饲用酵母及其衍生物产品的应用现状及发展趋势

人类
农业、
酵母菌
畜牧业
环境
酵母细胞壁多糖：酵母细胞壁主要分为三层：细胞壁外层为甘露糖—蛋白质结合物， 中间为β-(1，3)-(1，6)葡聚糖，内层为几丁质。其中β-葡聚糖是最有效的免疫 刺激剂，酵母细胞壁中葡聚糖的主链为1，3-葡萄糖苷键连，支链主要以1，6-葡萄 糖苷键结，这不同于一些常见的糖类的-1，4糖苷键结的线形分子结构。特殊的空 间结构，能够为生物机体血细胞或巨噬细胞上的受体所识别，从而造就了其特殊的 免疫功能。 酵母β-葡聚糖的主要作用有以下几点： 1、提高生物体非特异性免疫指标。 2、促进淋巴细胞的增殖，促进浆细胞产生更多的抗体，提高生物体的特异性免 疫应答反应。 3、提高生物体抗病能力，降低感染率和死亡率。 4、能有效缓解生物体肝脏损伤，如降低肝脏和血液GPT，GOT的活性。 5、具有一定促生长的作用。 酵母甘露寡糖的主要作用有以下几点： 1、对病原微生物进行识别、粘附和排除；可与有害细菌的聚集素结合遮盖它的 结合部位，干扰有害细菌在肠道内定植繁殖，减少肠道细菌病的危害。 2、是有益细菌的营养物质，能促进有益细菌的繁殖。 3、可增加细胞因子的释放，而细胞因子则可以协调不同免疫细胞的活动；提高 白细胞介素的浓度，白细胞介素可使T细胞增殖和分化；增强干扰素的活性。 4、对毒素具有明显的吸附作用。
布拉酵母菌(Saccharomyces boulardii)
布拉氏酵母菌（从印尼荔枝中分离),属 酿酒酵母的亚种。国外已被广泛应用于人类 抗击腹泻的药物中。其制剂应用于畜牧业,可 有效降低病原菌和有关毒素的质量浓度,加强 微生物平衡,刺激免疫系统。作为微生态制剂 （饲料添加剂）的应用已得到世界许多国家 的认可。 研究表明:布拉酵母菌主要用于① 预防和治疗梭酸菌感染和抗生素引起的 肠炎；② 预防和治疗霍乱弧菌感染；③ 预防和治疗旅行者腹泻；④ 治疗轮 状病毒感染所致的腹泻。 布拉酵母菌能拮抗肠道病原菌、抑制毒素及细菌毒素的产生、降解毒素 及毒素受体、中和毒素、增强肠道黏膜的免疫功能等作用。
富含有机微量元素的酵母 （酵母铜、酵母铁、酵母锰、酵母硒、 酵母铬） 如富硒酵母细胞内的有机硒含量达90%以上，主要存在形式是蛋 氨酸硒，还有少部分硒与多糖或其它有机小分子结合。硒是生物体正 常生长和生理功能所必需重要的微量元素。硒是谷胱甘肽过氧化物酶 的主要成分，具有抗氧化作用；能影响脂肪和脂溶性维生素的吸收； 促进蛋白质合成，参与CoA和CoQ的合成，同时还是与电子转移有关的 细胞色素的组分。 硒的缺乏会损伤生物体内的细胞膜和细胞膜器，导致体内谷胱甘 肽过氧化物酶的活性显著下降，体重减轻，营养物质利用效率降低。 目前生产中硒的主要添加形式仍然是Na2SeO3，而无机硒毒性高、 添加的安全剂量比较低，加上生物体对硒的绝对需求量较低。添加过 高的无机硒具有较大的毒性，因此，有机硒作为一种更安全、更环保 的添加剂的应用会越来越广泛。
酵母细胞
细胞内含物(蛋白质、酶类、肽类、氨基酸、核酸 、甾醇、B族维生素、低聚糖、矿物质及生物活性 物质等
细胞代谢产物
有机酸、甾醇类、低聚糖、蛋白、酶类、小肽类、氨 基酸、核苷酸、维生素、微量元素及生物活性物质等
培养基剩余有效成分
糖类、蛋白、小肽类、氨矿物质、微量元素、维生 素及生物活性物质等
酵母培养物特点
诱变育种
采用物理因子（UV 、X、快中子 、高温、离子注射 等） 或化学因子（亚硝酸、NTG、硫酸二乙酯、甲基磺酸乙酯、5氨基尿嘧啶等）对微生物细胞进行诱变处理，依据需要，筛 选具有优良特性的饲用酵母菌株。
杂交育种
细胞 X 细胞 细胞 X 孢子 孢子 X 孢子 筛选获得符合需要、 具有双亲优良特性的 饲用酵母菌株。
提高酶蛋白的最大反应速率Vmax 、降低米氏常数 Km 、改变最适pH 值、消除抑制位点、改变反应 的专一性、消除使蛋白质不稳定的残基等. 改进热稳定性、促进在有机溶液中的稳定性、改 变生理生化性质、修饰配体结合专一性等.
催化性能
结构性质
产生新的 特性
如产生杂合的和多功能的蛋白质、加入纯化所需 的标签等进行有目的的改造.
酵母细胞水解物：酵母细胞通过自溶(用细胞内的自溶酶)或通过外加酶 水解得到的相关产物。酵母水解物中含有丰富的氨基酸、小肽、核苷酸、 B族维生素以及矿物质，具有多种生物学功能，广泛用于食品、饲料添 加剂，也是培养有益微生物的营养物质。 活性酵母细胞衍生物(LYCD) ：酵母细胞在人为控制的伤害条件下(如用 紫外线、热、X-射线或化学损伤)产生的具有促进细胞呼吸和修复作用 的保护性物质。LYCD主要由低分子量的多肽和各种应激蛋白组成，含有 少量的氨基酸和维生素及矿物质等，它能提高胶原蛋白和弹性蛋白的形 成，增加皮肤对水分的吸收和对氧的利用，具有镇痛和皮肤修复的作用。 还原型的GSH和SOD是细胞内具有活性的功能物质，在生物体内去自由基 和抗氧化中扮演了重要的角色。同时，GSH具有解毒，减少水产动物肝 肾损伤，促进胆酸代谢，提高消化道对脂溶性维生素的吸收；参与氨基 酸向细胞内的转运，促进细胞合成蛋白质；抗紫外线等功能。我国目前 对LYCD在微生态制剂中的基础和应用开发才刚刚起步。
二
饲用酵母及其衍生物产品的功能
酵母菌制剂：酵母菌是一种来源广、价格 低、氨基酸比较全面的单细胞蛋白，蛋白 质含量高达45％以上，且富含生物体所必 需的多种维生素和微量元素；能促进胃肠 道中纤维素分解菌等有益菌的繁殖，提高 其数量和活力，从而提高生物体对纤维素 和矿物质的消化、吸收和利用；能增强生 物体免疫力，提高抗病力，对防治生物体 消化道系统疾病起到有益作用。 生物活性物质：酵母菌可以产生GSH、MT、 SOD、ERG、辅酶Q等生物活性物质，能增强 生物机体免疫力，提高抗病力，对防治生 物体消化道系统疾病起到有益作用。
原生质体融合育种
原生质体 ＋ 原生质体 原生质体 ＋ 灭活原生质体 细胞器 ＋ 原生质体融合
细菌细胞 ＋ 酵母原生质体 筛选获得具有双亲优良 特性的饲用酵母菌株。
分子育种（即基因工程技术育种）
主要包括以下几种技术： 基因组改组 异源基因的克隆和表达 同源基因的克隆和表达（自克隆技术） 基因敲出 增加有用基因的考贝数 依据其代谢途径进行基因的重新组合 分子设计育种 新基因发掘
重组酵母表达饲料用酶的优化策略
1. 表达系统选择(毕赤酵母/汉逊酵母/酿酒酵母) 2. 筛选高比活性的饲料用酶编码基因； 3. 目标基因密码子优化及其mRNA 结构预测及调整; 4. 启动子改良或多启动子组合; 5. 信号肽改良; 6. 增加辅助蛋白或分子伴侣 (如解决溶氧的血红蛋白、加 快蛋白转运速度的元件等); 7. 稳定遗传和表达的多拷贝技术; 8. 整合位点的控制； 9. 如用于生产还需要进行发酵水平上发酵参数的调整, 重 组菌株需保持遗传稳定性和表达稳定性。
乳酸酵母菌(一种新型微生物饲料添加剂)在饲 料添加剂中的功能 1 维持消化道内微生态平衡 乳酸酵母菌产 乳酸，能够耐受较低的pH环境，因此能够 较好的定植于动物肠道内，克服了以往普 通酵母菌无法定植肠道的不足。这种酸性 的环境抑制了消化道内病原菌的生长繁殖， 进而防止了胃肠道疾病的发生。 2 促进消化道发育成熟 乳酸酵母菌作为微生物饲料添加剂喂养动物，将促进其消 化 道内有益菌群快速生长繁殖，使其消化道逐步发育成熟，能抵御病原菌侵害。 3 促进免疫系统功能健全 乳酸酵母菌作为饲料添加剂，其免疫作用主要表现在2 个 方面：一是促进宿主免疫器官发育成熟，幼畜出生后，使其早期接触某些良性微生 物，有助于其免疫器官发育成熟；二是作为宿主终生相伴的抗原库，刺激免疫系统 产生免疫应答，使宿主对病原微生物保持一定程度的免疫力。 4 提高饲料的利用率
农业部1867号文件附件：饲料添加剂品种目录（2013）中：
用于饲料添加剂的酶制剂有13种： 淀粉酶 、α-半乳糖苷酶 、纤维素酶 、β-葡聚糖酶 、葡萄糖氧化酶 、 脂肪酶 、麦芽糖酶 、β-甘露聚糖酶 、果胶酶 、植酸酶 、蛋白酶 、 角蛋白酶 、木聚糖酶 （2/13）（毕赤酵母参与生产） 作为饲料添加剂的矿物元素及其络(螯)合物的产品有82种： 酵母铜、酵母铁、酵母锰、酵母硒及酵母铬等。（5/82） （酿酒酵母） 作为饲料添加剂的多糖和寡糖有9种： β-1，3-D-葡聚糖（源自酿酒酵母）（1/9） 作为饲料添加剂的着色剂18种： 红法夫酵母 （1/18） 而在氨基酸、氨基酸盐及其类似物/维生素及类维生素/抗氧化剂等中没有 酵母及其衍生物产品。
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饲用酵母及其衍生物产品在畜牧业的应用现状
酵母是三大饲料蛋白（动物蛋白、植物蛋白及微生物蛋白）之一。 农业部1867号文件附件：饲料添加剂品种目录（2013）中： 用于饲料添加剂的微生物有34种： 地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、两歧双歧杆菌、粪肠球菌、屎肠球菌、 乳酸肠球菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、德式乳杆菌乳酸亚种、植物乳 杆菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、沼泽红假单胞菌、婴儿双歧杆菌、长 双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、嗜热链球菌、罗伊氏乳杆菌、 动物双歧杆菌、黑曲霉、米曲霉、迟缓芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纤维 二糖乳杆菌、发酵乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、产丙酸丙酸杆菌、 布氏乳杆菌、副干酪乳杆菌、凝结芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、产朊假 丝酵母、酿酒酵母等。（2/34）
饲用酶/蛋白的改良
利用蛋白质工程技术定向改良天然酶,是获得新型酶制剂的有效方 法，可创造新的具有优良特性的酶蛋白质分子, 解决天然酶难以 完全符合饲料工业应用的要求, 并进一步提高其应用性能。
酶分子的理性设计
蛋白质结构及其生化特性基础上的合理设计蛋白质工程技 术在上世纪80 年代逐渐发展起来, 其可以对蛋白质进行某些位 点的改变或者构建新颖的杂合酶。
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经济 环保 有效
三
优良饲用酵母菌的选育与创新
优良饲用酵母菌选育与创新的技术方法主要有以下5种： 1 自然筛选(分离、纯化、复壮) 2 诱变育种(大分子改良、随机性) 3 杂交育种(大分子改良、随机性) 4 原生质体融合育种(大分子改良、随机性) 5 分子育种（即基因工程技术)（定向）
自然筛选
包括从自然界中取样分离筛选优良饲用酵母菌株；从收集到的不同来 源的饲用酵母菌株筛选符合厂家生产需要的优良饲用酵母菌株；从生 产中使用的菌株中分离纯化符合需要的优良饲用酵母菌株等。
在我国尚未列入微生物饲料添加剂目录。
卡尔酵母（卡氏酵母） (Sacchaomyces carlsbergensis)
卡尔酵母是酵母属中的一个种， 与酿酒酵母相似，主要用于酿造 业，也用于人用微生态制剂生产， 在我国尚未列入微生物饲料添加 剂目录。
酵母培养物(
)
酵母培养物有效成分包括:
细胞壁(β-葡聚糖 甘露寡糖及几丁质)
饲用酵母菌种资源
重要性状 基因发掘
重要性状 功能基因组学研究 基因与基因互作 基因与环境互作
基因克隆 遗传转化 基因工程育种
分子设计模型 育种验证 分子设计育种
优良饲用酵母新品种
饲用酵母菌分子改良框架图
饲用酵母菌分子改良
菌种改良 高生物量、高产量、多耐性（耐热、耐酸） 等优良菌株的选育 饲用酶/蛋白的改良 构建高产植酸酶、葡聚糖酶、抑菌蛋白等饲 用酵母工程菌 用于饲用的新功能代谢产物 构建用于饲用的新功能代谢产物的饲用酵母 工程菌
饲用酵母及其衍生物产品的应用现状及发展趋势
中国科学院微生物研究所
中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室 酵母菌分子遗传与育种研究组
张博润 2014年9月21日
饲用酵母及其衍生物产品的应用现状及发展趋势
1 2 3 4 5 饲用酵母及其衍生物产品在畜牧业的应用现状 饲用酵母及其衍生物产品的功能 优良饲用酵母菌的选育与创新 饲用酵母及其衍生物产品生产及使用中存在的主要问题 饲用酵母及其衍生物产品的发展趋势及技术研发方向
在我国尚未列入微生物饲料添加剂目录。
东方伊萨酵母 (Issatchenkia orientalis)
东方伊萨酵母，主要用于酿造业和农 用微生态制剂。 由于该菌能利用纤维素等水解物生产 SCP，产胞外多糖，可用于饲料酵母 及饲用微生物添加剂。 在我国尚未列入微生物饲料添加剂目 录。
乳酸克鲁维酵母 (Kluyveromyces lactis )