乙醇梭菌蛋白在水产饲料中的应用研究进展

陈 拓，胡 毅，戴振炎，胡亚军，张俊智，杨琳霖，蔡明浪，汪 健

(湖南农业大学，湖南省特色水产资源利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410128)

我国作为最大的鱼粉进口国，鱼粉缺乏问题限制了我国水产养殖业的可持续发展，亟须寻求新型蛋白质源。目前在水产养殖中主要采用3类蛋白质源替代鱼粉，分别为动物蛋白源(鸡肉粉、羽毛粉、肉骨粉等)、植物蛋白源(豆粕、棉粕、花生粕等)和单细胞蛋白源(酵母蛋白、细菌蛋白等)。抗营养因子水平较低的非动物性饲料蛋白如酵母粉、藻类蛋白、细菌类蛋白等单细胞蛋白是水产饲料研究的重要方向(Kiron V 等，2016；Pongpet J 等，2016)，在经济效益和可持续发展上具有重要意义。

一、单细胞蛋白

单细胞蛋白(SCP)是指工厂化大规模培养生产的酵母、细菌、放线菌、霉菌、微藻类和高等真菌等微生物的细胞制成品(潘世会等，2020)，又称微生物蛋白。单细胞蛋白粉是由蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸、维生素以及无机物等组成的细胞质团混合物(郭雪山，2006)，是食品工业及饲料工业重要的蛋白质来源。其蛋白质水平高(酵母30%～50%、细菌50%～83%、微藻40%～60%、真菌30%～70%)(潘世会等，2020；Bajpai P 等，2017)，且含有丰富的维生素和微量元素(Giec A等，1988)，氨基酸组成及丰富度与鱼粉相似，但是大多缺乏含硫氨基酸。

二、乙醇梭菌蛋白

1.乙醇梭菌蛋白概况

乙醇梭菌是一种革兰氏阳性菌，严格厌氧生长，是形状呈杆状的芽孢杆菌，兼性化能自养，未经过基因改造，属于天然存在的非致病性菌株(Humphreys C M 等 ， 2015； Utturkar S M 等 ，2015)。乙醇梭菌蛋白是由乙醇梭菌产生的新型蛋白(Wei等，2018)，其蛋白质水平与鱼粉接近，远高于豆粕，可作为优质的饲料蛋白质原料。在“碳中和”大环境下，乙醇梭菌蛋白的生产极大地促进了工业废气的再利用，减少了有害气体的排放，有很大的开发潜能。

2.乙醇梭菌蛋白的特点

(1)乙醇梭菌蛋白的生产。乙醇梭菌蛋白是乙醇梭菌发酵生产乙醇过程中的副产物。乙醇梭菌利用天然存在的CO 作为碳源，以氨水为氮源产出乙醇及乙醇梭菌蛋白。菌体蛋白的黏性高于低温鱼粉，菌体饲料膨化过程中的加工性能良好。微生物的生长繁殖速率快，在适宜条件下细菌0.5～1 小时即可增殖1 倍(姚峰等，2013)。且近期我国已经实现了CO 生物合成蛋白质的规模化生产，达到了万吨级的产能。改进后的厌氧发酵工艺，可在22秒完成CO快速生物转化，产出乙醇和菌体蛋白醪液，高效产出乙醇和乙醇梭菌蛋白，实现无机物到有机物的高效转化(赵广立等，2021)。相较于酵母、微藻等单细胞蛋白产品，乙醇梭菌蛋白的生产成本极低，可成为多数动物饲料的原料。

(2)营养价值。乙醇梭菌蛋白原料产品呈淡黄色或褐色、粉状、无结块，具有乙醇梭菌蛋白的特殊气味，无异味，无肉眼可见的杂质(邹方起等，2020)。乙醇梭菌蛋白粉的蛋白质水平可达80%以上，且氨基酸较平衡，其必需氨基酸组成与鱼粉相似，其中赖氨酸的含量很高，精氨酸的含量相对较低；蛋白质消化率高，微量元素含量丰富，无抗营养因子(Wei等，2018)，并且富含脂类(≥2%)和维生素。乙醇梭菌蛋白的胃蛋白酶消化率高达90.4%，添加乙醇梭菌蛋白可以提高饲料转化率(贺志义等，2021)。

3.乙醇梭菌蛋白在饲料中的应用研究

(1)饲料制粒特性。吴雨珊等(2021)就乙醇梭菌蛋白作为蛋白质源，与豆粕、棉粕、菜粕、酒糟蛋白(DDGS)4种蛋白质原料的基本成分和理化性质进行比较分析，结果表明：①乙醇梭菌蛋白与其他4 种蛋白质源的理化性质和颗粒质量差异显著，乙醇梭菌蛋白的蛋白质溶解度高，吸水性强，其颗粒质量优于其他4种蛋白质源。②理化性质与颗粒质量间存在相关性，蛋白质含量、蛋白质溶解度、吸水性的升高会提高颗粒质量；粗纤维含量、蛋白质溶解度和吸水性的升高会增加制粒能耗。

(2)乙醇梭菌蛋白替代豆粕对饲料质量的影响。有关乙醇梭菌蛋白替代豆粕对颗粒饲料质量有何影响以及随替代比例的改变颗粒饲料质量如何变化问题的研究表明，颗粒饲料的硬度和耐久性随着乙醇梭菌蛋白替代豆粕比例和调质温度升高而增大；与豆粕相比，乙醇梭菌蛋白更利于提高颗粒饲料的硬度、耐久性，但替代比例达40%时才会显著提高(吴雨珊等，2021)。

三、乙醇梭菌蛋白在水产饲料中的应用

1.草鱼

在草鱼上的研究结果表明，用5%乙醇梭菌蛋白替代基础饲料中27.5%的豆粕，草鱼饵料效率、增重率以及特定生长率得到提高；改善了脂肪代谢以及抗氧化能力，提高了草鱼的生长性能，有利于肠道组织的健康；但10%乙醇梭菌蛋白替代豆粕后造成了草鱼肝细胞的损伤，肝脏功能受损，存活率降低(Wei等，2018)。

2.鲤、鲫

在建鲤幼鱼上的研究表明，在饲料中添加乙醇梭菌蛋白可通过调节TOR 和Nrf2 信号通路改善建鲤幼鱼的生长性能，提高抗氧化能力和改善血液生理生化参数，对肝脏和肠道无病理性损伤；建鲤幼鱼的饲料中可添加20%的乙醇梭菌蛋白(Li等，2021)。使用乙醇梭菌蛋白替代鱼粉饲喂异育银鲫，结果表明乙醇梭菌蛋白可完全替代鱼粉；在鲤鱼上的研究发现乙醇梭菌蛋白可提高鲤鱼的生长性能(谭北平，2020)。

3.吉富罗非鱼

在吉富罗非鱼上的研究表明，乙醇梭菌蛋白替代豆粕比例不超过10%可以促进吉富罗非鱼肠道吸收、抗氧化和免疫能力。但饲料中添加10%以上的乙醇梭菌蛋白可能会对肠道组织产生不利影响。与对照组相比，试验组显著提高了吉富罗非鱼的生长速度(P＜0.05)，饲料中添加乙醇梭菌蛋白可以通过调节AMPK 信号通路促进糖脂代谢，维持全身能量平衡(Sahya M等，2021)。

4.加州鲈

在加州鲈上的研究表明，乙醇梭菌蛋白可替代饲料中42.86%的鱼粉，对加州鲈的生长、饲料利用率和肠道组织形态无不良影响(Pyab C 等，2021)。另外，谭北平(2020)研究发现，乙醇梭菌蛋白替代75%的鱼粉对加州鲈的生长性能没有显著影响。

5.虾类

在太平洋白虾上的研究表明，乙醇梭菌蛋白在饲料中可以替代30%的鱼粉，且对太平洋白虾的生长、肠道组织形态和免疫能力无不良影响。乙醇梭菌蛋白高替代比例组通过影响胰腺分泌、蛋白质消化吸收、核糖体、吞噬小体和细胞凋亡途径，对太平洋白虾的生长和免疫功能产生不利影响。因此需要进一步研究分析补充功能性因子对减缓或消除乙醇梭菌蛋白负面影响的效果(Jiang等，2021)。Yao等(2021)使用40%粗蛋白质水平的商品饲料投喂幼虾，结果表明，在含56%鱼粉的基础饲料中添加乙醇梭菌蛋白可有效替代30%的鱼粉，且对凡纳滨对虾的生长和肉质无不良影响；而乙醇梭菌蛋白替代鱼粉比例大于45%时，降低了对虾生长性能以及肌肉硬度、持水性和游离氨基酸含量。

四、小结

乙醇梭菌蛋白产品的蛋白质水平高、蛋白质溶解度高、吸水性强，其制粒性能优越，能提高饲料颗粒质量，替代豆粕后饲料颗粒硬度和耐久性增大。在膨化过程中，菌体蛋白的黏性高于低温鱼粉，加工性能良好。在水产动物饲料中添加乙醇梭菌蛋白能改善水产动物脂肪代谢、保护肠道组织、改善肝脏功能、提高生长性能、抗氧化能力和免疫力。在“碳中和”的大环境下，乙醇梭菌蛋白在饲料产业中具有很大的应用潜力，需要进一步提高加工工艺，深入研究饲料中高比例替代鱼粉对水产动物产生的影响，并采取措施有针对性地加以解决。