引起痛风症或风湿性关节炎症。同时由于形成尿酸过程中，肝脏中嘌呤的代谢率增高容易导致代谢失衡和尿结石。此种情况下，必须限制单细胞蛋白在日粮中的用量，不超过总蛋白补给量的15%，同时，还应大力发展脱核酸技术，生产脱核酸技术单细胞蛋白。（2）某些单细胞蛋白含有对动物身体有害的质，尤其是细菌蛋白。因此要慎重的选择生产单胞蛋白的微生物基质。（3）含单细胞蛋白的饲料，其消化率比常规蛋白质低10%~15%，原因为单细胞蛋白中含有有菌肽，能与饲料蛋白质结合，阻碍蛋白质的消化同时，单细胞蛋白中还含有一些不能被消化的物质甘露聚糖，对饲料于物质的消化起副作用。（4）饲喂单细胞蛋白也可带来氨基酸供应不衡的弊端。在单细胞蛋白的加工过程中可添加适的精氨酸，使之与赖氨酸的比率合理，同时还应添适量蛋氨酸以弥补单细胞蛋白中蛋氨酸含量的不。

总之，只要合理的对单细胞蛋白的问题加以处，就可充分发挥单细胞蛋白饲料的优越性。随着生物技术的不断发展，尤其是对单细胞蛋白产生菌的遗传改良技术的应用，不仅能提高单细胞蛋白的产量而且还可提高单细胞蛋白产生菌的蛋白质含量，并可获得具有增加细胞壁脆性，提高原料转化率的新菌株，相信我国单细胞蛋白饲料的生产将具有更加广阔的发展前景。

（2016–06–12）

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1007-1733(2016)09-0028-02