酵母培养物在水产饲料中的研究与应用

■ 冷向军

（水产科学国家级实验教学示范中心，农业农村部鱼类营养与环境生态研究中心，上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306）

近年来，酵母培养物因其多功能性、天然性，在动物养殖业中的研究应用开始受到重视。然而，对于酵母培养物的认识和使用，还存在诸多模糊之处。文章就酵母培养物在水产饲料中的研究应用作一综述，为酵母培养物在水产饲料中的合理应用提供参考。

1 酵母类产品

酵母培养物可以归入酵母类产品。目前，市面上有多种酵母类产品，这些酵母类产品之间（包括酵母培养物），极易产生混淆。因此，有必要对酵母类产品进行分类和再认识。

根据酵母的来源主要有啤酒酵母和酿酒酵母两大类。

1.1 啤酒酵母类

啤酒酵母类包括啤酒酵母粉和啤酒酵母泥。啤酒酵母粉是指啤酒发酵过程中产生的废弃酵母，以啤酒酵母细胞为主要组分，经干燥获得的产品。啤酒酵母泥是指啤酒发酵中产生的泥浆状废弃酵母，以啤酒酵母细胞为主且含有少量啤酒。对于啤酒酵母类，文章不作详细描述。

1.2 酿酒酵母类

酿酒酵母类包括食品酵母粉、酵母水解物、酿酒酵母培养物、酿酒酵母提取物、酿酒酵母细胞壁。文章主要对酿酒酵母类作一简介，在后续文字中，若非特别指明，均指酿酒酵母。

1.2.1 食品酵母粉

食品酵母生产过程中产生的废弃酵母经干燥获得的产品，以酿酒酵母细胞为主要组分。

1.2.2 酿酒酵母细胞壁

酿酒酵母经液体发酵后得到的菌体，再经自溶或外源酶催化水解，或机械破碎后，分离获得的细胞壁浓缩、干燥的产品。通常，细胞壁占酵母干重的26%～32%。酵母细胞壁由85%～90%的多糖和10%～15%的蛋白质组成。以酿酒酵母（S.cerevisiae）为例，其细胞壁含30%～60%甘露聚糖，25%～50%葡聚糖，5%～10%几丁质[1]。行业标准《饲料原料 酿酒酵母细胞壁》（NY/T 3477—2019）对酵母细胞壁的理化指标规定见表1，其关键质量控制指标是β-葡聚糖和甘露聚糖。

表1 酿酒酵母细胞壁理化指标（%）

1.2.3 酿酒酵母提取物

酿酒酵母经液体发酵后得到的菌体，再经自溶或外源酶催化水解后，或机械破碎后，分离获得的可溶性组分浓缩或干燥的产品。酵母提取物由细胞质、液泡、细胞核等部分组成，其主要成分包括蛋白质、多肽、氨基酸、核酸、维生素、矿物质等，是影响酵母培养物营养价值的重要因素。行业标准《饲料原料 酿酒酵母提取物》（NY/T 3316—2018）对酵母提取物的理化指标和卫生指标的规定见表2。

表2 酿酒酵母提取物的理化指标和卫生指标

1.2.4 酵母水解物

以酿酒酵母为菌种，经液体发酵得到的菌体，再经自溶或外源酶催化水解后，浓缩或干燥获得的产品。酵母可溶物未经提取，粗蛋白含量不低于35%。酵母水解物实际上包含了细胞壁和细胞内容物的成分。团体标准《饲料原料 酵母水解物》（T/CSWSL 007—2019）对酵母水解物理化指标和卫生指标的规定见表3。

表3 酵母水解物的理化指标和卫生指标

1.2.5 酿酒酵母培养物

以酿酒酵母为菌种，经固体发酵后，浓缩、干燥获得的产品。酵母培养物是由酵母细胞壁、酵母内容物、酵母细胞外代谢产物、变异培养基和少量无活性酵母组成的复杂混合物。酵母细胞外代谢产物的种类多，主要有肽类、有机酸、糖类，核苷酸、氨基酸、酯类、醇类、酶类及未知生长因子等。培养基在发酵过程中，发生的变化主要是大分子的蛋白质、多糖等被降解为小分子的蛋白质（肽）、多糖（寡糖），特别是许多抗营养因子也会被降解或破坏。团体标准《饲料原料 酿酒酵母培养物》（T/CSWSL 003—2018），对酿酒酵母培养物的质量要求、试验方法、检验规则和包装、标签、运输、贮存和保质期进行了规定。酿酒酵母培养物的主要理化指标见表4。

表4 酿酒酵母培养物物理化学指标

在上述指标中，粗蛋白含量主要由发酵基质（底物）决定，如果以糠麸类为主，则粗蛋白含量较低，如果以饼粕为主，则粗蛋白含量较高。酸溶蛋白/粗蛋白的比值，反映了发酵过程中，对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测定，反映了其中游离氨基酸和小肽的含量。甘露聚糖是酵母细胞壁的重要成分，以此指标来反映酵母类物质的含量。

显然，酵母培养物的综合价值取决于其中各营养素的含量及功能性成分的种类和数量，包括基质、酵母和活性成分。如果接种的酵母菌数量多，发酵程度深，功能性物质含量多，则酵母培养物体现出来的是添加剂性质；反之，发酵基质是粗蛋白含量较高的蛋白原料，酵母培养物更多地体现出原料特性，兼具功能性添加剂的作用，可称为高蛋白酵母培养物，作为优质蛋白源使用。如果以酶解蛋白为基质进行酵母发酵，则可获得酶解蛋白酵母培养物的产品。由于不同酵母培养物组成上的巨大差异，使得酵母培养物的用量在研究应用中也呈现出巨大差异。

此外，市面上还有一种酿酒酵母发酵白酒糟的产品，其定义为：以鲜白酒糟为基质，经酿酒酵母固体发酵、自溶、干燥、粉碎后得到的产品。从广义上讲，此类产品也属于酵母培养物，可称为酒糟酵母培养物。酒糟酵母培养物与添加剂型酵母培养物相比，其活性成分相对较少，和高蛋白型酵母培养物相比，其粗蛋白含量甚低，粗纤维和木质素的含量较高，这也限制了此类产品在高档水产饲料中的使用。此外，重金属、霉菌毒素也是使用中要注意的问题。表5 是酿酒酵母发酵白酒糟的理化指标（T/CSWSL 004—2018）。

表5 酿酒酵母发酵白酒糟的理化指标

酵母各组分及其对应的产品示意图见图1。

图1 酵母组分及其所对应产品

2 酵母培养物在水产饲料中的应用

如前所述，不同酵母培养物在组成、功能和目的上存在着巨大差异，文章根据其用量和使用目的，将酵母培养物分为3类进行综述，即添加剂型酵母培养物、原料型酵母培养物和添加剂-原料兼用型酵母培养物。

2.1 添加剂型酵母培养物

此类酵母培养物通常以糠麸等为底物进行深度发酵，所获产品中酵母活性成分和代谢物的含量丰富，在饲料中的应用以直接添加为主，通常添加量≤1%。

Guo 等[2]在饲料中添加0.5%、1.0%酵母培养物（以玉米、糠麸为发酵底物），提高了凡纳滨对虾肠绒毛高度和酚氧化酶、溶菌酶、酸性磷酸酶（ACP）、碱性磷酸酶（AKP）活性，上调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 表达水平，下调了半胱氨酸蛋白酶（caspase-1）、核转录因子κB p65（nf-κbp65）、髓样分化初级应答蛋白（myd88）和Toll 样受体（tlr）的表达水平，增加了肠道中乳酸菌的丰度。Burgents 等[3]在饲料中添加1%酵母培养物（Diamond V XP），饲养凡纳滨对虾4周后，对虾体增重没有显著影响，但在溶藻弧菌攻毒试验中，对虾成活率较对照组有显著提高（74.2% VS 42.9%）。在粟雄高等[4]的研究中，饲料中补充0.075%或0.1%的酵母培养物（益康XP，浓缩型）显著提高了虾体增重率和肝胰腺蛋白酶活性，降低了饲料系数，但对溶藻弧菌攻毒后的虾体成活率没有显著影响。

酵母培养物对于抗营养因子引起的肠道损伤也具有积极的缓解或修复作用。大豆凝集素和棉酚分别是大豆、棉粕中的重要抗营养因子，易引起肠道损伤和炎症反应。Bai等[5]以对照饲料和添加2%酵母培养物饲料饲喂乌苏里拟鲿8 周，然后每天每尾灌服大豆凝集素0.2 mL（浓度1 mg/mL）20 d，对照组的肠黏膜脱落，肌层变薄，促炎因子如NF-κB、IL-1β、IL-8的表达显著上调，抗炎因子IL-10 表达下调，GPT、GOT活性升高，添加酵母培养物可有效减轻免疫抑制和肠、肝损伤，这主要是通过抑制TLR2/MyD88/NF-κB信号通路和氧化应激而实现。类似地，Bu 等[6]以对照饲料和添加1%酵母培养物饲料饲喂乌苏里拟鲿8周，然后灌服棉酚（300 mg/kg BW）15 d，结果表明，棉酚诱发了炎症反应，导致了免疫、氧化和肝损伤，而添加酵母培养物通过抑制TLR2-MyD88-NF-κB 的过度激活阻止了IL-1β、IL-8 表达水平升高和IL-10 表达水平的下降，肝细胞核溶解、变性的发生率降低。

2.2 原料型酵母培养物

此类酵母培养物通常以高蛋白的植物原料为发酵底物，所得产品的蛋白质含量高，富含小肽，酵母代谢产物的含量也较为丰富，可作为优质蛋白源替代或减少鱼粉的用量。此类酵母培养物在饲料中的用量通常可达4%以上。

桂良超等[7]以25、50 g/kg和75 g/kg高蛋白酵母培养物（粗蛋白64.3%）替代鱼粉用量的10%、20%和30%（基础饲料含鱼粉250 g/kg），饲喂凡纳滨对虾（0.70 g）56 d，结果表明，酵母培养物替代10%、20%鱼粉对虾体增重率没有显著影响，替代30%鱼粉时，显著降低了增重率；以哈维氏弧菌攻毒后，75 g/kg 酵母培养物组的肝胰腺丙二醛（MDA）含量和累积死亡率显著降低。这表明，酵母培养物替代鱼粉，所引起的生长反应和抗病力反应并不完全一致。

如果预先对发酵底物进行酶解，再进行酵母发酵，则可获得酶解蛋白酵母培养物。其基本生产工艺如下：以酶解高蛋白豆粕为底物，接种酿酒酵母，经深度发酵、升温自溶、低温干燥、粉碎，所得到的发酵产品含粗蛋白55.7%、粗脂肪1.6%、粗灰分6.5%、粗纤维4.6%、甘露聚糖2.2%、核苷酸2 014 μg/g[8]。以该酵母培养物等蛋白替代鱼粉，使鱼粉用量从350 g/kg 降为300、250 g/kg 和200 g/kg，饲喂大口黑鲈（21.2 g）8 周。结果表明，酵母培养物可以替代100 g/kg 的鱼粉，不会影响大口黑鲈的生长性能、营养物质利用、抗氧化能力、非特异性免疫和肠道健康[8]。Zhang 等[9]设置鱼粉含量为200 g/kg 的对照饲料，以酵母培养物等蛋白替代鱼粉，使鱼粉用量降为160、120、80 g/kg，饲喂凡纳滨对虾（2.78 g）56 d。结果表明，酵母培养物可以替代40 g/kg 鱼粉，对凡纳滨对虾生长性能、非特异性免疫、肠道及肝胰腺组织学不会产生不利影响；替代过高比例鱼粉后，会导致营养物质消化率下降和肝小体萎缩。在含鱼粉250 g/kg 的饲料中以酵母培养物40、80、120 g/kg等蛋白替代鱼粉，饲喂杂交鳢（9.20 g）70 d，结果表明，酵母培养物用量为40、80 g/kg 时，鱼体增重率、饲料系数、蛋白质效率、蛋白沉积率和脂肪沉积率与对照组没有显著差异，血清超氧化物歧化酶活性和总抗氧化能力上升，但120 g/kg 酵母培养物组增重率、饲料效率、血清总胆固醇显著降低，肠道短螺旋体属微生物丰度显著上升[10]。在上述研究中，酵母培养物替代鱼粉的适宜比例分别为：28.6%（大口黑鲈）、20%（凡纳滨对虾）、23.6%（杂交鳢）。

2.3 添加剂-原料兼用型酵母培养物

此类酵母培养物兼具添加剂型和原料型的特点，其组成和特性介于两者之间，其粗蛋白含量一般也较高。在应用中，其用量通常为1%～4%，可替代部分鱼粉，也可直接添加。

Zhang 等[11]在鱼粉含量为100 g/kg 的基础饲料中以20、40、60 g/kg 酵母培养物（粗蛋白含量677 g/kg）替代20%、40%和60%鱼粉，对异育银鲫生长性能没有产生不利影响；在嗜水气单胞菌攻毒后，40 g/kg 酵母培养物组的成活率显著高于对照组，肾脏中Toll 样受体2（TLR2），髓样分化初级应答蛋白（Myd88）和IL-1β的相对表达量显著升高。在鱼粉含量为340 g/kg的石斑鱼饲料中，Wang等[12]以20、40 g/kg酵母培养物（粗蛋白含量500 g/kg）替代15、30 g/kg 鱼粉，显著提高了鱼体增重率，降低了饲料系数，肠道胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性以及肠绒毛高度、宽度也显著增加；哈维氏弧菌攻毒后，酵母培养物组的成活率显著提高。此外，40 g/kg 酵母培养物组的肠道放线菌门、拟杆菌门和乳酸杆菌的相对丰度显著提高。Feng 等[13]在高淀粉的大口黑鲈饲料（含木薯淀粉15%、鱼粉35%）中添加3%酵母培养物（相应减少SPC），显著提高了鱼体增重率，降低了肝脂、肝糖原含量，肠道中有益微生物如乳酸杆菌、芽孢杆菌和双歧杆菌丰度显著增加，而潜在致病菌（邻单胞菌）减少。在含鱼粉200 g/kg的凡纳滨对虾饲料中，添加1%、2%酵母培养物（含50%粗蛋白，等蛋白减少鱼粉用量），养殖凡纳滨对虾8 周后，2%酵母培养物组的增重率显著提高，饲料系数显著降低，哈维氏弧菌攻毒后的成活率显著增加，肠道有害菌如弧菌丰度显著降低，有益菌如假交替单胞菌丰度显著增加；两个酵母培养物组的肠道绒毛高度、宽度均显著提高[14]。程鑫等[15]则比较了两种酵母培养物对黄颡鱼生长性能、非特异性免疫和肠道健康的影响；这两种酵母培养物的粗蛋白含量分别为50%（YC1）、55%（YC2），在饲料中的添加量分别为1%、2%（等蛋白减少鱼粉用量），结果显示，饲料中添加酵母培养物YC2能有效改善黄颡鱼生长性能（提高增重率、蛋白沉积率，降低饲料系数），增强机体非特异性免疫功能和抗氧化能力、维持肠道健康，提高黄颡鱼抗嗜水气单胞菌感染的能力，YC2 的作用效果优于YC1。

其他有关于酵母培养物在水产饲料中的研究报道见表6。

表6 酵母培养物对水产动物的作用效果

3 酵母培养物的作用机理

酵母培养物中含有丰富的小肽、有机酸、寡糖（甘露聚糖、葡聚糖）、核苷酸、氨基酸、酶、维生素及未知生长因子等，可以通过改善肠道组织形态、促进消化酶分泌、调节肠道菌群结构、增强机体免疫机能，促进营养物质消化、吸收和利用，从而提高水产动物生长性能和健康水平。这些功能性成分的作用效果和机理，已有较多论文进行过综述，文章在此仅就寡糖、有机酸、核苷酸和小肽作简要描述。

3.1 寡糖

酵母培养物中的寡糖主要是甘露聚糖、β-葡聚糖。许多研究表明，甘露聚糖、葡聚糖是有效的免疫增强剂，可以提高水产动物的免疫机能。在虹鳟[21]、欧洲鲈鱼[22]的饲料中补充β-葡聚糖可促进免疫反应，提高病菌攻毒后鱼体的成活率。树凝素-1（Dectin-1）受体在中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、巨噬细胞、单核细胞等免疫细胞的表面高度表达，β-葡聚糖与Dectin-1 受体结合，通过细胞内信号传导激活NF-κB，进而刺激细胞因子产生、吞噬作用和呼吸爆发[23]。甘露聚糖也具有较强的免疫刺激作用，还可改善肠道组织结构，提高黏膜屏障功能，其可能的作用机制是与有害菌结合，防止有害菌定植[24]。甘露寡糖还可作为益生元，促进肠道有益菌，如双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖，抑制大肠杆菌、弧菌等致病菌的数量，维持肠道微生态平衡。

3.2 有机酸

酵母代谢产物主要有机酸有乙酸、乳酸等。有机酸能刺激消化液的分泌,提高矿物质的利用率，对肠道微生物具有正向调节作用。乳酸能作为中间产物参与机体合成ATP的过程，与葡萄糖参与ATP过程相比，时间短，更能有效缓解机体的应激反应。研究表明，饲料中补充乳酸可以改善鲫鱼[25]、草鱼[26]的生长性能，提高草鱼肠道蛋白酶活性[26]和罗非鱼的肠道淀粉酶活力[27]。

3.3 核苷酸

酵母中富含核糖核酸，而DNA 的含量较少。Agboola 等[1]统计了已报道的酿酒酵母中的核酸含量平均为（48±28） g/kg 干物质。核苷酸是核酸的水解单体，可以补充饲料中核苷酸的不足，在幼龄动物生长发育过程中起着重要作用。呈味核苷酸（鸟苷酸和肌苷酸）有鲜香味，具有诱食剂的功能，可提高动物采食量。在一些鱼类的研究中，核酸还具有节约蛋白质的效应，可促进上皮细胞的生长和免疫反应[28]。

3.4 小肽

酵母培养物中的小肽来自于酵母自身的代谢，也来自于发酵过程中对大分子蛋白质的降解。从效果来看，可分为功能性小肽和营养性小肽，功能性小肽主要参与机体生理功能，营养性小肽则作为机体蛋白合成骨架。小肽的种类多，功能复杂。一些小肽具有免疫作用和诱食效果，一些小肽对肠上皮细胞具有营养功能。比如，谷胱甘肽具有调节机体免疫活性、抗氧化、解毒和抗过敏等功能。吴远彩等[29]在凡纳滨对虾饲料中添加0.1%小肽（分子量＜2 000 u 的占比为85.5%），显著提高了虾体增重率、血清超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活力和总抗氧化能力，降低了饲料系数和肠道弧菌丰度。

4 问题与展望

4.1 酵母培养物的名称

由于生产过程中使用的酵母菌种、培养基、发酵工艺等的不同，导致产品中代谢产物的种类、含量以及常规组成（比如粗蛋白含量等）存在明显差异；由于使用目的和其特性的不同，这也使得不同的酵母培养物在使用量上也存在巨大差异，低者可至0.1 g/kg，高者可达100 g/kg，相差达1 000 倍，显然这已经不是同类型的产品了，建议采用不同的名称加以区分。对于添加量在1%以下的酵母培养物，依然采用酵母培养物的传统名称，按添加剂使用管理；对于用量在1%以上的酵母培养物，建议采用酵母发酵物的名称，按饲料原料使用管理。

4.2 发酵菌种

目前，生产酵母培养物主要是采用酿酒酵母。实际上，毕赤酵母、产朊假丝酵母等在养殖领域也有一定的使用。在饲料添加剂品种目录中，产朊假丝酵母也是允许使用的微生物。今后可以尝试使用不同酵母进行发酵，生产酵母培养物，或者组合不同酵母，生产复合型的酵母培养物，使其功能性成分更加丰富。

4.3 酵母培养物的作用机理

酵母培养物主要由酵母细胞壁、酵母细胞内容物、代谢产物、变性基质组成，其中酵母细胞外代谢产物的种类多，主要有肽类、有机酸、糖类，核苷酸、氨基酸、酯类、醇类、酶类及未知生长因子等。酵母培养物的有益作用并非来自某个因子，而是多因子共同作用的结果。除甘露聚糖、葡聚糖、有机酸等外，大多数代谢产物的作用机理并不清楚，特别是这些活性成分相互作用后，所产生的效果和机理更为复杂，未知生长因子更是不为人所知。这些都是今后有待加强研究的内容。

由于饲料资源的紧缺，不管是作为添加剂使用，还是作为蛋白原料使用，酵母培养物在今后的水产饲料中将具有广阔的应用前景。