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微生物利用非蛋白氮合成菌体蛋白的研究进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-05  浏览次数:175
   非蛋白氮即非蛋白质状态的含氮化合物im体育登录im体育登录,包括有机物和无机物。动物营养学中im体育登录im体育登录im体育登录,非蛋白氮指饲料中蛋白质以外的含氮化合物的总称im体育登录im体育登录,包括游离氨基酸im体育登录im体育登录、蛋白质降解的含氮化合物、尿素及其衍生物类im体育登录、氨及铵盐类化合物和酰胺类化合物(韩晓平,2013)im体育登录im体育登录。尿素及其衍生物类包括尿素、缩二脲、缩三脲im体育登录、磷酸脲im体育登录im体育登录、羟甲基尿素im体育登录im体育登录、亚异丁基二脲im体育登录、硬脂酸尿素等im体育登录im体育登录。氨及铵盐包括液氨、磷酸铵im体育登录im体育登录、硫酸铵im体育登录、氯化铵im体育登录、甲酸铵、硝酸铵im体育登录im体育登录im体育登录、聚磷酸铵im体育登录、乳酸铵im体育登录、氰酸铵im体育登录、碳酸氢铵im体育登录im体育登录im体育登录、氨基甲酸铵等im体育登录。酰胺化合物包括谷酰胺im体育登录、天冬酰胺和双氰胺等im体育登录im体育登录。本文对微生物利用非蛋白氮的机理以及一些微生物利用非蛋白氮转化为优质菌体蛋白的最新研究进展进行综述,以期为饲用微生物蛋白的开发提供参考。 
  1.微生物利用非蛋白氮的机理
  自然界中多种微生物可以利用非蛋白氮类物质合成自身生长需要的蛋白质,微生物在体内酶的作用下将非蛋白含氮物质降解为氨,氨在酶的催化作用下进一步被同化为氨基酸,氨基酸经过体内的代谢最终生成菌体蛋白im体育登录。
  1.1微生物利用氨及铵盐类转化为菌体蛋白的机理
  氨及铵盐类物质在微生物生长基质中解离为铵离子im体育登录im体育登录im体育登录,微生物吸收铵离子进入体内并在谷氨酰胺合成酶的作用下与谷氨酸反应生成谷氨酰胺(Geisseler等,2010)im体育登录im体育登录,转氨酶催化谷氨酰胺发生转氨基作用进而合成其他氨基酸im体育登录im体育登录,多种氨基酸作为蛋白质合成的前体物质经过蛋白质合成酶的催化合成微生物菌体蛋白im体育登录。此外微生物直接利用α-酮戊二酸和NH3在谷氨酸合酶的作用下生成谷氨酸(Jo等im体育登录,2012)im体育登录,谷氨酸和氨通过上述过程转化为菌体蛋白im体育登录im体育登录,此为微生物利用氨的另一种途径im体育登录。微生物同化氨及铵盐类物质为菌体蛋白最重要的酶是微生物谷氨酰胺合成酶im体育登录,因为该酶在无机氮转化为有机氮过程中起着重要的桥梁作用,为后续微生物蛋白质的生物合成提供最基本的前体物质im体育登录。
  1.2微生物利用尿素及其衍生物转化为菌体蛋白的机理尿素及其衍生物不能直接被微生物同化为菌体蛋白质im体育登录,而是要转变为其他易被微生物吸收利用的非蛋白氮物质而被微生物利用im体育登录。尿素主要通过两种途径被微生物利用。第一种途径是,尿素被微生物分泌的脲酶催化降解为氨和二氧化碳(Balasubramanian等im体育登录,2013)im体育登录,氨通过1.1中介绍的途径最终转化为微生物蛋白质。第二种途径是im体育登录,尿素首先经尿素羧化酶(UC)催化生成脲基甲酸油培养基比培养在分析级甘油培养基培养生物量浓度、蛋白质含量和总蛋白量分别提高1.2、1.5、1.9倍(Santos等,2010)im体育登录im体育登录im体育登录im体育登录。
  2.1.2其他真菌
  米曲霉在0.75%的尿素条件下发酵木薯浆4dim体育登录im体育登录,蛋白质和氨基氮含量由2.59%和0.89%分别提高到17.4%和15.13%(Thongkratok等im体育登录,2010)im体育登录。研究表明im体育登录,绿色木霉生产效率高im体育登录im体育登录im体育登录im体育登录,对氮源的要求低im体育登录im体育登录,是生产真菌生物蛋白最好菌株im体育登录,它在不添加氮源的情况下经过摇瓶发酵可产超过5g/L的真菌生物质,而米曲霉和黑曲霉在加入0.5~1.0g/L的(NH4)2SO4条件下生成5g/L的真菌生物质。米曲霉和黑曲霉菌株产生的生物质含有约36%的蛋白质im体育登录,而绿色木霉产生的生物质含有19.8%的蛋白质im体育登录,米曲霉和黑曲霉具有较高的蛋白质含量im体育登录,可以利用(NH4)2SO4生产真菌蛋白(Zhang等im体育登录im体育登录,2009)im体育登录im体育登录im体育登录。卵形孢球托霉也可用来合成蛋白质im体育登录im体育登录,在5%尿素和初始水分70%条件下im体育登录,发酵苹果渣,可产生19.63%可溶性蛋白(Vendruscolo等im体育登录,2009)。
  2.2藻类对非蛋白氮的利用
  藻类含有进行光合作用的光合色素,能吸收外界环境的含氮物质转化为自身的蛋白质。小球藻不仅蛋白质含量高,氨基酸组成合理,还含有丰富的生物活性物质(Lodge-lvry等,2014)im体育登录im体育登录。Mahboob等(2012)以尿素为氮源,在10L照明玻璃反应器中纯培养耐热小球藻,获得的小球藻类富含60%的粗蛋白质im体育登录,并含有0.52%类胡萝卜素im体育登录im体育登录im体育登录。淡水小球藻以尿素为氮源,葡萄糖为碳源进行分批补料发酵im体育登录,67h内其干物质平均生长率可达1.22g/L(Doucha和Livansky,2012)im体育登录im体育登录im体育登录。
  3小结
  微生物菌体蛋白早已作为蛋白质饲料添加剂应用于动物养殖中,但现阶段微生物对非蛋白氮的有效转化率仍不高im体育登录。因此,在微生物菌体蛋白的生产中采用基因工程方法以及其他分子生物学手段im体育登录,选育非蛋白氮高效利用菌im体育登录im体育登录,以及利用创新技术设计高效的生物反应器,提高非蛋白氮的转化率均将推动非蛋白氮转化为微生物蛋白产业的发展im体育登录im体育登录,并可促进发酵蛋白饲料生产过程中蛋白质含量的有效提高im体育登录im体育登录。同时im体育登录,在研究非蛋白氮转化为微生物蛋白的同时im体育登录im体育登录,结合进行含糖量高的废弃物作为碳源的协同研究im体育登录,将有利于促进非蛋白氮转化为微生物蛋白的进程im体育登录。
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