浙江大學舟山海洋研究中心 肖金星
浙江大學動物科學學院 彭 翔 邵慶均
水產養(yǎng)殖魚類對飼料蛋白質的需求量較高,蛋白質含量是決定魚類生長快慢的關鍵因素,飼料蛋白質含量過高或過低均會影響魚類的生長和養(yǎng)殖的經濟效益。因此,蛋白源成本是養(yǎng)殖魚類飼料成本的重要組成部分。魚粉具有營養(yǎng)全面,適口性好,抗營養(yǎng)因子少以及易于消化吸收等特點,一直以來是水產飼料中不可或缺的優(yōu)質蛋白源。水產飼料中魚粉的添加量遠遠高于畜禽的用量,在一些主要的海水養(yǎng)殖品種中,魚粉的添加量一般均高于 30%(Press和 Oliva-Teles,1999)。
1.1 魚粉在水產飼料中的主要功能 魚粉是水產飼料中傳統(tǒng)的主要蛋白源,它不僅蛋白質含量高(通常高于60%)、所含必需氨基酸齊全,還富含必需脂肪酸、礦物質、維生素等魚類生長繁育必需的成分。魚粉作為水產飼料優(yōu)質蛋白源主要有以下功能:(1)為魚類的生長提供必需氨基酸;(2)提供n-3必需不飽和脂肪酸;(3)提供必需微量元素和鈣磷;(4)含有未知生長因子;(5)具有誘食效果。
1.2 魚粉應用存在的問題 魚粉作為水產飼料重要的蛋白源,其質量直接影響?zhàn)B殖種類的生長和飼料利用效率。魚粉在加工和儲存過程中產生的生物胺(腐胺、尸胺、精胺、亞精胺等)會對魚類的生長產生不利影響(Tapia等,2001)。另外,魚粉是含磷量較高的飼料原料,含磷量高低主要取決于用于加工魚粉的原料魚的種類和組成,一般為1.67% ~4.21%(NRC,1993)。魚粉磷不易被魚蝦利用,相當數量的磷會隨魚的代謝產物排入水體,易造成富營養(yǎng)化水體,因此,如何減輕魚粉帶來的磷污染問題已日顯嚴峻。由于魚粉價格逐年上升。因此,尋找廉價動植物蛋白源代替魚粉引起廣大學者關注。國內外的學者對水產養(yǎng)殖動物蛋白源的開發(fā)和利用方面進行了許多研究。
畜禽類加工副產品如肉(骨)粉、雞肉粉、羽毛粉以及血粉等蛋白質含量較高,可以部分替代魚粉。Subhadra等(2006)認為,用雞肉粉替代部分魚粉不會對大口黑鱸(Micropterus salmoides)的增重率、成活率和飼料效率等產生不利的影響。Muzinic等(2006)試驗表明,用雞肉粉替代100%的魚粉不會對雜交條紋鱸(Moront Saxatuis)的增重率和體組成產生不利的影響。Yigit等(2006)研究表明,雞肉粉代替25%魚粉不會導致大菱鲆(Scophthatmus maximus)增重率和飼料利用效率的下降。 Millamena(2002)對石斑魚(Epinephelus coioides)進行了研究,結果表明用肉粉和血粉(4∶1)的復合物替代80%的魚粉對石斑魚的生長、成活以及飼料轉化率均未產生不良影響。Espe等(2006)研究表明,烏賊水解產物可能成為魚粉替代蛋白添加到大西洋鮭(Salmo salar)的飼料中。Yoshitomi等(2007)研究表明,用低氟磷蝦粉代替100%的魚粉對虹鱒(Oncorhynchus mykiss)的生長無不利影響。Zhang等(2006)研究表明,用肉骨粉替代20%的魚粉對銀鯽 (Carassius auratus gibelio)幼魚的生長無不良影響。Ai等(2006)研究表明,用肉骨粉替代45%的魚粉對大黃魚(Pseudosciaena crocea)的生長無不利影響。在魚類的商業(yè)飼料中,肉骨粉替代魚粉的比例不宜超過60%,更高的替代比例則會對魚類的生長產生不利影響,這是由于肉骨粉等畜禽類加工副產品的必需氨基酸含量不足;同時這些動物蛋白源中脂肪的飽和度較高,從而影響了飼料的適口性。另外,肉骨粉等動物副產品的灰分含量高,降低了營養(yǎng)素的利用率,從而導致魚類的生長下降(Millamena等,1998)。
3.1 豆粕類 豆粕類具有蛋白質含量高、氨基酸組成較合理、消化吸收率高、價格低廉和供應充足等優(yōu)點,是目前水產動物飼料中使用最多的植物蛋白源之一。Salze等(2010)研究大豆?jié)饪s蛋白替代魚粉對軍曹魚(Rachycentron canadum)幼魚生長的影響,結果表明大豆?jié)饪s蛋白替代75%的魚粉對軍曹魚幼魚的生長無不良影響。Lim和Lee(2009)研究棉籽粕和豆粕部分替代魚粉對條石鯛(Oplegnathus fasciatus)生長的影響,結果表明豆粕替代20%的魚粉蛋白對3~22 g的條石鯛幼魚生長無不良影響,豆粕替代30%的魚粉蛋白對55~120 g的條石鯛生長無不良影響。Biswas等(2007)研究豆粕中添加植酸酶部分替代魚粉對真鯛(pagrosomus major)生長的影響,結果表明日糧中添加40%魚粉、30%豆粕和2000 FTU/kg植酸酶對真鯛的生長最有利。Romarheim(2008)研究了脫脂豆粕(SBM)替代魚粉對軍曹魚生長的影響,結果表明在日糧中添加335 g/kg魚粉和285 g/kg SBM組與558 g/kg魚粉組,軍曹魚幼魚的生長無顯著差異。?verland等(2009)研究豌豆?jié)饪s蛋白替代魚粉對大西洋鮭(0.16 kg)生長、消化率和魚體組成等的影響,結果表明豌豆?jié)饪s蛋白替代20%的魚粉蛋白,不會對大西洋鮭的生長表現(xiàn)和魚體組成產生顯著的影響。發(fā)酵豆粕較其他大豆蛋白更易消化吸收(Luo等,2004),且無豆腥味,適口性好,具有良好的開發(fā)利用前景。
同魚粉相比,豆粕中的必需氨基酸(賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸等)含量相對較低,適口性較差,并含有胰蛋白抑制劑、植物血凝素和抗維生素等多種抗營養(yǎng)因子,限制其在水產飼料中的添加量(El-Sayed,1999)。一些研究者認為飼料中添加豆粕的量超過20%~30%,將導致大西洋鮭(Sanden 等,2005)、 牙鲆(Paralichthys olivaceus)(Kikuchi,1999)生長率下降和餌料系數上升。
3.2 棉籽粕類 棉籽粕中賴氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸含量較低,棉酚含量高。飼料中棉籽粕的適宜添加量主要受棉籽粕中游離棉酚和賴氨酸含量的影響,這是由于游離棉酚同賴氨酸結合,會降低飼料中賴氨酸的生物有效性(Robinson等,1984)。棉籽粕粗纖維含量較高,會降低飼料蛋白質消化率(Mbahinzireki等,2001), 斑點叉尾(Ietalurus Punetaus)對棉籽粕賴氨酸消化率僅為66%。不同種類的魚對飼料中棉酚敏感程度不同,當飼料中棉酚含量達到0.03%時虹鱒生長下降,死亡率增加(Wedegaertner,1981);達到 0.09%時斑點叉尾生長開始下降(Dorsa等,1982)。鐵可以在動物小腸中同棉酚作用形成穩(wěn)定的絡合物,從而阻止棉酚被吸收進入血液。有鑒于此,在添加棉籽粕的飼料中補充高濃度的鐵是有必要的(Wedegaertner,1981)。
國內外許多研究表明,棉籽粕替代適量的魚粉,不會對水生動物的生長產生不利影響。比如,Lee等(2006)研究棉籽粕替代魚粉對虹鱒生長的影響,結果表明棉籽粕替代100%的魚粉不會對虹鱒的長期(三年)生長產生不利影響。Luo等(2006)在虹鱒幼魚飼料中添加305 g/kg的萃取棉籽粕,可代替 50%的魚粉;Mbahinzireki等(2001)研究表明,添加棉籽粕可將羅非魚飼料中魚粉含量降低到20%;Barros等(2002)認為,在斑點叉尾飼料中添加25%~30%低棉酚(0.022%游離棉酚)的棉籽粕,對其生長無不良影響,如果再在飼料中補充賴氨酸,則棉籽粕可以完全替代豆粕。
3.3 菜籽粕類 菜籽粕類蛋白質消化率較豆粕和棉籽粕低,賴氨酸和蛋氨酸含量及利用率較低,并含有蛋白酶抑制劑、植酸、丹寧酸、芥子酸、芥子油苷(一種抗甲狀腺因子)和異硫氰酸鹽(Fenwick等,1986)等抗營養(yǎng)因子,限制了其在水產飼料中的應用。另外,由于菜籽粕中存在白芥子酸和鞣酸等影響了飼料的適口性(McCurdy和March,1992),從而導致水產動物的攝食率不佳,生長速度下降(Gomes等,1993)。同時,已有研究表明,在大菱鲆(Burel等,2000)、 虹鱒(Teskeredzic等,1995)、和斑點叉尾(Webster等,1997)等水產動物飼料中菜籽粕可以替代部分魚粉,然而菜籽粕中存在的抗營養(yǎng)因子限制了其在水產動物中的添加量,一般認為,菜籽粕在水產飼料中的適宜添加量為 20% ~30%(Webster等,1997;Teskeredzic等,1995)。 Burel等(2000)研究表明,與對照組相比,飼料中添加30%經熱處理菜籽粕,對大菱鲆的生長和體組成成分無顯著影響。
3.4 玉米蛋白粉和小麥蛋白粉 玉米蛋白粉和小麥蛋白粉具有蛋白質含量高、纖維含量較低、抗營養(yǎng)因子少、富含B族維生素、維生素E和礦物質等特點,是較好的植物蛋白源。對虹鱒(Moyano等,1992)、 尖吻鱸(Sparus aurata)(Rebaina 等,1995)、大菱鲆(Regost等,1999)和黃條(Seriola quinquerdiata)(Masumoto 等,1996) 的研究表明,飼料中玉米蛋白粉替代魚粉的比例不超過20%時,對上述魚類的生長和消化吸收率未產生不利影響;然而當玉米蛋白粉替代魚粉的比例超過20%時,大菱鲆和黃條的生長速度顯著降低,蛋白質、必需氨基酸等營養(yǎng)物質的消化吸收率顯著下降。Bobadilla等(2005)研究了混合植物蛋白(玉米筋、小麥筋、壓榨豌豆、菜籽粉和白色羽扇豆)替代魚粉對金頭鯛(Sparus aurata)幼魚生長的影響,結果表明混合植物蛋白替代50%和75%的魚粉,金頭鯛幼魚的飼料效率和特定生長率不低于魚粉組。Storebakken等(2000)試驗表明,隨著飼料中小麥蛋白粉替代魚粉比例的提高,大西洋鮭對脂肪和能量的消化率顯著提高;當飼料中小麥蛋白粉替代魚粉比例超過25%時,大西洋鮭對蛋白質消化率顯著上升,除甘氨酸和賴氨酸之外的其他氨基酸的消化吸收率升高。
3.5 其他種類的植物蛋白源 Sevgili等(2009)研究榛子粉替代魚粉對虹鱒生長和飼料利用效率等的影響,結果表明用榛子粉替代30%的魚粉,虹鱒的增重率、特定生長率、攝食率和飼料轉化率顯著高于對照組。土豆蛋白具有蛋白質含量高(75%~85%),氨基酸較為平衡等優(yōu)點,有較好的開發(fā)利用潛力(Xie和 Jokumsen,1997)。 Refstie和Tiekstra(2003)通過改進加工工藝生產出低土豆堿的土豆蛋白,用來替代40%的飼料魚粉蛋白,對大西洋鮭的生長、攝食率、飼料效率無負面影響。
單細胞蛋白又稱微生物蛋白,是指酵母菌、真菌、霉菌、非致病性細菌等單細胞微生物體內所產生的菌體蛋白質。單細胞蛋白不是一種純蛋白質,而是由蛋白質、脂肪、碳水化合物、核酸以及非蛋白的含氮化合物、維生素和無機化合物等混合物組成的細胞質團。由于其蛋白質含量高(40%~80%),氨基酸組成較為齊全,還含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質,以及豐富的酶類和生物活性物質,如輔酶A、輔酶Q、谷胱甘肽、麥角固醇等。因此,可以作為部分替代魚粉的蛋白源使用(Berge等,2005)。一些研究表明,酵母特別是啤酒酵母的維生素和核酸含量豐富而具有免疫增強劑的作用(Kiessling 和 Askbrandt,1993)。 Zerai等 (2008)研究酒糟替代魚粉對尼羅羅非魚(Tilapia nilotica)生長的影響,結果表明酒糟替代50%的魚粉不會對尼羅羅非魚的生長和飼料利用率產生不良的影響。Berge等(2005)研究細菌蛋白作為蛋白源替代魚粉對大西洋鮭生長的影響,結果表明,日糧中添加10%和20%的細菌蛋白粉替代魚粉,對大西洋鮭的生長無顯著影響。Sanderson等(1994)在鮭魚的實際生產中,添加15%~30%酵母用于替代25%~50%的飼料魚粉蛋白,對鮭魚的生長無負面影響。Perera等(1995)研究表明,與全魚粉飼料相比,在虹鱒飼料中添加25%酵母,不會對虹鱒的生長和飼料效率產生不利影響。
但是,同魚粉相比,單細胞蛋白往往是一種或多種氨基酸含量不足,或者是氨基酸不平衡,限制了其在水產飼料中的添加量。酵母蛋白中含硫氨基酸為限制性氨基酸,一些研究者在飼料中補充蛋氨酸能夠顯著改善魚類的生長(Metailler和Huelvan,1993)。然而在鱸飼料中補充蛋氨酸并不能促進其生長(Oliva-Teles和 Goncalves,2001),研究者對虹鱒的研究也得出同樣的結論。這是由于魚類等水產動物對晶體氨基酸的消化能力較弱的緣故。
5.1 添加外源晶體氨基酸 與魚粉蛋白相比,植物蛋白源中的限制性必需氨基酸含量不平衡,是影響水生動物生長的主要因素。一些研究表明,當以虹鱒(Cheng等,2003)、 羅非魚(El-Saidy和Gaber,2002)、南方鲇(Silurus meridonalis Chen)和美洲龍蝦(Homarus americanus)(Floreto 等,2000)為試驗對象時,通過向飼料中添加某種或某幾種限制性必需氨基酸,可以提高水產動物對植物蛋白源的利用效率,表明這些魚類能夠有效地利用飼料中添加的外源晶體氨基酸。Barros等(2002)研究表明,在斑點叉尾飼料中添加補充賴氨酸的低棉酚(0.022%游離棉酚)的棉籽粕,可以完全替代豆粕。
有研究表明,由于晶體氨基酸存在吸收不同步、需要結合小分子肽、在水中易溶解和加工過程中與非蛋白物質結合等問題,一些研究表明,添加晶體氨基酸并不能提高水生動物對植物蛋白源的利用,比如對于虹鱒(Gomes 等,1995)、鯉魚(Escaffre等,1997)的研究表明,添加晶體氨基酸不能提高水生動物對植物蛋白源的利用率。由此可見,不同的魚種在不同試驗條件下,對晶體氨基酸的利用率存在差異。
5.2 降低抗營養(yǎng)因子的抗營養(yǎng)效應 植物蛋白源中因為含有凝集素、植酸、丹寧酸、芥子酸、芥子油苷、異硫氰酸鹽和抗維生素等多種抗營養(yǎng)因子,限制了其在水產飼料中的應用。適當的加熱,可破壞植物蛋白源中的胰蛋白抑制劑和凝集素等熱敏性抗營養(yǎng)因子(Arndt等,1999)。Burel等(2000)研究表明,與對照組相比,飼料中添加30%經熱處理菜籽粕,對大菱鲆的生長和體組成成分無顯著影響。通過微生物發(fā)酵也可以降低植物蛋白源中抗營養(yǎng)因子的含量,并且可以增加蛋白質的含量(Han等,2001),從而提高攝食率和飼料效率,提高植物蛋白源的利用率。利用微生物發(fā)酵降低抗營養(yǎng)因子的抗營養(yǎng)效應是生物技術在水產飼料中應用的一個重要方面。通過在飼料中添加外源酶類也可抑制抗營養(yǎng)因子的抗營養(yǎng)效應,提高蛋白質、脂肪和多糖等的消化吸收率,改善水生動物對植物蛋白源的利用率(Glencross等,2003)。目前用于水產動物飼料中的外源酶類主要有植酸酶、蛋白酶和非淀粉性多糖酶等。Biswas等(2007)研究豆粕中添加植酸酶部分替代魚粉對真鯛生長的影響,結果表明日糧中添加40%魚粉、30%豆粕和2000 FTU/kg植酸酶對真鯛的生長最有利。有關該方面的研究已成為關注的熱點。
在水產養(yǎng)殖快速發(fā)展和魚粉供應日趨緊張的背景下,開展水產動物飼料蛋白源的開發(fā)和利用研究,在保證水產養(yǎng)殖動物正常生長的前提下,以廉價的動植物蛋白源替代昂貴的魚粉不僅降低養(yǎng)殖成本,同時,減少了魚粉的使用量,對于保護海洋漁業(yè)資源,確保海洋漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
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