單細(xì)胞蛋白在水產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

朱俊澳

摘要：由于對水產(chǎn)品的需求量日益增大，使得水產(chǎn)養(yǎng)殖得到了快速的發(fā)展，從1991年的不足一億多，到了今年的5224萬 t。魚肉是我國水產(chǎn)品生產(chǎn)中的一種主要的蛋白質(zhì)，近年來，由于我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對魚肉的需求量越來越大，而我國的野生魚數(shù)量也在逐年下降，因此，尋找能夠代替魚肉的蛋白質(zhì)原材料已經(jīng)是我國水產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)迫切需要。近年來，對魚類的替代品進(jìn)行了大量的探索，其中以豆粕、棉粕等為主，動(dòng)物性蛋白質(zhì)（如雞肉粉、羽毛粉、血粉等）、單細(xì)胞蛋白質(zhì)（釀酒酵母、甲烷氧化菌等）。在魚類中，單細(xì)胞蛋白質(zhì)具有較高的產(chǎn)量、豐富的蛋白質(zhì)含量和豐富的營養(yǎng)，已逐漸取代傳統(tǒng)的魚類飼料。

關(guān)鍵詞：單細(xì)胞蛋白；水產(chǎn)養(yǎng)殖；進(jìn)展

1 單細(xì)胞蛋白質(zhì)和它的營養(yǎng)意義

SCP是一種可以大規(guī)模工業(yè)化培養(yǎng)的無致病微生物，如酵母，細(xì)菌，微藻，原生生物等，也被稱作微生物蛋白質(zhì)。SCP不僅具有較高的蛋白質(zhì)和氨基酸、較高的維生素和礦物質(zhì)，而且還富含多種氨基酸、核苷酸、免疫多糖等。其中，螺旋藻蛋白的蛋白含量超過60%，其他水生生物的限制性氨基酸如：賴氨酸、蛋氨酸，其氨基酸的數(shù)量為13.98～28.91mg/g，9.76～15.83mg/g；海藻中含有大量的胡蘿卜素，能提高魚類的免疫功能，提高身體顏色。其中，酵母中含有30%～50%的蛋白，富含大量的氨基酸、B類和氨基酸，其質(zhì)量比魚好；酒精梭菌素中的蛋白達(dá)到80%以上，其蛋白比普通進(jìn)口的魚高，而且富含多種必需的氨基酸。裂殖壺菌能高效地使用廉價(jià)的碳和氮原料，生產(chǎn)二十二碳六烯酸（DHA），這是魚的主要營養(yǎng)來源。而在各品種中，單細(xì)胞蛋白質(zhì)的組成也存在著一定的差別。

2 單細(xì)胞蛋白概述

利用工業(yè)廢水、天然氣、農(nóng)副加工產(chǎn)物、有機(jī)廢物等培養(yǎng)基培養(yǎng)出的單細(xì)胞微生物體，經(jīng)過發(fā)酵、凈化、干燥等處理，形成了一種富含蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)和營養(yǎng)成分平衡的微生物蛋白。另外，相對于動(dòng)物蛋白，它對水資源和生產(chǎn)面積的要求更低，生產(chǎn)時(shí)不會(huì)受到環(huán)境、氣候等因素的干擾，對生態(tài)和生態(tài)環(huán)境沒有任何的限制，并且生產(chǎn)效率高，可以達(dá)到一年四季的連續(xù)生產(chǎn)，是我國的主要蛋白來源。

3 單細(xì)胞蛋白質(zhì)制備工藝與工藝技術(shù)

3.1 單核蛋白質(zhì)的菌種及其篩選準(zhǔn)則

當(dāng)前，用于制備單細(xì)胞蛋白質(zhì)的微生物資源以藻類、真菌、非致病性等為多類，篩選的條件應(yīng)為：（1）所選的微生物無毒害、蛋白質(zhì)含量高、生長繁殖迅速；（2）生產(chǎn)特性如生長速率、產(chǎn)量等在特定的低價(jià)基質(zhì)上高；（3）發(fā)酵過程耗氧、控制產(chǎn)熱和泡沫性能；（4）在發(fā)酵期內(nèi)，其發(fā)育形式及基因具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性；（5）容易再生，成品具有結(jié)構(gòu)和成分的特點(diǎn)。

3.2 制備單細(xì)胞蛋白質(zhì)的基質(zhì)與工藝

單細(xì)胞蛋白質(zhì)的制備所需的基質(zhì)非常多，以木屑、水果蔬菜、甲醇等為主，以農(nóng)業(yè)廢料和石化產(chǎn)品為主。發(fā)酵是一種重要的發(fā)酵工藝，其發(fā)酵工藝包括液體發(fā)酵、半固體發(fā)酵和固體發(fā)酵。通過對細(xì)菌進(jìn)行水解、細(xì)胞壁破壞、蛋白質(zhì)和核酸溶解，再經(jīng)分離、濃縮、提取、洗滌、噴霧干燥等過程，獲得相應(yīng)的細(xì)胞蛋白質(zhì)。

4 不同來源的單細(xì)胞蛋白質(zhì)的研究與利用

（1）微生物是當(dāng)今世界各國對可持續(xù)發(fā)展、高效使用資源的需要越來越高的要求。微生物發(fā)酵法是實(shí)現(xiàn)天然氣、工業(yè)廢氣和廢水綜合利用的重要途徑。同時(shí)，酵母菌也是產(chǎn)生單細(xì)胞蛋白質(zhì)的重要來源。細(xì)菌單細(xì)胞蛋白是當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，其中以甲殼球菌蛋白、乙醇梭菌蛋白、光合細(xì)菌蛋白等微生物蛋白為主。

①甲殼素-甲基球菌是一種革蘭氏陰性的、好氧的非運(yùn)動(dòng)型的球形細(xì)胞，它是美國 Foster等人首先從泉水中找到的。利用甲烷作為溫室氣體的唯一來源和能量來源，利用氨、硝酸鹽或分子氮源進(jìn)行生物蛋白質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化，其粗蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到74%。通過這種方法，可以將低值的天然氣轉(zhuǎn)換成具有20多個(gè)附加值的蛋白制品，同時(shí)也能顯著降低沼氣的排放量，對于減排具有重要的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)有一些關(guān)于沼氣菌在水生生物中的應(yīng)用。

②酒精梭酵母是嚴(yán)格厭氧、運(yùn)動(dòng)型棒狀芽孢桿菌，屬于革蘭氏陰性細(xì)菌，1990年代，比利時(shí) Abrini等人從家兔的排泄物中首次發(fā)現(xiàn)，該細(xì)菌的基因組中沒有任何毒性和致病菌。酒精梭菌能以 CO為碳源，氨水為氮源，與H2進(jìn)行混合生成酒精和醋酸，最后經(jīng)過發(fā)酵、氧化、蒸餾、脫水、菌體分離、噴霧干燥、廢水等工藝，得到了具有85%粗蛋白質(zhì)的酒精梭菌素。目前，酒精梭在水產(chǎn)生產(chǎn)中的使用已經(jīng)取得了一些成果，并初步證明了其在水產(chǎn)動(dòng)物中的安全作用。魏洪城等用酒精梭菌素代替大豆粉喂養(yǎng)，加入5%的酒精梭菌素對其生長有促進(jìn)作用，加入10%后對其生長產(chǎn)生阻礙作用并減少生存率，導(dǎo)致肝損害。

③革蘭氏陰性菌，是一種能在光下進(jìn)行光合作用的細(xì)菌。在自然中，光合作用微生物的種類很多，包括土地、河流、湖泊和海洋。其中包括單細(xì)胞蛋白，類胡蘿卜素，維生素 B，氨基酸等。它的用途比其他單一的蛋白質(zhì)來源要多得多，它不但可以用于水質(zhì)的污染，還可以用于制造光合作用的微生物。由于養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，如果持續(xù)增加養(yǎng)殖濃度，會(huì)造成養(yǎng)殖水體的污染，而利用生物多樣性，可以吸收養(yǎng)殖水域的有機(jī)物，同時(shí)也能將水體中的氨態(tài)氮、亞硝酸鹽、硫化氫等各種污染物，維持水體的穩(wěn)定。

（2）霉菌酵素是一種常用的生物活性物質(zhì)，主要用于水產(chǎn)生產(chǎn)。酵母菌具有許多免疫活性物質(zhì)，例如：貝類、甲殼素、甘露寡糖（MOS）等，可以增強(qiáng)魚類和對蝦的生長、免疫力和抗壓力，尤其是曲霉菌、釀酒酵母菌、假絲酵母菌、馬克斯克魯維酵母菌等。其中最具代表性的是酵母蛋白質(zhì)。因其蛋白質(zhì)含量高，富含維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)，可以作為魚類飼料的替代品。近年來，大西洋三文魚和凡納濱蝦成了酵母養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要課題。在大西洋三文魚養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)中，采用了馬克斯克魯維酵母和產(chǎn)泥假絲酵母作為魚肉的替代品，發(fā)現(xiàn)兩種酵母菌均可取代40%以上的餌料，而不會(huì)對三文魚的生長性能、營養(yǎng)利用率和消化率產(chǎn)生明顯的變化。用啤酒酵母代替15%或20%的高濃度凡納濱對蝦進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

（3）從微藻類中提取的單胞蛋白質(zhì)是20世紀(jì)后期最穩(wěn)定的一種蛋白質(zhì)。微藻具有豐富的蛋白質(zhì)和氨基酸，同時(shí)也是一種天然的抗氧化物質(zhì)——蝦青苷，并能合成 EPA和 DHA，可以用作一種具有一定的免疫刺激作用，在食品和飼料中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著微生物在水產(chǎn)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越多，微生物越來越受到人們的重視。目前，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，利用微藻的方法有兩種：一是以等鞭金藻、扁藻、纖細(xì)角毛藻等為魚種提供了一種新的飼料。二是采用海藻精制或海藻精油，分別用作蛋白質(zhì)來源和油料。結(jié)果顯示，微藻類可以取代10%～40%的餌料，而且不會(huì)對魚類的生長發(fā)育產(chǎn)生不良的作用。以螺旋藻代替20%的日糧或10%的虹鱒日糧，都不會(huì)對它們的生長發(fā)育造成不良的效果；在另外一個(gè)關(guān)于虹鱒魚的實(shí)驗(yàn)中，用阿爾梅利柵藻類代替40%的魚粉，對紅點(diǎn)紅鮭的成活率沒有明顯的變化。結(jié)果表明：微藻可以為配合飼料的生產(chǎn)供應(yīng)，極大地緩解了目前我國的蛋白質(zhì)來源不足；同時(shí)還可以提供脂肪酸、維生素等天然的營養(yǎng)成分，改善魚體的抵抗力，改善魚體的肉質(zhì)質(zhì)量。因此，微生物制劑越來越多地被用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，成為保障水產(chǎn)養(yǎng)殖的一個(gè)不可缺少的資源。

5 討論

雖然單細(xì)胞蛋白質(zhì)作為一種主要的蛋白質(zhì)來源已成為魚肉生產(chǎn)中不可缺少的一種新的來源，但是存在著許多問題，制約著它的應(yīng)用。首先，細(xì)菌和真菌產(chǎn)生的單細(xì)胞蛋白質(zhì)含有大量的核酸，這些核酸在體內(nèi)被消化后會(huì)產(chǎn)生大量的尿酸，導(dǎo)致身體的新陳代謝不平衡。利用超聲破碎法、濃鹽法等方法對單細(xì)胞進(jìn)行微量的測定，可以利用各種方法來降低單細(xì)胞中的核酸。超聲粉碎效果理想，條件溫和，適合用于大部分的微生物的粉碎，但是在應(yīng)用中必須對粉碎的時(shí)機(jī)、粉碎的力量進(jìn)行控制，以免造成單細(xì)胞的活性降低。有些單細(xì)胞蛋白中的葡萄糖、甘露聚糖等難以消化的成分，導(dǎo)致了單分子蛋白質(zhì)的消化率低于傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)來源，同時(shí)由于細(xì)菌的多糖會(huì)與食物中的蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)無法被消化。通過改善菌體破碎、蛋白質(zhì)分離或自溶化等工藝，可以有效地改善蛋白質(zhì)的消化能力。由于其最顯著的特征在于能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化的工業(yè)化，因而在飼料界仍有著很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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