酵母菌用做饲料添加剂的作用

一种新型水产饲料添加剂-酵母细胞壁摘要:酵母细胞壁是一种新型的环保型饲料添加剂，在水产养殖中应用十分广泛。影响 肠道微生态平衡增殖肠道有益菌，抑制有害菌，提高动物免疫机能.促进新陈代谢大量试验 表明，它能，从而提高动物的生产性能和经济效益。综述了酵母细胞壁的组成成分、免疫机 理及其在水产养殖中的应用情况，并展望了酵母细胞壁作为水产饲料添加剂的应用前景。 1前言抗生素和化学药物引起病原菌耐药性和养殖水体中微生态环境失衡等问题逐渐成为水 产养殖业中日益严峻的问题。随着绿色养殖模式的推广，抗生素和化学药物的使用在水产养 殖中受到越来越多的限制。2002年3月25日，欧盟公布的一项旨在提高欧洲食品安全水平 的计划显示，欧盟将在之后的几年内全面禁止在动物饲料中添加抗生素类药物。欧盟食品安 全官员称，到2006年将全面禁止抗生素用于动物饲料。这促使水产科技工作者寻找既能提 高水产动物生产性能厂能预防疾病而又不会明显增加生产成本的营养和管理新措施。此类措 施主要依据养鱼八字经“水、种、饵、管、密、混、轮、防”进行设计，如水环境的控制、 改良水产动物的遗传品系药物及免疫程序的使用、饲料配方设计和饲料添加剂的开发、养殖 管理、放养密度、混养种类、轮捕轮放、预防疾病等。这些措施多数要么改变动物胃肠道微 生物菌群。要么增强动物的免疫能力，而后者是最受政府和消费市场欢迎的策略。因此水产饲料配方师和饲料加工厂商开始着重于通过设计饲料配方和加人新型添加剂 而增强水产动物的免疫能力。酵母提取物，尤其酵母细胞壁就是在这方面具有很大潜力的一 种新型添加剂。酵母是一类单细胞微生物，结构简单，属于真菌类。目前已知的酵母菌有370余种。酵 母及酵母饲料用作饲料添加剂始于20世纪20年代中期,最早是用做反当动物的蛋白质补充 饲料。酵母细胞中含有丰富的蛋白质、B族维生素、脂肪、糖、酶等多种营养成分和某些协 调因子。酵母菌具有的众多生理功能，使其在饲料工业中得到了广泛的研究与应用。酵母细胞壁是一种全新、天然、绿色添加剂，其产品淡黄色，粉末状，无苦味，是生产 啤酒酵母过程中由可溶性物质提取的一种特殊的副产品，占整个细胞干质量的20%-30%, 在维持细胞形态和细胞与细胞间的识别中起重要作用。近年研究认为，酵母细胞壁含有的甘 潺寡糖(Mannano ligosacharides,M OS或BIO 一 MOs)和卜葡聚糖可对细菌、病毒引起的疾病 及环境因素引起的应激反应产生非特性免疫力。2酵母细胞壁的成分及其免疫机理2.1酵母细胞壁的成分酵母细胞壁的结构是一个动态且被调控的结构，其结构和组成可以被严格调控并能对环 境变化作出广泛地响应1。酵母细胞壁主要由葡聚糖、甘露寡糖、糖蛋白和几丁质组成， 葡聚糖构成细胞壁的基质，其上覆盖一层甘露寡糖，占细胞壁干质量的85%左右。酵母细 胞壁物质对酸解过程比较稳定，其碎片能完好无损地通过胃或皱胃。这种能抵抗酸消化的能 力，造就了它在不同种类动物中的广泛应用。酵母细胞壁活性成分主要由R 一葡聚糖(57.0%)、甘露寡糖(6.6%)、糖蛋白(22.006)和几 丁质组成，其它成分如蛋白质、核酸、类脂和灰分占其干质量的20.0%以下。酵母细胞壁可 作为一种免疫促进剂，通过激发和增强机体免疫力，改善动物健康来提高生产性能，尤其是 能充分发挥幼龄动物的生长潜力。其功能主要由甘露寡糖和P一葡聚糖来发挥。2.2甘露寡糖的免疫机理2.2.1吸附肠道病原菌，调节非免疫防御机制胃肠道非免疫防御系统的主要组成部分是内源微生物菌群。有益微生物菌群覆盖在胃肠 道豁膜上皮，能防止其它微生物附着，阻断病原微生物定殖和感染动物的关键步骤-茹附到 翻膜组织2。以甘露寡糖为主的聚寡糖能够干扰肠道病原体的定殖。2.2.2激活机体体液和细胞免疫甘露寡糖可增加细胞因子的释放，而细胞因子则可以协调不同免疫细胞的活动;提高白 细胞介素(IL 一 2)的浓度，白细胞介素可使T细胞增殖和分化;增强IFN(干扰素)的活性，IFN 是由活化的T细胞释放的细胞因子,IFN的出现促使白细胞、体液和蛋白质向感染部位迁移， 并活化巨噬细胞，促使其杀死所包围的细菌。2.2.3吸附霉菌毒素MOs可以鳌合胃肠道释放的黄曲霉素，还可以结合玉米赤霉烯酮。结合力呈非直线关 系。大量的体外试验证明，酵母细胞壁吸附毒素的程度与霉菌种类和细胞壁的制备有关。目 前来看，最有效的是从啤酒酵母细胞壁中提取的脂化甘露聚糖，其具体作用机制尚待进一步 研究2.3 R-葡聚糖的免疫机理R-葡聚糖是葡萄糖的一种聚合物，是酵母细胞壁行使特殊功能的多糖，通常由10-20 个单糖组成，相对分子质量为650万一 750万，大多数为水不溶性或胶质的颗粒。与其它糖 类不同，一般糖类单糖之间以卜1,4键相结合，而R-葡聚糖中的单糖之间以R 一 1,3键和p 一 1,6键相连。由于特殊的键结合方式和分子氢键的存在，其分子呈螺旋形结构，这种特殊 的构型对动物免疫系统具有较强的刺激作用。R-葡聚糖约占细胞总质量的120,6-140,6。体 内网状内皮系统(RES)在葡聚糖的刺激下产生大量对免疫功能起关键作用的巨噬细胞3。而 巨噬细胞通过巨噬作用吸收、破坏和清除体内损伤、衰老和死亡的自身细胞核侵人体内的病 原微生物。猪、新生仔鸡口服以归一 1,3葡萄糖为主要成分的干酵母细胞壁制剂(YCM)后， 能提高巨噬细胞吞噬力4.5。新生犊牛口服YCM能促进淋巴细胞转化率和IgG的产生6。 故又可将R-葡聚糖称为免疫多糖。3酵母细胞壁在水产养殖业的应用随着水产养殖业的发展，水产动物病害成了制约其健康养殖的关键因素之一。在水产动 物营养研究中，研究营养素对动物免疫力的影响一营养免疫学，是国际上近10年来发展起 来的一门新兴学科。通过营养学方法来提高养殖动物的免疫力和抗病力是健康养殖、维持养 殖业可持续发展的重要途径。目前我国养殖环境恶化、病害滋生,滥用药物的情况严重，从 而影响到我国食物的安全和人民的健康。我国在水产动物营养免疫学、营养病理学方面的研 究相对起步较晚，应该引起有关方面足够的重视。2004年5月召开的第11届国际水产动物 营养与饲料研讨会明显突出了绿色、环保及可持续性的主题，来自日本、西班牙等国的学者 详尽讲述了营养免疫学在水产动物营养研究与养殖中的重要性。可以预见，由于机体免疫与 健康养殖、绿色养殖的紧密联系，营养免疫学在水产动物营养中的地位将越来越突出，这为 酵母细胞壁这类饲料添加剂的投人使用拓宽了道路。目前，我国水产动物饲料添加剂的生产企业普遍存在对单项饲料添加剂或原料生产种类 有限、质量不高的情况。添加剂原料和添加剂预混料进口的局面长期以来未能改变。为节约 外汇，促进我国饲料工业健康发展，高质量饲料添加剂的研究开发至关重要。酵母细胞壁适用于各种动物饲料，特别是在水产动物中效果显著。研究实践表明，饲 料中酵母细胞壁的刺激可使鱼类免疫器官的发育加快，T,B淋巴细胞的数量增多一方面增强 鱼虾的非特异性免疫，另一方面又能够激发机体体液免疫的产生7. R 一葡聚糖还可对一些 细菌病原体侵袭进行防护8.陈昌福9 将不同剂量的免疫多糖(酵母细胞壁)拌在饲料中，投喂接种灭活柱状嗜纤维 菌菌苗的异育银卿，试验结果表明，在饲料中添加150 mg/(kg-d)免疫多糖，对受免异育银 娜的免疫应答具有较强的调节效应，表现在提高了血清中凝集抗体效价，增加血液中白细胞 的吞噬百分比和吞噬活性;且鱼体的增重率与饲料效率都有所增加，证明适当添加酵母细胞 壁还有促进异育银卿生长和摄食的作用。集约化饲养实践表明，在饲料中加人酵母细胞壁能减少甚至防止疾病的暴发，降低死亡 率并促进生长。饲料中添加1-r3 kg/t的酵母细胞壁已被证实对鱼虾具有增强免疫调节作用， 可以增强鱼虾对各种重要疾病和水体环境变化的抵抗力，提高存活率1070陈昌福等3在南 美白对虾饲料中添加10.0 mg/kg的免疫多糖（酵母细胞壁），能显著提高供试南美白对虾血清 和肌肉中ACP和ALP活性（PV0.05）,极显著地提高肝胰腺中ACP,ALP和POD的活性 （PV0.01）,增强抗哈维弧菌感染的能力。需要注意的是，由于酵母细胞壁含有一定量的甘露 寡聚糖，当动物摄人过多时，消化道后部寄生的微生物发酵过度，食物通过消化道速度加快， 产生软粪，可能引起畜禽消化不良性腹泻，生长发育受阻，故应控制酵母细胞壁的添加量 11。陈昌福91的试验也反映了这一点:当饲料中免疫多糖的添加量上升到300 mg/墉时，供 试异育银卿的相对增重率和饲料效率并没有相应上升，反而略低于投喂量为150 mg/翰的试 验组。对鱼虾，饲料中酵母细胞壁的推荐用量在其正常状态下为1.0-2.0 kg/t，应激状态下 为3.0k g/t，疾病状态下为10k g/t12.综上所述，使用酵母细胞壁作为水产饲料添加剂,可被认为是增强鱼虾抵抗疾病力、 保持机体健康、促进生长的最有效手段。根据水产动物不同生长阶段及健康状态，以相应的 比例将酵母细胞壁均匀混人常规饲料就可生产出动物食用后产生免疫力的天然绿色饲料。酵母在分类上属于真菌门，是含多种不同分类地位的酵母菌的生态类群，属于兼性厌氧微生 物，分布广泛，种类多。酵母添加剂是利用生物技术生产的微生物添加剂的一种，不仅含有 丰富的营养物质，可直接作为动物饲料的蛋白源，而且还可稳定胃肠道微生物区系，提高动 物对纤维素和矿物质的消化，增强动物免疫力，吸附致病因子，从而促进动物健康。酵母添 加剂在养殖业生产中用作微生态饲料添加剂始于20世纪20年代中期，最早用作反刍动物的 蛋白质补充饲料。在美国，该添加剂已被作为一种常规的饲料成分得到广泛的应用。1饲用酵母菌株的选择用作饲料的酵母菌种很多，但并非所有酵母菌都能用于家畜饲料，生产上应用时应注意 菌种类型的选择。理想的酵母菌株应具备如下特征：1）具有安全性，对动物和人的健康无 害。2）有较强的适应外界环境条件的能力，能抵抗饲料加工过程中的加热、干燥、挤压和 振动。3）具有促进消化道中某种有益微生物活性的作用。4）可大量培养生产。5）在体温范 围内具有理想的活性。6）具有抗酸能力，用于单胃动物的酵母菌必须具有这一特性，它可 抵抗胃中的酸性环境。2酵母添加剂的作用机制酵母菌具有的众多生理功能，使其在饲料工业中得到广泛的研究与应用，其作用机制总 结如下：I）直接营养作用，提供动物多种营养成分，促进动物生长发育。2）提高动物肠道消 化酶活性。3）促进微生物繁殖和增强活性，调节胃肠道微生态平衡。4）提高动物对纤维素 和矿物质的消化率。5）提高免疫力和抗应激能力，吸附致病因子，保障动物健康。3酵母添加剂的种类3. 1酵母多糖酵母多糖(Yeast polysaccharide, YPS)是酵母细胞壁的重要组成部分，广泛存在于 酵母和真菌的细胞壁中，占酵母细胞壁干质量的40%。酵母多糖的研究随科学技术的发展 而逐渐深入，近年来，国内外科技工作者对YPS的研究有了许多新的成果。国外研究证实， YPS是大分子多糖，其中含有100300个甘露糖分子。此外，YPS无毒且无诱变性，并 具有广泛的生物学活性，易于提取，不仅具有一定的营养价值，还具有促生长、增强免疫、 抗病毒及抗氧化等多种重要的生物学功能。3. 2酵母培养物酵母培养物(Yeast Cultures YC)其应用源于20世纪20年代中期，是一种含有酵母菌 赖以生长的培养基经酵母培养和生物转化的产品，它营养丰富，含有维生素、矿物质、消化 酶、促生长因子和较齐全的氨基酸，适口性好。在家畜日粮中添加酵母培养物能有效提高家 畜对饲料中粗蛋白、粗纤维、矿物元素和维生素等营养成分及能量的消化和吸收；改善粗饲 料的适口性；增加采食量；改善瘤胃发酵；预防和治疗腹胀及腹泻等消化不良症;促进幼畜 和病畜胃肠发育及功能的恢复，进而增强畜体免疫力和抗病力，提高家畜生产性能。目前， 用于生产酵母培养物的酵母菌种主要为啤酒酵母，在饲料工业中应用最为广泛。3. 3饲料酵母饲料酵母亦为单细胞蛋白，是指用作饲料的酵母单细胞蛋白。饲料酵母干物质中蛋白质 含量可高达50%，在畜牧业一直作为单细胞蛋白而被广泛使用。生产中酵母可作为优质蛋 白源，部分代替饲料中的鱼粉和肉骨粉。目前，多用假丝酵母、得巴利酵母、球拟酵母和红 酵母来生产单细胞蛋白。#p#畐标题#e#3. 4酵母细胞壁酵母细胞壁是一种全新、天然和绿色的添加剂，是生产啤酒酵母过程中由可溶性物质提 取的一种特殊的副产品，占整个细胞干质量的20%30%。其活性成分主要由_13葡聚 糖(57. 0%)、甘露寡糖(6. 6%)、糖蛋白(22. 0%)和几丁质组成。酵母细胞壁可作为一 种免疫促进剂，通过激发和增强机体免疫力，改善动物健康来提高生产性能，尤其能充分发 挥幼龄动物的生长潜力。酵母细胞壁适用于各种动物饲料，特别是在水产动物和断奶仔猪饲 料中效果显著，国外已普遍使用。3. 5酵母系列微量元素利用酵母菌来富集微量元素铁、锌、硒和铜的研究已成为热点课题，它不仅可显著提高 动物对微量元素的利用率，而且与无机微量元素相比具有安全、稳定、易吸收、有效、污染 较小及保健等功能，因而在畜牧业中也有很好的应用前景。4酵母添加剂在养殖中的应用酵母添加剂作为一种微生态制剂，近10年来在养殖业中得到广泛应用。大量试验表明， 酵母添加剂对牛、猪和鸡等的生产性能有显著促进作用，在水产养殖中的试验也取得了很好 的效果。4. 1酵母添加剂在奶牛生产中的应用大量研究表明，酵母培养物能促进瘤胃发酵，使氨细菌、蛋白质合成细菌及纤维菌等大 量繁殖生长，从而提高饲料粗纤维消化率及细菌利用非蛋白氮(NPN )合成菌体蛋白的效率， 具有显著的增乳效果。刘强等研究益生酵母添加剂对荷斯坦泌乳母牛泌乳性能的影响，结果 表明，添加酵母可明显增加干物质采食量，缓减体质量下降，增加标准奶产量2. 25 kg/ (d头)(Pv0. 05)，乳脂率增加0. 3百分点。Newbold认为，添加酵母培养物可增加采食 量，为增加产奶量提供足够的能量，使奶牛生产性能得以提高。Harrison等报道，泌乳早 中期(104 d)添加酵母培养物比泌乳晚期添加效果显著，而以泌乳中期添加效果更显著。 Wohh等报道，给泌乳早中期奶牛添加酵母培养物，可使奶产量增加4. 4%,并且泌乳高 峰提前。4. 2酵母添加剂在肉牛生产中的应用在肉牛生产中，酵母添加剂可调控胃肠道发酵，减少腹泻和刺激胃肠道的发育，从而促 进犊牛提早采食和生长，对成年牛具有增强动物消化粗纤维的能力，改善肉牛生产性能。黄 庆生(2002)研究发现，酵母添加剂有提高瘤胃内羧甲基纤维素酶、水杨苷酶和木聚糖酶活 性的效果。Bees on等报道，在青贮料加精料的饲粮中添加酵母培养物，可使肉牛体质量提 咼6. 9%。4. 3酵母添加剂在猪生产中的应用诸多研究表明，在猪饲粮中添加酵母添加剂可促进饲料消化吸收，提高生长速度，降低 饲养成本。胡友军等研究了活性酵母对早期断奶仔猪免疫机能和生产性能的影响，结果表明， 添加活性酵母组断奶仔猪的试验末质量、日增质量、饲料转化率、腹泻率和T淋巴细胞极 显著优于添加金霉素的对照组。董晓莉等用70窝哺乳仔猪研究了6种不同添加剂的效果，结 果发现，各组均可提高仔猪的日增质量，其中以添加l%的中草药免疫增强剂和1%的酵母 培养物最好，添加YC组显著优于对照组，平均日增质量提高29. 86%，腹泻频次降低25. 86%。张瑞文等在仔猪料中添加0. 25%的YC也取得了相似的效果。陈安国等以酒 糟酵母取代部分豆粕饲喂生长肥育猪，试验组与对照组无显著差异，降低了饲料成本。#p#畐I标题#e#4. 4酵母添加剂在家禽生产中的应用酵母添加剂添加到家禽日粮中，对其生产性能也有明显的促进作用。洪奇华以岭南黄肉 鸡为研究对象，研究了活性酵母对其生长性能的影响。结果表明，以3%活性酵母代替等量 豆粕的试验组049日龄的平均末质量、平均日增质量和成活率分别比对照组提高 8. 74%、8. 91%和5. 00%，料重比下降11. 25%，差异均显著。申爱华等研究表明， 酵母添加剂在蛋鸡上应用，可提高产蛋率、降低破蛋率和饲料成本。高仕英等报道，酵母多糖是一种既可促进鸡的细胞免疫能力，又可提高其体液免疫应答 水平的免疫增强剂。张云涛等研究发现，YPS能促进雏鸡的生长和发育，在雏鸡饮水中添 加0. 5%的YPS,可通过机体免疫作用消灭入侵的大肠杆菌与沙门菌等病原微生物，从而 有利于雏鸡免疫功能的提高。高天舒等在肉用仔鸡育成过程的早期(6日龄)用YPS灌胃(20 mg / kg)，可明显促进肉用仔鸡肠道菌群中乳酸杆菌的增殖，抑制大肠杆菌生长。曾正清 等以2%甘薯或马铃薯淀粉渣发酵制得的酵母饲料饲喂肉仔鸡，降低肉仔鸡的病死率，提高 日增质量，改善肠道微生态环境。4. 5酵母添加剂在水产动物中的应用许多研究表明，酵母培养物作为鱼虾等水产动物的饲料蛋白源，可降低饲料成本，提高 水产养殖的经济效益，因此，在水产养殖中同样可广泛应用。赵林国等利用杨树叶等农林纤维废料经酵母发酵处理后，营养价值显著提高，其中氨基 酸总量从8. 42%增加到16. 21%，粗纤维含量显著降低，并含有多种酶的高活性。吴新 民等利用酵母菌将配合饵料中的部分糖类物质转化为蛋白质、脂类和维生素等有效成分，并 通过饲养试验验证了，经酵母菌发酵的饵料具有促进对虾的消化吸收和生长发育的作用，尤 其对超过67 cm虾效果最明显。王兴春等在对虾育苗生产中试验了啤酒酵母饲料添加剂 对育苗效果和防制发光细菌的作用，结果表明，无论是作为对虾幼体饵料添加剂或是作为水 质改良剂，啤酒酵母饲料添加剂都具有抑制病菌生长繁殖，提高对虾育苗存活率的作用。李 海燕等在丰产鲫饲料中添加0. 8%的YPS。结果显示，丰产鲫体长和体质量都有明显的提 高，并且能有效抵抗赤皮病的发生，大大提高鱼的成活率。5酵母添加剂的应用前景由于酵母细胞具有丰富的营养和广泛的生理功能，使酵母添加剂成为一类较为完善的生 物饲料添加剂，在动物营养和饲料科学上的应用有极大的潜力，但仍存在许多问题需进一步 研究。5. 1酵母添加剂的应用受到养殖动物的种类、动物的发育阶段、添加的剂量及菌种 活力等多方面的影响，因而针对不同动物的个体，如何改善和提高酵母添加剂的作用等问题 亟待解决。5. 2尽管对酵母添加剂的作用机制有了一定了解，但详细机制还有待进一步探讨，今 后需在更加微观的分子生物学、基因工程技术和代谢工程技术水平上进行研究，为酵母添加 剂的研制与开发提供一定的理论基础和指导。5. 3从国外大量文献来看，目前作为饲料添加的酵母菌种的研究范围较小。因此，有 必要加大菌种的选择范围。此外，针对某些酵母培养物细胞壁较厚，不易消化，提高产品质 量，降低产品成本等不足，不断改进生产工艺，生产出对动物生产发挥更大作用的新一代酵 母培养物产品。6结语随着畜牧业、水产养殖和饲料工业的不断发展，蛋白质饲料资源匮乏的现实越来越突出， 酵母添加剂通过利用非常规饲料资源，转化为富含蛋白质的菌体蛋白，既缓解了蛋白质源旺 盛的需求，又变废为宝，显现出了巨大的开发优势，在畜牧业中具有很好的应用前景。