酵母培養(yǎng)物在水產(chǎn)飼料中的研究與應用

■ 冷向軍

（水產(chǎn)科學國家級實驗教學示范中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部魚類營養(yǎng)與環(huán)境生態(tài)研究中心，上海海洋大學水產(chǎn)與生命學院，上海 201306）

近年來，酵母培養(yǎng)物因其多功能性、天然性，在動物養(yǎng)殖業(yè)中的研究應用開始受到重視。然而，對于酵母培養(yǎng)物的認識和使用，還存在諸多模糊之處。文章就酵母培養(yǎng)物在水產(chǎn)飼料中的研究應用作一綜述，為酵母培養(yǎng)物在水產(chǎn)飼料中的合理應用提供參考。

1 酵母類產(chǎn)品

酵母培養(yǎng)物可以歸入酵母類產(chǎn)品。目前，市面上有多種酵母類產(chǎn)品，這些酵母類產(chǎn)品之間（包括酵母培養(yǎng)物），極易產(chǎn)生混淆。因此，有必要對酵母類產(chǎn)品進行分類和再認識。

根據(jù)酵母的來源主要有啤酒酵母和釀酒酵母兩大類。

1.1 啤酒酵母類

啤酒酵母類包括啤酒酵母粉和啤酒酵母泥。啤酒酵母粉是指啤酒發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢棄酵母，以啤酒酵母細胞為主要組分，經(jīng)干燥獲得的產(chǎn)品。啤酒酵母泥是指啤酒發(fā)酵中產(chǎn)生的泥漿狀廢棄酵母，以啤酒酵母細胞為主且含有少量啤酒。對于啤酒酵母類，文章不作詳細描述。

1.2 釀酒酵母類

釀酒酵母類包括食品酵母粉、酵母水解物、釀酒酵母培養(yǎng)物、釀酒酵母提取物、釀酒酵母細胞壁。文章主要對釀酒酵母類作一簡介，在后續(xù)文字中，若非特別指明，均指釀酒酵母。

1.2.1 食品酵母粉

食品酵母生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄酵母經(jīng)干燥獲得的產(chǎn)品，以釀酒酵母細胞為主要組分。

1.2.2 釀酒酵母細胞壁

釀酒酵母經(jīng)液體發(fā)酵后得到的菌體，再經(jīng)自溶或外源酶催化水解，或機械破碎后，分離獲得的細胞壁濃縮、干燥的產(chǎn)品。通常，細胞壁占酵母干重的26%～32%。酵母細胞壁由85%～90%的多糖和10%～15%的蛋白質組成。以釀酒酵母（S.cerevisiae）為例，其細胞壁含30%～60%甘露聚糖，25%～50%葡聚糖，5%～10%幾丁質[1]。行業(yè)標準《飼料原料 釀酒酵母細胞壁》（NY/T 3477—2019）對酵母細胞壁的理化指標規(guī)定見表1，其關鍵質量控制指標是β-葡聚糖和甘露聚糖。

表1 釀酒酵母細胞壁理化指標（%）

1.2.3 釀酒酵母提取物

釀酒酵母經(jīng)液體發(fā)酵后得到的菌體，再經(jīng)自溶或外源酶催化水解后，或機械破碎后，分離獲得的可溶性組分濃縮或干燥的產(chǎn)品。酵母提取物由細胞質、液泡、細胞核等部分組成，其主要成分包括蛋白質、多肽、氨基酸、核酸、維生素、礦物質等，是影響酵母培養(yǎng)物營養(yǎng)價值的重要因素。行業(yè)標準《飼料原料 釀酒酵母提取物》（NY/T 3316—2018）對酵母提取物的理化指標和衛(wèi)生指標的規(guī)定見表2。

表2 釀酒酵母提取物的理化指標和衛(wèi)生指標

1.2.4 酵母水解物

以釀酒酵母為菌種，經(jīng)液體發(fā)酵得到的菌體，再經(jīng)自溶或外源酶催化水解后，濃縮或干燥獲得的產(chǎn)品。酵母可溶物未經(jīng)提取，粗蛋白含量不低于35%。酵母水解物實際上包含了細胞壁和細胞內(nèi)容物的成分。團體標準《飼料原料 酵母水解物》（T/CSWSL 007—2019）對酵母水解物理化指標和衛(wèi)生指標的規(guī)定見表3。

表3 酵母水解物的理化指標和衛(wèi)生指標

1.2.5 釀酒酵母培養(yǎng)物

以釀酒酵母為菌種，經(jīng)固體發(fā)酵后，濃縮、干燥獲得的產(chǎn)品。酵母培養(yǎng)物是由酵母細胞壁、酵母內(nèi)容物、酵母細胞外代謝產(chǎn)物、變異培養(yǎng)基和少量無活性酵母組成的復雜混合物。酵母細胞外代謝產(chǎn)物的種類多，主要有肽類、有機酸、糖類，核苷酸、氨基酸、酯類、醇類、酶類及未知生長因子等。培養(yǎng)基在發(fā)酵過程中，發(fā)生的變化主要是大分子的蛋白質、多糖等被降解為小分子的蛋白質（肽）、多糖（寡糖），特別是許多抗營養(yǎng)因子也會被降解或破壞。團體標準《飼料原料 釀酒酵母培養(yǎng)物》（T/CSWSL 003—2018），對釀酒酵母培養(yǎng)物的質量要求、試驗方法、檢驗規(guī)則和包裝、標簽、運輸、貯存和保質期進行了規(guī)定。釀酒酵母培養(yǎng)物的主要理化指標見表4。

表4 釀酒酵母培養(yǎng)物物理化學指標

在上述指標中，粗蛋白含量主要由發(fā)酵基質（底物）決定，如果以糠麩類為主，則粗蛋白含量較低，如果以餅粕為主，則粗蛋白含量較高。酸溶蛋白/粗蛋白的比值，反映了發(fā)酵過程中，對大分子蛋白的降解程度。酸溶蛋白一般采用三氯乙酸沉淀法測定，反映了其中游離氨基酸和小肽的含量。甘露聚糖是酵母細胞壁的重要成分，以此指標來反映酵母類物質的含量。

顯然，酵母培養(yǎng)物的綜合價值取決于其中各營養(yǎng)素的含量及功能性成分的種類和數(shù)量，包括基質、酵母和活性成分。如果接種的酵母菌數(shù)量多，發(fā)酵程度深，功能性物質含量多，則酵母培養(yǎng)物體現(xiàn)出來的是添加劑性質；反之，發(fā)酵基質是粗蛋白含量較高的蛋白原料，酵母培養(yǎng)物更多地體現(xiàn)出原料特性，兼具功能性添加劑的作用，可稱為高蛋白酵母培養(yǎng)物，作為優(yōu)質蛋白源使用。如果以酶解蛋白為基質進行酵母發(fā)酵，則可獲得酶解蛋白酵母培養(yǎng)物的產(chǎn)品。由于不同酵母培養(yǎng)物組成上的巨大差異，使得酵母培養(yǎng)物的用量在研究應用中也呈現(xiàn)出巨大差異。

此外，市面上還有一種釀酒酵母發(fā)酵白酒糟的產(chǎn)品，其定義為：以鮮白酒糟為基質，經(jīng)釀酒酵母固體發(fā)酵、自溶、干燥、粉碎后得到的產(chǎn)品。從廣義上講，此類產(chǎn)品也屬于酵母培養(yǎng)物，可稱為酒糟酵母培養(yǎng)物。酒糟酵母培養(yǎng)物與添加劑型酵母培養(yǎng)物相比，其活性成分相對較少，和高蛋白型酵母培養(yǎng)物相比，其粗蛋白含量甚低，粗纖維和木質素的含量較高，這也限制了此類產(chǎn)品在高檔水產(chǎn)飼料中的使用。此外，重金屬、霉菌毒素也是使用中要注意的問題。表5 是釀酒酵母發(fā)酵白酒糟的理化指標（T/CSWSL 004—2018）。

表5 釀酒酵母發(fā)酵白酒糟的理化指標

酵母各組分及其對應的產(chǎn)品示意圖見圖1。

圖1 酵母組分及其所對應產(chǎn)品

2 酵母培養(yǎng)物在水產(chǎn)飼料中的應用

如前所述，不同酵母培養(yǎng)物在組成、功能和目的上存在著巨大差異，文章根據(jù)其用量和使用目的，將酵母培養(yǎng)物分為3類進行綜述，即添加劑型酵母培養(yǎng)物、原料型酵母培養(yǎng)物和添加劑-原料兼用型酵母培養(yǎng)物。

2.1 添加劑型酵母培養(yǎng)物

此類酵母培養(yǎng)物通常以糠麩等為底物進行深度發(fā)酵，所獲產(chǎn)品中酵母活性成分和代謝物的含量豐富，在飼料中的應用以直接添加為主，通常添加量≤1%。

Guo 等[2]在飼料中添加0.5%、1.0%酵母培養(yǎng)物（以玉米、糠麩為發(fā)酵底物），提高了凡納濱對蝦腸絨毛高度和酚氧化酶、溶菌酶、酸性磷酸酶（ACP）、堿性磷酸酶（AKP）活性，上調了消化道中酚氧化酶原（propo）、溶菌酶、抗脂多糖因子（alf）、抗菌蛋白的mRNA 表達水平，下調了半胱氨酸蛋白酶（caspase-1）、核轉錄因子κB p65（nf-κbp65）、髓樣分化初級應答蛋白（myd88）和Toll 樣受體（tlr）的表達水平，增加了腸道中乳酸菌的豐度。Burgents 等[3]在飼料中添加1%酵母培養(yǎng)物（Diamond V XP），飼養(yǎng)凡納濱對蝦4周后，對蝦體增重沒有顯著影響，但在溶藻弧菌攻毒試驗中，對蝦成活率較對照組有顯著提高（74.2% VS 42.9%）。在粟雄高等[4]的研究中，飼料中補充0.075%或0.1%的酵母培養(yǎng)物（益康XP，濃縮型）顯著提高了蝦體增重率和肝胰腺蛋白酶活性，降低了飼料系數(shù)，但對溶藻弧菌攻毒后的蝦體成活率沒有顯著影響。

酵母培養(yǎng)物對于抗營養(yǎng)因子引起的腸道損傷也具有積極的緩解或修復作用。大豆凝集素和棉酚分別是大豆、棉粕中的重要抗營養(yǎng)因子，易引起腸道損傷和炎癥反應。Bai等[5]以對照飼料和添加2%酵母培養(yǎng)物飼料飼喂烏蘇里擬鲿8 周，然后每天每尾灌服大豆凝集素0.2 mL（濃度1 mg/mL）20 d，對照組的腸黏膜脫落，肌層變薄，促炎因子如NF-κB、IL-1β、IL-8的表達顯著上調，抗炎因子IL-10 表達下調，GPT、GOT活性升高，添加酵母培養(yǎng)物可有效減輕免疫抑制和腸、肝損傷，這主要是通過抑制TLR2/MyD88/NF-κB信號通路和氧化應激而實現(xiàn)。類似地，Bu 等[6]以對照飼料和添加1%酵母培養(yǎng)物飼料飼喂烏蘇里擬鲿8周，然后灌服棉酚（300 mg/kg BW）15 d，結果表明，棉酚誘發(fā)了炎癥反應，導致了免疫、氧化和肝損傷，而添加酵母培養(yǎng)物通過抑制TLR2-MyD88-NF-κB 的過度激活阻止了IL-1β、IL-8 表達水平升高和IL-10 表達水平的下降，肝細胞核溶解、變性的發(fā)生率降低。

2.2 原料型酵母培養(yǎng)物

此類酵母培養(yǎng)物通常以高蛋白的植物原料為發(fā)酵底物，所得產(chǎn)品的蛋白質含量高，富含小肽，酵母代謝產(chǎn)物的含量也較為豐富，可作為優(yōu)質蛋白源替代或減少魚粉的用量。此類酵母培養(yǎng)物在飼料中的用量通?？蛇_4%以上。

桂良超等[7]以25、50 g/kg和75 g/kg高蛋白酵母培養(yǎng)物（粗蛋白64.3%）替代魚粉用量的10%、20%和30%（基礎飼料含魚粉250 g/kg），飼喂凡納濱對蝦（0.70 g）56 d，結果表明，酵母培養(yǎng)物替代10%、20%魚粉對蝦體增重率沒有顯著影響，替代30%魚粉時，顯著降低了增重率；以哈維氏弧菌攻毒后，75 g/kg 酵母培養(yǎng)物組的肝胰腺丙二醛（MDA）含量和累積死亡率顯著降低。這表明，酵母培養(yǎng)物替代魚粉，所引起的生長反應和抗病力反應并不完全一致。

如果預先對發(fā)酵底物進行酶解，再進行酵母發(fā)酵，則可獲得酶解蛋白酵母培養(yǎng)物。其基本生產(chǎn)工藝如下：以酶解高蛋白豆粕為底物，接種釀酒酵母，經(jīng)深度發(fā)酵、升溫自溶、低溫干燥、粉碎，所得到的發(fā)酵產(chǎn)品含粗蛋白55.7%、粗脂肪1.6%、粗灰分6.5%、粗纖維4.6%、甘露聚糖2.2%、核苷酸2 014 μg/g[8]。以該酵母培養(yǎng)物等蛋白替代魚粉，使魚粉用量從350 g/kg 降為300、250 g/kg 和200 g/kg，飼喂大口黑鱸（21.2 g）8 周。結果表明，酵母培養(yǎng)物可以替代100 g/kg 的魚粉，不會影響大口黑鱸的生長性能、營養(yǎng)物質利用、抗氧化能力、非特異性免疫和腸道健康[8]。Zhang 等[9]設置魚粉含量為200 g/kg 的對照飼料，以酵母培養(yǎng)物等蛋白替代魚粉，使魚粉用量降為160、120、80 g/kg，飼喂凡納濱對蝦（2.78 g）56 d。結果表明，酵母培養(yǎng)物可以替代40 g/kg 魚粉，對凡納濱對蝦生長性能、非特異性免疫、腸道及肝胰腺組織學不會產(chǎn)生不利影響；替代過高比例魚粉后，會導致營養(yǎng)物質消化率下降和肝小體萎縮。在含魚粉250 g/kg 的飼料中以酵母培養(yǎng)物40、80、120 g/kg等蛋白替代魚粉，飼喂雜交鱧（9.20 g）70 d，結果表明，酵母培養(yǎng)物用量為40、80 g/kg 時，魚體增重率、飼料系數(shù)、蛋白質效率、蛋白沉積率和脂肪沉積率與對照組沒有顯著差異，血清超氧化物歧化酶活性和總抗氧化能力上升，但120 g/kg 酵母培養(yǎng)物組增重率、飼料效率、血清總膽固醇顯著降低，腸道短螺旋體屬微生物豐度顯著上升[10]。在上述研究中，酵母培養(yǎng)物替代魚粉的適宜比例分別為：28.6%（大口黑鱸）、20%（凡納濱對蝦）、23.6%（雜交鱧）。

2.3 添加劑-原料兼用型酵母培養(yǎng)物

此類酵母培養(yǎng)物兼具添加劑型和原料型的特點，其組成和特性介于兩者之間，其粗蛋白含量一般也較高。在應用中，其用量通常為1%～4%，可替代部分魚粉，也可直接添加。

Zhang 等[11]在魚粉含量為100 g/kg 的基礎飼料中以20、40、60 g/kg 酵母培養(yǎng)物（粗蛋白含量677 g/kg）替代20%、40%和60%魚粉，對異育銀鯽生長性能沒有產(chǎn)生不利影響；在嗜水氣單胞菌攻毒后，40 g/kg 酵母培養(yǎng)物組的成活率顯著高于對照組，腎臟中Toll 樣受體2（TLR2），髓樣分化初級應答蛋白（Myd88）和IL-1β的相對表達量顯著升高。在魚粉含量為340 g/kg的石斑魚飼料中，Wang等[12]以20、40 g/kg酵母培養(yǎng)物（粗蛋白含量500 g/kg）替代15、30 g/kg 魚粉，顯著提高了魚體增重率，降低了飼料系數(shù)，腸道胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性以及腸絨毛高度、寬度也顯著增加；哈維氏弧菌攻毒后，酵母培養(yǎng)物組的成活率顯著提高。此外，40 g/kg 酵母培養(yǎng)物組的腸道放線菌門、擬桿菌門和乳酸桿菌的相對豐度顯著提高。Feng 等[13]在高淀粉的大口黑鱸飼料（含木薯淀粉15%、魚粉35%）中添加3%酵母培養(yǎng)物（相應減少SPC），顯著提高了魚體增重率，降低了肝脂、肝糖原含量，腸道中有益微生物如乳酸桿菌、芽孢桿菌和雙歧桿菌豐度顯著增加，而潛在致病菌（鄰單胞菌）減少。在含魚粉200 g/kg的凡納濱對蝦飼料中，添加1%、2%酵母培養(yǎng)物（含50%粗蛋白，等蛋白減少魚粉用量），養(yǎng)殖凡納濱對蝦8 周后，2%酵母培養(yǎng)物組的增重率顯著提高，飼料系數(shù)顯著降低，哈維氏弧菌攻毒后的成活率顯著增加，腸道有害菌如弧菌豐度顯著降低，有益菌如假交替單胞菌豐度顯著增加；兩個酵母培養(yǎng)物組的腸道絨毛高度、寬度均顯著提高[14]。程鑫等[15]則比較了兩種酵母培養(yǎng)物對黃顙魚生長性能、非特異性免疫和腸道健康的影響；這兩種酵母培養(yǎng)物的粗蛋白含量分別為50%（YC1）、55%（YC2），在飼料中的添加量分別為1%、2%（等蛋白減少魚粉用量），結果顯示，飼料中添加酵母培養(yǎng)物YC2能有效改善黃顙魚生長性能（提高增重率、蛋白沉積率，降低飼料系數(shù)），增強機體非特異性免疫功能和抗氧化能力、維持腸道健康，提高黃顙魚抗嗜水氣單胞菌感染的能力，YC2 的作用效果優(yōu)于YC1。

其他有關于酵母培養(yǎng)物在水產(chǎn)飼料中的研究報道見表6。

表6 酵母培養(yǎng)物對水產(chǎn)動物的作用效果

3 酵母培養(yǎng)物的作用機理

酵母培養(yǎng)物中含有豐富的小肽、有機酸、寡糖（甘露聚糖、葡聚糖）、核苷酸、氨基酸、酶、維生素及未知生長因子等，可以通過改善腸道組織形態(tài)、促進消化酶分泌、調節(jié)腸道菌群結構、增強機體免疫機能，促進營養(yǎng)物質消化、吸收和利用，從而提高水產(chǎn)動物生長性能和健康水平。這些功能性成分的作用效果和機理，已有較多論文進行過綜述，文章在此僅就寡糖、有機酸、核苷酸和小肽作簡要描述。

3.1 寡糖

酵母培養(yǎng)物中的寡糖主要是甘露聚糖、β-葡聚糖。許多研究表明，甘露聚糖、葡聚糖是有效的免疫增強劑，可以提高水產(chǎn)動物的免疫機能。在虹鱒[21]、歐洲鱸魚[22]的飼料中補充β-葡聚糖可促進免疫反應，提高病菌攻毒后魚體的成活率。樹凝素-1（Dectin-1）受體在中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、巨噬細胞、單核細胞等免疫細胞的表面高度表達，β-葡聚糖與Dectin-1 受體結合，通過細胞內(nèi)信號傳導激活NF-κB，進而刺激細胞因子產(chǎn)生、吞噬作用和呼吸爆發(fā)[23]。甘露聚糖也具有較強的免疫刺激作用，還可改善腸道組織結構，提高黏膜屏障功能，其可能的作用機制是與有害菌結合，防止有害菌定植[24]。甘露寡糖還可作為益生元，促進腸道有益菌，如雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖，抑制大腸桿菌、弧菌等致病菌的數(shù)量，維持腸道微生態(tài)平衡。

3.2 有機酸

酵母代謝產(chǎn)物主要有機酸有乙酸、乳酸等。有機酸能刺激消化液的分泌,提高礦物質的利用率，對腸道微生物具有正向調節(jié)作用。乳酸能作為中間產(chǎn)物參與機體合成ATP的過程，與葡萄糖參與ATP過程相比，時間短，更能有效緩解機體的應激反應。研究表明，飼料中補充乳酸可以改善鯽魚[25]、草魚[26]的生長性能，提高草魚腸道蛋白酶活性[26]和羅非魚的腸道淀粉酶活力[27]。

3.3 核苷酸

酵母中富含核糖核酸，而DNA 的含量較少。Agboola 等[1]統(tǒng)計了已報道的釀酒酵母中的核酸含量平均為（48±28） g/kg 干物質。核苷酸是核酸的水解單體，可以補充飼料中核苷酸的不足，在幼齡動物生長發(fā)育過程中起著重要作用。呈味核苷酸（鳥苷酸和肌苷酸）有鮮香味，具有誘食劑的功能，可提高動物采食量。在一些魚類的研究中，核酸還具有節(jié)約蛋白質的效應，可促進上皮細胞的生長和免疫反應[28]。

3.4 小肽

酵母培養(yǎng)物中的小肽來自于酵母自身的代謝，也來自于發(fā)酵過程中對大分子蛋白質的降解。從效果來看，可分為功能性小肽和營養(yǎng)性小肽，功能性小肽主要參與機體生理功能，營養(yǎng)性小肽則作為機體蛋白合成骨架。小肽的種類多，功能復雜。一些小肽具有免疫作用和誘食效果，一些小肽對腸上皮細胞具有營養(yǎng)功能。比如，谷胱甘肽具有調節(jié)機體免疫活性、抗氧化、解毒和抗過敏等功能。吳遠彩等[29]在凡納濱對蝦飼料中添加0.1%小肽（分子量＜2 000 u 的占比為85.5%），顯著提高了蝦體增重率、血清超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶活力和總抗氧化能力，降低了飼料系數(shù)和腸道弧菌豐度。

4 問題與展望

4.1 酵母培養(yǎng)物的名稱

由于生產(chǎn)過程中使用的酵母菌種、培養(yǎng)基、發(fā)酵工藝等的不同，導致產(chǎn)品中代謝產(chǎn)物的種類、含量以及常規(guī)組成（比如粗蛋白含量等）存在明顯差異；由于使用目的和其特性的不同，這也使得不同的酵母培養(yǎng)物在使用量上也存在巨大差異，低者可至0.1 g/kg，高者可達100 g/kg，相差達1 000 倍，顯然這已經(jīng)不是同類型的產(chǎn)品了，建議采用不同的名稱加以區(qū)分。對于添加量在1%以下的酵母培養(yǎng)物，依然采用酵母培養(yǎng)物的傳統(tǒng)名稱，按添加劑使用管理；對于用量在1%以上的酵母培養(yǎng)物，建議采用酵母發(fā)酵物的名稱，按飼料原料使用管理。

4.2 發(fā)酵菌種

目前，生產(chǎn)酵母培養(yǎng)物主要是采用釀酒酵母。實際上，畢赤酵母、產(chǎn)朊假絲酵母等在養(yǎng)殖領域也有一定的使用。在飼料添加劑品種目錄中，產(chǎn)朊假絲酵母也是允許使用的微生物。今后可以嘗試使用不同酵母進行發(fā)酵，生產(chǎn)酵母培養(yǎng)物，或者組合不同酵母，生產(chǎn)復合型的酵母培養(yǎng)物，使其功能性成分更加豐富。

4.3 酵母培養(yǎng)物的作用機理

酵母培養(yǎng)物主要由酵母細胞壁、酵母細胞內(nèi)容物、代謝產(chǎn)物、變性基質組成，其中酵母細胞外代謝產(chǎn)物的種類多，主要有肽類、有機酸、糖類，核苷酸、氨基酸、酯類、醇類、酶類及未知生長因子等。酵母培養(yǎng)物的有益作用并非來自某個因子，而是多因子共同作用的結果。除甘露聚糖、葡聚糖、有機酸等外，大多數(shù)代謝產(chǎn)物的作用機理并不清楚，特別是這些活性成分相互作用后，所產(chǎn)生的效果和機理更為復雜，未知生長因子更是不為人所知。這些都是今后有待加強研究的內(nèi)容。

由于飼料資源的緊缺，不管是作為添加劑使用，還是作為蛋白原料使用，酵母培養(yǎng)物在今后的水產(chǎn)飼料中將具有廣闊的應用前景。