李茜茜，曹新農(nóng)，劉國(guó)華

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京 100081

據(jù)估計(jì)，2050 年世界人口將達(dá)到97 億，全球?qū)?dòng)物源性蛋白質(zhì)的需求正在穩(wěn)步增長(zhǎng)（Jach等，2022），畜禽養(yǎng)殖需要增加74 倍的土地面積和8 倍的淡水資源才能滿足需求（Poore 等，2018）。然而，世界范圍內(nèi)（特別是發(fā)展中國(guó)家）植物飼料的種植受土地面積縮減影響最大，因此設(shè)計(jì)新的營(yíng)養(yǎng)策略和尋找可供替代的蛋白質(zhì)來(lái)源迫在眉睫。以發(fā)酵為基礎(chǔ)的“細(xì)胞農(nóng)業(yè)”是利用微生物獲得單細(xì)胞蛋白（SCP）的新途徑。SCP 也稱(chēng)作菌體蛋白或微生物蛋白，是從純微生物細(xì)胞培養(yǎng)物（藻類(lèi)、細(xì)菌、真菌等）中提取的干燥微生物細(xì)胞或總蛋白。SCP 除蛋白質(zhì)含量高外（占細(xì)胞干重的60%～82%），還含有脂肪、碳水化合物、核酸、維生素以及賴(lài)氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸（Thiviya 等，2022），營(yíng)養(yǎng)價(jià)值可與豆粕、魚(yú)粉相媲美。其中，酵母菌對(duì)底物、發(fā)酵產(chǎn)物和溫度的耐受性使其在SCP 生產(chǎn)中具有巨大的潛力（Balakumar 等，2012）。利用酵母菌生產(chǎn)SCP 有助于解決重大的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。一方面，酵母可利用廉價(jià)而豐富的廢棄物作為碳源和能量來(lái)源，高效轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)含量高的產(chǎn)品；另一方面，酵母SCP 的生產(chǎn)具有可持續(xù)性和環(huán)保性，整個(gè)過(guò)程不受農(nóng)業(yè)技術(shù)和地理因素的限制，降低了廢棄物處理不當(dāng)對(duì)環(huán)境的影響。因此，開(kāi)發(fā)和推廣酵母SCP 在解決人類(lèi)糧食和動(dòng)物飼料短缺的問(wèn)題上具有重要意義。

1 生產(chǎn)SCP 常用的酵母菌

1.1 釀酒酵母

釀 酒 酵 母（Saccharomyces cerevisiae）涉及食品、化工、釀造、醫(yī)藥和飼料諸多領(lǐng)域，是目前應(yīng)用最為廣泛的單細(xì)胞真核微生物。釀酒酵母細(xì)胞富含蛋白質(zhì)、B 族維生素、α-D- 甘露聚糖、β-D- 葡聚糖、幾丁質(zhì)以及鈣、鎂、鋅等礦物質(zhì)（Hoque 等，2021）。釀酒酵母世代周期相對(duì)較短（1.5～3 h），在溫度為28～33 ℃、pH 為4～6的酸性條件下生長(zhǎng)較好。研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母發(fā)酵能力強(qiáng)，容易進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)，生產(chǎn)的SCP 含有44.4% 的粗蛋白質(zhì)、1% 的粗脂肪、2.70% 的粗纖維、0.12% 的鈣和1.40% 的磷，在肉雞飼糧中的代謝能為1,990 kcal/kg（Moniruzzaman 等，2019）。

1.2 解脂耶氏酵母

解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）是一種非常規(guī)產(chǎn)油酵母，通過(guò)產(chǎn)生胞外乳化劑、增加疏水底物的混溶性來(lái)獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。解脂耶氏酵母具有以下生理特性：可利用底物范圍廣，不僅能以油作為主要碳源，還具有脂肪酸、烷烴和甘油三酯等疏水底物的代謝途徑（Papanikolaou等，2010）；抗逆性強(qiáng)，能適應(yīng)低溫、低pH，對(duì)鎘、鈷、鎳等重金屬離子和高濃度的鹽也有一定的耐受性（Gottardi 等，2021）；蛋白表達(dá)分泌能力強(qiáng)，是優(yōu)越的蛋白質(zhì)合成平臺(tái)（Nasseri 等，2011）。

1.3 假絲酵母屬

常用于生產(chǎn)SCP 的假絲酵母主要有產(chǎn)朊假絲酵母（Candida utilis）、熱帶假絲酵母（Candida tropicalis）、克魯假絲酵母（Candida krusei）和近平滑假絲酵母（Candida parapsilosis）等。假絲酵母屬（Candida spp.）以多邊出芽方式進(jìn)行無(wú)性繁殖，形成假菌絲，世代周期短。其中產(chǎn)朊假絲酵母細(xì)胞富含必需氨基酸（尤其是賴(lài)氨酸）、B 族維生素、麥角固醇、礦物質(zhì)以及蛋白酶、淀粉酶和纖維素酶，具有強(qiáng)大的發(fā)酵特性和吸收戊糖的能力，生產(chǎn)的SCP 營(yíng)養(yǎng)特性?xún)?yōu)良、適口性好（Buerth等，2016）。

1.4 其他

甲醇酵母是一種以甲醇為唯一碳源和能量來(lái)源的甲基營(yíng)養(yǎng)酵母，巴斯德畢赤酵母（Komagataellapastoris）、多形漢遜酵母（Ogataea polymorpha）和博伊丁假絲酵母（Candida boidinii）是3 種最具代表性的甲醇酵母（傅曉瑩等，2023）。與釀酒酵母相比，甲醇酵母發(fā)酵過(guò)程中不易積累乙醇等代謝副產(chǎn)物，降低了對(duì)細(xì)胞的毒性作用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高密度生長(zhǎng)（Fernández 等，2016）。其中，巴斯德畢赤酵母生產(chǎn)的重組蛋白類(lèi)型超出5000 種，是研究最為廣泛的重組蛋白表達(dá)宿主（Schwarzhans 等，2017）。食腺嘌呤芽生葡萄孢酵母（Blastobotrys adeninivorans）是一種利用各種含碳氮底物生長(zhǎng)的耐熱、耐滲透壓的產(chǎn)SCP酵母（Malak 等，2016），其生物量可提供蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素以及具有免疫刺激特性的β-葡聚糖和α- 甘露聚糖（Meena 等，2013）。海洋隱球酵母（Cryptococcus aureus）可以作為SCP的供體在多種碳源培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，并分泌大量菊粉酶（Zhao 等，2010）。此外，普魯蘭類(lèi)酵母（Aureobasidium pullulans）、異常威克漢遜酵母（Wickerhamomyces anomalus）、馬克斯克魯維酵母（Kluyveromyces marxianus）等也可用于生產(chǎn)SCP（Aggelopoulos 等，2014 ；Sun 等，2012 ；Han 等，1976）。

2 生產(chǎn)酵母SCP 常用的原料

2.1 農(nóng)作物副產(chǎn)品

我國(guó)是農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，秸稈、玉米芯和稻殼等農(nóng)作物加工副產(chǎn)品年產(chǎn)量高、價(jià)格低廉，是微生物生產(chǎn)SCP 的良好來(lái)源。木質(zhì)纖維素原料由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，阻礙了纖維素的有效釋放，進(jìn)而影響酶解速率。因此，發(fā)酵前需對(duì)原材料進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)木質(zhì)素再分配增加底物孔隙度，使糖化酶最大限度地暴露于纖維素和半纖維素表面，以最小的能量消耗提高酶解效率（Baji? 等，2022）。例如，Xu 等（2023）對(duì)稀硫酸預(yù)處理玉米秸稈中的纖維素進(jìn)行酶水解合成人造淀粉，纖維素水解產(chǎn)生的葡萄糖再經(jīng)釀酒酵母在有氧條件下發(fā)酵生成SCP，為玉米秸稈的高效利用開(kāi)辟了新途徑。粗纖維含量高的玉米皮經(jīng)過(guò)酵母菌和枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）協(xié)同發(fā)酵后，粗蛋白質(zhì)和真蛋白的提升率分別為32.47% 和50.42%，粗纖維降低率為14.19%（高俊杰等，2023）。通過(guò)薄層色譜法檢測(cè)產(chǎn)朊假絲酵母和少孢根霉（Rhizopus oligosporus）發(fā)酵后的麥麩中必需氨基酸含量，結(jié)果顯示，賴(lài)氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、蘇氨酸和纈氨酸含量均高于未發(fā)酵麥麩（Yunus等，2015）。利用成本低的農(nóng)作物副產(chǎn)品生產(chǎn)的酵母SCP 飼料質(zhì)地柔軟、氣味酸香，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和消化率大幅度提高，適合作為長(zhǎng)期飼喂家畜的蛋白質(zhì)飼料。

加工后的蔬菜和水果渣含有一定的膳食纖維、維生素、微量元素和抗氧化物質(zhì)，能夠支持微生物的生長(zhǎng)和繁殖，但大多被當(dāng)作廢棄物處理，造成資源的極大浪費(fèi)。以馬鈴薯渣、木薯渣、芋頭渣等為代表的塊莖類(lèi)副產(chǎn)物纖維素含量高，含有部分淀粉和少量蛋白質(zhì)，具有很高的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。懷寶東等（2020）將熱帶假絲酵母、解脂假絲酵母（Candida lipolytica）、啤酒酵 母（Saccharomyces pastorianus）和 黑 曲 霉（Aspergillus niger）均按照1% 的接種量對(duì)馬鈴薯渣進(jìn)行發(fā)酵，黑曲霉作為糖化功能菌株為酵母菌提供可溶性糖，發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白質(zhì)和真蛋白含量分別比未發(fā)酵物料高出59.2% 和194.4%。新鮮水果渣富含可發(fā)酵糖和其他必需營(yíng)養(yǎng)素，也可以用作原料。Somda 等（2018）利用產(chǎn)朊假絲酵母FMJ12 單菌發(fā)酵芒果渣，發(fā)酵料中粗蛋白質(zhì)含量可達(dá)到56.40%，其氨基酸譜與聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）的標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。發(fā)酵時(shí)有必要控制培養(yǎng)基中糖的濃度，防止酵母菌因滲透壓失衡脫水而引起細(xì)胞分裂減少（Mensah 等，2016）。釀酒后的葡萄渣蛋白質(zhì)含量低，殘留的乙醇、單寧、果膠和木質(zhì)素導(dǎo)致其用作飼料的適口性差，經(jīng)過(guò)酵母菌和乳酸菌協(xié)同發(fā)酵后產(chǎn)生大量活性和非活性有益微生物并降低了抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量，真蛋白提高43.83%（李祥等，2022）。值得注意的是，釀酒酵母能夠吸收和降解霉菌毒素，含水量較高的原料在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中容易發(fā)霉變質(zhì)，在被霉菌污染的水果或蔬菜廢棄物中培養(yǎng)時(shí)可能會(huì)吸收霉菌毒素，因此必須將霉菌毒素含量作為產(chǎn)品品控指標(biāo)。

2.2 養(yǎng)殖廢棄物

養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的糞便和沼液也能用于SCP 的生產(chǎn)，目前研究較多的是家禽糞便。禽類(lèi)的腸道短，攝入的飼料還未完全消化就被排出體外，故糞便營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量遠(yuǎn)高于豬糞、牛糞。家禽糞便中有機(jī)氮含量高、碳氮比低，未消化的蛋白質(zhì)和尿酸是兩種主要的氮源（Nie 等，2015）。產(chǎn)朊假絲酵母以干雞糞為基質(zhì)生產(chǎn)的SCP 中含有24.9% 的粗蛋白質(zhì)，發(fā)酵后尿酸含量可降低至0.3%（El-Deek 等，2009）。何 凌（2010）發(fā) 現(xiàn)，將白地霉（Geotrichum Candidum）、釀酒酵母和米曲霉（Aspergillus oryzae）等比接種于混合鴨糞培養(yǎng)基，發(fā)酵產(chǎn)物的真蛋白含量大幅度提高。利用家禽糞便生產(chǎn)酵母SCP，不僅可用作蛋白質(zhì)飼料飼喂家畜，還降低了對(duì)土壤、水源和空氣的污染，但考慮到氣味、適口性和糞便中潛在的病原體，用作飼料的飼養(yǎng)效果及安全性還需進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。

2.3 廢水

未經(jīng)處理排放的工業(yè)廢水和生活污水含有大量重金屬、抗生素、氰化物、病原體等有毒有害物質(zhì)，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了巨大威脅。各種類(lèi)型的廢水除了在化學(xué)成分和濃度方面存在差異外，還包括可溶性和顆粒物化學(xué)需氧量（COD）、生物降解性、生物利用度以及潛在的毒性（Vethathirri等，2021）。食品加工廢水富含大量有機(jī)化合物，與其他類(lèi)型的廢水相比，病原體、重金屬和其他有毒污染物的含量要低得多，發(fā)酵過(guò)程中生成的短鏈揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）可以作為外加碳源，達(dá)到“以廢治廢”的目的（薛柯伲，2022）。除了碳源外，有時(shí)還需要在培養(yǎng)基中額外添加氮、磷等元素，以支持所選菌株的最佳生長(zhǎng)條件，用于合成新的生物量。氮的缺乏導(dǎo)致酵母發(fā)酵遲緩，比生長(zhǎng)速率和生物量均低于高氮水平，從而影響發(fā)酵進(jìn)程（黃小晶，2016）；也會(huì)使細(xì)胞中的其他成分，如多糖和多羥基丁酸鹽的累積增加，降低蛋白質(zhì)合成量（Grau，1980）。酵母還需要磷以產(chǎn)生分解有機(jī)質(zhì)的酶，K2HPO4和NaH2PO4是SCP生產(chǎn)的最佳磷源（Srividya 等，2014）。研究發(fā)現(xiàn)，利用嗜鹽假絲酵母（Candida halophila）和粘紅酵母（Rhodotorula glutinis）可有效去除高強(qiáng)度發(fā)酵廢水中85%以上的有機(jī)污染物，同時(shí)產(chǎn)出蛋白含量為36% 的SCP（Yang 等，2003）。

3 酵母SCP 的生產(chǎn)工藝

3.1 酵母菌的篩選

釀酒酵母和產(chǎn)朊假絲酵母是經(jīng)過(guò)美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）認(rèn)證的可視為安全（GRAS）的食品添加劑酵母（Tropea 等，2022），也是我國(guó)飼料添加劑目錄（2013）允許在動(dòng)物飼料中使用的酵母種類(lèi)。因此，篩選出發(fā)酵性能優(yōu)良的酵母菌株用于單一或混合菌種生產(chǎn)SCP 飼料已得到廣泛應(yīng)用。存在于自然界的野生酵母菌經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期選擇，生長(zhǎng)能力和適應(yīng)性都優(yōu)于人工誘變和長(zhǎng)期轉(zhuǎn)接的酵母菌，菌種的篩選直接決定發(fā)酵的成敗與效果的優(yōu)劣。木糖在木質(zhì)纖維素原料中的含量?jī)H次于葡萄糖，然而天然釀酒酵母缺乏木糖代謝途徑，造成了酵母不能利用植物原料生產(chǎn)SCP 的經(jīng)濟(jì)損失。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)基因組重排構(gòu)建的釀酒酵母對(duì)親本釀酒酵母無(wú)法利用的木糖、纖維二糖和阿拉伯糖利用能力強(qiáng)，在好氧條件下能夠高效地將葡萄糖和木糖轉(zhuǎn)化為大量SCP（任學(xué)良，2016）?；蛐揎棡榻湍讣?xì)胞工廠的高效蛋白質(zhì)生產(chǎn)提供有用的靶點(diǎn)，對(duì)未折疊蛋白反應(yīng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)HAC1 相關(guān)基因進(jìn)行細(xì)胞工程處理可顯著增加蛋白分泌，最終工程菌株產(chǎn)生的α- 淀粉酶和人血清蛋白分別是對(duì)照菌株 的3.3 倍 和15.3 倍（Lin 等，2023）。誘 變 育種也能夠提高酵母菌的活性，將生長(zhǎng)速度快、非蛋白氮利用能力強(qiáng)且蛋白產(chǎn)量高的酵母菌株作為出發(fā)菌，經(jīng)過(guò)紫外照射誘變或重離子誘變后，突變菌的SCP 產(chǎn)量大幅度提高（余靜等，2022；馬霞飛等，2018）。此外，倪巍洪等（2022）還從土霉素菌渣中篩選出一株希臘接合囊酵母菌（Zygoascus hellenicus）Y1，該菌株利用菌渣中的蛋白質(zhì)等有機(jī)物進(jìn)行二次生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了抗生素菌渣的資源最大化利用，大幅度降低了菌渣的排放。在今后的研究工作中，利用基因工程、代謝組學(xué)和高通量篩選等現(xiàn)代生物技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)篩選出生長(zhǎng)速度快、具有完整酶系且能穩(wěn)定遺傳的酵母菌，從根本上提高SCP 的產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.2 發(fā)酵工藝

固態(tài)發(fā)酵（SSF）和深層發(fā)酵（SmF）是生產(chǎn)酵母SCP 的兩種常規(guī)方式。固態(tài)發(fā)酵的微生物可以是單一菌種或混合菌種，多以天然基質(zhì)或廢渣為培養(yǎng)基，微生物在含水量低的情況下通過(guò)有氧、無(wú)氧或兼性厭氧進(jìn)行生物質(zhì)的生產(chǎn)，同時(shí)也為其提供生長(zhǎng)所需的碳源、氮源及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（黎光楊，2022）。固態(tài)發(fā)酵的生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)和曝氣工藝簡(jiǎn)單、成本和能耗低，不易受雜菌污染，局限性是只能選擇對(duì)水分耐受性低的微生物，因而生長(zhǎng)速度和產(chǎn)物受限；不能精確監(jiān)測(cè)各項(xiàng)參數(shù)（O2、CO2和水分等），難以量化生產(chǎn)或設(shè)計(jì)合理的發(fā)酵流程；代謝熱在高密度發(fā)酵下的移除等是很難解決的問(wèn)題（Sun 等，2022）。

深層發(fā)酵過(guò)程中底物始終以液體形式存在，微生物在液體培養(yǎng)基表面或內(nèi)部進(jìn)行生命活動(dòng)并生成代謝產(chǎn)物（Suman 等，2015），多用于工業(yè)或養(yǎng)殖廢水的處理。一般用于深層發(fā)酵的菌種有酵母菌、曲霉菌、芽孢桿菌和乳酸菌（Liu 等，2020 ；官 小 鳳 等，2020 ；Saharkhiz 等，2013；Cunha 等，2012）。Zhang 等（2021）利用蜂蜜酵母發(fā)酵雞糞沼液生產(chǎn)SCP，在初始NH4+-N 濃度2000 mg/L、C/N 比6:1、pH 5.50、轉(zhuǎn)速200 r/min的條件下，經(jīng)過(guò)二次發(fā)酵后，培養(yǎng)基總細(xì)胞干重為12.58 g/L，蛋白質(zhì)含量為35.96%，脯氨酸含量高達(dá)細(xì)胞干重的12.0%。與固態(tài)發(fā)酵相比，深層發(fā)酵可連續(xù)生產(chǎn)、機(jī)械化程度高，隨著畜牧業(yè)對(duì)高效、環(huán)保的要求提高，深層發(fā)酵在飼料上的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

為了提高SCP 的產(chǎn)量，一般采用單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面法對(duì)不同酵母菌的培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件（接種量、培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)溫度、pH、轉(zhuǎn)速等）進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳培養(yǎng)參數(shù)。Jalasutram等（2013）對(duì)產(chǎn)朊假絲酵母分別利用未消化家禽糞便（UPL）和已消化家禽糞便（DPL）兩種底物獲得的SCP 進(jìn)行比較，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定了UPL 是更加適用于生產(chǎn)SCP 的底物，并采用響應(yīng)面法進(jìn)一步提高了UPL 的SCP 產(chǎn)量。而Hezarjaribi 等（2016）則以全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化培養(yǎng)基，通過(guò)信噪比對(duì)釀酒酵母的生長(zhǎng)情況進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)甘氨酸和葡萄糖濃度的變化對(duì)釀酒酵母的生長(zhǎng)和增殖有顯著影響，最佳培養(yǎng)基中的細(xì)胞數(shù)量和蛋白質(zhì)含量顯著增加。為了提高生物量或促進(jìn)特定酵母菌株在高溫、低pH 和碳源不足等非最優(yōu)條件下生長(zhǎng)，可采用混合菌種發(fā)酵培養(yǎng)基，混菌發(fā)酵的優(yōu)勢(shì)在于提高發(fā)酵效率的同時(shí)又能改善SCP 的產(chǎn)品質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，將產(chǎn)朊假絲酵母、熱帶假絲酵母和白地霉作為優(yōu)化酵母組合，按照9:5:1 的混合菌種比例發(fā)酵馬鈴薯淀粉加工廢水，結(jié)果表明，接種量為12%、培養(yǎng)溫度為24℃、轉(zhuǎn)速為200 r/min、pH 為4.13 時(shí)，SCP生產(chǎn)率為3.06 g/L，水溶性蛋白含量為17.32%（Tian 等，2023）。雖然使用混合菌種提高了發(fā)酵的一致性和穩(wěn)定性，但這個(gè)過(guò)程中菌群的結(jié)構(gòu)變化和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗是極難控制的，同樣也存在不確定性和隨機(jī)性。因此，發(fā)酵前應(yīng)結(jié)合底物的特點(diǎn)與不同菌株的生長(zhǎng)條件、互補(bǔ)關(guān)系以及代謝能力，建立有效的 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決存在的問(wèn)題。

4 酵母SCP 在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 酵母SCP 在家禽上的應(yīng)用

Khan 等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加6 g/kg釀酒酵母SCP 替代豆粕飼喂肉雞可提高新城疫抗體滴度、降低死亡率，而不會(huì)影響飼料轉(zhuǎn)化率和肝臟谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和堿性磷酸酶的活性。Chand 等（2014）發(fā)現(xiàn)，在哈伯德肉雞飼糧中使用不同比例的釀酒酵母SCP 替代豆粕不會(huì)影響肉雞采食量，且體重和飼料轉(zhuǎn)化率隨著替代比例的增加呈線性提高的趨勢(shì)。也有研究發(fā)現(xiàn)，酵母SCP 替代豆粕中10% 的粗蛋白質(zhì)飼喂肉雞后，其生長(zhǎng)性能、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率和腸道吸收能力未發(fā)生顯著變化，但20% 和30% 的替代量對(duì)生長(zhǎng)性能造成了負(fù)面影響（Cruz 等，2020）。Rodríguez 等（2013）認(rèn)為，含產(chǎn)朊假絲酵母的發(fā)酵蛋白飼料替代豆粕不宜超出20%，否則不利于肉雞維持正常的生長(zhǎng)性能和胴體產(chǎn)量。這可能與飼糧氨基酸不平衡有關(guān)，蛋氨酸和精氨酸分別是酵母SCP 中對(duì)雞生長(zhǎng)和飼料利用率影響最大的氨基酸（Daghir 等，1982），在飼喂時(shí)需要特別注意限制性必需氨基酸的補(bǔ)充以保證飼糧氨基酸平衡。使用酵母SCP 替代大豆蛋白，還可以降低腿肌蒸煮過(guò)程中散發(fā)的難聞氣味，提高冷藏雞肉的脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性（Grabe? 等，2022）。研究表明，酵母SCP 可能通過(guò)影響肉雞的吸收和代謝，在降低血液膽固醇方面發(fā)揮重要作用（Kumar 等，2019），其中的細(xì)胞壁成分（甘露聚糖和β- 葡聚糖）還能通過(guò)上調(diào)緊密連接相關(guān)蛋白基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)微生物群落，改善腸道形態(tài)和完整性，從而促進(jìn)肉雞的腸道健康（Kyoung 等，2023）。經(jīng)過(guò)產(chǎn)朊假絲酵母、植物乳酸桿菌和枯草芽孢桿菌等固態(tài)發(fā)酵的雜粕富含SCP，部分替代豆粕飼喂產(chǎn)蛋高峰期蛋雞可顯著增加蛋雞的體增重和平均蛋重，并改善盲腸菌群結(jié)構(gòu)（鄧?yán)^輝等，2012）。動(dòng)物體內(nèi)缺乏水解甘露聚糖和β-葡聚糖的酶，堅(jiān)硬的酵母細(xì)胞壁阻礙了腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，導(dǎo)致蛋白質(zhì)和氨基酸的消化率較低，因此在家禽飼料中使用酵母作為蛋白質(zhì)來(lái)源需要破壞細(xì)胞壁以釋放細(xì)胞內(nèi)容物。通常對(duì)酵母細(xì)胞壁進(jìn)行高溫干燥或機(jī)械（如粉碎、研磨、壓力均質(zhì)或超聲波）破壞后，可以將胞內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素和一些生理活性物質(zhì)釋放到細(xì)胞外，提高動(dòng)物對(duì)SCP 的利用率。由于酵母菌的種類(lèi)、發(fā)酵底物和生產(chǎn)工藝不同，酵母SCP 的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，因而在生產(chǎn)上可能表現(xiàn)出不同的飼喂效果。

4.2 酵母SCP 在豬上的應(yīng)用

豆粕中存在抗?fàn)I養(yǎng)因子如胰蛋白酶抑制劑、大豆凝集素、大豆抗原蛋白及植酸等，飼喂幼齡動(dòng)物后容易引起免疫反應(yīng)，損傷腸道功能。仔豬斷奶后消化能力較弱，飼糧高比例的豆粕可導(dǎo)致斷奶仔豬消化道功能紊亂，破壞機(jī)體新陳代謝，進(jìn)而誘發(fā)腹瀉和炎癥。釀酒酵母和乳酸克魯維酵母（Kluyveromyces lactis）發(fā)酵乳清產(chǎn)生的SCP適口性和風(fēng)味較好，替代仔豬飼糧中60% 的豆粕可對(duì)仔豬的生長(zhǎng)性能和氮代謝產(chǎn)生積極作用（Spark 等，2005）。馬嘉瑜等（2022）在斷奶仔豬飼糧中添加5% 的酵母SCP 等量替代發(fā)酵豆粕，不會(huì)影響仔豬的生長(zhǎng)性能和腹瀉率，但顯著提高了糞便中總揮發(fā)性脂肪酸和丁酸的含量。研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)朊假絲酵母SCP 替代40% 的傳統(tǒng)蛋白飼喂仔豬提高了空腸和回腸的絨毛高度以及空腸絨隱比，仔豬腸道消化功能有所改善，并增加了糞便稠度（Cruz 等，2019）。Kaewtapee 等（2022）分別以豆粕、全酵母和自溶酵母作為飼糧蛋白質(zhì)來(lái)源飼喂豬發(fā)現(xiàn)，豆粕和自溶酵母兩者間粗蛋白質(zhì)的表處觀回腸消化率與標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率相近，但由于細(xì)胞壁的存在導(dǎo)致全酵母的粗蛋白質(zhì)和氨基酸消化率偏低，因此自溶酵母比全酵母更適合作為替代豆粕的蛋白質(zhì)來(lái)源。植物性飼料中的磷主要以植酸磷的形式存在，難以被單胃動(dòng)物利用，因此通常在飼糧中添加無(wú)機(jī)磷來(lái)滿足動(dòng)物對(duì)磷的需求。Kim 等（2014）研究表明，兩種新型酵母SCP 在生長(zhǎng)豬飼糧中的代謝能（分別為3952 kcal/kg 和4255 kcal/kg）接近甚至超出玉米、魚(yú)粉和豆粕（分別為3879、4224 kcal/kg和4007 kcal/kg），替代傳統(tǒng)蛋白質(zhì)時(shí)無(wú)需補(bǔ)充額外的能量，且磷的標(biāo)準(zhǔn)消化道消化率高于豆粕，有助于減少無(wú)機(jī)磷的使用。酵母SCP 替代豬飼糧中的豆粕還能提高土地利用率，降低種植飼料對(duì)生物多樣性和氣候變化產(chǎn)生的影響（M?ller等，2022）。

4.3 酵母SCP 在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用

與單胃動(dòng)物不同，飼糧60% 以上的植物蛋白會(huì)被反芻動(dòng)物瘤胃微生物降解，造成能量和蛋白質(zhì)的雙重浪費(fèi)。研究發(fā)現(xiàn)，酵母SCP 可部分甚至完全替代豆粕，用于反芻動(dòng)物飼糧蛋白質(zhì)補(bǔ)充并降低生產(chǎn)成本。Silva 等（2023）研究表明，使用酵母SCP 和尿素替代67% 的豆粕飼喂水牛對(duì)生長(zhǎng)性能產(chǎn)生了積極影響，總增重和平均日增重分別顯著提高了31.19% 和23.68%；完全替代豆粕時(shí)，水牛的代謝反應(yīng)增強(qiáng)，血清甘油三酯、磷、鉀含量和谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、堿性磷酸酶活性顯著提高。在荷斯坦奶牛飼糧中添加酵母SCP（比例為干物質(zhì)的2.28%）替代67%的豆粕顯著提高了能量校正乳和4% 乳脂校正乳產(chǎn)量及總固形物含量，同時(shí)增加了血漿β- 羥丁酸和葡萄糖的濃度（Sabbia 等，2012）。利用體外產(chǎn)氣技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，飼糧不同精粗比與酵母SCP 替代豆粕量之間不存在交互影響，酵母SCP理論上最高可替代奶牛精料中75% 的豆粕而不影響體外消化率、瘤胃發(fā)酵參數(shù)和產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)特性，但是尚需進(jìn)行更多的體內(nèi)試驗(yàn)確定在奶牛上的應(yīng)用效果（Suriyapha 等，2021）。然而在劃區(qū)輪牧制度下酵母SCP 替代豆粕飼喂奶牛會(huì)影響中性洗滌纖維采食量，產(chǎn)奶量和總固形物含量呈線性下降的趨勢(shì)（Feitas 等，2019）。此外，酵母SCP 部分替代精料中的豆粕能夠提高肉羊的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，完全替代豆粕時(shí)不僅對(duì)生長(zhǎng)性能沒(méi)有不良影響，還可以通過(guò)降低皮下脂肪和肌內(nèi)脂肪來(lái)改善胴體特征和肉品質(zhì)，增加養(yǎng)殖效益（Rufino 等，2013）。實(shí)際生產(chǎn)中，需要根據(jù)反芻動(dòng)物的品種、飼糧類(lèi)型、不同生理狀態(tài)及飼養(yǎng)條件，確定適當(dāng)?shù)慕湍窼CP 替代比例。

5 小結(jié)

酵母SCP 代替動(dòng)植物蛋白是解決“人畜爭(zhēng)糧”矛盾的有效途徑之一。目前，雖然酵母SCP在技術(shù)和應(yīng)用方面已取得了較大的進(jìn)展和突破，但要實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)仍然存在較大難度。首先，單一菌種不能適應(yīng)多種環(huán)境，生產(chǎn)效率低、產(chǎn)物質(zhì)量差，而混合菌種發(fā)酵體系下如果不能有效協(xié)調(diào)菌群間的關(guān)系同樣達(dá)不到最佳生產(chǎn)水平；其次，酵母SCP 的顏色、氣味和適口性還不能被廣大消費(fèi)者接受，核酸含量往往高于動(dòng)植物蛋白，使用量過(guò)高可能不利于人和動(dòng)物的健康?；诮湍窼CP 的生產(chǎn)技術(shù)和安全性問(wèn)題，發(fā)酵前需對(duì)底物進(jìn)行高溫滅菌以防引入雜菌，發(fā)酵過(guò)程中嚴(yán)格控制溫度、時(shí)間、酸堿度等工藝參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微生物的數(shù)量和生長(zhǎng)狀況，增加核酸脫除工藝，利用細(xì)胞破碎技術(shù)去除核酸。

酵母SCP 飼料應(yīng)用研究表明，在單胃動(dòng)物上使用酵母SCP 部分替代豆粕可能具有降低飼糧抗?fàn)I養(yǎng)因子、提高生長(zhǎng)性能和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率以及改善腸道健康的作用，前提是要保證飼糧氨基酸的平衡，針對(duì)不同類(lèi)型的動(dòng)物需要適當(dāng)添加某些限制性必需氨基酸，以期達(dá)到較好的飼喂效果。反芻動(dòng)物上對(duì)奶牛的報(bào)道相對(duì)較多，部分或完全替代豆粕對(duì)奶牛的生產(chǎn)性能、乳品質(zhì)和瘤胃發(fā)酵參數(shù)幾乎不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，然而在特定的飼糧和飼養(yǎng)條件下是否具有相同的效果還需進(jìn)行更加深入的研究。