IGF-1活性酵母項目簡介
一
、項目意義
IGF-1（insulin-like growth factor -1）的全稱為胰島素樣生長因子1 ，它是人體內肝細胞 、腎細胞 、脾細胞等十幾種細胞自分泌和旁分泌的產物（也就是說人體內本身就含有IGF-1） 。其具體功能如下 ：降血糖 、降血脂 、舒張血管 、促生長 、促細胞分化和創傷修複 。世界飼用酵母及其培養物產業麵臨三大難題 ：一是IGF-1活性性物質含量極低 ，幾乎不具有IGF-1活性 ；二是製造成本高 ，汙染重 ；三是實際飼喂效果不佳 。利用基因敲除技術 ，李德發院士創新團隊成功構建了超高IGF-1活性的酵母表達係統 ，並探索出無汙染和低成本發酵工藝技術 。利用該技術體係生產的超高IGF-1活性的酵母培養物能夠顯著促進畜禽生長及產奶產蛋 ，降低飼養成本 ，提高動物健康水平 ，具有十分廣闊的應用前景 。
本項目首次利用超高IFG-1活性酵母表達係統 ，擬年產10萬噸超高IGF-1活性飼用酵母 。項目獨創采用“大罐深層氣升式流加營養帶渣粗料酶解發酵 、納米膜分離 、超聲波耦合異體自溶和分子蒸餾濃縮一體化”與“上遊產品 、下遊原料”和“不脫色 、不離交 、不結晶”的節能環保專利技術與超高IGF-1活性酵母表達係統結合 ，發酵生產富含超高IGF-1的酵母培養物 。綜合技術的應用可使生產製造成本大幅度降低 ，發酵所產的酵母培養物中的IGF-1含量居國際領先水平 ，既保留了豐富的維生素和礦物元素營養 ，又基本不排放有機和無機廢水 ，在世界範圍內引起國內外同行密切關注 。
二 、胰島素樣生長因子-1（IGF-1）工程化製備技術技術簡介
我國在20世紀70年代曾集中進行飼料酵母的開發 ，但因技術製約 、資源受限和成本過高而中斷 。直到20世紀末期 ，我國利用酒精 、啤酒副產物生產飼料酵母方麵積累了很多寶貴經驗 ，才逐漸有了規模生產 。最近10多年來 ，隨著綠色健康飼料的概念深入人心 ，酵母作為無毒 、無殘留和無抗藥性的飼料添加劑（飼料原料） ，逐漸得到市場的認可 ，前景廣闊 。
目前 ，我國市場上酵母產品產量最大的是啤酒廠副產物——啤酒酵母粉 。2018年我國啤酒產量為3812.2萬噸 ，啤酒酵母泥約占啤酒產量的0.15%(幹物質) 。據此推算，利用啤酒酵母泥生產出來的幹態啤酒酵母總量為7.35萬噸 。目前國內啤酒酵母的50%~55%作為飼料使用 ，20%～35%用於加工酵母抽提物 ，提取物應用於生物醫藥 、食品調味料 、休閑食品及生物培養基等領域 ；5%～10%被加工成營養功能食品等 。
通過酵母表達係統進行IGF-1的生產 ，且產品以益生酵母複合IGF-1生產應用 ，對於緩解斷奶應激 ，同時幫助調節腸道健康狀況 ，降低死淘率 ，提高生產性能具有重要意義 。同時 ，本產品可以有效減少仔豬生產中抗生素的使用 ，提高飼料的轉化效率 ，減少過多養分排泄導致的養殖成本增加和對環境的汙染 。酵母表達轉化 、誘導和IGF-1生產 ：將構建好的酵母進行發酵 ，通過甲醇和乳糖進行誘導表達 ，無需進行產品的分離和純化 ，可直接使用 ，也可以酵母膏的形式生產 。但是 ，遺憾的是目前國內尚沒有一家真正能夠產業化發酵生產富含IGF-1活性的酵母培養物的企業 。
根據不完全統計 ，2018年我國應用於飼料的酵母產品大約17.2萬噸 。其中 ，啤酒酵母粉消費量達到14.8萬噸 ，所占市場份額最高 ，跟其他幾種產品相比 ，其價格最為低廉 ；酵母酶解物增幅最大 ，達到11萬噸，增長率達到53.39% ，這也說明了酵母酶解物在畜禽水產飼料中越來越受到用戶的肯定。有研究表明 ，酵母酶解物在營養及適口性考究的乳豬教槽料上的應用 ，可有效替代配方中的血漿蛋白粉 、腸膜蛋白粉和魚粉 ，且在轉飼料保育料後的抗應激能力更強 ，後期增重速度更快 。酵母細胞壁多糖和活性幹酵母增速也超過10% ，表明在養殖終端的應用也有了顯著增長 。特別是自2018年8月 ，中國大陸爆發非洲豬瘟以來 ，廣大養豬企業紛紛禁止使用血漿蛋白粉和腸膜蛋白粉 ，酵母酶解物等替代物需求量大幅度攀升 。保守估計 ：到2025年 ，中國酵母酶解物的年需求量將達到50萬噸 ，全世界酵母酶解物的年需求量將達到250萬噸 。
通過酵母表達係統進行IGF-1的生產 ，且產品以益生酵母複合IGF-1生產應用 ，對於緩解仔豬斷奶應激 ，同時幫助調節仔豬腸道健康狀況 ，降低死淘率 ，提高生產性能具有重要意義 。同時 ，本產品可以有效減少仔豬生產中抗生素的使用 ，提高飼料的轉化效率 ，減少多餘養分排泄導致的養殖成本增加和對環境的汙染 。酵母表達轉化 、誘導和IGF-1生產 ：將構建好的酵母進行發酵 ，通過甲醇和乳糖進行誘導表達 ，無需進行產品的分離和純化 ，可直接使用 ，也可以酵母膏的形式生產 。
本項目的產品與美國達農威公司的產品益康XP有相似的功效 ，均屬於酵母培養抽提物 。實踐證明 ，此類產品在動物飼料中添加會取得很好的效果 。目前美國達農威公司產品市場售價60-70元/公斤 。本項目研製的酵母菌培養物中含有動物生長必需的IGF-1 ，能夠補充幼年動物體內該因子分泌 ，促進動物快速生長 ，改變目前達農威公司對於該類產品的壟斷局麵 。
三 、產業集群儲備技術及背景簡介
中國是人口大國 ，也是世界第一養豬大國。2018年 ，中國畜牧業產值達3.8萬億元 ，生豬出欄6.89億頭 ，其中母豬存欄4200萬頭 ，豬肉產量5487萬噸 。根據農業部統計數據 ，2018年全國商業飼料產量達到2.29億噸 。其中 ，全價飼料2.05億噸 ，濃縮飼料2151萬噸 ，預混料690萬噸，包括豬料產量8974萬噸 ，禽料產量9000萬噸 ，水產飼料5300萬噸 ，牛羊飼料850萬噸 ，兔貉寵物等飼料350萬噸 ，全國仔豬飼料600多萬噸 。預計到2020年全國配合飼料產量將達到2.2億噸以上 ，其中仔豬飼料將達到950多萬噸以上 。
（1）發酵飼料生產技術及其應用
國家飼料工程技術研究中心經過10多年的不懈努力和技術提升 ，目前已經基本解決了發酵飼料不容易混合均勻 、混合後飼料容易發生黴變（局部水分過高）以及加入發酵飼料的配合飼料保質期短 ，隻能在養殖場現配現用問題 。在發酵飼料添加比例不超過15%的條件下 ，可以與其它飼料（或飼料原料）充分均勻混合 ，沒有局部水分偏高的問題 。再結合冷製粒工藝 ，可以使成品顆粒飼料的含水量保持在13%以下 。在不使用防黴劑的情況下 ，成品的保質期可以達到3個月而不發生黴變 ，使用效果明顯優於常規飼料 。這種生物飼料可以在加工廠批量生產 ，不需要現配現用 ，市場前景巨大 。
（2）高效飼用酶製劑製備技術
飼料中心經過多年的研究 ，通過現代分子生物學 、基因工程技術 、發酵工程技術相結合 ，先後完成了高活力耐熱甘露聚糖酶 、耐熱木聚糖酶 、葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶等多種飼料用酶製劑生產菌種的研發工作 ，並完成了相應的動物應用效果試驗 。其中關於耐熱甘露聚糖酶的研究 ，處於同類研究的國際領先水平 。對比數據見下表 。動物實驗結果表明 ，在飼料中添加該酶製劑產品 ，可以有效提高飼料轉化效率3-5% ，動物日增重提高5-8% ，具有非常好的經濟效益前景 。
（3）小菌素MccB17和MccL異源高效表達技術
自然界生物對抗有害微生物最古老的方法之一, 就是產生能破壞微生物細胞膜的抗菌肽 。Microcins（Mcc）是腸杆菌科家族細菌分泌的小菌素 ，主要是大腸杆菌菌株分泌的 。它們組成一類低分子量抗菌肽（小於10 kDa） ，表現出比較窄的抗菌譜範圍 ，主要針對microcin產生菌株物種係統相關的細菌 。因此 ，它們被認為是參與腸道內的微生物競爭。小菌素在動物飼料中的應用主要通過有效抑製動物體內病原菌的生長繁殖 ，從而提高動物的抗病能力 ，增強其對病原菌的免疫能力 ；微生物素添加到動物飼料中能有效抑製飼料中病原菌的生長繁殖 ，從而有效切斷病原菌與動物的直接接觸 。MccB17和MccL是兩種具有高抗菌活性的小菌素 。利用畢赤酵母表達菌株可以達到1 mg/mL的表量 ，具有重要的應用前景 。
IGF-1（insulin-like growth factor -1）的全稱為胰島素樣生長因子1 ，它是人體內肝細胞 、腎細胞 、脾細胞等十幾種細胞自分泌和旁分泌的產物（也就是說人體內本身就含有IGF-1） 。其具體功能如下 ：降血糖 、降血脂 、舒張血管 、促生長 、促細胞分化和創傷修複 。世界飼用酵母及其培養物產業麵臨三大難題 ：一是IGF-1活性性物質含量極低 ，幾乎不具有IGF-1活性 ；二是製造成本高 ，汙染重 ；三是實際飼喂效果不佳 。利用基因敲除技術 ，李德發院士創新團隊成功構建了超高IGF-1活性的酵母表達係統 ，並探索出無汙染和低成本發酵工藝技術 。利用該技術體係生產的超高IGF-1活性的酵母培養物能夠顯著促進畜禽生長及產奶產蛋 ，降低飼養成本 ，提高動物健康水平 ，具有十分廣闊的應用前景 。
本項目首次利用超高IFG-1活性酵母表達係統 ，擬年產10萬噸超高IGF-1活性飼用酵母 。項目獨創采用“大罐深層氣升式流加營養帶渣粗料酶解發酵 、納米膜分離 、超聲波耦合異體自溶和分子蒸餾濃縮一體化”與“上遊產品 、下遊原料”和“不脫色 、不離交 、不結晶”的節能環保專利技術與超高IGF-1活性酵母表達係統結合 ，發酵生產富含超高IGF-1的酵母培養物 。綜合技術的應用可使生產製造成本大幅度降低 ，發酵所產的酵母培養物中的IGF-1含量居國際領先水平 ，既保留了豐富的維生素和礦物元素營養 ，又基本不排放有機和無機廢水 ，在世界範圍內引起國內外同行密切關注 。
二 、胰島素樣生長因子-1（IGF-1）工程化製備技術技術簡介
我國在20世紀70年代曾集中進行飼料酵母的開發 ，但因技術製約 、資源受限和成本過高而中斷 。直到20世紀末期 ，我國利用酒精 、啤酒副產物生產飼料酵母方麵積累了很多寶貴經驗 ，才逐漸有了規模生產 。最近10多年來 ，隨著綠色健康飼料的概念深入人心 ，酵母作為無毒 、無殘留和無抗藥性的飼料添加劑（飼料原料） ，逐漸得到市場的認可 ，前景廣闊 。
目前 ，我國市場上酵母產品產量最大的是啤酒廠副產物——啤酒酵母粉 。2018年我國啤酒產量為3812.2萬噸 ，啤酒酵母泥約占啤酒產量的0.15%(幹物質) 。據此推算，利用啤酒酵母泥生產出來的幹態啤酒酵母總量為7.35萬噸 。目前國內啤酒酵母的50%~55%作為飼料使用 ，20%～35%用於加工酵母抽提物 ，提取物應用於生物醫藥 、食品調味料 、休閑食品及生物培養基等領域 ；5%～10%被加工成營養功能食品等 。
通過酵母表達係統進行IGF-1的生產 ，且產品以益生酵母複合IGF-1生產應用 ，對於緩解斷奶應激 ，同時幫助調節腸道健康狀況 ，降低死淘率 ，提高生產性能具有重要意義 。同時 ，本產品可以有效減少仔豬生產中抗生素的使用 ，提高飼料的轉化效率 ，減少過多養分排泄導致的養殖成本增加和對環境的汙染 。酵母表達轉化 、誘導和IGF-1生產 ：將構建好的酵母進行發酵 ，通過甲醇和乳糖進行誘導表達 ，無需進行產品的分離和純化 ，可直接使用 ，也可以酵母膏的形式生產 。但是 ，遺憾的是目前國內尚沒有一家真正能夠產業化發酵生產富含IGF-1活性的酵母培養物的企業 。
根據不完全統計 ，2018年我國應用於飼料的酵母產品大約17.2萬噸 。其中 ，啤酒酵母粉消費量達到14.8萬噸 ，所占市場份額最高 ，跟其他幾種產品相比 ，其價格最為低廉 ；酵母酶解物增幅最大 ，達到11萬噸，增長率達到53.39% ，這也說明了酵母酶解物在畜禽水產飼料中越來越受到用戶的肯定。有研究表明 ，酵母酶解物在營養及適口性考究的乳豬教槽料上的應用 ，可有效替代配方中的血漿蛋白粉 、腸膜蛋白粉和魚粉 ，且在轉飼料保育料後的抗應激能力更強 ，後期增重速度更快 。酵母細胞壁多糖和活性幹酵母增速也超過10% ，表明在養殖終端的應用也有了顯著增長 。特別是自2018年8月 ，中國大陸爆發非洲豬瘟以來 ，廣大養豬企業紛紛禁止使用血漿蛋白粉和腸膜蛋白粉 ，酵母酶解物等替代物需求量大幅度攀升 。保守估計 ：到2025年 ，中國酵母酶解物的年需求量將達到50萬噸 ，全世界酵母酶解物的年需求量將達到250萬噸 。
通過酵母表達係統進行IGF-1的生產 ，且產品以益生酵母複合IGF-1生產應用 ，對於緩解仔豬斷奶應激 ，同時幫助調節仔豬腸道健康狀況 ，降低死淘率 ，提高生產性能具有重要意義 。同時 ，本產品可以有效減少仔豬生產中抗生素的使用 ，提高飼料的轉化效率 ，減少多餘養分排泄導致的養殖成本增加和對環境的汙染 。酵母表達轉化 、誘導和IGF-1生產 ：將構建好的酵母進行發酵 ，通過甲醇和乳糖進行誘導表達 ，無需進行產品的分離和純化 ，可直接使用 ，也可以酵母膏的形式生產 。
本項目的產品與美國達農威公司的產品益康XP有相似的功效 ，均屬於酵母培養抽提物 。實踐證明 ，此類產品在動物飼料中添加會取得很好的效果 。目前美國達農威公司產品市場售價60-70元/公斤 。本項目研製的酵母菌培養物中含有動物生長必需的IGF-1 ，能夠補充幼年動物體內該因子分泌 ，促進動物快速生長 ，改變目前達農威公司對於該類產品的壟斷局麵 。
三 、產業集群儲備技術及背景簡介
中國是人口大國 ，也是世界第一養豬大國。2018年 ，中國畜牧業產值達3.8萬億元 ，生豬出欄6.89億頭 ，其中母豬存欄4200萬頭 ，豬肉產量5487萬噸 。根據農業部統計數據 ，2018年全國商業飼料產量達到2.29億噸 。其中 ，全價飼料2.05億噸 ，濃縮飼料2151萬噸 ，預混料690萬噸，包括豬料產量8974萬噸 ，禽料產量9000萬噸 ，水產飼料5300萬噸 ，牛羊飼料850萬噸 ，兔貉寵物等飼料350萬噸 ，全國仔豬飼料600多萬噸 。預計到2020年全國配合飼料產量將達到2.2億噸以上 ，其中仔豬飼料將達到950多萬噸以上 。
（1）發酵飼料生產技術及其應用
國家飼料工程技術研究中心經過10多年的不懈努力和技術提升 ，目前已經基本解決了發酵飼料不容易混合均勻 、混合後飼料容易發生黴變（局部水分過高）以及加入發酵飼料的配合飼料保質期短 ，隻能在養殖場現配現用問題 。在發酵飼料添加比例不超過15%的條件下 ，可以與其它飼料（或飼料原料）充分均勻混合 ，沒有局部水分偏高的問題 。再結合冷製粒工藝 ，可以使成品顆粒飼料的含水量保持在13%以下 。在不使用防黴劑的情況下 ，成品的保質期可以達到3個月而不發生黴變 ，使用效果明顯優於常規飼料 。這種生物飼料可以在加工廠批量生產 ，不需要現配現用 ，市場前景巨大 。
（2）高效飼用酶製劑製備技術
飼料中心經過多年的研究 ，通過現代分子生物學 、基因工程技術 、發酵工程技術相結合 ，先後完成了高活力耐熱甘露聚糖酶 、耐熱木聚糖酶 、葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶等多種飼料用酶製劑生產菌種的研發工作 ，並完成了相應的動物應用效果試驗 。其中關於耐熱甘露聚糖酶的研究 ，處於同類研究的國際領先水平 。對比數據見下表 。動物實驗結果表明 ，在飼料中添加該酶製劑產品 ，可以有效提高飼料轉化效率3-5% ，動物日增重提高5-8% ，具有非常好的經濟效益前景 。
| 比較內容 | 本中心耐熱甘露聚糖酶 | 國內企業在產甘露聚糖酶 |
| 耐熱性 | 耐受飼料製粒溫度 | 製粒耐受性差 |
| 耐酸性 | 極強 ，豬胃酸中3h不損失 | 一般 |
| 蛋白酶耐受性 | 強 ，損失不超過10% | 損失超過30% |
| 豬飼料添加劑量 | 400 U/kg | 800-1000U/kg |
| 經濟效益 | 顯著 | 一般 |
自然界生物對抗有害微生物最古老的方法之一, 就是產生能破壞微生物細胞膜的抗菌肽 。Microcins（Mcc）是腸杆菌科家族細菌分泌的小菌素 ，主要是大腸杆菌菌株分泌的 。它們組成一類低分子量抗菌肽（小於10 kDa） ，表現出比較窄的抗菌譜範圍 ，主要針對microcin產生菌株物種係統相關的細菌 。因此 ，它們被認為是參與腸道內的微生物競爭。小菌素在動物飼料中的應用主要通過有效抑製動物體內病原菌的生長繁殖 ，從而提高動物的抗病能力 ，增強其對病原菌的免疫能力 ；微生物素添加到動物飼料中能有效抑製飼料中病原菌的生長繁殖 ，從而有效切斷病原菌與動物的直接接觸 。MccB17和MccL是兩種具有高抗菌活性的小菌素 。利用畢赤酵母表達菌株可以達到1 mg/mL的表量 ，具有重要的應用前景 。
