釀酒酵母營(yíng)養(yǎng)調(diào)控功能及其在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用研究進(jìn)展

朱志明 朱旺明 藍(lán)漢冰 崔祥東

(1.佛山市信豚生物科技有限公司，佛山 528211;2.暨南大學(xué)水生生物研究所，廣州 510632)

酵母菌是一類單細(xì)胞真核微生物的總稱，并非是自然的系統(tǒng)分類單元，其泛指能夠發(fā)酵糖類的各種單細(xì)胞真菌，是一個(gè)復(fù)雜的類群。酵母菌的分類一直充滿著挑戰(zhàn)和爭(zhēng)議，在分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于物種分類之前，經(jīng)典分類學(xué)方法主要從形態(tài)、繁殖和生理特征來(lái)進(jìn)行酵母的分類，然而這些指標(biāo)具有極大的局限性，酵母菌的特征可能隨著培養(yǎng)基成分和生長(zhǎng)階段的改變而發(fā)生變化［1］。截止到1998年，已描述的酵母菌達(dá)到95屬，723種，目前荷蘭微生物菌種保藏中心保藏有900種［2］。常見(jiàn)的重要酵母菌各屬有釀酒酵母屬(Saccharomyces)、裂殖酵母屬(Schizosaccharomyces)、漢遜酵母屬(Hansenula)、畢赤酵母屬(Pichia)、假絲酵母屬(Candida)、球擬酵母屬(Torulopsis)和紅酵母屬(Rhodotorula)等［3］，其中釀酒酵母屬是目前研究最透徹、對(duì)人類社會(huì)貢獻(xiàn)最大的酵母屬，是釀酒工業(yè)的主要菌種，還用于制造面包、糕點(diǎn)及醫(yī)藥工業(yè)等。

1 釀酒酵母屬簡(jiǎn)介

有關(guān)釀酒酵母屬的研究可以追溯到1838年，當(dāng)時(shí)Meyen首次提出了Saccharomyces這一屬名，并采用雙名法將啤酒酵母命名為Saccharomyces cerevisiae，Reess于1870年首次描述這一種屬為具有酒精發(fā)酵能力的真菌，并將釀酒酵母命名為巴氏酵母(Saccharomyces pastorianus)［4-5］。1975年，Yarrow和Nakase建立了釀酒酵母屬的7種系統(tǒng)，之后經(jīng)過(guò)多年的分子生物學(xué)鑒定和修正，直到1998年釀酒酵母屬的種數(shù)被鑒定為16個(gè)，其中的釀酒酵母(S.cerevisiae)是酒精生產(chǎn)和果汁發(fā)酵釀酒的主要菌種［5］。

啤酒酵母屬于釀酒酵母的不同品種或株系，是啤酒生產(chǎn)上常用的發(fā)酵酵母，其細(xì)胞一般呈球形或卵形，平均直徑為5～6μm，長(zhǎng)寬比值一般為1.1［6］。 啤 酒 酵 母 細(xì) 胞 結(jié) 構(gòu) 包 括 細(xì) 胞 壁 (cell wall)、細(xì)胞膜(cell membrane)、細(xì)胞核(nucleus)、1個(gè)或多個(gè)液泡(vacuoles)、線粒體(mitochondri-as)、核糖體(ribosomes)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum)、微體(microsomes)、微絲(microfilament)和其他內(nèi)含物等，此外還有出芽痕(bud scars)和誕生痕(birth scars)(圖 1)［7］。

圖1 釀酒酵母掃描電鏡(a)和透射電鏡(b、c)照片(a、b標(biāo)尺為 1 μm，c標(biāo)尺為 100 nm)Fig.1 Scanning electron microscope(a)and transmission electron microscope(b and c)images of S.cerevisiae［bar=1 μm(a and b)，100 nm(c)］［7］

啤酒酵母細(xì)胞含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中蛋白質(zhì)含量可達(dá)酵母干物質(zhì)含量的45%～55%，且富含人體所必需的8種氨基酸，脂肪含量為1%～8%［8-9］，功能性多糖含量高達(dá)細(xì)胞壁干重的95%［10］。啤酒酵母中的維生素和礦物質(zhì)含量也十分豐富，主要富含硫胺素、核黃素等近10種B族維生素，以及磷、鐵、鈣等10多種微量元素，在調(diào)節(jié)動(dòng)物體生理機(jī)能方面發(fā)揮重要作用。此外，啤酒酵母作為優(yōu)良的發(fā)酵菌種，其細(xì)胞內(nèi)還具有發(fā)達(dá)的酶系統(tǒng)和豐富的生理活性物質(zhì)，能夠分泌產(chǎn)生蔗糖酶、蛋白酶、脂肪酶等10多種生物酶，以及多種輔酶、細(xì)胞色素C、凝血質(zhì)、谷胱甘肽等生理活性物質(zhì)［9］，目前利用廢啤酒酵母提取具有生物活性的功能物質(zhì)也已逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

2 釀酒酵母細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)

釀酒酵母細(xì)胞外面包被著一層堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，其厚度根據(jù)培養(yǎng)條件和遺傳特性而有所差異，發(fā)酵初期細(xì)胞壁厚度在60 nm左右，隨著發(fā)酵進(jìn)入穩(wěn)定期細(xì)胞壁厚度也逐漸增加到80 nm［6］，也有報(bào)道稱釀酒酵母細(xì)胞壁厚度可達(dá)200 nm［11］，這可能與生長(zhǎng)后期細(xì)胞老化有關(guān)。釀酒酵母細(xì)胞壁占細(xì)胞干重的20%～30%，其結(jié)構(gòu)明顯分為粗糙的外層和相對(duì)均勻的內(nèi)層，外層主要由稀疏的甘露糖蛋白纖維構(gòu)成，而內(nèi)層則由更加致密的β-葡聚糖纖維構(gòu)成，也包含有少量的幾丁質(zhì)和脂質(zhì)［7，12］。釀酒酵母細(xì)胞壁中的β-葡聚糖是由D-葡萄糖通過(guò)β-1，3糖苷鍵相連而成的線性主鏈和通過(guò)β-1，6糖苷鍵與主鏈相連的支鏈構(gòu)成，由于支鏈結(jié)構(gòu)的存在，β-1，3-葡聚糖分子之間只能通過(guò)氫鍵進(jìn)行連接，從而形成一個(gè)連續(xù)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖 2)［7，10］。

圖2 釀酒酵母細(xì)胞壁掃描電子顯微結(jié)構(gòu)(a標(biāo)尺為1μm，b、c標(biāo)尺為100 nm)Fig.2 The structure of yeast cell wall by scanning electron microscope［bar=1μm(a)，100 nm(b and c)］［7］

釀酒酵母細(xì)胞壁內(nèi)層的β-1，3-葡聚糖占細(xì)胞壁干重的30%～45%，β-1，6-葡聚糖占5%～10%，幾丁質(zhì)占1.5%～6.0%，主要起到維持細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度的作用，而外層則主要由甘露糖蛋白組成，占細(xì)胞壁干重的30%～50%，其決定著細(xì)胞表面蛋白識(shí)別信息［10］。甘露糖蛋白以共價(jià)鍵方式與內(nèi)層的葡聚糖相連，因此葡聚糖內(nèi)層也同時(shí)提供了細(xì)胞壁外層結(jié)構(gòu)蛋白的附著位點(diǎn)，此外酵母細(xì)胞壁中還存在一些分布于細(xì)胞膜和內(nèi)層骨架層之間的胞外酶，這些酶可能與細(xì)胞壁的形成有關(guān) (圖 3)［7，10］。

圖3 釀酒酵母細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組成示意圖Fig.3 The diagram of structure and composition of cell wall in S.cerevisiae［7］

總之，釀酒酵母細(xì)胞壁是一種韌性結(jié)構(gòu)，能夠保持細(xì)胞內(nèi)部滲透壓穩(wěn)定性，限制外部水分子的進(jìn)入，從而避免細(xì)胞因吸水過(guò)度膨脹而破裂。釀酒酵母細(xì)胞壁也具有較大的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，能夠轉(zhuǎn)移和分散外界壓力，保護(hù)細(xì)胞抵抗外力的壓迫，有效保護(hù)細(xì)胞免受機(jī)械損傷，從而維持細(xì)胞正常形狀。另外，釀酒酵母細(xì)胞壁也是蛋白質(zhì)固定的支架，細(xì)胞壁中網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)性多糖結(jié)構(gòu)能夠?yàn)橥鈱犹堑鞍椎墓潭ㄌ峁┲Ъ?，而這些糖蛋白能夠維持酵母細(xì)胞對(duì)高分子蛋白的滲透性，保護(hù)酵母細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)性多糖免受外來(lái)蛋白的攻擊［10］。

3 β－1，3－葡聚糖在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用

當(dāng)今水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在快速發(fā)展的過(guò)程中仍然面臨著許多問(wèn)題，其中由病毒、細(xì)菌和寄生蟲(chóng)引發(fā)的疾病是困擾水產(chǎn)養(yǎng)殖健康發(fā)展的最嚴(yán)重問(wèn)題之一。隨著人類社會(huì)對(duì)食品健康重視程度的不斷增強(qiáng)，絕大多數(shù)抗生素類藥物都已被明令禁止使用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，促使人們不斷尋求更加安全環(huán)保的抗生素替代物。近10年來(lái)，釀酒酵母細(xì)胞壁中的多糖［主要為β-1，3-葡聚糖和甘露寡糖(mannan oligosaccharides，MOS)］由于在促進(jìn)生長(zhǎng)、提高飼料利用效率、維護(hù)腸道健康和增強(qiáng)免疫力方面所具有的顯著效果而逐漸被人們重視，同時(shí)酵母多糖類產(chǎn)品作為飼料添加劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

3.1 β－1，3－葡聚糖調(diào)節(jié)免疫基因表達(dá)水平

細(xì)胞活素是由免疫細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)物，包括白細(xì)胞介素(ILs)、腫瘤壞死因子(TNFs)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)、趨化因子和干擾素(IFNs)等，主要參與機(jī)體非特異性免疫調(diào)節(jié)過(guò)程，具有促炎癥反應(yīng)、抗炎癥反應(yīng)和殺滅病原菌的作用。研究表明，酵母抽提物(主要成分為β-1，3-葡聚糖和酵母核苷酸)可以顯著提高鯉(Cyprinus carpio L.)促 炎 癥 細(xì) 胞 活 素 (IL-1β、IL-10、IL-12p35、IL-12p40、TNF-α、CXC-趨化因子、IFN-α和 IFN-γ)基因的表達(dá)活性［13］。在真鯛(Sparus aurat)飼料中添加 β-葡聚糖可以促使IL-1β和IFN-γ的基因表達(dá)上調(diào)，表明β-1，3-葡聚糖同樣能夠調(diào)節(jié)真鯛免疫相關(guān)基因的表達(dá)，增強(qiáng)魚(yú)體免疫能力［14］。因此，酵母 β-1，3-葡聚糖能夠通過(guò)增強(qiáng)細(xì)胞活素類基因的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)魚(yú)體頭腎中免疫細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞活素因子的分泌量，這些細(xì)胞因子在機(jī)體應(yīng)對(duì)微生物侵蝕和組織損傷的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，并能通過(guò)活化淋巴細(xì)胞來(lái)刺激免疫功能，或者通過(guò)誘導(dǎo)其他細(xì)胞因子的釋放來(lái)進(jìn)一步激活巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和其他淋巴細(xì)胞［15］。

3.2 β－1，3－葡聚糖增強(qiáng)非特異性免疫能力

作為抵抗疾病非常重要的一道防線，血清中的溶菌酶、抗體、補(bǔ)體因子以及其他各種細(xì)胞因子在抵抗病菌侵蝕方面發(fā)揮著非常重要的作用，β-葡聚糖是目前被廣泛使用的益生元，對(duì)魚(yú)類具有良好的免疫增強(qiáng)作用，在增強(qiáng)溶菌酶活性、補(bǔ)體活性和殺菌活性方面均具有顯著的作用［16-18］。酵母β-葡聚糖能夠顯著提高鯉腎臟噬菌細(xì)胞的吞噬活性，攻毒試驗(yàn)表明飼喂β-葡聚糖后魚(yú)體對(duì)嗜水氣單胞菌(Aeromonas hydrophila)的抵抗作用明顯增強(qiáng)［13］。血清中 C 反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)和補(bǔ)體旁路途徑(alternative complement pathway，ACP)溶血活性也受到飼料中β-葡聚糖含量的影響，投喂含β-葡聚糖的飼料僅僅14 d就能使鯉血液中CRP和ACP水平顯著提高，并且魚(yú)體抵抗殺鮭氣單胞菌(Aeromonas salmonicida)的能力也顯著增強(qiáng)［19］。在露斯塔野鯪(Labeo rohita)中的試驗(yàn)證明血清白細(xì)胞數(shù)量、噬菌率、溶菌酶活性、ACP溶血活性和血清殺菌率等均會(huì)受到飼料中β-葡聚糖含量的影響，當(dāng)飼料中β-葡聚糖添加量達(dá)到250 mg/kg時(shí)，就能顯著增強(qiáng)上述免疫指標(biāo)的功能，攻毒試驗(yàn)表明飼料中添加100～500 mg/kg的β-葡聚糖均能顯著降低魚(yú)體在嗜水氣單胞菌和遲鈍愛(ài)德華菌(Edwardsiella tarda)感染后的死亡率［17］。從眾多的研究結(jié)果來(lái)看，β-1，3-葡聚糖對(duì)許多養(yǎng)殖魚(yú)類均具有明顯的免疫增強(qiáng)作用，但是其作用效果仍會(huì)因魚(yú)種，β-葡聚糖來(lái)源、劑量以及使用時(shí)間長(zhǎng)短而呈現(xiàn)出一定的差異。

3.3 β－1，3－葡聚糖活化巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞是魚(yú)體非特異性免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在抵抗外源微生物、殺滅病菌的過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用。魚(yú)體巨噬細(xì)胞表面具有β-葡聚糖識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)β-葡聚糖與細(xì)胞表面受體結(jié)合之后巨噬細(xì)胞就會(huì)被活化，激活后的巨噬細(xì)胞能夠分泌ILs、白三烯等一系列細(xì)胞活素因子，而ILs等細(xì)胞活素因子分泌量的增加會(huì)進(jìn)一步激活T細(xì)胞、B細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞，從而增強(qiáng)魚(yú)體的免疫能力［15，20-21］。在斑馬魚(yú)(Danio rerio)飼料中添加β-葡聚糖可以提高腎臟粒單核細(xì)胞(myelomonocytic)數(shù)量及IFN-γ和趨化因子的表達(dá)量，顯著提高嗜水氣單胞菌感染后的存活率，在虹鱒(Oncorhynchus mykiss)中的試驗(yàn)也得到了類似的結(jié)果［22-23］。在大黃魚(yú)(Pseudosciaena crocea)飼料中添加0.09%(純物質(zhì)含量)的酵母β-1，3-葡聚糖就能顯著提高血清溶菌酶活性、噬菌率和呼吸爆發(fā)活性，但是ACP溶血活性卻未受到β-葡聚糖含量的影響，同時(shí)當(dāng)添加量增加到0.18%時(shí)，各項(xiàng)免疫指標(biāo)的活性/含量反而下降到與對(duì)照組相似的水平，說(shuō)明高劑量的β-葡聚糖可能會(huì)對(duì)某些魚(yú)類的免疫產(chǎn)生一定的反饋抑制作用［24］。以上試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明β-葡聚糖增強(qiáng)免疫系統(tǒng)的功能具有普遍性，能夠廣泛應(yīng)用于不同的水產(chǎn)動(dòng)物，是一種安全、高效、綠色的抗生素替代物，具有非常廣闊的應(yīng)用前景，但是不同種類魚(yú)類的最適添加量有所差異。

4 MOS在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用

水產(chǎn)養(yǎng)殖中的MOS產(chǎn)品主要由釀酒酵母細(xì)胞壁中的甘露聚糖酶解而來(lái)，一般認(rèn)為MOS具有阻止腸道病原菌定植和刺激免疫系統(tǒng)的功能，此外其作為飼料添加劑同時(shí)也具有促進(jìn)生長(zhǎng)和提高飼料轉(zhuǎn)化效率的作用，但是根據(jù)MOS的來(lái)源、劑量、添加時(shí)間，以及養(yǎng)殖條件、養(yǎng)殖魚(yú)種類和年齡大小等的不同，其添加效果有所差異［25］。

4.1 MOS阻止腸道病原菌的吸附和定植

細(xì)菌主要依靠其表面特定的糖基與特定的凝集素之間的相互作用吸附到腸道細(xì)胞表面，這是細(xì)菌在腸道定植并產(chǎn)生病理反應(yīng)的必經(jīng)途徑。MOS能夠阻止這一過(guò)程的發(fā)生，因?yàn)镸OS能夠競(jìng)爭(zhēng)病原菌表面的吸附位點(diǎn)，清除病原菌的吸附表面，破壞細(xì)胞識(shí)別，從而有效減少病原菌與腸壁細(xì)胞之間吸附作用的發(fā)生，阻止病原菌在腸道的定植，使病原菌隨糞便加速排出體外，大大降低了疾病發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性［26］。在飼料中添加0.4%的酵母多糖產(chǎn)品飼喂歐洲鱸(Dicentrarchus labrax)幼魚(yú)8周，能有效減少腸道內(nèi)溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)和鰻弧菌(Vibrio anguillarum)的繁殖和感染［27-28］。而在異育銀鯽(Carassius auratus gibeto)飼料中添加 0.024% ～ 0.048%的MOS并連續(xù)飼喂10周，其對(duì)嗜水氣單胞菌的抵抗力明顯增強(qiáng)，存活率也大大提高［29］。同樣的結(jié)果也存在于虹鱒和尼羅羅非魚(yú)(Oreochromis niloticus)中，其中給虹鱒投喂含0.4%MOS的飼料12周后使用鰻弧菌進(jìn)行攻毒，其存活率顯著提高，而尼羅羅非魚(yú)在投喂含0.4%～0.6%MOS的飼料3周后，其對(duì)無(wú)乳鏈球菌(Streptococcus agalactiae)的抵抗力也得到明顯的增強(qiáng)［25］。因此，在飼料中添加一定量的MOS并持續(xù)投喂一段時(shí)間，能夠幫助魚(yú)體提高對(duì)病原菌的抵抗能力，減少病原菌在腸道中的吸附和定植，從而提高養(yǎng)殖魚(yú)類的存活率和對(duì)不利環(huán)境的抵抗能力。

4.2 MOS刺激胃腸道黏液的分泌

胃腸道黏膜表層是一個(gè)復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，由上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞和微生物菌群組成。魚(yú)類腸道黏液中含有細(xì)胞活素類、肽類、溶菌酶、脂蛋白、補(bǔ)體、凝集素、蛋白酶、抗體和黏液素等多種成分。黏膜層具有抵御病原菌、分泌消化液、潤(rùn)滑腸道和吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用。研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加MOS能夠增加歐洲鱸腸道細(xì)胞中杯狀細(xì)胞的密度［27-28］，并促進(jìn)虹鱒皮膚黏液的分泌［30］。因此，MOS能夠促進(jìn)魚(yú)體黏液的分泌，減少潛在致病菌在腸道上皮細(xì)胞的附著率，從而提高其對(duì)疾病的抵抗能力，減少感染的發(fā)生。在歐洲鱸飼料中添加4 g/kg的酵母細(xì)胞壁MOS，飼喂8周之后其前腸黏膜褶皺的高度、寬度和表面積均顯著上升，組織形態(tài)學(xué)分析顯示單位面積內(nèi)酸性黏液分泌細(xì)胞的數(shù)量增多，同時(shí)黏液中嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量和溶菌酶活性也顯著上升［28］。因此，宿主黏膜表面黏液分泌量的增加是阻止病原菌定植并殺滅病原菌的有效手段，當(dāng)宿主腸道黏膜表面黏液分泌量增大時(shí)，大量的黏液就能夠阻斷病原菌與腸道上皮細(xì)胞的接觸，溶解病原菌并促使其加速排出體外，而MOS通過(guò)刺激腸道黏液的分泌量可以達(dá)到抵抗和殺滅病原菌的目的。

4.3 MOS促進(jìn)腸道完整性

當(dāng)腸道上皮細(xì)胞受到損傷，或者細(xì)胞之間連接的緊密度下降之后，魚(yú)體就很容易受到細(xì)菌的侵蝕，在飼料中添加MOS可以促進(jìn)魚(yú)體腸道健康，增強(qiáng)腸道上皮細(xì)胞膜之間連接的緊密性，從而減少感染疾病的幾率［31-33］。研究發(fā)現(xiàn)，在歐洲鱸飼料中添加0.4%的MOS，其腸道黏膜褶皺高度、密度和寬度與對(duì)照組相比均明顯上升，電鏡照片顯示對(duì)照組魚(yú)體腸道腸絨毛排列稀疏、整齊度差，而試驗(yàn)組腸道絨毛則非常緊密和整齊(圖4)［28］。此外，對(duì)照組腸道上皮細(xì)胞之間連接較松散，相鄰細(xì)胞之間間隙明顯，而試驗(yàn)組腸道上皮細(xì)胞之間的連接則非常緊密(圖4)，這些結(jié)果說(shuō)明MOS能夠有效維護(hù)魚(yú)體腸道健康，減少病原菌對(duì)腸壁細(xì)胞的侵蝕作用，從而防止疾病的發(fā)生［28，31］。

圖4 歐洲鱸腸道組織切片(左圖)和透射電鏡照片(右圖)Fig.4 The histological section(pictures on left)and transmission electron micrographs(pictures on right)of European sea bass［28］

在飼料中添加0.3%的MOS飼喂虹鱒90 d后其腸黏膜褶皺明顯增大［34］，在石首魚(yú)飼料中添加1%的MOS飼喂4周后其腸道褶皺和微絨毛的長(zhǎng)度均有所增長(zhǎng)［35］。因此，酵母細(xì)胞壁多糖中的MOS能夠在眾多水產(chǎn)養(yǎng)殖魚(yú)類中發(fā)揮作用，通過(guò)增加魚(yú)體腸絨毛密度、長(zhǎng)度和寬度，以及促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞之間連接的緊密性來(lái)維持魚(yú)體腸道健康，并有效阻止病原菌的侵蝕。

4.4 MOS激活非特異性免疫系統(tǒng)

MOS不僅能夠通過(guò)刺激腸道黏液分泌和促進(jìn)腸道完整性的方式來(lái)提高魚(yú)體對(duì)潛在致病菌的抵抗力，而且能夠通過(guò)活化模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors，PRR)和模式識(shí)別蛋白(pattern recognition protein，PRP)來(lái)激活動(dòng)物體對(duì)非自身物質(zhì)的非特異性免疫反應(yīng)。MOS能增強(qiáng)血漿和黏液中溶菌酶活性，提高頭腎中的白細(xì)胞吞噬指數(shù)，并刺激腸道淋巴組織和前列腺素類激素的分泌，從而增強(qiáng)機(jī)體的非特異性免疫功能［27-28，36］。在石首魚(yú)飼料中添加1%的MOS飼喂4周后其血清溶菌酶活性即顯著升高［37］，而真鯛則只需投喂含0.4%的MOS的飼料14 d就會(huì)導(dǎo)致其血液中白細(xì)胞數(shù)量上升，但是其血清ACP溶血活性和溶菌酶活性則未受到顯著影響［38］。在虹鱒中的試驗(yàn)顯示飼料中添加0.4%的MOS飼喂12周之后，血漿中噬菌率、血細(xì)胞容積、溶菌酶活性、ACP溶血活性、傳統(tǒng)補(bǔ)體途徑(classical complement pathway)溶血活性和血清殺菌活性均有明顯增強(qiáng)［30，39］。這說(shuō)明MOS具有激活魚(yú)體非特異性免疫功能的作用，通過(guò)提高魚(yú)體黏液中溶菌酶等免疫指標(biāo)活性和血漿中免疫因子的含量，從而對(duì)病原菌產(chǎn)生有效的殺滅作用，維持魚(yú)體的健康。

然而，MOS能否通過(guò)維護(hù)腸道健康、刺激黏液分泌和提高非特異性免疫因子的含量來(lái)增強(qiáng)魚(yú)體的健康狀況，還受到諸多其他因素的影響。MOS對(duì)不同魚(yú)類的作用效果也不盡相同，MOS可以顯著提高斑點(diǎn)叉尾 的血清溶菌酶活性，但是對(duì)血清總殺菌活性以及血液白細(xì)胞、血紅蛋白水平等均未產(chǎn)生顯著影響［40］。而在真鯛的試驗(yàn)中證明MOS可以提高其血液中總白細(xì)胞數(shù)量，但是對(duì)血清溶菌酶活性和ACP溶血活性卻未產(chǎn)生顯著影響［38］。這些試驗(yàn)研究均說(shuō)明MOS不僅對(duì)不同魚(yú)類的作用效果不同，即使在同種魚(yú)類中對(duì)不同免疫指標(biāo)的影響也不一樣。同時(shí)，腸道細(xì)胞內(nèi)可利用Ca2+濃度的高低、可改變腸道菌群組成的短鏈脂肪酸的含量、血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)的分泌水平、蛋白激酶活化產(chǎn)生的腸道瘦蛋白水平，甚至飼料中可利用的色氨酸含量等均會(huì)對(duì)MOS調(diào)節(jié)腸道健康和免疫功能產(chǎn)生一定的影響［25］。

5 β－1，3－葡聚糖和MOS的促生長(zhǎng)作用

研究發(fā)現(xiàn)β-1，3-葡聚糖和MOS不僅是良好的天然免疫增強(qiáng)劑，而且對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)也具有明顯的促進(jìn)作用。在飼料中添加0.09%的β-1，3-葡聚糖就能夠顯著促進(jìn)大黃魚(yú)的生長(zhǎng)［24］，而在露斯塔野鯪中，β-1，3-葡聚糖的添加量在250～500 mg/kg時(shí)，其特定生長(zhǎng)率也出現(xiàn)顯著上升，同時(shí)飼料系數(shù)出現(xiàn)一定程度的下降［17］。Torrecillas等［25］綜述了MOS對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)和飼料消化吸收效率的影響，表明在尼羅羅非魚(yú)、達(dá)氏鰉、牙鲆、歐洲鱸、大西洋鮭(Salmo salar)、虹鱒和真鯛等養(yǎng)殖魚(yú)類中添加一定量(根據(jù)不同魚(yú)類添加量從0.15%～30.00%不等)的 MOS均能顯著促進(jìn)其生長(zhǎng)，并同時(shí)具有提高達(dá)氏鰉、牙鲆、歐洲鱸和虹鱒對(duì)飼料吸收轉(zhuǎn)化效率的作用。

然而，β-1，3-葡聚糖和 MOS促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)的作用機(jī)制目前并沒(méi)有明確的文獻(xiàn)報(bào)道，一般認(rèn)為這2類免疫多糖在動(dòng)物腸道中并不會(huì)作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而被直接吸收利用，因此它們可能主要通過(guò)維護(hù)腸道健康、刺激胃腸道黏液分泌并降低pH，來(lái)提高胃腸道中消化酶的活性并調(diào)節(jié)腸道微生物菌群的平衡，從而提高動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收效率，有效促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)并降低飼料系數(shù)。

6 釀酒酵母核苷酸營(yíng)養(yǎng)

核苷酸是體內(nèi)合成核酸的前體物質(zhì)，由嘌呤或嘧啶堿基、核糖或脫氧核糖以及磷酸組成，在細(xì)胞結(jié)構(gòu)、代謝、遺傳信息編碼和細(xì)胞信號(hào)傳遞、能量和功能調(diào)節(jié)方面都具有重要作用。核苷酸合成的途徑有從頭合成和補(bǔ)救途徑2種方式，機(jī)體許多生長(zhǎng)代謝旺盛的組織(小腸、大腸、淋巴)和細(xì)胞(紅細(xì)胞、白細(xì)胞等)從頭合成核苷酸的能力有限，尤其當(dāng)動(dòng)物處于免疫應(yīng)激、肝損傷、饑餓及快速生長(zhǎng)的情況下，內(nèi)源合成的核苷酸不能滿足機(jī)體的需求，在飼料中添加外源核苷酸可以促進(jìn)由補(bǔ)救途徑合成核苷酸的量，從而滿足機(jī)體對(duì)核苷酸的需求。釀酒酵母細(xì)胞中的核酸95%以上為RNA，占細(xì)胞干重的7%～10%［41］，是養(yǎng)殖動(dòng)物獲取外源核苷酸非常好的途徑。許丹丹等［42］綜述了外源核苷酸對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)生理作用，認(rèn)為核苷酸具有促進(jìn)攝食、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)、保護(hù)肝臟、促進(jìn)腸道生長(zhǎng)和發(fā)育、調(diào)節(jié)腸道微生物菌群以及提高免疫和抗應(yīng)激能力的功能。

酵母核苷酸是強(qiáng)烈的水產(chǎn)動(dòng)物誘食劑，其對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的味覺(jué)、嗅覺(jué)神經(jīng)以及化學(xué)感受器有特定作用，能夠改善飼料的適口性，刺激動(dòng)物對(duì)飼料的攝食，從而促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)，提高免疫能力。無(wú)論投喂商業(yè)飼料還是半純化飼料，飼料中添加一定量的核苷酸均能促進(jìn)斑節(jié)對(duì)蝦(penaeus monodon)的生長(zhǎng)，提高其日均增長(zhǎng)率［43］。而在日本囊對(duì)蝦(Marsupenaeus japonicus)中的試驗(yàn)則表明酵母核苷酸能夠顯著上調(diào)其淋巴器官中抗菌肽和溶菌酶基因的表達(dá)，并顯著提高其在弧菌(Vibrio nigripulchritudo)感染之后的存活率［44］。在虹鱒飼料中添加0.1%～0.2%的核苷酸即能顯著提高其增重率和特定生長(zhǎng)率并降低飼料系數(shù)［45］。虹鱒血漿中半數(shù)溶血值時(shí)血清總補(bǔ)體活性(ACH50)、溶菌酶活性和免疫球蛋白M的含量均隨著核苷酸添加量的上升而顯著升高，利用海豚鏈球菌(Streptococcus iniae)對(duì)虹鱒進(jìn)行攻毒，結(jié)果表明0.2%核苷酸組死亡率僅為38%左右，而對(duì)照組死亡率則接近85%，說(shuō)明飼料中添加外源核苷酸顯著提高了虹鱒的免疫能力和對(duì)病原菌的抵抗能力［45］。在異育銀鯽飼料中添加344和430 mg/kg的酵母核苷酸均顯著促進(jìn)了異育銀鯽的生長(zhǎng)并降低了飼料系數(shù)，而添加172 mg/kg的酵母核苷酸即能顯著提高血清中溶菌酶和堿性磷酸酶活性［46］，在鯉魚(yú)［47］中的試驗(yàn)也得到類似的結(jié)果。在團(tuán)頭魴(Megalobrama amblycephala)的試驗(yàn)中則表明飼料中添加200 mg/kg的酵母核苷酸能顯著提高其特定生長(zhǎng)率和蛋白質(zhì)效率，顯著降低飼料系數(shù)，同時(shí)嗜水氣單胞菌攻毒后96～168 h的累積死亡率也顯著降低［48］。在南美白對(duì)蝦(Litopenaeus vannamei)飼料中添加核苷酸能顯著提高增重率并降低飼料系數(shù)，同時(shí)溶菌酶、超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性以及對(duì)低溫和低氧的耐受能力均顯著提高［49］。以上眾多的試驗(yàn)結(jié)果表明酵母核苷酸能夠廣泛作用于魚(yú)類和蝦類，對(duì)它們的生長(zhǎng)和免疫產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用，目前酵母核苷酸在水產(chǎn)飼料中的使用效果也得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)同。

7 釀酒酵母氨基酸/小肽營(yíng)養(yǎng)

此外，酵母類產(chǎn)品中還含有大量的氨基酸和小肽，包括為蛋白質(zhì)合成提供碳-氮骨架的營(yíng)養(yǎng)性小肽，以及參與調(diào)節(jié)動(dòng)物生理活動(dòng)的功能性小肽(如谷胱甘肽)。釀酒酵母中必需氨基酸含量接近20%，其中賴氨酸含量為3.43%，蛋氨酸為0.72%，賴氨酸∶蛋氨酸∶色氨酸∶蘇氨酸 =100∶21∶19∶64［8］。氨基酸和小肽可直接被動(dòng)物吸收利用，完整地通過(guò)腸黏膜細(xì)胞進(jìn)入機(jī)體循環(huán)，具有速度快、耗能低、載體不易飽和等特點(diǎn)，從而減少氨基酸間的相互競(jìng)爭(zhēng)，加速蛋白質(zhì)的合成，協(xié)助礦物元素吸收(形成微量元素螯合物)。硬骨魚(yú)類免疫系統(tǒng)發(fā)育相對(duì)比較完整，能夠有效抵抗養(yǎng)殖過(guò)程中的不利環(huán)境因素，承受一定的應(yīng)激并抵抗病原菌的侵蝕。當(dāng)動(dòng)物體處于不利環(huán)境中時(shí)，其體內(nèi)會(huì)發(fā)生各種相應(yīng)的生理變化來(lái)應(yīng)對(duì)應(yīng)激，促使機(jī)體盡快從病原體感染或物理應(yīng)激導(dǎo)致的內(nèi)環(huán)境失衡中恢復(fù)。這些保護(hù)機(jī)制包括細(xì)胞活素類因子的分泌、抗氧化反應(yīng)以及其他的各種細(xì)胞反應(yīng)等，而細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的順利供應(yīng)是促使免疫系統(tǒng)保護(hù)機(jī)體組織免受損傷的最基本保障，核苷酸和氨基酸/小肽作為細(xì)胞內(nèi)各種生化過(guò)程(如基因表達(dá)、生化酶合成等)正常進(jìn)行所必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在保護(hù)動(dòng)物體抵抗病原菌侵蝕和修復(fù)受損機(jī)體組織和細(xì)胞方面發(fā)揮著非常重要的免疫營(yíng)養(yǎng)作用［50］。因此，釀酒酵母中富含的核苷酸和氨基酸/小肽既能作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑來(lái)滿足水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)需求，在動(dòng)物體受到病菌侵蝕和其他應(yīng)激時(shí)又能活化免疫系統(tǒng)，幫助其抵抗感染并有效修復(fù)受損組織和細(xì)胞。

8 釀酒酵母其他營(yíng)養(yǎng)

釀酒酵母細(xì)胞不僅含有豐富的能夠給水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的生長(zhǎng)和免疫帶來(lái)明顯的促進(jìn)作用的功能性多糖、核苷酸和氨基酸，而且細(xì)胞質(zhì)內(nèi)還含有眾多其他的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。利用啤酒廢酵母為原料抽提制取的海藻糖有助于維護(hù)動(dòng)物生物膜、脂質(zhì)體、蛋白質(zhì)和核酸等細(xì)胞和生物大分子的正常結(jié)構(gòu)和功能，從而避免或降低動(dòng)物在營(yíng)養(yǎng)缺乏或惡劣環(huán)境中的受損傷程度［51］。酵母細(xì)胞中含有較豐富的超氧化物歧化酶，其比活力達(dá)到3 000 U/mg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紅酵母、香菇、毛霉等其他真菌，能夠幫助動(dòng)物清除體內(nèi)的超氧陰離子，對(duì)機(jī)體氧化損傷具有很好的保護(hù)作用［52］。邱雁臨等［53］利用廢酵母泥為原料成功制得純度較高的谷胱甘肽，其具有清除自由基、維持生物體內(nèi)適宜的氧化還原環(huán)境、維持紅細(xì)胞膜完整性以及促進(jìn)DNA合成、細(xì)胞正常生長(zhǎng)和提高細(xì)胞免疫等多種生理功能。此外，釀酒酵母細(xì)胞中B族維生素含量非常豐富，含維生素B1(硫胺素)80～120 mg/kg、維生素 B2(核黃素)32～35 mg/kg、泛酸 100～150 mg/kg、膽堿2 700～3 000 mg/kg、煙酸 350～400 mg/kg、肌醇3 500～4 000 mg/kg以及吡哆醇、生物素和葉酸等［9］。同時(shí)，釀酒酵母細(xì)胞中也富含磷、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、銅、鋅、錳等礦物元素和鈷、硒、鉻等微量元素，以及發(fā)達(dá)的生物酶系統(tǒng)和輔酶等生理活性物質(zhì)［9］。啤酒酵母因其生長(zhǎng)繁殖快、發(fā)酵周期短、對(duì)微量元素吸收率高等特點(diǎn)，成為無(wú)機(jī)微量元素的理想載體，已有利用酵母生產(chǎn)富硒酵母、富鉻酵母的研究報(bào)道［54］。也有學(xué)者認(rèn)為酵母細(xì)胞中還含有許多未知生長(zhǎng)因子，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不能僅根據(jù)已知營(yíng)養(yǎng)素(蛋白質(zhì)、氨基酸、核苷酸、多糖)的組成來(lái)衡量［55］。隨著對(duì)酵母研究的不斷深入，酵母的營(yíng)養(yǎng)和功能成分已經(jīng)得到了相當(dāng)廣泛和透徹的分析，飼料酵母類產(chǎn)品的應(yīng)用也得到市場(chǎng)越來(lái)越廣泛的認(rèn)可。

9 小 結(jié)

我國(guó)是世界水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量和水產(chǎn)飼料生產(chǎn)量均位列全球首位，調(diào)查顯示2013年我國(guó)水產(chǎn)飼料生產(chǎn)量達(dá)到1 900萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖水產(chǎn)量接近4 400萬(wàn)t。魚(yú)粉是應(yīng)用于水產(chǎn)飼料的最優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物蛋白質(zhì)源，全球產(chǎn)量近10年來(lái)維持在500萬(wàn)～600萬(wàn)t，而隨著水產(chǎn)飼料產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，魚(yú)粉已經(jīng)成為越來(lái)越緊缺的優(yōu)質(zhì)資源，其在飼料中的用量也逐步下降。而要解決魚(yú)粉替代難題，就必須考慮到飼料中使用魚(yú)粉所具有的適口性好、營(yíng)養(yǎng)均衡及維護(hù)腸道健康、增強(qiáng)免疫能力等特點(diǎn)。眾多的研究表明，釀酒酵母細(xì)胞壁免疫多糖和釀酒酵母核苷酸類產(chǎn)品作為天然、優(yōu)質(zhì)的單細(xì)胞蛋白質(zhì)源，在促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)、改善飼料品質(zhì)、增強(qiáng)動(dòng)物免疫能力方面均發(fā)揮著非常重要的作用，釀酒酵母深加工產(chǎn)品在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用也日趨成熟和普遍，其應(yīng)用效果也獲得了廣大養(yǎng)殖戶的認(rèn)可。此外，釀酒酵母作為一種單細(xì)胞真核生物，其培養(yǎng)和發(fā)酵等工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程均不會(huì)受到季節(jié)、氣候、地域等因素的影響，而我國(guó)作為啤酒生產(chǎn)大國(guó)，2013年啤酒產(chǎn)量已超過(guò)5 000萬(wàn)kL，也為飼料酵母的生產(chǎn)提供了大量的原料來(lái)源。因此，釀酒酵母產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用將會(huì)越來(lái)越廣泛，而如何對(duì)釀酒酵母進(jìn)行更深程度的開(kāi)發(fā)利用，也將是飼用酵母行業(yè)發(fā)展所必須關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

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