CN105733981A - 微生物生物质、饲料产品/组分以及它们的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于生产微生物生物质的方法，包括：a)提供包括微藻和细菌的微生物混合群；b)向所述微生物混合群中添加碳源；c)向所述微生物混合种中添加氮源；d)在同时适于所述微藻和细菌生长的条件下培养所述微生物混合群以形成微生物生物质；并且e)收获所述微生物生物质。本发明还提供一种微生物生物质、一种饲料产品或组分、微生物生物质或者饲料产品或组分的用途以及使用本发明的微生物生物质或者饲料产品或组分养殖水生物种的方法。

Description

微生物生物质、饲料产品/组分以及它们的生产方法
本申请为分案申请，其原申请的申请日为2009年4月30日，申请号为200980115707.4，名称为“微生物生物质、饲料产品/组分以及它们的生产方法”。
技术领域
本发明涉及一种用于水生物种的微生物生物质、饲料产品或组分，用于生产微生物生物质的方法，用于生产饲料产品或组分的方法，使用所述微生物生物质和所述饲料产品或组分养殖水生物种的方法以及本发明的微生物生物质和饲料产品或组分的用途。具体地，本发明涉及微生物生物质，饲料产品或组分，用于生产微生物生物质和饲料产品或组分的方法，使用所述微生物生物质和所述饲料产品或组分养殖水生物种的方法以及所述微生物生物质和所述饲料产品或组分的用途，所述微生物生物质和所述饲料产品或组分利用了包括微藻和细菌的微生物混合群。
背景技术
微藻在水产养殖中用作软体动物类(molluscs)、甲壳动物类(crustaceans)和某些鱼类的饲料，并且用于水产养殖食物链中使用的浮游动物的饲料。因此，在澳大利亚的环境中，微藻在太平洋珍珠贝、对虾、澳洲肺鱼(barramundi)和幼年鲍鱼以及其他新兴物种的幼虫生产起到关键作用。多年以来，已经试验了数百种微藻作为食物的可能性，但可能只有不到20种获得了成功并得到广泛应用。微藻必须具有若干关键特性才能作为可用的水产养殖物种。它们必须具有适合被摄入的大小(例如对于滤食动物为1-15微米)并必须容易被消化。它们必须有快的生长速度、可大量培养，并且还必须在培养系统中可能发生的任何温度、光照和营养素波动的情况下在培养中保持稳定。最后，它们必须具有良好的营养组成，包括不含可在食物链中传递的毒素。
各种微藻种的营养价值可明显不同，并且营养价值可随不同的培养条件改变。然而，经仔细选择的微藻混合物可为动物幼虫直接或间接(通过浮游动物的富集)地提供极好的营养块。已被发现具有良好营养性质——以单物种或在混合饮食中——的微藻包括钙质角毛藻(C.calcitrans)、牟氏角毛藻(C.muetteri)、鲁兹帕夫藻(P.lutheri)、等鞭金藻属种(Isochrysissp.)(T.ISO)、亚心形扁藻(T.suecica)、中肋骨条藻(S.costatum)和假微型海链藻(Thalassiosirapseudonana)。
通常，微藻可提供蛋白的丰富来源，并具有均衡的氨基酸组成。尽管微藻的总组成可影响营养价值，但营养价值是可能具有最大影响的其他关键营养素的平衡。多不饱和脂肪酸(PUFA)尤其是二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)和花生四烯酸(AA)——已知它们为多种幼虫所必需——在不同纲和不同种的藻类之间有显著不同。尽管大多数物种具有中到高浓度的EPA，但很少有物种富含DHA。等鞭金藻属种(T.ISO)、鲁兹帕夫藻(Pavlovalutheri)、小微单胞藻(Micromonaspusilla)和盐沼隐藻(Rhodomonassalina)是富含DHA的微藻的实例。
用于微藻大量培养的室内用典型系统包括细口大玻璃瓶(10-20L)、聚乙烯袋(100-500L)和桶(1000-5000L)。这些系统通常以分批或连续方式操作。对于更大的体积，使用以半连续方式操作的室外水箱或水池。根据其规模，孵化场每天可生产几百到几万升藻类。对于这些标准系统，细胞密度为每毫升105-107个细胞，生产成本可为50-200美元或孵化场经营成本的20-50％。对于藻类生产存在明显的规模经济，因此生产成本对较小的孵化场变得尤其大。因此，已进行了很多努力以获得更具有成本效益的生产系统。
大体积室外系统的已知困难之一是，它们容易遭受微生物污染。虽然可以获得微藻单种培养物，但这需要严格的培养环境，例如高盐度和/或高碱度。相比之下，虽然室内封闭系统可实现单种藻类培养，但作为水产养殖业的微藻来源过于昂贵，因而更适合高价值应用，例如医药生产。
因此，需要用于生产可收获用作水产养殖饲料的微藻生物质的改进的、经济的、大规模方法。
本申请人已发现，在同时促进微藻和细菌的生长的条件下培养微生物混合群落可产生作为水产养殖用饲料的性质改善的微生物絮凝物。例如，用添加有所述微生物絮凝物的饮食喂养的虾和龙虾与用常规饮食喂养的虾和龙虾相比表现出更快的生长速度。与之前的用于生产水产养殖用微藻生物质的方法相比，通过添加可被细菌利用的碳源实际上促进了细菌的生长。
因此，产生的微生物絮凝物含有大量细菌源的生物质。以前，细菌会被看作污染物。
发明内容
因此，本发明提供一种用于生产微生物生物质的方法，包括：
a)提供包括微藻和细菌的微生物混合群；
b)向所述微生物混合群中添加碳源；
c)向所述微生物混合群中添加氮源；
d)在同时适于所述微藻和细菌生长的条件下培养所述微生物混合群以形成微生物生物质；并且
e)收获所述微生物生物质。
本申请人已经发现，当培养基中的碳：氮比例在6:1和18:1之间时，所述微生物絮凝物的产量增加。所述微生物混合群还可包括微藻、酵母、真菌、原生生物、小型浮游生物和细菌。
在一个实施方案中，所述碳源为低价值农业废料，其在所述微生物絮凝物的生产中可进一步节约成本。
所述培养可在与封闭系统例如生物反应器不同的开放系统例如水箱、水池或水沟中进行。以前，这些开放系统由于可能的细菌污染而被认为不是获得用于水产养殖和其他应途的微藻的理想手段。然而，由于本文所述方法的基础是除了促进微藻生长之外还促进细菌生长，因此所谓的细菌“污染”不再是问题。
在本发明的方法中，所述培养步骤d)可在开放容器中进行。具体地，所述培养步骤d)可在包括但不限于水箱、水沟或水池的开放系统中进行。
当在水池中培养所述微生物生物质时，所述水池可用一个或多个聚合物薄板加上衬里。所述聚合物薄板可由合适的材料包括但不限于高密度聚乙烯(HDPE)制成。然而，所述水池还可沿着边缘和堤(bank)用聚合物薄板部分地加上衬里。所述水池还可不加衬里。
当在水沟中培养所述微生物生物质时，所述水沟可用一个或多个聚合物薄板给加上衬里。所述聚合物薄板可由合适的材料包括但不限于高密度聚乙烯(HDPE)制成。所述水沟还可位于为其遮风挡雨但允许阳光完全穿透的结构内。
当在水箱中培养所述微生物生物质时，所述水箱可位于为其遮风挡雨但允许阳光完全穿透的结构内。所述培养系统中水的优选深度可为0.5-3m、1-2.5m、1-1.5m、1-1.25m或约1m。然而，所述生物质还可培养于更浅或更深的水中。
在本发明的方法中，所述培养步骤d)可在盐水环境中进行。所述培养步骤d)可在包括但不限于海水、海水淡化厂的废盐水、内陆盐水等的盐水环境中进行。当所述培养步骤d)在海水中进行时，所述盐水可为盐度为5-60ppt、10-50ppt、15-40ppt、20-35ppt或30-35ppt的海水。然而，这不应将所述培养生物质的步骤限制在这些盐度之内，因为还可在具有更低或更高盐度的水中进行培养。
本发明的方法还包括在所述碳源和氮源的存在下将包括微藻和细菌的微生物混合群剧烈混合以保持所述微生物生物质的絮凝颗粒悬浮的步骤。悬浮的微生物生物质的絮凝颗粒(微生物絮凝物)还可包括微藻、细菌、酵母和真菌、有机碎屑物质、原生生物和其他微生物的混合物。
本发明的方法还可包括将收获的生物质干燥以形成饲料产品或饲料组分的步骤。
在本发明中所用的碳源可为被本发明方法中的细菌利用的碳源。在本发明的一个方面中，全部或大部分的所述碳源可被所述细菌利用。所述碳源还可被所述细菌和/或微藻利用。所述碳源可选自废弃的大体积、低价值农业物质和农业废料。所述低价值农业物质可包括来自对甘蔗(包括糖蜜)、稻、小麦、黑小麦、玉米、高粱、木薯、含油种子(oilseed)(包括油菜籽粕(canolameal)和羽扇豆荚(lupinhull))进行加工的产品、副产品或废物流(wastestream)，以及谷物加工厂的粮仓粉尘(elevatordust)。其他碳氮源可包括饲料加工厂的生产废料和酿酒厂用过的谷物产品。本发明的碳源还可为磨碎或筛分的物质。在一个具体实例中所述碳源可为羽扇豆、油菜籽(canola)、花生或其他含油种子的壳，所述壳已被磨碎或筛分至可使这些颗粒通过筛孔大小为2mm的筛的小粒径。
所述氮源可为任何在经济上和环境上合适的产品，例如尿素、氨、硝酸铵、磷酸铵化肥，以及包括水产养殖池排出的废水的有机氮源。还可将其他氮源加入所述培养系统中。培养开始时所述培养系统中总氮浓度可为10-30mg/L，或者为约20mg/L。
本发明的第二方面提供由本发明的方法特别是本发明的第一方面生产的微生物生物质。
本发明的第三方面提供包括微生物混合群的饲料产品，所述微生物混合群包括微藻和细菌，其中细菌与微藻的干重比为约20:1到约0.4:1。对所述微藻进行的定量可基于所述微生物生物质所含叶绿素a的含量，而对所述细菌进行的定量可基于胞壁酸的含量。
本发明的另一方面提供包括微生物混合群的饲料产品或饲料组分，所述微生物混合群包括微藻和细菌，其中所述细菌以干物质计约5wt％到约25wt％的量存在，而微藻以干物质计10wt％到约80wt％的量存在。所述饲料产品或饲料组分还可包括以干物质计约5wt％到约20wt％的量的细菌。所述饲料产品或饲料组分可包括至少5-20wt％的本发明的微生物生物质。
当所述微生物生物质用作饲料组分以形成饲料产品时，可将所述微生物生物质与粘合剂(例如麦麸、藻酸盐或淀粉)、另外的蛋白源(例如鱼粉、乌贼粉、磷虾粉、大豆粉、羽扇豆粉、麦麸粉)、富含碳水化合物尤其是富含淀粉的组分(例如小麦粉、米糠、木薯粉、米粉、玉米粉)、脂质源(例如鱼油、乌贼油、磷虾油、植物油、大豆油、油菜油、大豆卵磷脂)、适于目的物种的维生素混合物、适于目的物种的矿物质混合物以及其他营养添加剂。
本发明的第四方面提供其量可向一种水生物种的动物有效地提供营养素的本发明生物质或者本发明饲料产品的用途。
本发明的第五方面提供一种养殖水生物种的方法，包括向一种水生物种的动物饲喂如下量的本发明生物质或本发明饲料产品的步骤，所述量可向所述水生物种有效地提供营养素。
所述水生物种可选自鱼类、甲壳动物类和软体动物类。所述鱼类可选自大西洋鲑鱼(AltanticSalmon)、澳洲肺鱼(barramundi)和军曹鱼(cobiatrout)。所述甲壳动物类可选自虾、龙虾和蟹。所述软体动物类可选自牡蛎、扇贝和鲍鱼。
本发明来自如下发现：碳源经水生微生物的非纯性多物种培养而进行生物转化衍生出的产物可生产水产养殖物种和其他家畜的有用食物、饲料组分和生物活性化合物。
本发明的方法还可包括以下步骤：在所述微生物生物质的生产中优化营养素水平以及易于利用的碳源和氮的碳氮比(C:N比)。
可包括在优化营养素水平的步骤中的营养素选自磷酸盐、硅酸盐及它们的混合物。所述磷酸盐可选自KH2PO4、过磷酸盐、重过磷酸盐、三重过磷酸盐、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸石和Agras。
所述培养系统的硅酸盐浓度可被调节至20mg/L-163mg/L的硅酸盐。硅石与氮的比例可以不小于1.5:1。
KH2PO4可按照提供2:1到20:1、3:1到18:1、4:1到16:1、4:1到14:1或5:1到10:1的P:N比的量加入。其他P:N比可为5.1:1、5.2:1、5.3:1、5.4:1、5.5:1、5.6:1、5.7:1、5.8:1、5.9:1、6.0:1。所述培养系统的水中磷浓度可与氮含量成比例地存在。P:N比可为约5.8:1(P:N)。可通过加入含有磷酸盐的化肥例如磷酸二氢铵而使所述培养水的磷酸盐浓度增加至此水平。所述培养系统水的磷酸盐浓度可被调节至90mg/L到少于710mg/L。
所述硅酸盐可选自硅酸钠、偏硅酸钠(Na2SiO3.5H2O)、水玻璃和硅酸钾。
所述硅酸源可按照提供1:1到5:1、1:1到4.5:1、1:1到4.0:1、1:1到3.5:1、1:1到3.0:1、1:1到2.5:1、1:1到2.0:1、1:1到1.5:1的Si:N比的量加入。
在本发明方法中优化营养素水平和C:N比的步骤还可包括低至5mgL-1的氮源水平和任何可利用的碳源，包括任何农作物废料。所述C:N比可为2:1到24:1、3:1到20:1、4:1到18:1、5:1到18:1或6:1到18:1。其他C:N比可为10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、21:1、22:1、23:1和24:1。本发明的C:N比的某些具体实例包括6:1、12:1和18:1。我们还已发现，当培养基中的碳:氮比在特定比例之间(6:1至18:1)时所述微生物絮凝物的产量增加。
本发明的方法还可包括通过磨碎和筛分而优化所述碳源的表面积与体积比以提高生物转化为有用食品或饲料组分的效率的步骤。
本发明方法的产品和本发明的饲料包括每2.4t水箱0.1kg到每2.4t水箱1.1kg的干微生物生物质的产量，从精(<710μm)有机碳物质产生最高量的干微生物生物质和微生物蛋白(参见实施例2)。
湿微生物生物质可通过合适的手段例如空气干燥或冷冻干燥进行干燥。可使所述干微生物生物质的水含量减少到低于15％或低于10％。可将从每个培养系统中收获的干生物质样品称重并使用标准分析方法分析以测定干物质、粗蛋白、总脂质和灰分。
所述干微生物生物质可以所述组分混合物5-15％或5-10％的水平包括在饲料配方中。所述干微生物生物质可按照与任何其他干饲料组分相同的方式使用。
所述生物质的优选用途可首先为作为动物饲料添加剂；其次作为水生动物饲料添加剂；再次作为软体动物类、甲壳动物类和鱼类的饲料添加剂。
在所述培养步骤中微生物的来源可包括起子培养物或者培养系统所用的水中存在的或自然出现的一种或多种微生物。所述培养步骤可利用用于注满所述水池、水沟或水箱的水中存在的任何微生物群落。此群落可成为用于本发明方法的微生物起子培养物。用于注满所述培养水池、水沟或水箱的水可为取自任何水源的天然的、未过滤的海水，所述水源包括但不限于海洋水或江河水、水产养殖池的废水或前培养物在收获所述微生物絮凝物后的回收水。
微生物起子培养物还可补加以微藻和/或细菌培养物的自然群体。可将其他起子培养物在所述培养步骤加入水中以补充已有的微生物群落，所述其他起子培养物包含取自富含微藻和细菌的源的水。也可将一个特定群的微藻或细菌加入所述培养系统的混合微生物群落中以加速或改善微生物生物质生产的质或量。可通过进行另外的步骤在本发明的方法中抑制在所述培养系统中不想要的微藻种(例如蓝绿藻)的生长。这些另外的步骤包括在所述培养系统中改变通气水平，排出含有不想要的微藻的表层水，改变pH、碱度或者磷酸盐或硅酸盐浓度。
当补加微藻培养物时，所述微藻可为硅藻。当补加细菌培养物时，所述培养物可为硝化细菌。
用于注满所述培养系统的水源可含有高水平的营养素，尤其是氨、硝酸盐、亚硝酸盐和含氮有机化合物例如但不限于蛋白和氨基酸形式的氮。
本发明方法中的所述培养步骤可包括搅拌以保持颗粒物质(包括絮凝物)悬浮。搅拌水可对其通气，确保在所述培养系统的底部不形成缺氧区域。所述搅拌可通过合适的手段实现，所述手段包括例如选自叶轮式充气器、空气喷射充气器、压缩空气设备和气升设备的充气器。
本发明的方法还可包括将所述培养系统的pH保持在7.3-8.3。所述pH可使用合适的碱性物质提高，所述碱性物质例如但不限于选自熟石灰、Aglime、白云石和碳酸钠的物质。
培养所述微生物生物质的步骤可连续进行直至大部分碳源分解并转化为所述絮凝生物质。这可通过对生物质的显微镜检查确定。根据生产经济、所用的碳源和进行培养的具体条件，所述培养步骤进行的时间可为约4到约8周，
本发明方法的收获步骤可包括使所述培养系统的内含物通过过滤设备。所述过滤设备可为筛式过滤器(screenfilter)，例如鲸须过滤器(Baleenfilter)，或者连续流动离心设备以浓缩所述微生物生物质。可使通过所述过滤器或通过所述离心机的液体回流到培养水池、水沟或水箱中以为下一批微生物生物质提供水、某些营养素和起子培养物。
可挤压所收获的生物质以除去更多的保持水，然后快速干燥。干燥可在高气流和适中温度下快速进行。所述温度可为40-80℃。或者，可在高气流和较低温度40℃下干燥或可在12小时内干燥，发生或不发生分解。干燥的产品可含有少于10％的水分。
所述微生物生物质还可包含占干生物质5％的最低细菌含量。
具体实施方式
实施例
实施例1(微生物生物质的培养)
为在微生物生物质生产中获得氮的最佳水平的指示和易于利用的碳源，进行了第一项实验。所述实验由12个处理构成，其中每组都包括两个同样的水箱。所述处理包括在12个水箱中的4个氮(N)浓度(表1)。所述氮源为尿素化肥。将木薯淀粉形式的有机碳与每个浓度的N一起加入到两个同样的水箱中以使C:N比为6:1、12:1和18:1(表1)。用于培养所述微生物生物质的水箱为位于使自然光线衰减最小并使水温保持在25-33℃的园艺隧道室(horticulturaltunnelhouse)中的圆形玻璃纤维水箱(2450L工作体积)。
用过滤的海水(20μm)注满所述水箱，5周后开始所述实验。通过向每个水箱中加入20L从ClevelandPoint,MoretonBay,Queensland采集的未过滤海水而加入另外的微生物。使所述水箱系统中的水循环过混合水箱并泵回到所述水箱中从而使水基本上是单质的。通过向每个水箱中加入少量的营养素而促进微藻水华(bloom)：0.53g尿素、0.1843gKH2PO4和2.8gNa2SiO3.5H2O。一旦实现水华，就停止所述循环，并进行指定的尿素、木薯淀粉处理。同时，向所有水箱中加入等量的磷酸盐(以KH2PO4的形式)和硅酸盐(Na2SiO3.5H2O)。向所述水箱中加入KH2PO4以提供5.8:1的P:N比，并加入Na2SiO3.5H2O以提供1.5:1的Si:N比。
通过猛烈通气和使用气升设备使所述水箱中的营养素和颗粒物质保持混合和悬浮。37天后，从一个水箱中一次性收获所述微生物生物质。此操作耗时3天。首先关闭通气，使所述微生物生物质和颗粒物质沉淀。1小时后，将水通过接近表面处的滤袋吸出直至到达沉淀的生物质。然后使剩余的含有大量生物质的水通过所述滤袋。当水通过滤袋的速度慢至不可接受时，拧所述滤袋并将过滤的生物质转移到塑料袋中，然后立即冷冻。继续此过程直至所述水箱中的全部水都已被过滤。
将湿微生物生物质称重，在不锈钢托盘上铺开，并在40℃的高气流干燥炉中放置2天。使所述干微生物生物质的水含量减少到低于10％。对从每个水箱中收获的干生物质进行称重并使用标准分析方法进行分析以测定干物质、粗蛋白、总脂质和灰分含量(表2)。结果表明生物质的产量随着N加入的增加而提高，但在N加入为20mgL-1时去除效率(retentionefficiency)最佳。12:1的C:N比似乎提供所述生物质生产的最佳效率，尽管18:1的C:N比趋于产生更多的蛋白。
表1.对于用于培养微生物生物质的2450L水箱的处理和加入尿素、木薯淀粉、KH2PO4和Na2SiO3.5H2O的量
表2.实施例1中每个水箱的产量和培养的干微生物生物质的组成。以干物质计的粗蛋白、总脂质和灰分含量。
实施例2(使用羽扇豆荚进行的微生物生物质的培养)
为评估羽扇豆荚作为微生物生物质培养的低成本碳源的用途并且为比较使用羽扇豆荚和木薯淀粉获得的产量而进行此实施例。所述羽扇豆荚是加工羽扇豆种子以获得羽扇豆仁的副产物。将羽扇豆荚样品通过锤式碾磨机以减小它们的大小并因此提供更大的表面积与体积比。预计这会加快所述培养水箱中的微生物群落对羽扇豆荚物质的生物转化速度。磨碎的物质似乎包含两种宽粒径级分，用710μm的筛进行筛分以分离它们。所述两种级分提供两种碳源。对所述级分的分析显示了相似组成中的细微差别(表3)。精制羽扇豆纤维被包括作为另外的处理，其是一种商业上制备的并被食品工业用作纤维添加剂的产品。
所述实验包括基于6种碳源的处理，在一个完全随机的设计中对每种处理分配两个相同的水箱。所述处理为：(A)对照，不加入碳源；(B)木薯粉；(C)精制羽扇豆纤维；(D)细羽扇豆荚物质；(E)粗羽扇豆荚物质；和(F)未磨碎的羽扇豆荚。用于培养所述微生物生物质的水箱为位于园艺隧道室一侧下方的圆形玻璃纤维水箱(2450L的水体积)。所述隧道室可使自然光线衰减最小并可使水温保持在25-33℃。用未过滤海水(20L)和过滤的海水混合物注满所述水箱的每一个，4周后开始所述实验。加入营养素以开始微生物的起子培养(每个水箱0.53g尿素和0.1843gKH2PO4)。
使所述水循环过混合水箱并泵回所述水箱中从而确保在实验开始前所有水箱中的微生物群落和营养素浓度相同。一旦实现水华，就停止所述循环，并对各个水箱进行指定的尿素和碳源处理。
加入尿素提供20mgL-1的N(每水箱105g尿素)，并加入碳源以提供12:1的C:N比(每水箱1.323kg)。此外，向全部水箱中加入KH2PO4以使P:N比为5.8:1(每水箱509g)。通过在每个水箱中猛烈通气和使用气升设备使所述水箱中的营养素和颗粒物质保持混合和悬浮。
39天后，从一个水箱中一次性收获所述微生物生物质。此操作耗时2天。首先关闭通气，使所述微生物生物质和颗粒物质沉淀。1小时后，将水通过接近表面处的滤袋吸出直至到达沉淀的生物质。然后使剩余的含有大量生物质的水通过所述滤袋。当水通过滤袋的速度慢至不可接受时，拧所述滤袋并将过滤的生物质转移到塑料袋中，然后立即冷冻。继续此过程直至所述水箱中的全部水都已被过滤。将湿微生物生物质称重，在不锈钢托盘上铺开，并置于40℃的高气流干燥炉中2天。
使所述干微生物生物质的水含量减少到低于10％。对从每个水箱中收获的干生物质样品进行称重并使用标准分析方法(AOAC1991)进行分析以测定干物质、粗蛋白、总脂质和灰分含量(表4)。
结果表明，粗蛋白的最高浓度出现在使用木薯粉作为碳源进行培养的微生物生物质中。然而，此处理产生的生物质的量最低。
湿生物质的产量是不同的，其中最大量的干微生物生物质是在含有细羽扇豆(<710μm)物质的水箱中产生。平均起来，此实验得到的产量为约1kg/2.4吨水箱。所述实验表明，羽扇豆荚是一种培养微生物生物质的有效碳源，并且精细研磨豆荚提高了微生物蛋白的产量。
表3.用于微生物生物质培养的碳源的组成。除非另有指明，结果以DM％计。ADF＝耐酸性去污剂纤维(aciddetergentfiber)
*％，按来样计算(asreceived)
表4.使用木薯和羽扇豆荚作为碳源培养的微生物生物质的产量(空气干燥的生物质)和组成。结果来自两个相同水箱。组成数据表示为以干物质计的％。ADF＝耐酸性去污剂纤维
实施例3.
此研究的目标是研究当加入到用于黑虎虾(blacktigershrimp)——斑节对虾(Penaeusmonodon)的饲料中时多种微生物生物质培养物的营养价值的差异。所述微生物生物质是按照实施例1和2的概述，在Cleveland用CSIRO设备在2500L水箱中生产的。此研究在清水水族馆系统中进行。
所述实验包括用基础饮食和均含有100gkg-1的来自不同培养批次的干微生物生物质的一系列15种饮食进行的35天饲喂试验。所述基础饮食和三种试验饮食的配方示于表1以说明配制所述饮食的方式。
在配制过程中，粗蛋白含量和脂肪含量(75gkg-1DM)在所有饮食中都被保持在相同水平上(分别为420gkg-1和75gkg-1DM)。所述试验饮食中包括相同水平(100gkg-1)的所述干微生物生物质，并调节酪蛋白、植物油混合物和小麦淀粉的量以平衡所述配方。将称重后的组成在行星式搅拌机中彻底搅拌，然后加入体积等于组分干重的大约40％的水，继续搅拌以形成脆的生面团(crumblydough)。将所述生面团挤压通过HobartA-200搅拌机(HobartCorporation,Troy,OH,USA)的绞肉机附件。将挤压出的意大利面条状的条带(直径约3mm)在常压蒸锅(Curtin&Son,Sydney,Australia)中蒸煮5分钟，在强制通风橱中和40℃下空气干燥过夜并分成5-8mm长的小段(pellet)。将所述小段保存在-20℃下直至使用。
斑节对虾幼虫是从澳大利亚昆士兰州北部的商业虾养殖场获得的。将它们保持于克利夫兰的CSIRO海洋研究实验室的2500L水箱中约1周，然后转移至用于所述实验的较小水箱中。当保持于所述2500L水箱中时，每日用市售斑节对虾饲料(CP#4004,CPFeeds,SamutSakorn,Thailand)饲喂所述虾两次。所述水箱被充以保持在28±0.5℃温度下的流动的、经过滤的海水(盐度32到36‰)。对于所述生长反应实验，使用圆形的白色聚乙烯室内水箱(120L容积、600mm直径)的阵列。每个水箱被充以600mLmin-1的速度流动的经过滤的(10μm)和加热的海水以使水箱温度保持在29±0.5℃，并用单个气泡石进行补充充气。每日监测水温并在整个实验过程中保持12小时光照:12小时黑暗的光周期。
在实验开始之前，将所述虾各个称重并按大小分级别使得一个级别内的虾具有不超过0.5g的重量范围。将2.5g和3.6g之间的虾用于此实验。将所述虾分散在水箱阵列中，每个水箱6只虾，使得所有水箱中的生物质都相似。
使所述虾适应所述水箱条件和基础饮食7天，然后在所述实验开始时再次各个称重。在此次称重时，向每个水箱中只放回5只虾以进一步降低水箱中各个虾和生物质的重量范围的变异性(平均值±标准偏差＝3.2±0.30g)。
在25天后和在第35天所述实验结束时将所述虾再次称重。在所述实验过程中，每天给所述虾饲喂其指定饲料的经重量配额两次，通常在08:30和17:00。每天下午清洁所述水箱并使用0-4的等级记录所述水箱中未吃掉的饲料的量。
根据此值调节次日的饲料配额，目的是使未吃掉的饲料的量最少并且同时确保生长不被连续的喂食不足限制。任何死亡或失踪的虾在24小时之内用相似大小的带有标记的虾替换。带有标记的替换虾用于保持所述水箱中的恒定养殖密度但不被包括在用于分析生长反应或存活的数据中。尽管各个虾的重量都被记录下来，但只有每个水箱中未标记的虾的平均重量用于数据分析。
实验结果示于表2。在大多数处理中存活率都较高，所述实验的平均值为85％。对于15种饮食中的11种，在所述饲料中加入微生物生物质导致了生长的显著增长。在任何情况下用含微生物生物质饮食获得的生长在数值上不如用基础饮食获得的生长的情况。通过在所述饲料中加入微生物生物质获得的生长较用基础饮食获得的生长的平均增长为35％(sd＝10.5％)。
见下表1。说明所述饮食配制方式的基础饮食和三种试验饮食的组分组成。
表1
表2.饲喂所述试验饮食4周的虾的生物反应参数。收益是用所述试验饮食和基础饮食获得的生长之间的差别，表示为基础饮食的百分数。虾的初始重量(平均值±标准偏差＝3.2±0.3g)
实施例4
此研究的目标是测量当黑虎虾(blacktigershrimp)斑节对虾(Penaeusmonodon)在绿水培养环境生长时，在虾的饲料中加入干微生物生物质的效应。
所述实验涉及基于四种饮食的处理，每种处理分配6个相同的2500L水箱。所述饮食包括基础饮食和两种分别含有50和100gkg-1干微生物生物质水平的饮食。所述饮食包含基础物(900gkg-1)——其为市售虾饲料(开口饲料,RidleyAquaFeeds,Narangbar,QId,Australia)与剩余部分(100gkg-1)的未加工饲料组分混合物，所述剩余部分包含酪蛋白、羽扇豆糠和地蛤壳(groundclamshell)的混合物，以及/或者干微生物生物质(参见表1)。
将称重后的组分在行星式搅拌机中彻底搅拌，然后加入体积等于组分干重的大约40％的水，继续搅拌以形成脆的生面团。将所述生面团挤压通过HobartA-200搅拌机(HobartCorporation,Troy,OH,USA)的绞肉机附件。将挤压出的意大利面条状的条带(直径约3mm)在常压蒸锅(Curtin&Son,Sydney,Australia)中蒸煮5分钟，在强制通风橱中和40℃下空气干燥过夜并分成5-8mm长的小段。将所述小段保存在-20℃下直至使用。
将24个2500L玻璃纤维水箱安放在园艺隧道室中。向所述水箱注满海水，在底部不含沙子衬底，并各个均配备有网网状状充充气气物物((aaeerraattiioonn))。所有水箱的水供应作为一体的水在半封闭的系统中循环。通过用热交换器加热水而将水箱水温保持在小范围内，确保最低温度为27.5℃。当在炎热的晴天下需要时，在整个隧道室上盖上遮光布顶棚以防止水温上升超过33℃。
所述实验开始前2周，将从ClevelandPoint,MoretonBay,Queensland采集的20L未过滤海水加入所述水箱的每一个中，再用实验室供给的经过滤的海水注满所述水箱。然后用尿素在所述水箱中轻度施肥以实现微藻水华。在整个实验过程中，效法虾池管理，视需要通过放出并置换水来调节水中的微藻水华和营养素水平。
从昆士兰中部的商业虾养殖场(Seafarm,Cardwell,Qld)采集超过2000只3.5-6.0g的虾。将所述虾在所述虾养殖场称重并置于托运箱中，所述托运箱被分配到具体的水箱。每个水箱分配75只虾，使得在水箱之间大小组成和平均重量相似并且无显著不同(平均值±标准偏差＝3.2±0.3g)。在到达克利夫兰的CSERO设施后，所述虾被直接放入指定的水箱中，实验开始。
每天用其指定饲料饲喂所述虾3次(通常在06:00、11:00和17:00)。在每个水箱中，全部饲料都被置于两个饲喂托盘(直径300mm)上。在即将进行下一次饲喂之前取出所述饲喂托盘，并且评估饲料剩余量。按照饲喂托盘上剩余的饲料判断，对所述虾饲喂重量配给量至饱足。4周后，在排空每个水箱并得到全部虾后测量生长、FCR和存活率。每天在05:00和14:00通过使用数据记录器(YSI)测量全部水箱中的DO、温度、pH、浑浊度、盐度来监测全部水箱中的水质两次。还每周采集水样品用于营养素分析(铵、溶解的氮、硝酸盐)。此外还测量荧光(叶绿素)和光照衰减。
结果示于表2。所述虾的虾生长速度很快并随着加入的干微生物生物质的增加而明显加快。食料摄取也随着干微生物生物质水平的增加而增加，因此FCR在处理过程中保持相对稳定。所有处理过程中的存活率都很高，平均存活率为93％。所述结果清楚地表明生长速度的加快可归因于在所述饲料中加入干微生物生物质。
表1.试验饮食的组分和营养物组成(gkg-1)。
表2.饲喂所述试验饮食4周的虾的初始重量和生物反应参数。
优点
本发明的一些优点如下：
1)在清水或绿水中养殖并饲喂含有微生物生物质的饮食的虾的生长速度较用含有野生收获鱼粉的基础饮食获得的生长加快约35％(sd＝10.5％)(参见上文实施例3和4)。
2)所述虾的大小在收获时更大，并且使得每公斤的价格高于等量生物质的较小虾(最高至25％以上)。
对本领域技术人员来说显而易见的改进和修改被认为在本发明的范围内。应理解本发明不应被限制于上述具体实施例和实施方案。

Claims (29)

1.一种用于生产微生物生物质的方法，包括：
a)提供包括微藻和细菌的微生物混合群；
b)向所述微生物混合群中添加碳源；
c)向所述微生物混合群中添加氮源；
d)培养所述微生物混合群、所述碳源和所述氮源以形成所述微生物生物质；并且
e)收获所述微生物生物质。
2.权利要求1的方法，其中所述培养步骤d)在开放容器中进行。
3.权利要求1或2的方法，还包括干燥收获的生物质以形成饲料产品的步骤。
4.权利要求2的方法，其中所述培养步骤d)在水箱、水沟或水池中进行。
5.前述权利要求任一项的方法，其中所述碳源选自对甘蔗、糖蜜、稻、小麦、黑小麦、玉米、高粱、木薯、含油种子、油菜籽粕、羽扇豆荚进行加工得到的产品、副产品或废物流，谷物加工厂的粮仓粉尘，饲料加工厂的生产废料和酿酒厂用过的谷物产品。
6.权利要求5的方法，其中所述碳源为经磨碎或筛分过的物质。
7.权利要求5或6的方法，其中所述碳源为羽扇豆荚。
8.前述权利要求任一项的方法，其中所述微生物混合群包括微藻、酵母、真菌、原生生物、小型浮游生物和细菌。
9.权利要求1-4任一项的方法，其中所述培养步骤d)在盐水环境下进行。
10.权利要求9的方法，其中所述培养步骤d)在海水中进行。
11.前述权利要求任一项的方法，其中所述碳氮比为约2:1到约24:1或为约6:1到约18:1。
12.权利要求11的方法，其中所述碳氮比为6:1、12:1或18:1。
13.前述权利要求任一项的方法，还包括优化营养素水平和磷氮比(P:N比)或硅氮比的步骤。
14.前述权利要求任一项的方法，其中所述碳源选自可为所述细菌利用的物质。
15.前述权利要求任一项的方法，其中所述培养步骤d)连续进行直至大多数碳源分解并转化为絮凝生物质。
16.前述权利要求任一项的方法，其中所述培养系统的pH保持在7.3-8.3的pH下。
17.前述权利要求任一项的方法，其中所述步骤a)中的微生物来源为培养系统用水中天然存在的一种或多种微生物的起子培养物。
18.前述权利要求任一项的方法，其中所述培养步骤进行的时间为约4-8周。
19.权利要求1、2或4任一项的方法，其中所述培养步骤在沿着容器的长度具有恒定深度的开放容器中进行。
20.通过权利要求1-19任一项的方法生产的微生物生物质。
21.一种包括微生物生物质的饲料产品或饲料组分，还包括微生物混合群，所述微生物混合群包括微藻和细菌，其中所述细菌以干物质计约5-25wt％的量存在，所述微藻以干物质计10-80wt％的量存在。
22.权利要求21的饲料产品或饲料组分，其中所述细菌以干物质计5-约20wt％的量存在于所述微生物生物质中。
23.权利要求21或22的饲料产品或饲料组分，其中所述细菌以权利要求20的微生物生物质的约5-约10wt％的量存在于所述微生物生物质中。
24.权利要求20的微生物生物质或者权利要求21、22或23的饲料产品作为水生物种的水产养殖饲料或饲料组分的用途。
25.权利要求24的用途，其中所述水生物种的动物选自鱼类、甲壳动物类或软体动物类。
26.权利要求25的用途，其中所述鱼类选自大西洋鲑鱼、澳洲肺鱼和军曹鱼；所述甲壳动物类选自虾、龙虾和蟹；所述软体动物类选自牡蛎、扇贝和鲍鱼。
27.一种养殖水生物种的方法，包括向一种水生物种的动物饲喂有效量的权利要求20的微生物生物质或者权利要求21、22或23的饲料产品的步骤。
28.权利要求27的方法，其中所述水生物种的动物选自鱼类、甲壳动物类或软体动物类。
29.权利要求23的方法，其中所述鱼类选自大西洋鲑鱼、澳洲肺鱼和军曹鱼；所述甲壳动物类选自虾、龙虾和蟹；所述软体动物类选自牡蛎、扇贝和鲍鱼。
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