富硒酵母的功能及其在动物生产中应用的研究进展.pdf

NO.162023170综述饲料研究FEEDRESEARCH富硒酵母的功能及其在动物生产中应用的研究进展时号李芳宇肖子路毛炳瑜马成吉张宏伟聂新玲（淮阴工学院生命科学与食品工程学院，江苏淮安2 2 30 0 3)摘要：与无机硒相比，有机硒和纳米硒具有毒性小、生物活性高、抗氧化性强等优点。酿酒酵母为主的益生菌酵母可以用作烘焙、酿酒、饲料添加剂等。利用酵母和硒元素所开发的富硒酵母可作为动物的营养强化剂，具有较高的利用率，能够解决动物缺硒的问题，还可以提高动物的免疫功能。因此，富硒酵母是目前较为理想的硒源，可作为替抗产品在动物生产中应用。文章综述了富硒酵母的优势、种类、功能及其在动物生产中应用的研究进展，有望进一步解决动物因缺硒而引发的疾病问题。关键词：硒；有机硒；富硒酵母；动物生产中图分类号：S816.7文献标识码：A文章编号：10 0 2-2 8 13（2 0 2 3）16-0 17 0-0 5Doi:10.13557/ki.issn1002-2813.2023.16.032Research progress on functionof selenium-enriched yeast and its application in animal breedingSHI HaoLI Fang-yuXIAO Zi-luMAO Bing-yuMA Cheng-jiZHANG Hong-weiNIE Xin-lingAbstract:Compared with inorganic selenium,organic selenium and nano-selenium have the advantages of low toxicity,high biological activity and strong antioxidant activity.Probiotic yeast based on Saccharomyces cerevisiae can be used asbaking,brewing,feed additives and so on.Selenium rich yeast developed by using yeast and selenium can be used asnutritional fortifier for animals,which has a high utilization rate,can solve the problem of selenium deficiency in animalsand improve the immune function of animals.Therefore,selenium-rich yeast is an ideal source of selenium at present,andcan be used as a substitute product in animal production.In the paper,the advantages,species,function and application ofselenium-rich yeast in animal production are reviewed,which is expected to further solve the disease problem caused byselenium deficiency in animals.Key words:selenium;organic selenium;selenium-enriched yeast;animal breeding硒是人和动物生长所必需的微量元素，也是植物生长代谢过程中重要的营养元素。硒与生物体内的氧化还原代谢反应具有密切的关系，可应用于某些疾病的预防和治疗，还可增强生物体免疫力，促进机体生长发育等。由于动物自身不能合成硒，当不同动物体内缺硒时均会引起动物相关的疾病，如食欲、生育能力和生长能力下降以及肌肉无力等。在饲料中添加富硒酵母可以满足畜禽机体对硒的需求，通过提高畜禽免疫力预防疾病。有研究发现，适当补充硒能够提高动物的屠宰性能，改善畜禽产品质量，还能够促进动物组织中硒的富第一作者：时号，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为微生物生物转化及动物饲料资源开发利用。基金项目：江苏省自然科学基金（项目编号：BK20220703）；江苏省研究生创新培养计划（项目编号：SJCX22_1669）收稿日期：2 0 2 3-0 2-10集，从而生产出具有富硒功能的畜禽产品2 。按照存在方式，硒可分为无机硒和有机硒。无机硒主要通过硫同化途径在植物中积累，与氨基酸结合形成植物活性硒3。动物饲料中的无机硒来源主要有单质硒、亚硒酸盐、硒酸盐，其中在生产中使用最多的是亚硒酸钠。有机硒通常以硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸的形式在食物中存在，比无机硒（亚硒酸盐、硒酸盐）更易被吸收，毒性更小5，具有较高的生物利用率和组织保留率。有机硒在提高畜禽生长性能、抗氧化能力以及改善肉品质方面比无机硒更具有优势。富硒酵母是一种利用酵母开发出的有机硒源，是研究最广泛的富硒饲料添加剂，具有较强的有机硒转化能力和高硒蛋白含量(。研究发现，在日粮中添加富硒酵母可起到维持鸡线粒体氧化还原稳态的作用，可通过抑制心肌细胞调亡，降低鸡因热应激所引发的肉品质降低和氧化不稳定性7。在猪日粮中添加酿酒酵母和有机硒可显著提高猪NO.162023饲料研究FEEDRESEARCH171综述心的抗氧化能力和乳脂含量，从而提高母猪的繁殖性能和仔猪断奶体重8 。微生物合成法是一种生物相容性好、稳定性高且较为廉价的合成方法，可用于合成有机硒。微生物可通过酶促反应等方式将无机硒转化，并与酵母细胞中的蛋白质、糖等高分子物质结合，形成有机硒9-1。随着畜牧业的发展，富硒酵母可作为无抗背景下健康养殖的重要替抗产品，在动物生产中具有重要的应用价值。因此，本文将对富硒酵母的优点、功能以及其在动物产中的应用研究进展进行综述，为富硒酵母在动物生产中的进一步应用提供一定的参考。1富硒酵母的优点酵母是研究最广泛的富硒有益微生物，具有较强的有机硒转化能力和较高的硒蛋白含量。硒蛋白很容易在单位胃肠道中被吸收，且富硒酵母中硒的生物利用度和硒蛋白的生物利用率比无机形式的硒高约1.5 2.0 倍12 。因此，富硒酵母被认为是一种安全有效的硒源，通常用作营养强化剂。富硒益生菌能够增加动物胃肠蠕动，促进消化吸收，增强生物体免疫力，还可直接提供丰富的有机硒源（主要是硒蛋白），同时满足维持健康和营养元素的补充需求等13-14。富硒酵母优点见图1。研究表明，在富含硒的酵母中，谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸和亮氨酸含量较高I15。富硒酵母能够满足动物硒补充需求，还可提高畜产品品质，降低动物疾病的发病率和死亡率16-17 O更高的酶活性增强生物的清除体内过氧化物抗氧化活性提高生物体的免疫活性酿酒酵母发酵增强硒在产航假丝富硒酵母更小的毒性生物体内的沉积酵母等在生物体内改善硒在更易被吸收生物体内的形态更高的利用率更小的污染性图1富硒酵母优点2酵母硒的制备2.1酵母的种类酵母属于单细胞真核生物，包括酿酒酵母、毕赤酵母、产假丝酵母、南极假丝酵母等。其中，酿酒酵母是最常见且用途广泛的益生菌，可用作烘焙、酿酒、饲料添加剂、食品添加剂等。而且，酿酒酵母的亚种布拉迪酵母也是一种更为优良的益生菌，可以治疗动物的腹泻，改善肠道菌群的分布。2.2无机硒在酵母细胞中的转化机硒主要有亚硒酸盐、硒酸盐和单质硒。有机硒包括硒代蛋氨酸俊（SeMet）和硒代半胱氨酸(SeCys)等18 。此外，以SeCys为底物可以合成硒氨基酸，高硒半胱氨酸合成硒氨基酸过程见图2。酵母可以吸收硒离子，并且将硒稳定结合在自身细胞结构里19 。在此过程中，酵母菌展开防御机制，涉及除去细胞结构中形成硒化氢（H,Se）的过程。在此过程产生的H,Se也是其中一种重要的中间代谢产物，参与细胞中所有形式硒的合成途径2 0 。其中，硒氨基酸的形成始于met17基因编码的同型半胱氨酸合成酶，将之前形成的H,Se与O-乙酰高丝氨酸连接2 1。酵母细胞中有大量的SeMet是由高硒半胱氨酸甲基化直接形成的，此反应需要钴胺素依赖性同型半胱氨酸甲基转移酶参与，连接到tRNA-Met后，形成SeMet2。在酵母细胞中，存在SeMet，则表明存在有机硒18 。酿酒酵母在细胞内完成硫循环，并在硫循环中产生谷胱甘肽，其中主要的酶是亚硫酸盐还原酶2 3-2 4。随着亚硫酸盐还原酶的产生，硒盐还原为硫化硒2 5。硫化硒是酿酒酵母生产特异性蛋白酶(SeNPs)的重要前体物质。SeO,2ADPADP+焦磷酸盐Seo同型半胱氨酸-3NADPH甲基转移酶3HADP*+3H,OSeCSeMet硒氨基酸（高硒半胱氨酸）（硒代蛋氨酸）OAH（O-乙酰高丝氨酸）H,O,+O2SeO2图2高硒半胱氨酸合成硒氨基酸过程3富硒酵母高产菌株的选育富硒酵母菌种选育通常采用物理诱变或化学诱变的方式。以酿酒酵母为初始菌种，通过化学诱变剂硒化氢（D E S）诱变和亚硒酸钠抗性平板筛选，同时涂布在乙硫氨酸平板。将生长出的菌落在适宜的培养基中进行培养，并在对数生长期加入亚硒酸钠，培养2 4h，通过测定总硒含量为2 452 g/g，是初始菌种的2 8 0.2%，硒蛋酸含量达到16 50 g/g是初始菌种的36 9.1%，硒蛋氨酸占总硒比例从51.0%提高至6 7.3%2 6 。物理诱变较化学诱变更为安全且绿色环保。使用相同浓度的平板上生长的菌株通过使用不同硒浓度的培养基选出富硒能力较强的酿酒酵母菌株，采用诱变剂量为800Gy的Co，将Co诱变后的单菌体悬浮液稀释涂布含有亚硒酸钠的分离培养基中，通过复筛选出突变菌株YR166的硒含量提高了8 1.3%，生物量提高了8.3%27。从含有布拉迪酵母的胶囊中分离出菌株，将其接种在亚硒酸钠浓度层层递增的酵母提取物、蛋白陈、NO.162023饲料研究FEEDRESEARCH172综述葡萄糖（YPD）培养基上进行驯化，驯化后的菌株作为起始菌株，利用多功能等离子诱变系统进行常压室温等离子（ARTP）诱变，处理时间0 7 0 s，在30 含有300mg/L的亚硒酸钠的YPD培养基上进行筛选可得到耐硒高产突变株2 8 4富富硒酵母的功能研究表明，给母鸡喂饲含富硒酵母的日粮，能够增强血清中谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT）的活性；补充富硒酵母可以增加肝脏三羧酸循环（TAC）、G SH-Px 和CAT活性；增加蛋黄中硒浓度2 9 。直肠癌是世界上最常见的癌症之一。研究表明,富硒酵母通过减少异常隐窝病灶（ACF）的大小和数量以及改变P53基因、B细胞淋巴瘤2（Bcl-2）和血小板内皮细胞黏附分子（CD31）等的功能，从而减少直肠癌的发生概率30 。从天然食物中补充硒比直接摄入更加安全，且有较强的抗氧化活性，防止自由基的活性损伤31。免疫系统对病原体最主要的反应是产生活性氧中间体，并且在体内诱导氧化应激。研究表明，布拉迪富硒酵母对金黄色葡萄球菌感染所引起的氧化应激表现出较强的抵抗作用32 O5富硒酵母在动物生产中的应用5.1富硒酵母在牛生产中的应用富硒酵母能够增强硒在牛肉及牛乳中的沉积作用，从而改善牛肉及牛奶的品质。富硒酵母在牛体内及牛乳中的沉积效果优于无机硒，且富硒酵母在生物学功能、代谢途径和硒的利用率等方面均更有利33。缺乏硒会对奶牛产生多种不良影响，如降低生产性能和免疫性能，从而容易感染疾病。硒元素能够改善围产期奶牛的氧化应激作用和免疫能力。研究表明，产犊前的最后4周，在奶牛日粮中添加0.3mgSe/kg干物质的硒酵母以及0.3mg Seg/kg亚硒酸钠，富硒酵母可使氧自由基浓度降至150 荧光强度/mL，比无机硒的40 0 荧光强度/mL降低了266%，有效缓解了泌乳早期发生的氧化应激34。Ren等35 对产前补富硒酵母进行了蛋白组学研究，发现富硒酵母的膳食补充导致48 种蛋白质的丰度差异，其倍数变化大于1.2 0 或小于0.8 3，14个蛋白上调，34个蛋白下调。研究表明，差异表达蛋白质的5个基因对细菌或真菌的防御反应、急性期反应、核苷酸分解代谢过程和脂质代谢过程均为正调节。上述研究结果表明，奶牛产前补充酵母硒可有效降低全身炎症反应，优化脂质代谢，也有利于奶牛的产后恢复。此外，补充酵母硒还可减轻代谢性疾病对机体的影响，促进糖异生作用，预防酮症和脂肪肝。5.2富硒酵母在鸡生产中的应用在鸡日粮中添加适宜的富硒酵母能够显著提高蛋品质，在蛋重、产蛋率和孵化率水平方面均高于无机硒。Emamverdi等36 将150 只肉鸡种鸡分为6 组，添加不同水平的富硒酵母，结果表明，以含0.45mg/kg富硒酵母饲料作为有机硒源的肉鸡孵化率最高（7 2.50%），比不含富硒酵母试验组孵化率高16.0%，且添加硒不影响雏鸡的生育率和品质参数。因此，日粮中添加富硒酵母可提高老年肉种鸡的生产和繁殖性能。研究表明，与无机硒和基础日粮相比，饲喂含有富硒酵母的母鸡的蛋黄在2周内保持新鲜，且抗氧化特性以及蛋黄和组织的氧化状态随着膳食有机硒的补充而改善，且富硒酵母试验组蛋黄色度值比无机硒和基础日粮均高36.7%37 。Liu等7 研究了在日粮中添加富硒酵母（0、0.2 5、0.50 mg/kg）对鸡胸肉品质和氧化稳定性的影响及作用机制，进行28d的饲养试验后，发现0.50 mg/kg富硒酵母的添加效果最佳；其中还原性谷胱甘肽含量比对照组提高了13.3%，表明富硒酵母显著增强了细胞的抗氧化防御能力，可抑制活性氧过度产生，减轻应激肌肉线粒体的损伤和细胞凋亡。研究表明，在14日龄和2 1日龄时，用灭活的低致病性禽流感病毒（H,N,亚型）疫苗接种雏鸡，与对照组相比，补充富硒酵母的雏鸡可增强机体免疫力，并能够抵抗病毒性黄疽38 5.3富硒酵母在猪生产中的应用Liu等39 将32 头体重相似的猪随机分组饲养，发现富硒酵母（2 50 mg/kg）试验组猪的料重比为1.6 0，比对照组（1.2 7）提高了2 6.0%。富硒酵母能够显著改善猪的生长性能，提高仔猪的机体抗氧化能力和免疫功能，抑制炎症的发生。有研究发现，富硒酵母能减轻氧化应激引起的肠黏膜破坏作用，对仔猪体重减轻的情况具有缓解作用40 。Li等41 研究表明，补充0.3mg/kg硒可使仔猪体重比对照组提高1.4%；添加富硒酵母可改善肌肉的抗氧化状态，且随着富硒酵母添加水平的提高可有效降低滴水损失以及肌肉中硫代巴比妥酸反应物质的浓度。在日粮中添加0.3mg/kg的富硒酵母或无机硒，结果表明，富硒酵母组育肥猪的屠宰率为7 5.2 8%，比亚硒酸钠组提高3.2%，且滴水损失和烹饪损失分别比无机硒降低了12.9%和14.6%42 。5.4富硒酵母在鱼生产中的应用富硒酵母在鱼养殖中的应用较为广泛，且具有很多优点。Xu等43 在黄鲶的养殖中投喂含有无机硒和富硒酵母的饲料，结果表明，在鱼肉的9 种硒蛋白中，富硒酵母组比无机硒组硒含量提高5%。这些硒蛋白具有抗氧化、炎症调节和生成激素等功能。在鱼类中硒元素的缺失会导致各种负面影响，如抑制生长性能、死亡率增加、氧化应激诱发炎症反应，但硒元素在鱼类体内是如何产生影响的机制至今还未被证明。Wang等4 研究了投喂富硒饲料对幼年虹鳟的影响，饲养10 周后，结果表明，喂食2、4或6 g/kg的硒的鳟鱼体重比不补充硒组NO.162023饲料研究FEEDRESEARCH173综述养分别提高2 6.1%、36.3%和34.2%；此外富硒饲料组鳟鱼肌肉中有1/3种类的硒蛋白含量明显增加，且鱼体细胞生长与所有差异表达基因的表达呈正相关，表明这些硒蛋白基因参与鳟鱼肌肉生长的代谢调节。Wang等45通过鳟鱼肌肉蛋白质合成的分析表明，在鱼的基础饲料中添加4mg/kg硒酵母是虹鳟鱼生长的最佳补充水平，饲喂6 周后，与不含硒酵母组相比，鳟鱼每天的生长速率提高了3.9 4%4.39%，且蛋白质保留率增加至38.08%。因此，饲料中补充硒可以提高虹鳟鱼的生长性能。6展望酵母转化的有机硒和纳米硒具有很强的生物活性、毒性小、抗氧化性强等特点，富硒酵母作为抗生素替代品用于畜牧和水产养殖中具有广泛的应用前景。但目前酵母菌转化纳米硒的研究还存在不足，如酵母菌如何控制SeNPs的大小、形貌以及酵母蛋白包裹SeNPs的种类等，因此未来需要更深度地研究富硒酵母在动物生产中应用效果及作用机制。参考文献1 Combs G F.The role of selenium in nutritionJ.Quarterly Review ofBiology,1987,46(1):124-125.2 Gu X,Gao C.New horizons for selenium in animal nutrition andfunctional foodsJ.Animal Nutrition,2022,11:80-86.3 Drahonovsky J,Szakova J,Mestek O,et al.Selenium uptake,transformation and inter-element interactions by selected wildlife plantspecies after foliar selenateapplicationD.EnvironmentalandExperimental Botany,2016,125:12-19.4 Podoll K L,Bernard J B,Ullrey D E,et al.Dietary selenate versusselenite for cattle,sheep,and horsesJ.Journal of Animal Science,1992,70(6):1965-1970.5 Thiry C,Ruttens A,Pussemier 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