基于營(yíng)養(yǎng)副產(chǎn)物資源再利用的動(dòng)物飼料單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)及應(yīng)用

宋建華　Seth Terry　姜慶葉　趙維韋

摘要? ? 本文介紹了以啤酒廠廢水生產(chǎn)動(dòng)物飼料單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)過(guò)程，分析了單細(xì)胞蛋白在白蝦及斷奶仔豬飼喂中的具體應(yīng)用，以期為促進(jìn)廢棄物資源化利用提供參考。

關(guān)鍵詞? ? 動(dòng)物飼料;單細(xì)胞蛋白;生產(chǎn);應(yīng)用

中圖分類號(hào)? ? X792? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）02-0205-01? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

近年來(lái)，人們對(duì)環(huán)境污染和氣候變化的關(guān)注度明顯增加。尤其在生產(chǎn)工具和生活用品的生產(chǎn)過(guò)程中，線性生產(chǎn)工藝面臨著越來(lái)越大的壓力，生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)循環(huán)式生產(chǎn)、零排放生產(chǎn)。Ellen MacArthur基金會(huì)主張?jiān)谏a(chǎn)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行“廢棄物留在系統(tǒng)中”，通過(guò)產(chǎn)品和材料的充分利用避免系統(tǒng)外部成本。

在一定程度上，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)在于模仿生態(tài)系統(tǒng)。因此，在以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)甚至以食品為基礎(chǔ)的生產(chǎn)制造業(yè)中尋找廢棄物的高效資源化利用有著悠久歷史[1]。近年來(lái)，一種提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造業(yè)副產(chǎn)物利用價(jià)值的方法在釀造行業(yè)得到了應(yīng)用。特別是利用啤酒廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并利用現(xiàn)有的生物培養(yǎng)設(shè)備生產(chǎn)用于動(dòng)物飼料的單細(xì)胞蛋白（SCP）。每年數(shù)千噸以啤酒廢水為培養(yǎng)液生產(chǎn)的SCP已經(jīng)成功進(jìn)入動(dòng)物飼料市場(chǎng)，這標(biāo)志著該類產(chǎn)品已在市場(chǎng)上有了立足點(diǎn)。釀酒行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)將釀酒后的酒糟用作動(dòng)物飼料，將啤酒廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的生物泥用作農(nóng)業(yè)堆肥[2]。然而，這2種廢棄物資源化利用的區(qū)別在于，酒糟在資源化利用中通常可以收到付款，卻不得不為生物泥的農(nóng)業(yè)堆肥支付費(fèi)用。本文以該類產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分為視角進(jìn)行全面闡釋。

1? ? ?動(dòng)物飼料單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)

利用啤酒廢水生產(chǎn)SCP運(yùn)用了廢水處理系統(tǒng)中原有的基礎(chǔ)設(shè)施。由于廢水處理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及運(yùn)行上存在著差異性，這就使SCP質(zhì)量參差不齊不可避免。SCP粗蛋白可以達(dá)到60%以上，但是如不進(jìn)行工藝優(yōu)化，SCP含量將會(huì)很低。一般來(lái)說(shuō)，SCP的生產(chǎn)是靠泥齡（MCRT）控制周期性排放及微生物活性，在將MCRT的值降到最低的同時(shí)保證使用后的廢水達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)。降低MCRT有明顯的營(yíng)養(yǎng)效益，有利于提高微生物的蛋白含量同時(shí)減少SCP中灰分含量。

在飼料行業(yè)，理化分析法是評(píng)估飼料成分含量的常用方法。通常SCP主要由蛋白質(zhì)、灰分以及低含量的脂肪、纖維和碳水化合物組成。鑒于經(jīng)濟(jì)及環(huán)境的原因，SCP已被認(rèn)可作為魚粉的替代品。此外，通常使用氨基酸數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估蛋白質(zhì)成分的消化率和營(yíng)養(yǎng)功效。以氨基酸含量作為比較依據(jù)，啤酒廢水生產(chǎn)的SCP具有與魚粉相似的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2? ? 單細(xì)胞蛋白在動(dòng)物飼喂中的應(yīng)用

在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)和商業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，將啤酒廢水生產(chǎn)的SCP飼喂給各種動(dòng)物，包括鰭魚、貝類和陸地生物。在所有的案例中，SCP在替代魚粉和植物蛋白中都展現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且沒有記錄表明其存在致死率上升及其他毒害影響，特別是在羅非魚、家禽、白蝦和斷奶仔豬方面取得了有利的效果[3-4]。

2.1? ? 單細(xì)胞蛋白在白蝦飼喂中的應(yīng)用

以白蝦為試驗(yàn)動(dòng)物，通過(guò)德克薩斯農(nóng)工大學(xué)位于德克薩斯州阿蘭薩斯港的農(nóng)業(yè)生命研究海水養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了試驗(yàn)。白蝦苗以適當(dāng)?shù)拿芏韧斗棚曫B(yǎng)，并在5周內(nèi)分別用2種不同的配方飼料進(jìn)行對(duì)比飼養(yǎng)。第1種飼料是含有8%魚粉的配方飼料，第2種配方飼料與第1種飼料的配方相同，僅僅將魚粉替代為啤酒廢水生產(chǎn)的SCP。每天進(jìn)行16次自動(dòng)投料，不再提供其他飼料。在飼喂生長(zhǎng)過(guò)程中，可以排除水質(zhì)和養(yǎng)殖條件對(duì)其生長(zhǎng)限制的影響。

試驗(yàn)結(jié)果表明，與魚粉飼喂白蝦的效果相比，用啤酒廢水生產(chǎn)的SCP飼喂白蝦效果相當(dāng)甚至效果更好。用SCP飼喂的白蝦存活率為92%，7 d增重1.65 g，飼料轉(zhuǎn)化率為 1.54，而用魚粉飼喂的蝦存活率為88%，7 d增重1.52 g，飼料轉(zhuǎn)化率為1.84。這些表明，啤酒廢水生產(chǎn)的SCP產(chǎn)品具有巨大潛力，可取代蝦飼料中相當(dāng)一部分魚粉，從而為有限的自然資源提供可持續(xù)且具有經(jīng)濟(jì)吸引力的替代品。

2.2? ? 單細(xì)胞蛋白在斷奶仔豬飼喂中的具體應(yīng)用

斷奶仔豬的試驗(yàn)由弗吉尼亞州布萊克斯堡弗吉尼亞理工大學(xué)動(dòng)物與家禽科學(xué)系進(jìn)行。斷奶仔豬選自一家養(yǎng)殖廠，并且在試驗(yàn)廠適應(yīng)環(huán)境24 h后隨機(jī)分欄;將光照設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)周期（12 h亮/暗），環(huán)境溫度設(shè)為27～29 ℃。仔豬分別以3種不同的配方飼料進(jìn)行飼喂14 d。所有飼料都具有相同的能量、蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)水平。以玉米-大豆飼料為對(duì)照組，另外2種是在玉米-大豆飼料中加入不同比例的SCP，SCP在該研究中用于補(bǔ)充微生物蛋白（MP）。這2種飼料中MP-5、MP-10指的是用于替代玉米-大豆飼料中魚粉和干乳清的SCP占比為5%和10%，并保證3種飼料中都含有相同質(zhì)量的能量、蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同組別的仔豬最終體重差異不大，喂食MP-5飼料的仔豬日均增重比較高，但是在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上差異并不明顯。另外2個(gè)組別的飼料攝入量均無(wú)差別，這就排除了由于攝入量不同導(dǎo)致體重差異的可能性。飼料的成分改變?cè)谠摻M試驗(yàn)中沒有明顯的結(jié)果差異。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

在過(guò)去5年，每年數(shù)千噸啤酒廢水生產(chǎn)的SCP已經(jīng)在全球銷售，銷售價(jià)格與魚粉價(jià)格相當(dāng);生產(chǎn)的SCP大多數(shù)用于斷奶仔豬的配方飼料[5-6]。新的SCP生產(chǎn)項(xiàng)目正在開發(fā)建設(shè)，將擴(kuò)大其在農(nóng)業(yè)和食品行業(yè)中的應(yīng)用范圍。利用啤酒廢水生產(chǎn)SCP 收獲經(jīng)濟(jì)效益，為實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供了重要途徑，具有重大意義。現(xiàn)有的廢水處理基礎(chǔ)設(shè)施可以用于SCP的生產(chǎn)，其生產(chǎn)的SCP營(yíng)養(yǎng)價(jià)值仍然取決于工藝與運(yùn)行的控制;且利用啤酒廢水生產(chǎn)的SCP可以達(dá)到與魚粉相當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可以成功加入多種水生和陸地物種的動(dòng)物飼料中。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 徐鐵山，張亞格，李茂，等.海南5種經(jīng)濟(jì)作物副產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值測(cè)定及鵝對(duì)其消化率研究[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，38（12）：38-42.

[2] 劉倩倩.復(fù)配菌種用于啤酒廠洗糟廢水處理及資源化研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

[3] 郭芮，張曉梅，蘇紅，等.河豚魚的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及副產(chǎn)物可利用性的研究現(xiàn)狀[J].食品科技，2018，43（3）：113-116.

[4] 萬(wàn)剛濤，程民杰，黃亞?wèn)|，等.紅鰭東方鲀魚皮膠原蛋白的提取及主要理化性質(zhì)的研究[J].天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，22（2）：6-10.

[5] 李婷婷，鄧雪娟.單細(xì)胞蛋白飼料研究進(jìn)展及其在動(dòng)物中的應(yīng)用[J].飼料與畜牧，2015（5）：57-61.

[6] 熊智輝.單細(xì)胞蛋白在飼料業(yè)中的研究進(jìn)展[J].養(yǎng)殖與飼料，2006（7）：11-15.