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不仅能用作水产饵料,还能净化水体!这种微生物资源正成为行业研究的热点!

日期:2019-01-03 10:09 | 查看:1533/次 | 评论:0/条 | 编辑:英子 | 来自:《当代水产》 腾氏水产商务网

导读:酵母菌作为一种宝贵的微生物资源,在人类生活的方方面面已得到广泛应用。

腾氏水产商务网独家报道:


酵母菌作为一种宝贵的微生物资源,在人类生活的方方面面已得到广泛应用。酵母菌富含蛋白质、维生素、免疫多糖、生物活性酶、矿物质、生长因子等营养物质,可用作水产动物饵料及饲料添加剂,还可用于养殖水体净化。由酵母菌开发出的衍生物目前也成为行业研究的热点,在水产动保领域发挥着重要作用。本文总结了酵母菌的生物学特性、营养价值及其在水产养殖上的应用,指出了当前由酵母开发出的酵母衍生物种类、分析了衍生物在水产上的作用特点,并对酵母菌及其衍生物在水产行业的发展进行了展望。



酵母与人类的生活息息相关,从4000年前修建金字塔的古埃及人利用酵母发酵面包作为主食,酵母便成为了人类健康的神奇小伙伴。随着科技的日新月异,酵母已成为基因工程、生物工程的重要材料,在人类营养健康、酿造生物能源、动植物营养等领域发挥着重要作用。国内外对酵母菌的研究大多集中于上述领域。


近年来,随着人们对水产蛋白需求的提高,水产养殖业的快速发展,养殖产量与水环境负荷的矛盾日益尖锐,在大力推进生态文明建设的政策指导下,高效生态模式成为今后水产养殖发展的方向。由于能耗低、污染小、安全可靠、节水减排还能保证产量,微生物菌剂被大量应用于水产养殖的方方面面。


在常见水产微生物菌剂中,酵母菌营养丰富、适口性好、环境适应力及免疫作用强、易于培养,不仅能用作水产养殖动物饵料,还能用于养殖水体净化,因而酵母菌及由其开发出的衍生物在水产养殖中的应用越来越受到人们的重视。


■ 显微镜下的酵母菌


一、酵母菌生物学特性


酵母是一类单细胞真核微生物的统称,并非系统演化分类的单元,属于真菌,具有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、线粒体等较为复杂的细胞结构,是较为高等的微生物种类。酵母细胞宽(直径)约2~6μm,长约5~30μm,不能运动。细胞形态因种而异,常见的有球形、卵形和圆筒形,个别种类可形成假菌丝。某些酵母因种属或生长期差异,还呈现出高度特异性的细胞形状,如柠檬形或尖形等。其繁殖方式主要为芽殖,少数为裂殖,条件适宜时有些种类可进行有性繁殖。


其最适生长条件为:温度18℃~28℃,pH值4~6。一般为兼性厌氧,未发现专性厌氧的酵母,在缺乏氧气时,发酵型的酵母通过将糖类转化成为二氧化碳和乙醇(俗称酒精)来获取能量。


酵母容易生长,分布广泛,空气中、土壤中、水中、动物体内都存在酵母。


酵母种类繁多,截止到1998年,已描述的酵母菌达到95属,723种,目前荷兰微生物菌种保藏中心保藏的酵母菌有900种,而有关文献报道,不完全统计的酵母菌种类超过1500种,其中最常见的为酵母属(Saccharomyces),包括酿酒酵母(S.cerevisiae)和葡萄汁酵母(S.uvarum)等种类。而水产养殖中常见的酵母主要为啤酒酵母、海洋酵母和饲料酵母。


二、酵母菌的营养价值


酵母细胞中含有丰富的营养物质。有机物占细胞干重的90%~94%,其中蛋白质的含量占细胞干重的30%~50%,含有鱼类、甲壳类所需的10种必需氨基酸,除蛋氨酸和色氨酸含量略低外,其它必需氨基酸均很丰富;糖的含量在35%~60%,主要为酵母多糖,以β-葡聚糖和甘露寡糖为主,是酵母细胞壁的组成成分,在维护水产动物肠道、提高免疫力上具有显著功效;脂类物质的含量在1%~5%,含有一般水产饵料中易于缺乏的脂肪酸;


酵母细胞中还富含多种维生素、矿物质和各种消化酶。如硫胺素、核黄素、泛酸、胆碱、烟酰胺、生物素和叶酸等B族维生素,多以磷酸酯形式存在,易被水产动物体吸收利用;磷、铁、钙、钠、钾、镁、铜、锌、锰、钴和硒等众多的中微量元素,在调节动物体生理机能方面发挥重要作用;


酵母细胞内发达的酶系统和丰富的生理活性物质,能够分泌产生蔗糖酶、麦芽糖酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶、脱羧酶、脱氢酶、磷酸酶、氧化还原酶等丰富的生物酶,以及辅酶A、辅酶Q、辅酶I、细胞色素C、凝血质、谷胱甘肽等生理活性物质,能够促进各种饵料的消化吸收。此外还含有多种色素(如海洋红酵母、红法夫酵母富含虾青素)和未知的活性物质,特别适于水产动物幼体的养殖。


三、酵母菌及其衍生物在水产养殖中的应用


1

酵母菌在水产养殖中的作用


酵母菌可应用于整个水产养殖周期。苗种培育阶段,可用于饵料生物培养及营养强化;成体养殖时期,可作饲料添加剂,用于改善水产动物肠道功能。由于具备较强的有机物分解能力,酵母活菌还能用于养殖水体净化。因此,酵母菌在水产养殖上的应用主要有以下几点:


(1)饵料生物培养及营养强化

轮虫、卤虫、枝角类、桡足类等浮游动物是水产动物苗种培育过程中不可缺少的活饵料。而酵母菌个体大小适宜,氨基酸、脂肪酸、维生素等生理活性物质含量丰富,易被浮游动物摄食,因此在培养活饵料生物过程中投喂酵母菌,对饵料生物的繁殖生长具有明显的促进作用。

水产动物幼体最初由内源性营养转变为外源性营养时,多为随机取食,饵料只要大小适中即可被摄食,其多数饵料在4μm~20μm左右,而酵母细胞个体一般为4μm~6μm,大小适合于各类育苗幼体的开口饵料和整个幼体时期的饵料。

同时酵母菌体内各种养分丰富,含鱼类和甲壳类所必需的10种氨基酸、一般饵料所缺少的必需脂肪酸及全面均衡的维生素和矿物质,这些营养成分弥补了其它常规饵料的不足,对鱼、虾、蟹早期幼体和贝类、海参等浮游期幼体起到重要的营养强化作用。目前在河蟹、海参、对虾、海湾扇贝等育苗生产中,用作饵料及饵料生物培养的酵母菌一般为啤酒酵母或海洋红酵母。


(2)充当饲料蛋白源

一般水产饲料中,鱼粉为主要蛋白来源,但鱼粉价格高导致饲料使用成本上升。而酵母菌的蛋白质含量及质量不亚于鱼粉,在价格上却具有明显的优势,仅为鱼粉的1/3,为此,国内诸多学者开展了用酵母替代鱼粉充当饲料蛋白源的试验研究。

如广西水产所(1991)选用4个配方饲养罗非鱼50d,1号配方添加鱼粉(蛋白含量56%)10%,饲料蛋白含量22.5%;2号配方不加鱼粉,添加11%饲料酵母,饲料蛋白21.6%;3号用酵母取代10%鱼粉,蛋白含量22.07%;4号用酵母取代70%鱼粉,饲料蛋白21.86%。试验结果表明,不论是绝对增重还是相对增重,4号组均显著优于其它组。

阎承先(1992)以饲料的3%、7%、16%、23%添加饲料酵母(蛋白质含量60%)替代鱼粉进行57d的试验,当饲料酵母添加量达16%时,对虾的平均成活率、增长率及增重率均显著高于对照组。

黄钧等(2000)以加酶饲料酵母替代秘鲁鱼粉饲养丰鲤,经35d试验,各组间主要生长指标及饲料系数均无显著差异,但饲料成本显著降低,当替代比例为25%~75%范围时,生产1Kg鱼所需饲料成本下降3.37%~22.74%。

中国星火总公司九江生物工程制品有限公司用12%的多维高蛋白活性饲料酵母取代等量的鱼粉饲养河蟹,饵料系数为2.7,成活率比对照组提高17%,经济效益提高9.8%。

大量试验表明,酵母作为水产动物饲料中的主要蛋白源可行,用酵母全部或部分取代鱼粉,可以提高产量、降低成本,但饲料配方应设计合理,以确保各种必需氨基酸的平衡。充当饲料蛋白源的酵母有啤酒酵母、饲料酵母、石油酵母等,但综合资源来源、成本、营养成分考量,饲料酵母应是目前替代鱼粉较为理想的饲料蛋白源,我国养鱼饲料中大都采用饲料酵母。


(3)净化水质

随着水产养殖集约化程度的提高,养殖密度加大,单位面积投饵量增加,养殖区域残饵大量积累,造成养殖系统有机污染日益严重,不仅直接危害养殖对象,还会引发一些较为严重的环境问题。因此,如何控制养殖污染已成为水产养殖成败的关键问题之一。利用微生物净化水质国内外已有大量的报道,但大部分采用的是细菌(如光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌等),而有关酵母菌的研究较少。


■ 酵母菌粉


酵母菌可产生纤维素酶、碱性蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、植酸酶等各种活性胞外水解酶,对促进有机污染的微生物分解代谢具有显著作用,国内一些学者也开展了此方面的研究。

戴顺珍以罗非鱼(Tilapia mossambica)饲料浸出液作为养殖有机污染物,分析比较4株海洋酵母菌对其的降解率,结果显示,结果显示,圆丘假丝酵母DY-11-1菌株对饲料浸出液的COD、总氮、总磷降解能力最高,9d后分别由27.60mg/mL、12.22mg/mL和2.67mg/mL下降到15.73mg/mL、7.59mg/mL和1.40mg/mL,降解率分别为43.0%、37.8%和47.5%,因此其具有开发成水处理有机污染物生物制剂的潜在价值。谢航通过研究养殖水体氨氮浓度、pH值、温度等因素对假丝酵母菌降解氨氮作用的影响,发现,假丝酵母菌降解氨氮较适宜的条件为:养殖水体氨氮≤20mg/L,pH值6~7,温度25~30℃ ,盐度0~1%,溶氧2mg/L以上。假丝酵母菌在这种水体生态条件下接种5%,降解氨氮作用在12h最大,降解率接近90%。

吴伟通过研究表明,假丝酵母能够在复杂的养殖水环境中有效地去除NO2—-N。假丝酵母对NO2—-N降解的适宜条件为:温度25~30℃,pH值5.6~7.0,接种量2‰,亚硝酸盐最高浓度<2mg/L,此时假丝酵母菌对NO2—-N的降解率可达70%~94%。

酵母菌生长快、代谢旺盛、耐酸耐高温,对外界恶劣环境适应力强,目前在高浓度有机废水、含重金属离子废水、有毒有害废水处理中都有一定的应用。在养殖水体中,酵母菌能良好地生长,迅速利用水体中的有机物、氨氮、硫化氮等有害成分,净化水质的效果显著而持久,因而在水产养殖废水处理尤其是育苗水体净化中,酵母菌越来越发挥了重要的作用。


(4)抑制病害

酵母菌适应能力强、繁殖快,在育苗水体中易形成优势种群,致使其它微生物被排斥和抑制,防止了有害细菌的繁殖,起到生物抑制作用。

酵母菌的细胞壁中含有大量的β-1,3-葡聚糖、β-1,6-葡聚糖和甘露聚糖等多糖类物质,尤其是含有较多的β-1,3-葡聚糖。这类多糖类物质能刺激水产动物免疫细胞,促进免疫器官的发育,强化其免疫系统功能;提高水产动物抗应激能力,减少应激反应;并减少肠道病原菌数量,促进有益菌繁殖,调节肠道功能;预防及辅助治疗疾病,减少抗生素用量。Brattgjerd等用来源于酵母细胞壁的葡萄糖注射大西洋鲑,结果表明,其能提高大西洋鲑血溶菌酶活力和非特异性免疫能力。

Sajeevan等用来源于海洋酵母菌的葡聚糖投喂印度白对虾21d后,用WSSV进行攻毒,结果发现,0.2%葡聚糖组取得最大成活率,其酶活力也得到了相应的提高。两项研究表明酵母多糖发挥着显著的作用。酵母细胞壁中含的免疫多糖对提高水产动物的抗病能力具有重要作用。研究表明,用高活性干酵母投喂中华绒螯蟹,可提高其抗病能力。安琪酵母股份有限公司运用生物工程技术从酵母细胞中提取出的的免疫多糖(酵母细胞壁),其主要成分β-葡聚糖≥20%,α-甘露聚糖肽≥20%,肽类及蛋白质≥30%,几丁质≥2.0%等,经过对南美白对虾、日本鳗鲡和中华鳖的大量试验研究证明,该产品对多种水产动物的免疫系统有良好的刺激作用,是一种优质免疫刺激剂。


2

酵母衍生物在水产养殖上的应用


酵母衍生物,按酵母工艺加工程度区分,主要分为两大类:酵母发酵营养物及酵母深加工产品。


(1)酵母发酵营养物


即液体培养基经酵母菌发酵之后的营养物质,有液剂和粉剂。粉剂为液剂经高温喷粉干燥而成。市场上流通的大多数为粉剂。粉剂黄腐酸含量较高,达到35%~50%,除此之外,还含有丰富的维生素、矿物质、消化酶、有机酸、寡糖、氨基酸、增味物质及酵母次生代谢产物和促生长因子。酵母发酵营养物最先应用在农用有机肥上,对作物根茎叶生长、果实糖分含量提升及植株的抗逆性具有显著的促进作用,以酵母发酵营养物为载体的农用有机肥目前已成为新时代生态、营养、健康农业发展的代表。


近年来,随着人们对水产养殖“补碳”的重视,酵母发酵营养物养分全面、含量丰富、安全环保的特性及富含小分子碳元素,使其在水产动保领域扮演出彩的角色,引起了业界的广泛关注。安琪酵母股份有限公司联合中国水科院长江水产研究所开展了酵母发酵营养物在水产养殖上应用的一系列研究,研究表明,酵母发酵营养物对水产养殖的作用主要表现在:


①经常施用可显著降低水体氨态氮,氨氮去除率可达60%以上,避免氨氮积累对水产动物造成危害;

②对水体可培养有益细菌的促进效果与葡萄糖一致,生产上可完全取代葡萄糖充当“有机碳源”为养殖水体“补充碳元素”,达到“补碳培菌”的效果;

③显著增加浮游动植物的种类和多样性,维持水生态平衡,为苗期及滤食性水产动物提供天然生物饵料;

④可显著降低水体“土腥味”物质,如微囊藻毒素、2-甲基异莰醇、土臭味素、ß-柠檬醛等,经常施用的养殖水体,微囊藻毒素含量接近于0mg/L。因此,此举可提升水产品的口感和品质。


■ 酵母发酵碳源粉剂


鉴于上述特性,结合酵母发酵工艺及水产养殖需求,酵母发酵营养物衍生出新的概念—酵母发酵碳源。为此,安琪酵母股份有限公司给出“酵母发酵碳源”的定义:以糖类为底物,来源于酵母发酵工艺,可被异养微生物直接吸收利用,从而构成其细胞组织架构及细胞代谢产物,含丰富碳元素的有机物质。含有三要素:


①以糖类物质作为底物;

②经酵母发酵或来源酵母生产;

③能被微生物和植物(包括浮游藻类)直接吸收利用。


酵母发酵碳源全水溶性、有机碳源含量高、微量元素丰富、促长效果好,在水产动保领域可运用于生物饵料、解毒菌剂、有机碳肥等方面。据统计,当前国内市场每年流通的“酵母发酵碳源”可达20万吨,其中80%由安琪酵母股份有限公司提供。


■ 酵母发酵碳源液体


(2)酵母深加工产品


酵母细胞极高的营养价值,使得从酵母中提取具有生物活性的功能物质逐渐成为当前研究的热点。酵母深加工产品,来源于酵母细胞,即利用生物复合酶或其它方法将坚韧的酵母细胞壁破除,胞内营养丰富的物质如蛋白质、核酸等被充分释放出来,并在生物酶的作用下进一步将大分子有机物质降解成更易消化吸收的氨基酸、小肽、核苷酸等物质,这些营养物质易被动物机体吸收,促进动物生理机能代谢。当前酵母深加工产品主要有以下三大类:


a、酵母细胞壁:是酵母细胞酶解破壁之后,进一步将细胞壁和内容物进行分离而获得的细胞壁及其多糖成分,一般来源于酵母抽提物的副产物;

b、酵母核苷酸:酵母细胞破壁之后,进一步将其胞内的核酸降解为小分子的核苷酸,主要成分为5’-CMP、5’-AMP和5’-UMP,5’-IMP和5’-GMP含量也较为丰富;

c、酵母膏:酵母膏是全营养的酵母深加工产品,其最大的特点是酵母细胞在酶解破壁之后,不进行细胞壁多糖和核苷酸的分离,而是直接低温浓缩成膏状物质,因而几乎保留了酵母全部的营养物质。


酵母深加工产品在水产上是集营养和保健为一体的饲料添加剂。众多的研究和实验表明, 酵母深加工产品能刺激水产动物肠道内有益菌的增生繁殖, 抑制有害菌的滋长, 提供未知的营养因子, 促进营养物质的消化吸收, 可明显提高水产养殖动物的生产力水平、优化饲料的营养价值、提高饲料利用率、降低养殖成本、改善动物的健康状态。


四、发展展望


酵母在我国具有很高的经济价值和社会效益,酵母浑身是宝,当前对酵母的开发也达到了新的高度,酵母及其衍生物开发出的产品广泛用于人类营养健康、新能源、酿造、生物工程、动植物营养等方面。在水产养殖领域,酵母菌及其衍生物近年来也逐渐成为行业研究的热点。


受制于水产行业有序发展起步晚、进展缓慢,酵母及其衍生物的研究及应用仍然较为落后,相关的作用表征及机理研究不够深入,尚有许多未知的作用特点及功能因子未被发掘。


将来,随着水产养殖业的规范化发展,行业政策的积极导向,相关研究的不断深入,酵母及其衍生物在水产养殖上的作用机理会越来越清晰。今后将针对酵母及其衍生物特点,不断改进生产工艺,开发出对水产养殖发挥更大作用的新一代酵母及其衍生物产品。


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