基于营养副产物资源再利用的动物饲料单细胞蛋白生产及应用
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摘要 本文介绍了以啤酒厂废水生产动物饲料单细胞蛋白的生产过程，分析了单细胞蛋白在白虾及断奶仔猪饲喂中的具体应用，以期为促进废弃物资源化利用提供参考。
关键词 动物饲料;单细胞蛋白;生产;应用
中图分类号 X792 文献标识码 A
文章编号 1007-5739（2020）02-0205-01 开放科学（资源服务）标识码（OSID）
近年来，人们对环境污染和气候变化的关注度明显增加。尤其在生产工具和生活用品的生产过程中，线性生产工艺面临着越来越大的压力，生产工艺设计更加强调循环式生产、零排放生产。Ellen MacArthur基金会主张在生产工艺设计过程中进行“废弃物留在系统中”，通过产品和材料的充分利用避免系统外部成本。
在一定程度上，循环经济的基础在于模仿生态系统。因此，在以农业为基础甚至以食品为基础的生产制造业中寻找废弃物的高效资源化利用有着悠久历史[1]。近年来，一种提高农业生产制造业副产物利用价值的方法在酿造行业得到了应用。特别是利用啤酒废水中营养物质，并利用现有的生物培养设备生产用于动物饲料的单细胞蛋白（SCP）。每年数千吨以啤酒废水为培养液生产的SCP已经成功进入动物饲料市场，这标志着该类产品已在市场上有了立足点。酿酒行业长期以来将酿酒后的酒糟用作动物饲料，将啤酒废水处理过程中产生的生物泥用作农业堆肥[2]。然而，这2种废弃物资源化利用的区别在于，酒糟在资源化利用中通常可以收到付款，却不得不为生物泥的农业堆肥支付费用。本文以该类产品的营养成分为视角进行全面阐释。
1 动物饲料单细胞蛋白的生产
利用啤酒废水生产SCP运用了废水处理系统中原有的基础设施。由于废水处理系统在设计及运行上存在着差异性，这就使SCP质量参差不齐不可避免。SCP粗蛋白可以达到60%以上，但是如不进行工艺优化，SCP含量将会很低。一般来说，SCP的生产是靠泥龄（MCRT）控制周期性排放及微生物活性，在将MCRT的值降到最低的同时保证使用后的废水达到直接排放标准。降低MCRT有明显的营养效益，有利于提高微生物的蛋白含量同时减少SCP中灰分含量。
在饲料行业，理化分析法是评估饲料成分含量的常用方法。通常SCP主要由蛋白质、灰分以及低含量的脂肪、纤维和碳水化合物组成。鉴于经济及环境的原因，SCP已被认可作为鱼粉的替代品。此外，通常使用氨基酸数据来评估蛋白质成分的消化率和营养功效。以氨基酸含量作为比较依据，啤酒废水生产的SCP具有与鱼粉相似的营养价值。
2 单细胞蛋白在动物饲喂中的应用
在整个产品开发和商业运营过程中，将啤酒废水生产的SCP饲喂给各种动物，包括鳍鱼、贝类和陆地生物。在所有的案例中，SCP在替代鱼粉和植物蛋白中都展现了独特的优势，并且没有记录表明其存在致死率上升及其他毒害影响，特别是在罗非鱼、家禽、白虾和断奶仔猪方面取得了有利的效果[3-4]。
2.1 单细胞蛋白在白虾饲喂中的应用
以白虾为试验动物，通过德克萨斯农工大学位于德克萨斯州阿兰萨斯港的农业生命研究海水养殖实验室进行了试验。白虾苗以适当的密度投放饲养，并在5周内分别用2种不同的配方饲料进行对比饲养。第1种饲料是含有8%鱼粉的配方饲料，第2种配方饲料与第1种饲料的配方相同，仅仅将鱼粉替代为啤酒废水生产的SCP。每天进行16次自动投料，不再提供其他饲料。在饲喂生长过程中，可以排除水质和养殖条件对其生长限制的影响。
试验结果表明，与鱼粉饲喂白虾的效果相比，用啤酒废水生产的SCP饲喂白虾效果相当甚至效果更好。用SCP饲喂的白虾存活率为92%，7 d增重1.65 g，饲料转化率为 1.54，而用鱼粉饲喂的虾存活率为88%，7 d增重1.52 g，饲料转化率为1.84。这些表明，啤酒废水生产的SCP产品具有巨大潜力，可取代虾饲料中相当一部分鱼粉，从而为有限的自然资源提供可持续且具有经济吸引力的替代品。
2.2 单细胞蛋白在断奶仔猪饲喂中的具体应用
断奶仔猪的试验由弗吉尼亚州布莱克斯堡弗吉尼亚理工大学动物与家禽科学系进行。断奶仔猪选自一家养殖厂，并且在试验厂适应环境24 h后随机分栏;将光照设为标准周期（12 h亮/暗），环境温度设为27～29 ℃。仔猪分别以3种不同的配方饲料进行饲喂14 d。所有饲料都具有相同的能量、蛋白质、维生素和矿物质水平。以玉米-大豆饲料为对照组，另外2种是在玉米-大豆饲料中加入不同比例的SCP，SCP在该研究中用于补充微生物蛋白（MP）。这2种饲料中MP-5、MP-10指的是用于替代玉米-大豆饲料中鱼粉和干乳清的SCP占比为5%和10%，并保证3种饲料中都含有相同质量的能量、蛋白质、维生素和矿物质。
试验结果表明，不同组别的仔猪最终体重差异不大，喂食MP-5饲料的仔猪日均增重比较高，但是在统计数据上差异并不明显。另外2个组别的饲料摄入量均无差别，这就排除了由于摄入量不同导致体重差异的可能性。饲料的成分改变在该组试验中没有明显的结果差异。
3 结语
在过去5年，每年数千吨啤酒废水生产的SCP已经在全球销售，销售价格与鱼粉价格相当;生产的SCP大多数用于断奶仔猪的配方饲料[5-6]。新的SCP生产项目正在开发建设，将扩大其在农业和食品行业中的应用范围。利用啤酒废水生产SCP 收获经济效益，为实现循环经济提供了重要途径，具有重大意义。现有的废水处理基础设施可以用于SCP的生产，其生产的SCP营养价值仍然取决于工艺与运行的控制;且利用啤酒废水生产的SCP可以达到与鱼粉相当的营养价值，可以成功加入多种水生和陆地物种的动物饲料中。
4 参考文献
[1] 徐铁山，张亚格，李茂，等.海南5种经济作物副产物营养价值测定及鹅对其消化率研究[J].家畜生态学报，2017，38（12）：38-42.
[2] 刘倩倩.复配菌种用于啤酒厂洗糟废水处理及资源化研究[D].哈尔滨：哈爾滨工业大学，2006.
[3] 郭芮，张晓梅，苏红，等.河豚鱼的营养价值及副产物可利用性的研究现状[J].食品科技，2018，43（3）：113-116.
[4] 万刚涛，程民杰，黄亚东，等.红鳍东方鲀鱼皮胶原蛋白的提取及主要理化性质的研究[J].天津农学院学报，2015，22（2）：6-10.
[5] 李婷婷，邓雪娟.单细胞蛋白饲料研究进展及其在动物中的应用[J].饲料与畜牧，2015（5）：57-61.
[6] 熊智辉.单细胞蛋白在饲料业中的研究进展[J].养殖与饲料，2006（7）：11-15.
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