IGF-1活性酵母项目简介
一
、项目意义
IGF-1（insulin-like growth factor -1）的全称为胰岛素样生长因子1 ，它是人体内肝细胞 、肾细胞 、脾细胞等十几种细胞自分泌和旁分泌的产物（也就是说人体内本身就含有IGF-1） 。其具体功能如下 ：降血糖 、降血脂、舒张血管 、促生长 、促细胞分化和创伤修复 。世界饲用酵母及其培养物产业面临三大难题 ：一是IGF-1活性性物质含量极低 ，几乎不具有IGF-1活性 ；二是制造成本高 ，污染重 ；三是实际饲喂效果不佳 。利用基因敲除技术 ，李德发院士创新团队成功构建了超高IGF-1活性的酵母表达系统 ，并探索出无污染和低成本发酵工艺技术 。利用该技术体系生产的超高IGF-1活性的酵母培养物能够显著促进畜禽生长及产奶产蛋 ，降低饲养成本 ，提高动物健康水平，具有十分广阔的应用前景 。
本项目首次利用超高IFG-1活性酵母表达系统 ，拟年产10万吨超高IGF-1活性饲用酵母 。项目独创采用“大罐深层气升式流加营养带渣粗料酶解发酵 、纳米膜分离 、超声波耦合异体自溶和分子蒸馏浓缩一体化”与“上游产品 、下游原料”和“不脱色 、不离交 、不结晶”的节能环保专利技术与超高IGF-1活性酵母表达系统结合 ，发酵生产富含超高IGF-1的酵母培养物 。综合技术的应用可使生产制造成本大幅度降低 ，发酵所产的酵母培养物中的IGF-1含量居国际领先水平 ，既保留了丰富的维生素和矿物元素营养 ，又基本不排放有机和无机废水 ，在世界范围内引起国内外同行密切关注 。
二、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）工程化制备技术技术简介
我国在20世纪70年代曾集中进行饲料酵母的开发 ，但因技术制约 、资源受限和成本过高而中断 。直到20世纪末期 ，我国利用酒精 、啤酒副产物生产饲料酵母方面积累了很多宝贵经验 ，才逐渐有了规模生产 。最近10多年来 ，随着绿色健康饲料的概念深入人心 ，酵母作为无毒 、无残留和无抗药性的饲料添加剂（饲料原料） ，逐渐得到市场的认可 ，前景广阔 。
目前 ，我国市场上酵母产品产量最大的是啤酒厂副产物——啤酒酵母粉 。2018年我国啤酒产量为3812.2万吨 ，啤酒酵母泥约占啤酒产量的0.15%(干物质) 。据此推算 ，利用啤酒酵母泥生产出来的干态啤酒酵母总量为7.35万吨 。目前国内啤酒酵母的50%~55%作为饲料使用 ，20%～35%用于加工酵母抽提物 ，提取物应用于生物医药 、食品调味料 、休闲食品及生物培养基等领域 ；5%～10%被加工成营养功能食品等 。
通过酵母表达系统进行IGF-1的生产 ，且产品以益生酵母复合IGF-1生产应用 ，对于缓解断奶应激 ，同时帮助调节肠道健康状况 ，降低死淘率 ，提高生产性能具有重要意义。同时 ，本产品可以有效减少仔猪生产中抗生素的使用 ，提高饲料的转化效率 ，减少过多养分排泄导致的养殖成本增加和对环境的污染 。酵母表达转化 、诱导和IGF-1生产 ：将构建好的酵母进行发酵 ，通过甲醇和乳糖进行诱导表达 ，无需进行产品的分离和纯化 ，可直接使用 ，也可以酵母膏的形式生产 。但是 ，遗憾的是目前国内尚没有一家真正能够产业化发酵生产富含IGF-1活性的酵母培养物的企业 。
根据不完全统计 ，2018年我国应用于饲料的酵母产品大约17.2万吨 。其中 ，啤酒酵母粉消费量达到14.8万吨 ，所占市场份额最高 ，跟其他几种产品相比 ，其价格最为低廉 ；酵母酶解物增幅最大 ，达到11万吨 ，增长率达到53.39% ，这也说明了酵母酶解物在畜禽水产饲料中越来越受到用户的肯定 。有研究表明 ，酵母酶解物在营养及适口性考究的乳猪教槽料上的应用 ，可有效替代配方中的血浆蛋白粉 、肠膜蛋白粉和鱼粉 ，且在转饲料保育料后的抗应激能力更强 ，后期增重速度更快 。酵母细胞壁多糖和活性干酵母增速也超过10% ，表明在养殖终端的应用也有了显著增长 。特别是自2018年8月 ，中国大陆爆发非洲猪瘟以来 ，广大养猪企业纷纷禁止使用血浆蛋白粉和肠膜蛋白粉 ，酵母酶解物等替代物需求量大幅度攀升 。保守估计 ：到2025年 ，中国酵母酶解物的年需求量将达到50万吨 ，全世界酵母酶解物的年需求量将达到250万吨 。
通过酵母表达系统进行IGF-1的生产 ，且产品以益生酵母复合IGF-1生产应用 ，对于缓解仔猪断奶应激 ，同时帮助调节仔猪肠道健康状况 ，降低死淘率 ，提高生产性能具有重要意义。同时 ，本产品可以有效减少仔猪生产中抗生素的使用 ，提高饲料的转化效率 ，减少多余养分排泄导致的养殖成本增加和对环境的污染 。酵母表达转化 、诱导和IGF-1生产 ：将构建好的酵母进行发酵 ，通过甲醇和乳糖进行诱导表达 ，无需进行产品的分离和纯化 ，可直接使用 ，也可以酵母膏的形式生产 。
本项目的产品与美国达农威公司的产品益康XP有相似的功效 ，均属于酵母培养抽提物 。实践证明 ，此类产品在动物饲料中添加会取得很好的效果 。目前美国达农威公司产品市场售价60-70元/公斤 。本项目研制的酵母菌培养物中含有动物生长必需的IGF-1 ，能够补充幼年动物体内该因子分泌 ，促进动物快速生长 ，改变目前达农威公司对于该类产品的垄断局面 。
三 、产业集群储备技术及背景简介
中国是人口大国 ，也是世界第一养猪大国 。2018年 ，中国畜牧业产值达3.8万亿元 ，生猪出栏6.89亿头 ，其中母猪存栏4200万头 ，猪肉产量5487万吨 。根据农业部统计数据 ，2018年全国商业饲料产量达到2.29亿吨 。其中 ，全价饲料2.05亿吨 ，浓缩饲料2151万吨 ，预混料690万吨 ，包括猪料产量8974万吨 ，禽料产量9000万吨 ，水产饲料5300万吨 ，牛羊饲料850万吨 ，兔貉宠物等饲料350万吨 ，全国仔猪饲料600多万吨 。预计到2020年全国配合饲料产量将达到2.2亿吨以上 ，其中仔猪饲料将达到950多万吨以上 。
（1）发酵饲料生产技术及其应用
国家饲料工程技术研究中心经过10多年的不懈努力和技术提升 ，目前已经基本解决了发酵饲料不容易混合均匀 、混合后饲料容易发生霉变（局部水分过高）以及加入发酵饲料的配合饲料保质期短 ，只能在养殖场现配现用问题 。在发酵饲料添加比例不超过15%的条件下 ，可以与其它饲料（或饲料原料）充分均匀混合 ，没有局部水分偏高的问题 。再结合冷制粒工艺 ，可以使成品颗粒饲料的含水量保持在13%以下 。在不使用防霉剂的情况下 ，成品的保质期可以达到3个月而不发生霉变 ，使用效果明显优于常规饲料 。这种生物饲料可以在加工厂批量生产 ，不需要现配现用 ，市场前景巨大 。
（2）高效饲用酶制剂制备技术
饲料中心经过多年的研究 ，通过现代分子生物学 、基因工程技术 、发酵工程技术相结合 ，先后完成了高活力耐热甘露聚糖酶 、耐热木聚糖酶、葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶等多种饲料用酶制剂生产菌种的研发工作 ，并完成了相应的动物应用效果试验 。其中关于耐热甘露聚糖酶的研究 ，处于同类研究的国际领先水平 。对比数据见下表 。动物实验结果表明 ，在饲料中添加该酶制剂产品 ，可以有效提高饲料转化效率3-5% ，动物日增重提高5-8% ，具有非常好的经济效益前景 。
（3）小菌素MccB17和MccL异源高效表达技术
自然界生物对抗有害微生物最古老的方法之一, 就是产生能破坏微生物细胞膜的抗菌肽 。Microcins（Mcc）是肠杆菌科家族细菌分泌的小菌素 ，主要是大肠杆菌菌株分泌的 。它们组成一类低分子量抗菌肽（小于10 kDa） ，表现出比较窄的抗菌谱范围 ，主要针对microcin产生菌株物种系统相关的细菌 。因此 ，它们被认为是参与肠道内的微生物竞争。小菌素在动物饲料中的应用主要通过有效抑制动物体内病原菌的生长繁殖 ，从而提高动物的抗病能力 ，增强其对病原菌的免疫能力 ；微生物素添加到动物饲料中能有效抑制饲料中病原菌的生长繁殖 ，从而有效切断病原菌与动物的直接接触 。MccB17和MccL是两种具有高抗菌活性的小菌素 。利用毕赤酵母表达菌株可以达到1 mg/mL的表量 ，具有重要的应用前景 。
IGF-1（insulin-like growth factor -1）的全称为胰岛素样生长因子1 ，它是人体内肝细胞 、肾细胞 、脾细胞等十几种细胞自分泌和旁分泌的产物（也就是说人体内本身就含有IGF-1） 。其具体功能如下 ：降血糖 、降血脂、舒张血管 、促生长 、促细胞分化和创伤修复 。世界饲用酵母及其培养物产业面临三大难题 ：一是IGF-1活性性物质含量极低 ，几乎不具有IGF-1活性 ；二是制造成本高 ，污染重 ；三是实际饲喂效果不佳 。利用基因敲除技术 ，李德发院士创新团队成功构建了超高IGF-1活性的酵母表达系统 ，并探索出无污染和低成本发酵工艺技术 。利用该技术体系生产的超高IGF-1活性的酵母培养物能够显著促进畜禽生长及产奶产蛋 ，降低饲养成本 ，提高动物健康水平，具有十分广阔的应用前景 。
本项目首次利用超高IFG-1活性酵母表达系统 ，拟年产10万吨超高IGF-1活性饲用酵母 。项目独创采用“大罐深层气升式流加营养带渣粗料酶解发酵 、纳米膜分离 、超声波耦合异体自溶和分子蒸馏浓缩一体化”与“上游产品 、下游原料”和“不脱色 、不离交 、不结晶”的节能环保专利技术与超高IGF-1活性酵母表达系统结合 ，发酵生产富含超高IGF-1的酵母培养物 。综合技术的应用可使生产制造成本大幅度降低 ，发酵所产的酵母培养物中的IGF-1含量居国际领先水平 ，既保留了丰富的维生素和矿物元素营养 ，又基本不排放有机和无机废水 ，在世界范围内引起国内外同行密切关注 。
二、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）工程化制备技术技术简介
我国在20世纪70年代曾集中进行饲料酵母的开发 ，但因技术制约 、资源受限和成本过高而中断 。直到20世纪末期 ，我国利用酒精 、啤酒副产物生产饲料酵母方面积累了很多宝贵经验 ，才逐渐有了规模生产 。最近10多年来 ，随着绿色健康饲料的概念深入人心 ，酵母作为无毒 、无残留和无抗药性的饲料添加剂（饲料原料） ，逐渐得到市场的认可 ，前景广阔 。
目前 ，我国市场上酵母产品产量最大的是啤酒厂副产物——啤酒酵母粉 。2018年我国啤酒产量为3812.2万吨 ，啤酒酵母泥约占啤酒产量的0.15%(干物质) 。据此推算 ，利用啤酒酵母泥生产出来的干态啤酒酵母总量为7.35万吨 。目前国内啤酒酵母的50%~55%作为饲料使用 ，20%～35%用于加工酵母抽提物 ，提取物应用于生物医药 、食品调味料 、休闲食品及生物培养基等领域 ；5%～10%被加工成营养功能食品等 。
通过酵母表达系统进行IGF-1的生产 ，且产品以益生酵母复合IGF-1生产应用 ，对于缓解断奶应激 ，同时帮助调节肠道健康状况 ，降低死淘率 ，提高生产性能具有重要意义。同时 ，本产品可以有效减少仔猪生产中抗生素的使用 ，提高饲料的转化效率 ，减少过多养分排泄导致的养殖成本增加和对环境的污染 。酵母表达转化 、诱导和IGF-1生产 ：将构建好的酵母进行发酵 ，通过甲醇和乳糖进行诱导表达 ，无需进行产品的分离和纯化 ，可直接使用 ，也可以酵母膏的形式生产 。但是 ，遗憾的是目前国内尚没有一家真正能够产业化发酵生产富含IGF-1活性的酵母培养物的企业 。
根据不完全统计 ，2018年我国应用于饲料的酵母产品大约17.2万吨 。其中 ，啤酒酵母粉消费量达到14.8万吨 ，所占市场份额最高 ，跟其他几种产品相比 ，其价格最为低廉 ；酵母酶解物增幅最大 ，达到11万吨 ，增长率达到53.39% ，这也说明了酵母酶解物在畜禽水产饲料中越来越受到用户的肯定 。有研究表明 ，酵母酶解物在营养及适口性考究的乳猪教槽料上的应用 ，可有效替代配方中的血浆蛋白粉 、肠膜蛋白粉和鱼粉 ，且在转饲料保育料后的抗应激能力更强 ，后期增重速度更快 。酵母细胞壁多糖和活性干酵母增速也超过10% ，表明在养殖终端的应用也有了显著增长 。特别是自2018年8月 ，中国大陆爆发非洲猪瘟以来 ，广大养猪企业纷纷禁止使用血浆蛋白粉和肠膜蛋白粉 ，酵母酶解物等替代物需求量大幅度攀升 。保守估计 ：到2025年 ，中国酵母酶解物的年需求量将达到50万吨 ，全世界酵母酶解物的年需求量将达到250万吨 。
通过酵母表达系统进行IGF-1的生产 ，且产品以益生酵母复合IGF-1生产应用 ，对于缓解仔猪断奶应激 ，同时帮助调节仔猪肠道健康状况 ，降低死淘率 ，提高生产性能具有重要意义。同时 ，本产品可以有效减少仔猪生产中抗生素的使用 ，提高饲料的转化效率 ，减少多余养分排泄导致的养殖成本增加和对环境的污染 。酵母表达转化 、诱导和IGF-1生产 ：将构建好的酵母进行发酵 ，通过甲醇和乳糖进行诱导表达 ，无需进行产品的分离和纯化 ，可直接使用 ，也可以酵母膏的形式生产 。
本项目的产品与美国达农威公司的产品益康XP有相似的功效 ，均属于酵母培养抽提物 。实践证明 ，此类产品在动物饲料中添加会取得很好的效果 。目前美国达农威公司产品市场售价60-70元/公斤 。本项目研制的酵母菌培养物中含有动物生长必需的IGF-1 ，能够补充幼年动物体内该因子分泌 ，促进动物快速生长 ，改变目前达农威公司对于该类产品的垄断局面 。
三 、产业集群储备技术及背景简介
中国是人口大国 ，也是世界第一养猪大国 。2018年 ，中国畜牧业产值达3.8万亿元 ，生猪出栏6.89亿头 ，其中母猪存栏4200万头 ，猪肉产量5487万吨 。根据农业部统计数据 ，2018年全国商业饲料产量达到2.29亿吨 。其中 ，全价饲料2.05亿吨 ，浓缩饲料2151万吨 ，预混料690万吨 ，包括猪料产量8974万吨 ，禽料产量9000万吨 ，水产饲料5300万吨 ，牛羊饲料850万吨 ，兔貉宠物等饲料350万吨 ，全国仔猪饲料600多万吨 。预计到2020年全国配合饲料产量将达到2.2亿吨以上 ，其中仔猪饲料将达到950多万吨以上 。
（1）发酵饲料生产技术及其应用
国家饲料工程技术研究中心经过10多年的不懈努力和技术提升 ，目前已经基本解决了发酵饲料不容易混合均匀 、混合后饲料容易发生霉变（局部水分过高）以及加入发酵饲料的配合饲料保质期短 ，只能在养殖场现配现用问题 。在发酵饲料添加比例不超过15%的条件下 ，可以与其它饲料（或饲料原料）充分均匀混合 ，没有局部水分偏高的问题 。再结合冷制粒工艺 ，可以使成品颗粒饲料的含水量保持在13%以下 。在不使用防霉剂的情况下 ，成品的保质期可以达到3个月而不发生霉变 ，使用效果明显优于常规饲料 。这种生物饲料可以在加工厂批量生产 ，不需要现配现用 ，市场前景巨大 。
（2）高效饲用酶制剂制备技术
饲料中心经过多年的研究 ，通过现代分子生物学 、基因工程技术 、发酵工程技术相结合 ，先后完成了高活力耐热甘露聚糖酶 、耐热木聚糖酶、葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶等多种饲料用酶制剂生产菌种的研发工作 ，并完成了相应的动物应用效果试验 。其中关于耐热甘露聚糖酶的研究 ，处于同类研究的国际领先水平 。对比数据见下表 。动物实验结果表明 ，在饲料中添加该酶制剂产品 ，可以有效提高饲料转化效率3-5% ，动物日增重提高5-8% ，具有非常好的经济效益前景 。
| 比较内容 | 本中心耐热甘露聚糖酶 | 国内企业在产甘露聚糖酶 |
| 耐热性 | 耐受饲料制粒温度 | 制粒耐受性差 |
| 耐酸性 | 极强 ，猪胃酸中3h不损失 | 一般 |
| 蛋白酶耐受性 | 强 ，损失不超过10% | 损失超过30% |
| 猪饲料添加剂量 | 400 U/kg | 800-1000U/kg |
| 经济效益 | 显著 | 一般 |
自然界生物对抗有害微生物最古老的方法之一, 就是产生能破坏微生物细胞膜的抗菌肽 。Microcins（Mcc）是肠杆菌科家族细菌分泌的小菌素 ，主要是大肠杆菌菌株分泌的 。它们组成一类低分子量抗菌肽（小于10 kDa） ，表现出比较窄的抗菌谱范围 ，主要针对microcin产生菌株物种系统相关的细菌 。因此 ，它们被认为是参与肠道内的微生物竞争。小菌素在动物饲料中的应用主要通过有效抑制动物体内病原菌的生长繁殖 ，从而提高动物的抗病能力 ，增强其对病原菌的免疫能力 ；微生物素添加到动物饲料中能有效抑制饲料中病原菌的生长繁殖 ，从而有效切断病原菌与动物的直接接触 。MccB17和MccL是两种具有高抗菌活性的小菌素 。利用毕赤酵母表达菌株可以达到1 mg/mL的表量 ，具有重要的应用前景 。
