乙醇梭菌蛋白在水產飼料中的應用研究進展

陳 拓，胡 毅，戴振炎，胡亞軍，張俊智，楊琳霖，蔡明浪，汪 健

(湖南農業(yè)大學，湖南省特色水產資源利用工程技術研究中心，湖南 長沙 410128)

我國作為最大的魚粉進口國，魚粉缺乏問題限制了我國水產養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，亟須尋求新型蛋白質源。目前在水產養(yǎng)殖中主要采用3類蛋白質源替代魚粉，分別為動物蛋白源(雞肉粉、羽毛粉、肉骨粉等)、植物蛋白源(豆粕、棉粕、花生粕等)和單細胞蛋白源(酵母蛋白、細菌蛋白等)?？範I養(yǎng)因子水平較低的非動物性飼料蛋白如酵母粉、藻類蛋白、細菌類蛋白等單細胞蛋白是水產飼料研究的重要方向(Kiron V 等，2016；Pongpet J 等，2016)，在經濟效益和可持續(xù)發(fā)展上具有重要意義。

一、單細胞蛋白

單細胞蛋白(SCP)是指工廠化大規(guī)模培養(yǎng)生產的酵母、細菌、放線菌、霉菌、微藻類和高等真菌等微生物的細胞制成品(潘世會等，2020)，又稱微生物蛋白。單細胞蛋白粉是由蛋白質、碳水化合物、脂肪、核酸、維生素以及無機物等組成的細胞質團混合物(郭雪山，2006)，是食品工業(yè)及飼料工業(yè)重要的蛋白質來源。其蛋白質水平高(酵母30%～50%、細菌50%～83%、微藻40%～60%、真菌30%～70%)(潘世會等，2020；Bajpai P 等，2017)，且含有豐富的維生素和微量元素(Giec A等，1988)，氨基酸組成及豐富度與魚粉相似，但是大多缺乏含硫氨基酸。

二、乙醇梭菌蛋白

1.乙醇梭菌蛋白概況

乙醇梭菌是一種革蘭氏陽性菌，嚴格厭氧生長，是形狀呈桿狀的芽孢桿菌，兼性化能自養(yǎng)，未經過基因改造，屬于天然存在的非致病性菌株(Humphreys C M 等 ， 2015； Utturkar S M 等 ，2015)。乙醇梭菌蛋白是由乙醇梭菌產生的新型蛋白(Wei等，2018)，其蛋白質水平與魚粉接近，遠高于豆粕，可作為優(yōu)質的飼料蛋白質原料。在“碳中和”大環(huán)境下，乙醇梭菌蛋白的生產極大地促進了工業(yè)廢氣的再利用，減少了有害氣體的排放，有很大的開發(fā)潛能。

2.乙醇梭菌蛋白的特點

(1)乙醇梭菌蛋白的生產。乙醇梭菌蛋白是乙醇梭菌發(fā)酵生產乙醇過程中的副產物。乙醇梭菌利用天然存在的CO 作為碳源，以氨水為氮源產出乙醇及乙醇梭菌蛋白。菌體蛋白的黏性高于低溫魚粉，菌體飼料膨化過程中的加工性能良好。微生物的生長繁殖速率快，在適宜條件下細菌0.5～1 小時即可增殖1 倍(姚峰等，2013)。且近期我國已經實現(xiàn)了CO 生物合成蛋白質的規(guī)?；a，達到了萬噸級的產能。改進后的厭氧發(fā)酵工藝，可在22秒完成CO快速生物轉化，產出乙醇和菌體蛋白醪液，高效產出乙醇和乙醇梭菌蛋白，實現(xiàn)無機物到有機物的高效轉化(趙廣立等，2021)。相較于酵母、微藻等單細胞蛋白產品，乙醇梭菌蛋白的生產成本極低，可成為多數動物飼料的原料。

(2)營養(yǎng)價值。乙醇梭菌蛋白原料產品呈淡黃色或褐色、粉狀、無結塊，具有乙醇梭菌蛋白的特殊氣味，無異味，無肉眼可見的雜質(鄒方起等，2020)。乙醇梭菌蛋白粉的蛋白質水平可達80%以上，且氨基酸較平衡，其必需氨基酸組成與魚粉相似，其中賴氨酸的含量很高，精氨酸的含量相對較低；蛋白質消化率高，微量元素含量豐富，無抗營養(yǎng)因子(Wei等，2018)，并且富含脂類(≥2%)和維生素。乙醇梭菌蛋白的胃蛋白酶消化率高達90.4%，添加乙醇梭菌蛋白可以提高飼料轉化率(賀志義等，2021)。

3.乙醇梭菌蛋白在飼料中的應用研究

(1)飼料制粒特性。吳雨珊等(2021)就乙醇梭菌蛋白作為蛋白質源，與豆粕、棉粕、菜粕、酒糟蛋白(DDGS)4種蛋白質原料的基本成分和理化性質進行比較分析，結果表明：①乙醇梭菌蛋白與其他4 種蛋白質源的理化性質和顆粒質量差異顯著，乙醇梭菌蛋白的蛋白質溶解度高，吸水性強，其顆粒質量優(yōu)于其他4種蛋白質源。②理化性質與顆粒質量間存在相關性，蛋白質含量、蛋白質溶解度、吸水性的升高會提高顆粒質量；粗纖維含量、蛋白質溶解度和吸水性的升高會增加制粒能耗。

(2)乙醇梭菌蛋白替代豆粕對飼料質量的影響。有關乙醇梭菌蛋白替代豆粕對顆粒飼料質量有何影響以及隨替代比例的改變顆粒飼料質量如何變化問題的研究表明，顆粒飼料的硬度和耐久性隨著乙醇梭菌蛋白替代豆粕比例和調質溫度升高而增大；與豆粕相比，乙醇梭菌蛋白更利于提高顆粒飼料的硬度、耐久性，但替代比例達40%時才會顯著提高(吳雨珊等，2021)。

三、乙醇梭菌蛋白在水產飼料中的應用

1.草魚

在草魚上的研究結果表明，用5%乙醇梭菌蛋白替代基礎飼料中27.5%的豆粕，草魚餌料效率、增重率以及特定生長率得到提高；改善了脂肪代謝以及抗氧化能力，提高了草魚的生長性能，有利于腸道組織的健康；但10%乙醇梭菌蛋白替代豆粕后造成了草魚肝細胞的損傷，肝臟功能受損，存活率降低(Wei等，2018)。

2.鯉、鯽

在建鯉幼魚上的研究表明，在飼料中添加乙醇梭菌蛋白可通過調節(jié)TOR 和Nrf2 信號通路改善建鯉幼魚的生長性能，提高抗氧化能力和改善血液生理生化參數，對肝臟和腸道無病理性損傷；建鯉幼魚的飼料中可添加20%的乙醇梭菌蛋白(Li等，2021)。使用乙醇梭菌蛋白替代魚粉飼喂異育銀鯽，結果表明乙醇梭菌蛋白可完全替代魚粉；在鯉魚上的研究發(fā)現(xiàn)乙醇梭菌蛋白可提高鯉魚的生長性能(譚北平，2020)。

3.吉富羅非魚

在吉富羅非魚上的研究表明，乙醇梭菌蛋白替代豆粕比例不超過10%可以促進吉富羅非魚腸道吸收、抗氧化和免疫能力。但飼料中添加10%以上的乙醇梭菌蛋白可能會對腸道組織產生不利影響。與對照組相比，試驗組顯著提高了吉富羅非魚的生長速度(P＜0.05)，飼料中添加乙醇梭菌蛋白可以通過調節(jié)AMPK 信號通路促進糖脂代謝，維持全身能量平衡(Sahya M等，2021)。

4.加州鱸

在加州鱸上的研究表明，乙醇梭菌蛋白可替代飼料中42.86%的魚粉，對加州鱸的生長、飼料利用率和腸道組織形態(tài)無不良影響(Pyab C 等，2021)。另外，譚北平(2020)研究發(fā)現(xiàn)，乙醇梭菌蛋白替代75%的魚粉對加州鱸的生長性能沒有顯著影響。

5.蝦類

在太平洋白蝦上的研究表明，乙醇梭菌蛋白在飼料中可以替代30%的魚粉，且對太平洋白蝦的生長、腸道組織形態(tài)和免疫能力無不良影響。乙醇梭菌蛋白高替代比例組通過影響胰腺分泌、蛋白質消化吸收、核糖體、吞噬小體和細胞凋亡途徑，對太平洋白蝦的生長和免疫功能產生不利影響。因此需要進一步研究分析補充功能性因子對減緩或消除乙醇梭菌蛋白負面影響的效果(Jiang等，2021)。Yao等(2021)使用40%粗蛋白質水平的商品飼料投喂幼蝦，結果表明，在含56%魚粉的基礎飼料中添加乙醇梭菌蛋白可有效替代30%的魚粉，且對凡納濱對蝦的生長和肉質無不良影響；而乙醇梭菌蛋白替代魚粉比例大于45%時，降低了對蝦生長性能以及肌肉硬度、持水性和游離氨基酸含量。

四、小結

乙醇梭菌蛋白產品的蛋白質水平高、蛋白質溶解度高、吸水性強，其制粒性能優(yōu)越，能提高飼料顆粒質量，替代豆粕后飼料顆粒硬度和耐久性增大。在膨化過程中，菌體蛋白的黏性高于低溫魚粉，加工性能良好。在水產動物飼料中添加乙醇梭菌蛋白能改善水產動物脂肪代謝、保護腸道組織、改善肝臟功能、提高生長性能、抗氧化能力和免疫力。在“碳中和”的大環(huán)境下，乙醇梭菌蛋白在飼料產業(yè)中具有很大的應用潛力，需要進一步提高加工工藝，深入研究飼料中高比例替代魚粉對水產動物產生的影響，并采取措施有針對性地加以解決。