酵母及其產(chǎn)品用作飼料添加劑始于20世紀(jì)70年代中期,最早被用作反芻動物的蛋白質(zhì)補(bǔ)充飼料。酵母細(xì)胞中含有豐富的蛋白質(zhì)、B族維生素、脂肪、糖、酶等多種營養(yǎng)成分。目前已發(fā)現(xiàn)的酵母菌超過500種,分屬41屬,但并不是所有的酵母菌都能作為飼料添加劑,生產(chǎn)上應(yīng)用時要注重菌種類型的選擇,常用的有假絲酵母、得巴利酵母、球擬酵母和紅酵母。利用酵母生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白(SCP),具有生長速度快、周期短的優(yōu)點。多項試驗表明,酵母作為飼料添加劑,可以促進(jìn)胃內(nèi)微生物的生長,防治禽畜胃腸道疾病,增進(jìn)健康,提高生產(chǎn)性能。但是,由于飼料酵母味苦、適口性差,使它在生產(chǎn)中的應(yīng)用受到了限制。
酵母細(xì)胞壁是生產(chǎn)啤酒酵母過程中由可溶性物質(zhì)提取的一種特殊副產(chǎn)品,占整個細(xì)胞干重的20%~30%,它在維持細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞與細(xì)胞間的識別中起重要作用。Gertien等(1999)曾從分子水平上研究了酵母細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),認(rèn)為它是一個動態(tài)、可被調(diào)控的結(jié)構(gòu),它的結(jié)構(gòu)和組成可以被嚴(yán)格調(diào)控并能對環(huán)境變化做出廣泛響應(yīng),現(xiàn)在酵母細(xì)胞壁飼料添加劑已引起人們的廣泛關(guān)注。酵母細(xì)胞壁是淡黃色粉末,與酵母飼料比起來沒有苦味,適口性好,可以作為免疫促進(jìn)劑,通過激發(fā)和增強(qiáng)機(jī)體免疫力,改善動物健康來提高生產(chǎn)性能,尤其能使幼齡動物發(fā)揮其生長潛力。酵母細(xì)胞壁在飼料中的用途日益廣泛。
1 化學(xué)組成
在生產(chǎn)過程中,酵母細(xì)胞的破壁方法也一直受到關(guān)注,目前最常用的是音波震碎法。在盡量保持酵母細(xì)胞壁完整的前提下,用音波震碎法將細(xì)胞震碎,震碎過的酵母溶液通過多次清洗過濾,除去苦味和雜質(zhì),再經(jīng)高溫,酸、堿處理,離心分離等操作獲得細(xì)胞壁后再噴霧干燥即可得到成品。
酵母細(xì)胞壁的主要活性成分是葡聚糖(約占其干重的57.0%)、甘露寡糖(約占干重的6.6%)、糖蛋白(約占干重的22.0%)、幾丁質(zhì)和其它成分(蛋白質(zhì)、核酸、類脂和灰分共占其干重的20.0% 以下)。
2 生理功能的作用機(jī)理
酵母細(xì)胞壁的主要生理功能由甘露寡糖和β-葡聚糖發(fā)揮,它們在動物體內(nèi)分別行使各自的功能,能對細(xì)菌、真菌和病毒引起的疾病以及因為運輸、接種、氣候等變化引起的應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生非特異性免疫力。
2.1 甘露寡糖(Mannan Oligosacharides,MOS或BIO-MOS)
甘露寡糖是由甘露糖和葡萄糖組成的寡糖,一般含有2~10個單糖,單糖之間以α-1,2、α-1,3及α-1,6鍵相連。甘露寡糖易溶于水,不易溶于有機(jī)溶劑,黏度隨溫度上升逐漸下降,具有獨特的膠凝性能,一般在生理pH值和通常飼料加工條件下較為穩(wěn)定,其理化性質(zhì)因來源不同會稍有差異。
甘露寡糖含有大量不能被消化酶切斷的化學(xué)鍵,在小腸中幾乎不能被消化利用,進(jìn)入消化道后段經(jīng)濃縮才能被動物消化道菌群中的有益菌選擇性發(fā)酵利用,以有機(jī)酸、CH4 、CO2 、H2的形式釋放或參與代謝,提供能量。同時,發(fā)酵產(chǎn)生的酸性物質(zhì)會使整個腸道的pH值下降,能抑制有害菌的生長。甘露寡糖還可極大地影響動物的免疫系統(tǒng),能夠干擾腸道病原體的定植,是腸道微生物菌群的強(qiáng)大改良劑。胃腸道非免疫防御系統(tǒng)的主要組成部分是內(nèi)源微生物菌群,有益微生物菌群覆蓋在胃腸道黏膜上皮上以阻斷病原微生物的附著,而甘露寡糖有助于腸道有益菌的增殖。因此,甘露寡糖被稱為“病原菌吸附劑”或“病原菌清除劑”,甘露寡糖的這些功能也在一系列的試驗中得到證實。
甘露寡糖還可以增加細(xì)胞因子的釋放,細(xì)胞因子可以協(xié)調(diào)不同免疫細(xì)胞的活動。甘露寡糖也能提高白細(xì)胞介素(IL-2)的濃度,白細(xì)胞介素使T細(xì)胞增殖和分化。另外,甘露寡糖能夠增強(qiáng)IFN(干擾素)的活性,IFN是由活化的T細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子,IFN 的出現(xiàn)促使白細(xì)胞、體液和蛋白質(zhì)向感染的部位遷移,并活化巨噬細(xì)胞,促使其殺死所包圍的細(xì)菌。
Cooney研究發(fā)現(xiàn),甘露寡糖可以螯合胃腸道釋放的黃曲霉素,也可以結(jié)合玉米赤霉烯酮,結(jié)合力呈非直線關(guān)系。大量的體外試驗證明,酵母細(xì)胞壁吸附毒素的程度與霉菌種類和細(xì)胞壁的制備有關(guān),最有效的是從啤酒酵母細(xì)胞壁中提取的脂化甘露聚糖。
2.2 β-葡聚糖
β-葡聚糖約占細(xì)胞總重的12%~14%,是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的多糖,通常由10~20個單糖組成,相對分子質(zhì)量為6 500~7 500,大多數(shù)為不溶于水的膠質(zhì)顆粒。β-葡聚糖中的單糖之間以β-1,3鍵和β-1,6鍵相連,由于特殊的鍵結(jié)合方式和分子氫鍵的存在,β-葡聚糖呈螺旋形分子結(jié)構(gòu),其特殊的構(gòu)型對動物免疫系統(tǒng)具有較強(qiáng)的刺激作用。
大多數(shù)動物體內(nèi)的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)存在大量的巨噬細(xì)胞,一般情況下,巨噬細(xì)胞不具有活性,當(dāng)β-葡聚糖通過細(xì)胞表面糖蛋白與巨噬細(xì)胞結(jié)合后,巨噬細(xì)胞就被激活,通過吞噬作用吸收、破壞和清除體內(nèi)損傷、衰老和死亡的自身細(xì)胞及侵入體內(nèi)的病原微生物,并誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生一系列的細(xì)胞免疫和體液免疫反應(yīng),故又將β-葡聚糖稱為免疫多糖。β-葡聚糖除了可激活自然殺傷細(xì)胞,提高血液中單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的吞噬能力之外,還能影響循環(huán)血液中細(xì)胞因子的含量,也能影響體外培養(yǎng)的淋巴細(xì)胞細(xì)胞因子的分泌,并可促進(jìn)脾臟淋巴細(xì)胞白細(xì)胞介素、干擾素的分泌,還能增強(qiáng)細(xì)胞因子的作用。同時,β-葡聚糖可增強(qiáng)T淋巴細(xì)胞功能,促進(jìn)淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化和增殖。機(jī)體還有一個重要的免疫系統(tǒng)——補(bǔ)體系統(tǒng),它除可直接殺傷和溶解細(xì)菌或靶細(xì)胞和病毒外,還具有對免疫復(fù)合物的調(diào)理作用,趨化功能及調(diào)節(jié)T細(xì)胞、B細(xì)胞免疫力等作用。因此,β-葡聚糖具有明顯激活補(bǔ)體系統(tǒng)的作用。
2.3 蛋白質(zhì)、幾丁質(zhì)、類脂和酶
酵母細(xì)胞壁中蛋白質(zhì)的含量約為5%~10% ,大部分蛋白質(zhì)和糖類結(jié)合形成甘露寡糖——蛋白質(zhì)復(fù)合體,酵母細(xì)胞壁中的幾丁質(zhì)是N-乙酰葡萄糖胺的線性多聚物,在細(xì)胞壁中N-乙酰葡萄糖胺以β-1,4鍵連接而成。酵母細(xì)胞壁的脂質(zhì)大多由?;视图肮檀贾戎行灾|(zhì)組成,決定細(xì)胞壁中脂質(zhì)含量的因素尚不清楚。存在于酵母細(xì)胞壁內(nèi)的酶包括轉(zhuǎn)化酶、α-半乳糖苷酶、L-天門冬酰胺酶、氨基酸肽酶Ⅱ、丙?;?β-葡萄糖苷酶、葡萄糖淀粉酶等,它們都是水解酶,可使細(xì)胞在細(xì)胞內(nèi)攝取營養(yǎng)物質(zhì)。此外,還包括葡聚糖酶、蛋白質(zhì)二硫還原酶等,這些酶都與細(xì)胞壁增殖有關(guān)。
3 酵母細(xì)胞壁在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用
3.1 在魚類中的應(yīng)用
酵母細(xì)胞壁可使魚、蝦免疫器官的發(fā)育加快,淋巴細(xì)胞的數(shù)量增加,既可增強(qiáng)非特異性免疫,又能激發(fā)機(jī)體體液免疫的產(chǎn)生。大量的試驗證實,酵母細(xì)胞壁及其提取物在畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)揮了很好的防病、治病和保健作用,在美國、巴西和我國臺灣省早已普遍使用酵母細(xì)胞壁,國內(nèi)也已開始積極地開發(fā)利用。
Nureco公司試驗研究表明,酵母細(xì)胞壁中的β-葡聚糖和維生素C的組合對巨噬細(xì)胞的活性有積極影響。投喂含酵母細(xì)胞壁餌料的魚群,其死亡率 (14.6%)大大低于對照組(35.5%)。巴西ICC公司試驗證實,飼喂酵母細(xì)胞壁可使感染冷水性弧菌病的大西洋鮭魚成活率由17%提高到70%左右(感染前3周左右飼喂酵母細(xì)胞壁),而酵母細(xì)胞壁與疫苗聯(lián)合使用具有更強(qiáng)、更持久的免疫保護(hù)作用,使感染的鮭魚成活率提高到90%。
外國學(xué)者用鮭鱒魚做了大量試驗,證實了酵母細(xì)胞壁能夠增強(qiáng)魚類的免疫力。Robertsen等的試驗結(jié)果表明,從酵母菌中提取的β-葡聚糖能增強(qiáng)大西洋鮭對滅鮭氣單胞菌、鰻弧菌和魯克氏耶爾森氏菌感染的抵抗力。Engstad等的研究證明了大西洋鮭的巨噬細(xì)胞上存在β-葡聚糖的受體。Brattgjerd等對大西洋鮭注射酵母葡聚糖后,發(fā)現(xiàn)試驗魚的巨噬細(xì)胞在離體條件下的吞噬活性明顯上升。Anderson等采用注射和浸泡法對溪紅點鱒接種免疫多糖后,試驗魚對人工感染活菌的抵抗力顯著增強(qiáng)。Jeney等將葡聚糖作為佐劑與滅活菌苗聯(lián)合使用,結(jié)果證明能顯著提高供試虹鱒的非特異性免疫力。Kawakami等分別用滅活的菌苗、真菌葡聚糖、幾丁質(zhì)和福氏完全佐劑接種鯽魚,試驗發(fā)現(xiàn),各種處理的受免魚均對殺魚巴斯德氏菌感染的抵抗力顯著增強(qiáng)。Samuel等的試驗結(jié)果表明,β-葡聚糖能顯著增強(qiáng)毛足鱸的抵抗力。
我國學(xué)者在酵母細(xì)胞壁對魚類免疫力影響方面也做了很多對照試驗。Chen等的報道指出,注射β-葡聚糖能提高斑點叉尾鲴抗叉尾鲴愛德華氏菌感染的能力。陳昌福等(2004)探討了口服免疫多糖(酵母細(xì)胞壁)對受免異育銀鯽免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)效應(yīng),結(jié)果表明,以每千克體重其飼料中添加150.0mg的免疫多糖(酵母細(xì)胞壁),對受免異育銀鯽的免疫應(yīng)答具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)效應(yīng),與對照組魚相比,不僅血清中凝集抗體效價有所提高,而且血液中白細(xì)胞的吞噬百分比(PP)和吞噬指數(shù)(PI)明顯上升。
酵母細(xì)胞壁及其提取物作為水產(chǎn)動物飼料添加劑,能夠促進(jìn)魚類生長,減少死亡率,降低糞便中氮的排放量,防止污染。酵母細(xì)胞壁通過激發(fā)免疫功能,維持微生態(tài)平衡而增強(qiáng)了動物免疫力,改善動物健康狀況,從而提高生產(chǎn)性能,使幼齡動物的生長潛力得到充分發(fā)揮。酵母細(xì)胞壁及其提取物對魚類生產(chǎn)性能的作用也備受關(guān)注。Yoshida等(1995)報道,甘露寡糖能顯著提高鲇魚細(xì)胞活性和飼料利用效率。張起信等(1997)在對牙鲆、石鰈的工廠化養(yǎng)殖中,進(jìn)行了投喂口服型免疫多糖的試驗,在牙鲆餌料中添加免疫多糖,投喂100d后試驗組的牙鲆成活率、全長、體重分別比對照組提高0.9%、1.28%和2.82%。張起信(2003)作了在大菱鲆的餌料中添加免疫多糖的對比養(yǎng)殖試驗,經(jīng)210d投喂后,魚的平均體長、體重、成活率較未添加免疫多糖的組分別提高14mm、32.6g和4.8%。還有研究表明,鱒魚苗在體重1~7 g期間受冷水病原菌侵襲后死亡率高達(dá)25%,餌料中加入0.7%的MOS后可使該階段鱒魚苗的死亡率下降到1%。張紅梅(2004)研究了在健康的建鯉日糧中添加不同水平的酵母甘露寡糖對其生產(chǎn)性能的影響,結(jié)果表明,日糧中添加MOS可提高鯉魚的生產(chǎn)性能,隨MOS添加量的增加養(yǎng)殖成活率先升后降,當(dāng)添加量增加到0.2%時養(yǎng)殖成活率最高達(dá)到99.40%,而后成活率降低。
3.2 在蝦類中的應(yīng)用
陳昌福在酵母細(xì)胞壁對水產(chǎn)動物的影響方面做了很多工作,不但研究了其對一些魚類的影響,還做了口服免疫多糖(酵母細(xì)胞壁)對南美白對蝦抗哈維弧菌感染作用的試驗,結(jié)果表明,在南美白對蝦飼料中添加免疫多糖(酵母細(xì)胞壁),能顯著提高供試南美白對蝦血清和肌肉中酸性磷酸酶(ACP)、堿性磷酸酶(ALP)活性,極顯著地提高肝胰腺中ACP、ALP和過氧化物酶(POD)的活性,增強(qiáng)抗哈維弧菌感染的能力。許第新等(2004)將免疫多糖(酵母細(xì)胞壁)作為免疫刺激劑注射到克氏原螯蝦體內(nèi)后發(fā)現(xiàn)克氏原螯蝦肝胰腺中的ACP和ALP活性明顯增加。1998年,劉恒等利用從海藻中提取的免疫多糖作為餌料添加劑,以口服形式對南美白對蝦進(jìn)行免疫,結(jié)果表明,除個別情況外,試驗組南美白對蝦的酚氧化酶活力,溶菌、抗菌活力和超氧化物歧化酶活力,均高于對照組。這種免疫多糖雖然是從植物中提取的,但其與微生物多糖有類似結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。劉棟輝(2002)探討了啤酒酵母β-葡聚糖制劑和維生素C的組合對斑節(jié)對蝦生長和抗病力的效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn),啤酒酵母β-葡聚糖制劑和維生素C的組合能顯著提高斑節(jié)對蝦的生長、存活率和血清蛋白水平,顯著降低飼料系數(shù),其效果和高劑量VC組是相當(dāng)?shù)?,在攻毒試驗中,啤酒酵母?葡聚糖制劑和維生素C的組合大大提高注射白斑病毒蝦的存活率。
3.3 在其它水產(chǎn)動物中的應(yīng)用
除對魚、蝦外,酵母細(xì)胞壁及其提取物在水產(chǎn)動物中的應(yīng)用研究較少。張起信(2002)在剝離后的雜交鮑苗配餌中添加5%的口服型免疫多糖,平均殼高和成活率分別較對照組提高1.55mm和3.2%。孫虎山(2001)給櫛孔扇貝體中注射酵母聚糖(酵母細(xì)胞壁)后,測定了櫛孔扇貝血清和血細(xì)胞中參與免疫防御的酚氧化酶(PO)和髓過氧物酶(MPO)的活力,結(jié)果表明,注射酵母聚糖后僅1h,試驗組血清中PO活力極顯著地高于對照組,而血細(xì)胞中無PO活力,說明酵母聚糖對櫛孔扇貝血淋巴中PO和MPO的活力有增強(qiáng)作用。北京佳偉生物技術(shù)有限公司用添加了免疫多糖的飼料對甲魚進(jìn)行了飼喂試驗,結(jié)果試驗組甲魚死亡數(shù)量明顯少于對照組,并分析得出以0.2%的量進(jìn)行添加從預(yù)防疾病效果及節(jié)約養(yǎng)殖成本方面考慮均為最佳。
4 展望
在飼料中添加少量酵母細(xì)胞壁或其提取物,能有效的改善水產(chǎn)動物消化道微生物菌群,降低消化道和水產(chǎn)產(chǎn)品中大腸桿菌、沙門氏菌等病原菌量,明顯提高水產(chǎn)動物機(jī)體的抗病能力。還能夠提高增重、飼料轉(zhuǎn)化率等生產(chǎn)性能,而且酵母細(xì)胞壁是天然成分,不會帶來污染,在動物營養(yǎng)上有良好的應(yīng)用前景。但要注意的是不同種類、年齡和生理狀態(tài)下的水產(chǎn)動物,酵母細(xì)胞壁的最佳添加量會有所不同,應(yīng)該經(jīng)過充分試驗后確定最佳添加量;日糧中的其它成分或其它添加劑有可能對酵母細(xì)胞壁作用的發(fā)揮產(chǎn)生協(xié)同或拮抗作用,這方面還需要深入研究。