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益生酵母菌在畜牧业中的研究进展及应用
作者:bsf 文章来源:本站原创 点击数:3310 更新时间:2015-4-27 10:28:09
 

酵母菌是一种结构简单的单细胞真核微生物,属真菌类。酵母菌呈卵圆形、圆形或圆柱形,个体大,蛋白质含量高;种类多,发酵底物范围广,易于培养;繁殖迅速,代谢旺盛且代谢产物多。数千年前。酵母菌已被用于腌菜、酿酒和制面包,现代科技发展。使人们对酵母菌优良特征的认识更加深入,对其开发利用的热潮连绵不断。在畜牧业中,酵母菌的开发利用也不断深化,结合酵母菌的特征,开辟出各种应用途径。

1.酵母菌的主要特征

酵母菌拥有一般单细胞真菌的基本特征。同时也有自身独有的特点,详细描述见表l

1.酵母菌基本特征

特征

特征描述

性质

单细胞真核微生物包括.真菌界一真菌门一子囊菌纲一酵母菌目下各届

形态

卵圆形、圆形或圆柱形,无鞭毛.不运动

结构

真菌细胞,细胞壁不含纤维素。以葡聚糖和甘露聚糖等多糖为主,含有蛋白质、脂类及几丁质等组分

菌落

圆形,大而厚,边缘明显,多呈乳白色,少数红色,呈油脂状或皱皮状。在液体培养基中均匀混浊.有的形成沉淀:有的浮于表面形成菌膜

繁殖

无性繁殖为出芽繁殖,少数可行分裂繁殖或产生孢子.有性繁殖过程复杂

代谢

可利用多种糖,一般可利用葡萄糖、蔗糖和麦芽糖等,少数能利用五碳糖及淀粉;兼性厌氧;适宜pH 45(个别菌株pH 28);适宜温度253O(少数种类4547)。一般耐糖。少数种类能耐高糖质量浓度.工业用酵母菌耐受酒精

酵母本身的特点使其被大量应用于食品、酿造、生物制药、保健品、生物化工、石油及农牧等与人类生活息息相关的基础行业乃至一些刚刚兴起或尚未兴起的尖端行业。随着人们对食品品质要求的提高和畜牧业的发展,酵母菌在畜牧业中的应用更是飞速发展。

2.酵母菌在畜牧业中的开发与利用

酵母菌在畜牧业中的应用是随着对其认识的加深而不断拓宽和深入的。早在20世纪2O年代,Eckles(1925)尝试将其用作泌乳牛的蛋白质补充饲料应用于牛的养殖。随后,欧美国家开始逐渐将其应用在反刍动物养殖中.用来提高肉牛的增质量和奶牛的产奶量。随后,史上一波又一波的蛋白质匮乏带来了一次次的养殖业恐慌,这更加深了对酵母菌的重视.酵母菌逐渐成为一种廉价而优质的蛋白质来源。世界各国对这种观点逐渐统一了认识,有一种观点认为:1981年巴黎第三次国际单细胞蛋白质会议对统一观点的达成功不可没。20年代中后期生物技术飞速发展,对酵母菌的营养及保健功能的研究和利用不断加深,国内外大量企业不断推出各种酵母菌产品,有不少在市场成功存活并具有很高的影响力。

根据酵母菌产品的不同特点,可划分为:1)最终分解作为单纯营养素形式的;2)利用其发酵特点,通过发酵后混合物中的未知营养因子提供底物发酵产物形式的;3)以活细胞作为益生菌形式的;4)通过其生物富集作用提供有机微量元素形式的;5)利用自身的或转基因等形式获得的表达系统合成目的产物的生物合成形式的各类产品。

21 单纯营养素形式

从最根本的角度看,酵母菌是自然界的生命机体,是食物链中的一环,将其分解开来就能为其他生命提供养分;而在畜牧业中,它是家畜家禽一种良好的食物来源。饲料酵母(即单细胞蛋白)是这种类型典型的产品。

22 底物发酵产物形式

酵母菌在其培养环境中生长繁殖,不仅使自身菌体体积增大、数量增加,从而使其能提供的营养素增加,而且在底物的发酵过程中还可生成大量发酵产物。这时的发酵体系中除了酵母菌.还包含成分极为复杂的复合发酵产物。酵母菌在不同的培养环境下,如:不同的温度、湿度或酸碱环境尤其是底物成分,会产生不同的发酵产物,而这其中又包含大量的未知生长因子。虽然大多数未知生长因子的作用机制尚未透彻,但它们对畜禽及水产动物的生长和生产性能影响巨大。“酵母培养物”是这种类型的典型产品。

酵母培养物是酵母菌的复杂发酵产物。其与饲料酵母有很大的不同,它不单纯是或绝大部分是酵母菌菌体,它包含酵母的发酵底物(即培养基),酵母发酵产物和少量的酵母菌体。就成分来说,酵母培养物虽然也含有较多的基本营养素.但其蛋白质含量并不高,其他基本营养成分也较少。因此,如果以单纯营养素形式的产品来衡量,其应用价值不大;但与单纯营养素相比,其功能性成分的作用巨大,酵母培养物中含有的酶、肽、甾醇、香味物质、促生长因子和未知生长因子对动物机体存在很大的影响。

综合各种试验研究,饲喂酵母培养物,对畜禽水产动物的生长、健康及改善养殖环境起到一定的作用。具体表现在:1)改善饲料风味,增加饲料营养成分,促进养分的转化和吸收,从而促进生长;2)促进动物消化道微生态体系健康发展;3)调节机体免疫功能;4)提高生产性能和肉产品品质;5)改善水质,减少有害气体排放。虽然酵母培养物的作用机制尚不明确,但已有很多研究者开始探讨此问题。目前,在反刍动物方面已有较为详细的总结.营养理论、控氧理论和小肽营养代谢扳机理论是目前较为突出的几种解释。

23 益生菌形式

酵母菌作为真菌的一种,广泛存在于各种植物中,在人和动物消化道中也有检出,是动植物固有微生态体系中的一环。常规饲料原料中酵母含量约为l 000100CFUg,大多数是良性的。酵母菌作为益生菌,与单纯作为营养素和通过发酵底物产生功能性的发酵产物又有所不同。益生菌形式的酵母菌产品主要组分为存活酵母菌菌体,发酵底物和产物含量很少或为零.该类产品功能通过酵母菌活体达成,而其他组分起效甚微。但由于其最终仍有部分被动物机体代谢,因此会起到部分营养作用。

24 有机微量元素形式

利用酵母菌来提供畜牧业需要的有机微量元素,主要是通过其生物富集作用。生物富集是指生物体从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物,从而使该物质质量浓度超过环境中质量浓度的现象。很多生物都有生物富集现象,如:酵母、种芽、藻类和蕈菌等。酵母对许多微量元素(如硒、铬、锌、铁和钙)等都具有较强的生物富集作用。利用酵母提供有机微量元素大部分是利用微量元素所带来的功能性.而酵母所提供的更像是“加工车间”的作用。酵母本身的营养学和微生物学等功能在这种形式的产品中微乎其微。酵母提供的有机微量元素更安全,更易吸收.避免了无机微量元素利用过程中存储难、安全性差、吸收率低及毒不良反应大的问题。

25 生物合成形式

酵母菌作为简单真菌.具有较短的繁殖周期,体内结构、物质的合成及代谢途径也相对简单,这使其成为主要的基因表达载体。虽然酵母菌本身固有的表达系统能产生对畜禽等有益的功能性物质(如各种酶和多糖等),但与其巨大的工程菌潜力相比,这远远不够。同时,与其他表达载体相比,酵母菌有特定优越性。与大肠杆菌和枯草杆菌等原核生物相比.酵母菌作为真核生物具有先天的转录后加工和翻译后加工过程,使目的产物具有优良的空间特性和生物学活性。与昆虫和哺乳类相比,具有明显的简单性和可操作性.相应带来经济上的优势。与上述所有利用酵母开发的产品相比。这种产品与从前挖掘酵母菌“原生”的营养学的、生理生化的和微生物学的功能性相比。开发利用方式更深入.虽然从开发、生产到销售仍基于传统模式。但其产品功能性,也就是其价值的根由,已演变为可能是无穷尽的外源基因。对于酵母菌来说这很可能就是其价值的最大化。

3.益生酵母菌的研究进展

酵母菌与动物关系密切,其在自然界广泛存在,尤其在水果和谷物中。动物摄食过程即能自然地接触大量酵母菌。大多数动物体内正常菌群中也有酵母菌。酵母菌饲喂动物已有一百多年的历史,不过早期没有如今正式的商业产品,只是以若干原料混合后的发酵液或食品加工时的副产品碎屑形式添加到饲料中。同以往相比,现在酵母菌类产品已广泛应用于养殖业。酵母菌活菌、酵母培养物、酵母微量元素和酵母多糖等产品的可靠功效,有力促进了酵母类产品的发展。随着抗生素类、高质量浓度铜和锌微量元素类添加剂逐步限制直至停止使用,其他替代产品,尤其是益生菌产品的研究应用迅猛发展,酵母菌活菌制品也同样受到极大的重视,虽然这类产品在研究应用中有少数个案表现出不稳定性,但绝大多数应用研究都表明:酵母菌对畜禽和水产动物有积极的影响。

早在1925年,就有报道,酿酒酵母作为补充料,可促进反刍动物生长。随着畜牧业的发展,酵母菌被开发成各种形式的产品,虽然目前饲料酵母作为良好的蛋白原料被应用于各种动物,但大多数酵母菌制品更多地利用了酵母菌的功能性.以很小的比例作为添加剂应用于饲料中。这里讨论的酵母菌活菌(Live yeast)制品是指酵母菌活菌占绝对比例或起主要功效的产品。目前,活性干酵母(Activedry yeast)是其典型代表,它由纯粹的酵母菌体组成,不包含任何填充物。虽然酵母培养物(Yeast culture)同时包含了酵母菌活菌、培养基甚至载体,但部分产品仍属于酵母菌活菌制剂,因为酵母菌活菌在其中占有很大的比例,与一些不含活菌而依靠酵母菌代谢物发挥功效的产品不同。

31 酵母菌活菌制剂在反刍动物中的应用

酵母菌在生物分类上涵盖的种类数量极为巨大,仅就酿酒酵母而言,1990ATCC记录的数量就有1 000多种.但试验证实,它们在对瘤胃微生态影响方面存在显著差异。经筛选的酿酒酵母菌株都能对生长期和泌乳期反刍家畜的生产性能产生影响,小部分结果会受到日粮配方的影响,存在不稳定和差异。饲喂添加酵母活菌的饲料可提高奶牛产奶量和肉牛体增质量。与此紧密相关的是添加酵母菌后可提高反刍动物干物质的摄人量.同时很多试验表明:添加酵母菌也带来瘤胃消化与代谢效率的提高。Carro等试验表明:添加酵母菌活菌可提高干物质和中性洗涤纤维的消化率。Williams等也报道,添加酵母菌活菌可提高纤维的初始消化率,除糖类外;也有报道,酵母菌可提高泌乳早期奶牛的N代谢效率。越来越多的试验研究表明:酵母菌对反刍动物有积极的作用,并且作用机制的研究也日渐深入虽然众多研究报道提出各种作用途径但瘤胃是这些研究共同的起点,它在反刍动物消化和代谢过程中起至关重要的作用。而酵母菌对瘤胃微生态存在影响,并进而影响动物的生产性能则是普遍认同的作用机制。Wallace等通过研究比较发现.酵母菌可使瘤胃内有益菌数量显著增加,这是酵母菌对反刍动物作用机制中的核心环节。而对于酵母菌如何增进瘤胃内有益菌的繁殖,又存在多种假设。酵母可消耗氧气,本身含有或分泌促进有益菌增殖的营养素,如:双羧基酸和维生素。Newbold等进一步研究表明:双羧基酸并没有介导这种增殖效应.而认定酵母菌的呼吸作用至少起到了部分作用。

32 酵母菌活菌制剂在猪和禽等单胃动物中的应用

与反刍动物的研究相比.酵母菌在猪和禽等单胃动物的研究相对较少。早期研究表明:添加酵母菌可提高青年猪的采食量、体增质量和饲料效率。Jurgens等添加活性干酵母于妊娠至哺乳期的母猪饲料中,结果发现,未对初生窝质量和断奶窝质量产生影响,但显著提高了母乳中球蛋白的含量、断奶后成活率和仔猪饲料效率。Heugtell(2003)试验也表明:为处于断奶期的哺乳仔猪日粮中添加酵母菌对其生长性能有积极的影响。

家禽饲料中添加酵母菌的研究也有若干报道,Fethiere的试验表明:添加酵母菌可提高雏鸡采食量。Onifade等在纤维含量高的思维肉仔鸡饲料中添加酵母菌,结果发现,在提高采食量的同时还能提高饲料转化率,但对含酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素的饲料组没有影响。Kumprechtova等报道,添加酵母菌对饲喂低蛋白日粮的肉仔鸡生长性能有显著影响。布拉酵母菌广泛应用在防止人类肠道疾病尤其是腹泻方面,近年来在动物方面的应用研究逐渐成为热点。Santos(2005)试验结果表明:在感染沙门菌的肉仔鸡饲料中添加布拉酵母菌可显著提高体增质量和饲料效率。Agawane(2004)试验结果表明:布拉酵母菌可显著减轻赭曲霉素中毒肉仔鸡的症状,减少经济损失。

综上所述 酵母菌活菌已广泛应用于畜禽和水产动物的养殖中,并发挥重要作用。它可提高动物的生产性能,同时增进动物健康,并且本身无毒害,无不良反应,可作为抗生素类添加剂的有效替代产品。随着对酵母菌研究的不断深入,越来越多的有效酵母菌株将不断被挖掘出来,进一步为养殖业服务。
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