南京工业大学生物与制药工程学院
陈晓春 副研究员
当今养殖业发展迅速，但伴随着集约化养殖程度的不断加深，环境问题、饲料短缺问题、食品安全问题、药物残留问题等日益凸显，在养殖过程中不仅要关注动物的营养需求，更需要从饲料本身关注养殖动物的健康状况。核酸是生命体中遗传信息携带及传递的最重要的生理物质之一。核苷酸是组成核酸最基本的单元，遗传信息蕴藏在核苷酸序列中。通过在饲粮中添加外源核苷酸，可以提高水产动物生长性能，改善免疫力及抗病力，维护肠道健康。酵母水解物中核苷酸含量高，是优质的外源核苷酸来源，具有广阔的应用前景。
一、外源性核苷酸的重要生物学功能
核苷酸类似氨基酸、胆碱、生物类黄酮等营养物质，为半必需营养素，对组织发育、肠道发育和神经发育，以及器官修复、代谢调控和免疫应激等方面具有重要作用。在生物体的快速生长期和应激期会严重缺乏。因此，外源添加核苷酸，成为一种广泛的需求！
核苷酸做为一种改善动物肠胃的产品，其功能主要体现在两个方面：
（一）促进小肠细胞增殖、分化
核苷酸会使小肠Bax基因（诱导细胞脱落的基因）的mRNA水平升高，核苷酸可通过此途径诱导小肠上皮细胞脱落，从而促进小肠上皮细胞的增殖、分化。
（二）促进小肠绒毛的生长
小肠细胞缺乏利用氨基酸从头合成核苷酸的能力，并且肠道缺乏嘌呤从头合成所需要的一种关键酶—谷氨酸核糖转移酶。因此，补充核苷酸有利于促进小肠细胞的快速分化、生长。
二、核苷酸生产存在的难题和解决方案
目前，生产核苷酸的整个生物过程比较复杂，而且流程较长，生产成本高，这限制了其在动物饲料添加剂领域的大规模应用。从酵母细胞来制备核苷酸，整个过程分为三个步骤。第一步是培养酵母提取核糖核酸；第二步是利用生物发酵技术制备核酸酶P1，酶解核糖核酸；第三步是利用生物分离以及生物洁净技术制备高纯度的核苷酸。
目前，全球尚无从酵母—核酸—核苷酸完整的生产线在连续运行。问题主要有三个，1）间歇培养核酸含量低，2）深层液体发酵杂酶多和3）杂质和副产物多。针对问题1），我们探究了高核酸酵母累积机理，发明了连续发酵的培养技术；针对问题2），发明了一个新的固定化酶反应器；针对问题3），研究了产品的特性，制备了一个新的介质，并发明了一个新的结晶体。为建立一个高效、完整的酵母核苷酸生产线，为客户提供质量最好、性价比最高的产品，奠定了技术基础。
三、核苷酸生产新技术的优势
1. 提高核糖核酸含量和纯度
利用我们的核酸技术把细胞的核糖核酸的含量提高将近1倍多，核糖核酸的杂质降低1/6~1/2，在河南南阳建立核酸最大的生产基地，年产400-600吨，产品质量明显优于巴西的OMTEK和意大利的PROSOL等国际老牌公司，为核苷酸的高效分离奠定了物质基础。
2. 提高核酸酶活性
用新技术可以使核酸酶P1的酶活从7000提高到23000，在酶的活性以及稳定性，杂酶含量等主要酶学性能与全球最大的产核酸酶P1的公司Amano Enzyme相比有明显的优势。酶解率可以到85%，核苷酸的浓度可以提高25-30克/升。
3. 提升产品质量
新技术采用醇析和盐析的复合结晶新技术和反应结晶的新体系，产品呈形状规则的晶体状态，显著提升了产品质量。
4. 降低生产成本
本技术在产品质量、收得率、生产成本以及能耗、物耗、污染物排放等方面有较大的优势。利用这个新技术，奶粉中核苷酸的价格，国内售价从2007年YAMASA的280万元/吨下降到120万元/吨，把日本的YAMASA核苷酸公司赶出中国市场，为国内婴幼儿食品大规模使用核苷酸奠定了价格基础。
四、 新核苷酸生产线的建立和产品的应用
（一）新核苷酸生产线的建立
目前，该技术已经通过了江苏省科技厅鉴定，并分别于2014年和2015年获得了江苏省科技进步一等奖和国家技术发明二等奖。基于该技术，我们建成了国际上规模最大的、技术最先进的第一条从酵母-核糖核酸-核苷酸的生物制造生产线，从酵母到核糖核酸的生产基地在南阳同凯，核苷酸的生产基地在南京同凯。Prosol SPA(原欧洲最大的核苷酸生产商)认为：本技术在成本、质量方面均有明显的优势，愿关闭在意大利的核苷酸生产线，与同凯建立战略伙伴合作关系，共同开拓欧洲市场。
该生产线是物耗小、能耗低、污染物排放少的核苷酸清洁生产路线，生产成本大幅下降，使得核苷酸从高端乳品的应用转向畜牧业的应用成为了一种可能。
（二）核酸酶P1彻底酶解产品在断奶仔猪生产上的应用
为探讨核苷酸在断奶仔猪生产中的应用效果，我们委托了南京农业大学动物科技学院的王恬教授的团队，研究了断奶仔猪日粮中核苷酸的适宜添加量。
1. 降低腹泻率和死亡率
断奶初期仔猪处于应激状态、消化系统发育不完善、肠道微生物结构不稳定，这些都可能造成断奶仔猪发生腹泻，从而导致断奶仔猪的生长滞后甚至死亡。在试验中，对照组的死亡率为5%，而添加核苷酸组均无死亡。
2. 提高生产性能
仔猪在断奶初期正处于快速生长和免疫应激阶段，对核苷酸的需求量增大，而典型的教槽料中核苷酸含量较低，不能满足仔猪的生长需求。在本试验中，添加0.05%，0.1%和0.2%的核苷酸，料重比分别降为1.43，1.43和1.41。
3. 提高经济效益
日粮中添加0.05%，0.1%和0.2%的核苷酸，每吨饲料分别可多增重49.02 kg、46.43 kg、58.39 kg的猪肉，具有明显的经济效益。
（三）核酸酶P1彻底酶解产品在凡纳滨对虾养殖中的应用
为探讨核苷酸在凡纳滨对虾养殖中的应用效果，我们委托了广东省农科院畜牧研究所和华南农业大学动物科学学院，研究了凡纳滨对虾饲料中核苷酸的适宜添加量，检测了其对对虾的增重率、特定生长率、存活率、饲料系数、摄食量、蛋白质沉积率和肝胰指数等的影响。
研究结果发现，各个核苷酸添加组增重率明显高于对照组，饲料系数明显下降，饲料利用率提高了将近40%。对虾质量明显改善，粗蛋白及脂肪含量均显著提高。
随饲料中核苷酸添加量的升高，肝胰指数逐渐升高，0.6g/kg添加组提高15.7%；添加组的肠壁厚度均高于对照组，0.4 g/kg组的肠绒毛高度显著高于对照组。
酚氧化物酶（PO）和溶菌酶（LZM）是反映对虾免疫能力的重要指标，在对虾防御体系中发挥重要作用。添加适量核苷酸可显著提高酚氧化物酶和溶菌酶活性。
（四）核苷酸非彻底酶解产品在育肥猪生产中的应用
酶解核苷酸非彻底产物是含有核苷酸、寡核苷酸以及核糖核酸的混合物，主要用做育肥猪生产中的饲料添加剂。通过委外实验，观测了核苷酸非彻底酶解产品对育肥猪成长肉质以及风味的改善。
在正常日粮中添加添加20克/吨的产品。20天以后，发现猪体毛比较干净，30天之后臀部以及背部的肌肉成型度较好，生产结束后经过杀猪品肉，发现实验组肉比较紧致，水煮肉质比对照组香、甜、口感好，猪油粘度不粘手，背部肉质的厚度在三指到三指半，明显高于对照组。
五、结语
酵母核苷酸作为一种新型的促生长剂和肉质改良剂，从应用的结果看，对断奶仔猪、育肥猪和凡尔赛对虾的蛋白代谢和脂肪代谢均有有较强的调控作用，对畜禽和水产养殖过程中疾病的产生和代谢有正向积极的作用，具有广阔的应用前景。
本文内容根据陈晓春副研究员在BFC·第五届中国生物饲料科技大会上的报告整理而成，未经本人审阅。
