单细胞蛋白在水产中的应用研究进展

朱俊澳

摘要：由于对水产品的需求量日益增大，使得水产养殖得到了快速的发展，从1991年的不足一亿多，到了今年的5224万 t。鱼肉是我国水产品生产中的一种主要的蛋白质，近年来，由于我国的经济快速发展，对鱼肉的需求量越来越大，而我国的野生鱼数量也在逐年下降，因此，寻找能够代替鱼肉的蛋白质原材料已经是我国水产业发展的一个迫切需要。近年来，对鱼类的替代品进行了大量的探索，其中以豆粕、棉粕等为主，动物性蛋白质（如鸡肉粉、羽毛粉、血粉等）、单细胞蛋白质（酿酒酵母、甲烷氧化菌等）。在鱼类中，单细胞蛋白质具有较高的产量、丰富的蛋白质含量和丰富的营养，已逐渐取代传统的鱼类饲料。

关键词：单细胞蛋白；水产养殖；进展

1 单细胞蛋白质和它的营养意义

SCP是一种可以大规模工业化培养的无致病微生物，如酵母，细菌，微藻，原生生物等，也被称作微生物蛋白质。SCP不仅具有较高的蛋白质和氨基酸、较高的维生素和矿物质，而且还富含多种氨基酸、核苷酸、免疫多糖等。其中，螺旋藻蛋白的蛋白含量超过60%，其他水生生物的限制性氨基酸如：赖氨酸、蛋氨酸，其氨基酸的数量为13.98～28.91mg/g，9.76～15.83mg/g；海藻中含有大量的胡萝卜素，能提高鱼类的免疫功能，提高身体颜色。其中，酵母中含有30%～50%的蛋白，富含大量的氨基酸、B类和氨基酸，其质量比鱼好；酒精梭菌素中的蛋白达到80%以上，其蛋白比普通进口的鱼高，而且富含多种必需的氨基酸。裂殖壶菌能高效地使用廉价的碳和氮原料，生产二十二碳六烯酸（DHA），这是鱼的主要营养来源。而在各品种中，单细胞蛋白质的组成也存在着一定的差别。

2 单细胞蛋白概述

利用工业废水、天然气、农副加工产物、有机废物等培养基培养出的单细胞微生物体，经过发酵、净化、干燥等处理，形成了一种富含蛋白质、蛋白质和营养成分平衡的微生物蛋白。另外，相對于动物蛋白，它对水资源和生产面积的要求更低，生产时不会受到环境、气候等因素的干扰，对生态和生态环境没有任何的限制，并且生产效率高，可以达到一年四季的连续生产，是我国的主要蛋白来源。

3 单细胞蛋白质制备工艺与工艺技术

3.1 单核蛋白质的菌种及其筛选准则

当前，用于制备单细胞蛋白质的微生物资源以藻类、真菌、非致病性等为多类，筛选的条件应为：（1）所选的微生物无毒害、蛋白质含量高、生长繁殖迅速；（2）生产特性如生长速率、产量等在特定的低价基质上高；（3）发酵过程耗氧、控制产热和泡沫性能；（4）在发酵期内，其发育形式及基因具有较强的稳定性；（5）容易再生，成品具有结构和成分的特点。

3.2 制备单细胞蛋白质的基质与工艺

单细胞蛋白质的制备所需的基质非常多，以木屑、水果蔬菜、甲醇等为主，以农业废料和石化产品为主。发酵是一种重要的发酵工艺，其发酵工艺包括液体发酵、半固体发酵和固体发酵。通过对细菌进行水解、细胞壁破坏、蛋白质和核酸溶解，再经分离、浓缩、提取、洗涤、喷雾干燥等过程，获得相应的细胞蛋白质。

4 不同来源的单细胞蛋白质的研究与利用

（1）微生物是当今世界各国对可持续发展、高效使用资源的需要越来越高的要求。微生物发酵法是实现天然气、工业废气和废水综合利用的重要途径。同时，酵母菌也是产生单细胞蛋白质的重要来源。细菌单细胞蛋白是当前水产养殖领域的一个重要课题，其中以甲壳球菌蛋白、乙醇梭菌蛋白、光合细菌蛋白等微生物蛋白为主。

①甲壳素-甲基球菌是一种革兰氏阴性的、好氧的非运动型的球形细胞，它是美国 Foster等人首先从泉水中找到的。利用甲烷作为温室气体的唯一来源和能量来源，利用氨、硝酸盐或分子氮源进行生物蛋白质的生物转化，其粗蛋白质的质量分数达到74%。通过这种方法，可以将低值的天然气转换成具有20多个附加值的蛋白制品，同时也能显著降低沼气的排放量，对于减排具有重要的作用。在实际应用中，已经有一些关于沼气菌在水生生物中的应用。

②酒精梭酵母是严格厌氧、运动型棒状芽孢杆菌，属于革兰氏阴性细菌，1990年代，比利时 Abrini等人从家兔的排泄物中首次发现，该细菌的基因组中没有任何毒性和致病菌。酒精梭菌能以 CO为碳源，氨水为氮源，与H2进行混合生成酒精和醋酸，最后经过发酵、氧化、蒸馏、脱水、菌体分离、喷雾干燥、废水等工艺，得到了具有85%粗蛋白质的酒精梭菌素。目前，酒精梭在水产生产中的使用已经取得了一些成果，并初步证明了其在水产动物中的安全作用。魏洪城等用酒精梭菌素代替大豆粉喂养，加入5%的酒精梭菌素对其生长有促进作用，加入10%后对其生长产生阻碍作用并减少生存率，导致肝损害。

③革兰氏阴性菌，是一种能在光下进行光合作用的细菌。在自然中，光合作用微生物的种类很多，包括土地、河流、湖泊和海洋。其中包括单细胞蛋白，类胡萝卜素，维生素 B，氨基酸等。它的用途比其他单一的蛋白质来源要多得多，它不但可以用于水质的污染，还可以用于制造光合作用的微生物。由于养殖规模的扩大，如果持续增加养殖浓度，会造成养殖水体的污染，而利用生物多样性，可以吸收养殖水域的有机物，同时也能将水体中的氨态氮、亚硝酸盐、硫化氢等各种污染物，维持水体的稳定。

（2）霉菌酵素是一种常用的生物活性物质，主要用于水产生产。酵母菌具有许多免疫活性物质，例如：贝类、甲壳素、甘露寡糖（MOS）等，可以增强鱼类和对虾的生长、免疫力和抗压力，尤其是曲霉菌、酿酒酵母菌、假丝酵母菌、马克斯克鲁维酵母菌等。其中最具代表性的是酵母蛋白质。因其蛋白质含量高，富含维生素等多种营养物质，可以作为鱼类饲料的替代品。近年来，大西洋三文鱼和凡纳滨虾成了酵母养殖实验中的一个重要课题。在大西洋三文鱼养殖实验中，采用了马克斯克鲁维酵母和产泥假丝酵母作为鱼肉的替代品，发现两种酵母菌均可取代40%以上的饵料，而不会对三文鱼的生长性能、营养利用率和消化率产生明显的变化。用啤酒酵母代替15%或20%的高浓度凡纳滨对虾进行了实验研究。

（3）从微藻类中提取的单胞蛋白质是20世纪后期最稳定的一种蛋白质。微藻具有丰富的蛋白质和氨基酸，同时也是一种天然的抗氧化物质——虾青苷，并能合成 EPA和 DHA，可以用作一种具有一定的免疫刺激作用，在食品和饲料中得到了广泛的应用。近年来，随着微生物在水产生产中的应用越来越多，微生物越来越受到人们的重视。目前，在水产养殖业中，利用微藻的方法有两种：一是以等鞭金藻、扁藻、纤细角毛藻等为鱼种提供了一种新的饲料。二是采用海藻精制或海藻精油，分别用作蛋白质来源和油料。结果显示，微藻类可以取代10%～40%的饵料，而且不会对鱼类的生长发育产生不良的作用。以螺旋藻代替20%的日粮或10%的虹鳟日粮，都不会对它们的生长发育造成不良的效果；在另外一个关于虹鳟鱼的实验中，用阿尔梅利栅藻类代替40%的鱼粉，对红点红鲑的成活率没有明显的变化。结果表明：微藻可以为配合饲料的生产供应，极大地缓解了目前我国的蛋白质来源不足；同时还可以提供脂肪酸、维生素等天然的营养成分，改善鱼体的抵抗力，改善鱼体的肉质质量。因此，微生物制剂越来越多地被用于水产养殖，成为保障水产养殖的一个不可缺少的资源。

5 讨论

虽然单细胞蛋白质作为一种主要的蛋白质来源已成为鱼肉生产中不可缺少的一种新的来源，但是存在着许多问题，制约着它的应用。首先，细菌和真菌产生的单细胞蛋白质含有大量的核酸，这些核酸在体内被消化后会产生大量的尿酸，导致身体的新陈代谢不平衡。利用超声破碎法、浓盐法等方法对单细胞进行微量的测定，可以利用各种方法来降低单细胞中的核酸。超声粉碎效果理想，条件温和，适合用于大部分的微生物的粉碎，但是在应用中必须对粉碎的时机、粉碎的力量进行控制，以免造成单细胞的活性降低。有些单细胞蛋白中的葡萄糖、甘露聚糖等难以消化的成分，导致了单分子蛋白质的消化率低于传统的蛋白质来源，同时由于细菌的多糖会与食物中的蛋白质发生反应，导致蛋白质无法被消化。通过改善菌体破碎、蛋白质分离或自溶化等工艺，可以有效地改善蛋白质的消化能力。由于其最显著的特征在于能够实现规模化的工业化，因而在饲料界仍有着很好的发展潜力。

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