袁焙嘉 宋文東

[摘要]隨著我國(guó)貝類(lèi)養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，帶動(dòng)國(guó)民海洋經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，廢棄貝殼直接遺棄，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題。本文以廢棄貝殼的回收利用為主，結(jié)合當(dāng)前功能性飼料添加劑的研究現(xiàn)狀，對(duì)廢棄貝殼在功能性飼料添加劑領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行敘述，

[關(guān)鍵詞]貝類(lèi)養(yǎng)殖;飼料添加劑;無(wú)機(jī)礦物質(zhì);抗茵肽;低聚糖

[中圖分類(lèi)號(hào)] S816.7

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1 貝類(lèi)養(yǎng)殖發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)我國(guó)海洋養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的海水貝類(lèi)養(yǎng)殖產(chǎn)量更是占據(jù)著我國(guó)海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的85%左右，其中最為常見(jiàn)的品種有貽貝，扇貝和牡蠣。

我國(guó)是目前世界上最大的貽貝生產(chǎn)國(guó)家，年產(chǎn)約60萬(wàn)噸，同時(shí)隨著國(guó)際市場(chǎng)對(duì)于貽貝需求量的不斷增加，貽貝出口幅度不斷提升，加之成熟的貽貝養(yǎng)殖條件和簡(jiǎn)易的養(yǎng)殖環(huán)境，使得我國(guó)貽貝養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)蘊(yùn)藏著巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。

相較正處于蓬勃發(fā)展階段的貽貝養(yǎng)殖業(yè)，扇貝和牡蠣養(yǎng)殖則仍處在起步發(fā)展階段，無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的自銷(xiāo)需求，因此過(guò)度依賴(lài)澳大利亞、秘魯?shù)葒?guó)家的出口。同時(shí)隨著十三五規(guī)劃的提出，水產(chǎn)品關(guān)稅的降低，我國(guó)水、海產(chǎn)品消費(fèi)需求量的增加，使得扇貝和牡蠣對(duì)外依賴(lài)性進(jìn)一步加強(qiáng)。

貝類(lèi)養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的空前發(fā)展，有力帶動(dòng)了我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)以及海鮮消費(fèi)市場(chǎng)的迅速發(fā)展，不僅提高了人們對(duì)于日常食物的需求水平，同時(shí)也對(duì)海洋環(huán)境的保護(hù)起了一定程度的促進(jìn)作用。據(jù)專(zhuān)家研究發(fā)現(xiàn)，貝類(lèi)可大量吸收魚(yú)類(lèi)所排出的廢物，從而改善其生存的周?chē)Ｓ蛩|(zhì)，并且可以吸附并消耗水體中的重金屬離子（銅，鎘等）、放射性物質(zhì)（鈾，鐳）以及氨氮等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此外，貝類(lèi)養(yǎng)殖可以攝取水體中的懸浮顆粒有機(jī)碳，從而控制水體中懸浮顆粒有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)海洋碳循環(huán)的流動(dòng)，進(jìn)一步移除空氣中C02含量，緩解溫室效應(yīng)。

貝類(lèi)養(yǎng)殖的不斷擴(kuò)張極大改善了人們的生活水平和消費(fèi)需求，促進(jìn)了沿海經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)。但伴隨著大量廢棄貝殼的遺棄堆積，造成海岸線(xiàn)污染的不斷加劇，同時(shí)也造成了巨大的資源浪費(fèi)和生態(tài)污染。我國(guó)目前對(duì)于貝類(lèi)產(chǎn)品的加工僅僅只局限于其可食用部分，殼體部分則不再進(jìn)行二次處理，直接進(jìn)行遺棄。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，舟山市嵊泗縣貽貝養(yǎng)殖年產(chǎn)量12萬(wàn)噸左右，但是廢棄貽貝殼就占7萬(wàn)噸左右，貝殼的利用率僅僅只有40%左右。受舟山島嶼面積狹小的制約，廢棄的貽貝殼只能長(zhǎng)時(shí)間堆積在島嶼海岸線(xiàn)附近，不僅造成了海島土地資源的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。

2 貝殼結(jié)構(gòu)以及成分分析

貝殼結(jié)構(gòu)基本分為三層，最外層是由硬質(zhì)蛋白組成的角質(zhì)層（殼皮），用來(lái)防止碳酸和其余酸性物質(zhì)的侵蝕;中層為棱柱層（殼層），由外層角質(zhì)層分泌的方解石構(gòu)成，提高貝殼的堅(jiān)硬程度，中層和外層共同構(gòu)建貝殼的外部輪廓;內(nèi)層為珍珠層（底層），由文石和方解石按照一定比例組成，能夠提高貝殼的硬度和韌性。此外，碳酸鈣無(wú)機(jī)基質(zhì)與有機(jī)基質(zhì)依次有序交叉堆積成有序的層狀結(jié)構(gòu)，多呈六邊形、菱形等構(gòu)造分布，這種結(jié)構(gòu)使貝殼殼體在接受外部沖擊時(shí)，通過(guò)裂紋偏轉(zhuǎn)等協(xié)同作用，大幅度提高殼體的韌性。

貝殼中的無(wú)機(jī)質(zhì)成分主要為碳酸鈣，含量占據(jù)其組成部分總量的95-99.9%，并且以方解石、文石和球霰石三種形式存在，確保了貝殼整體的高強(qiáng)度和強(qiáng)韌性。而剩余的0.1%-5%則是以蛋白質(zhì)、糖蛋白、幾丁質(zhì)等有機(jī)質(zhì)構(gòu)成的有機(jī)相，這些有機(jī)質(zhì)能夠控制無(wú)機(jī)礦物碳酸鈣的合成，從而間接控制貝殼生物礦化的進(jìn)程。

此外，貝殼中含有鈣、鉀、鍶、鎂等30多種礦物活性元素，這些元素多為動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育，提高自身免疫的必需物質(zhì)，如鋅元素對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分化和誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)元細(xì)胞起著至關(guān)重要的作用;鍶元素能夠促進(jìn)生物體骨骼和牙齒發(fā)育，同時(shí)也能降低心血管疾病的發(fā)生概率;硒元素則是對(duì)于生物體的免疫系統(tǒng)至關(guān)重要，微量的硒攝人能夠抗氧化，延緩衰老，同時(shí)對(duì)于癌癥也起了一定的預(yù)防功效。

3 功能性飼料添加劑研究現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及人們對(duì)于食品安全的高度重視，使得原先在飼料中廣泛實(shí)用的抗生素被不斷取締和嚴(yán)格管控。功能性飼料添加劑的出現(xiàn)恰好填補(bǔ)了抗生素的漏洞，同時(shí)越來(lái)越多的功能性因子被科研工作者開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，并在畜牧業(yè)展現(xiàn)了良好的發(fā)展前景。

功能性飼料添加劑是一種通過(guò)飼料添加，進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮一定生物學(xué)功能（即增強(qiáng)動(dòng)物保健功能）的添加劑，具有改善動(dòng)物機(jī)體亞健康、提高其自身免疫力和抗應(yīng)激能力、降低發(fā)病率等作用，同時(shí)功能性飼料添加劑可以在動(dòng)物體內(nèi)完全代謝或被充分利用，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)害化和綠色化。

功能性飼料添加劑當(dāng)前普遍應(yīng)用的種類(lèi)主要有微生態(tài)制劑（如雙歧桿菌、活性乳酸桿菌等），抗菌肽（即一類(lèi)特殊的小分子活性多肽），有機(jī)酸，低聚糖類(lèi)和微量元素等。

常用的功能性飼料添加劑制備方法有以下幾種：1.從生物體內(nèi)直接提取所需的添加劑原料，進(jìn)行二次加工處理（芽孢桿菌）2.通過(guò)特定的化學(xué)方法進(jìn)行初步合成（如氯霉素）3.利用微生物自帶的發(fā)酵功能進(jìn)行提煉和生產(chǎn)（如半合成抗生素）。后面兩種方法仍處于研發(fā)階段和小規(guī)模生產(chǎn)。

目前，合成功能性飼料添加劑的原料主要來(lái)自于生物體內(nèi)，通過(guò)相應(yīng)的提取技術(shù)和再次處理，制備成性能更加完善的飼料添加劑。因此，對(duì)于原料的需求量是相對(duì)龐大的，雖然化工原料合成添加劑的技術(shù)在不斷完善，但是與之相比較，天然原料對(duì)于生物體本身具有更好的兼容性，而且生產(chǎn)成本低廉，制備方法簡(jiǎn)單完善。

4 具體應(yīng)用及性能比較

貝殼能利用的部分僅僅占據(jù)其本體的30%左右，對(duì)于貝殼殼體的利用程度基本為零，通常是直接進(jìn)行遺棄堆積或回收部分作為建筑裝飾材料。然而，貝殼殼體含有微量元素以及多種功能性飼料添加劑的制備原料，直接遺棄無(wú)疑是對(duì)自然資源的浪費(fèi)，如若對(duì)于廢棄的大量貝殼殼體進(jìn)行研磨和提取，就能在很大程度上緩解功能性飼料原料緊張的現(xiàn)狀。

廢棄貝殼殼體的二次利用不僅是對(duì)自然資源的循環(huán)使用，也是對(duì)于飼料添加劑這一類(lèi)產(chǎn)品的改進(jìn)和創(chuàng)新。

4.1 無(wú)機(jī)礦物質(zhì)及微量活性元素

直接使用碳酸鈣等無(wú)機(jī)礦化物作為飼料添加劑能夠在一定程度上改善動(dòng)物的體質(zhì)情況，但可能會(huì)因?yàn)槠浼兌炔粔?，摻雜的其他雜質(zhì)影響動(dòng)物的生理健康。此外，無(wú)機(jī)礦化物的直接投放雖能釋放出鈣，鎂等離子，但也同時(shí)能夠解離出硫酸根，氯離子等具有負(fù)面影響的離子團(tuán)（根），若是魚(yú)蝦等水產(chǎn)養(yǎng)殖，這些負(fù)面污染物會(huì)在體表不斷堆積，損害其體內(nèi)的生命物質(zhì)（蛋白質(zhì)、酶等）。還有在添加劑制備過(guò)程中，加入的銅，鋅等離子會(huì)增加添加劑的毒性，并破壞動(dòng)物體內(nèi)的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的吸收。

使用從廢棄貝殼殼體提取的礦物活性元素能夠在很大程度上避免因?yàn)E用無(wú)機(jī)礦化物作為飼料添加劑帶來(lái)的弊端，同時(shí)貝殼中的礦物活性元素種類(lèi)繁多，提取方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益高，1Kg原貝殼粉可以用來(lái)生產(chǎn)2.5Kg的飼料添加劑，轉(zhuǎn)化率為250%，制備過(guò)程中也實(shí)現(xiàn)了幾乎100%的利用率。

4.2 抗菌肽

隨著抗生素不斷退出飼料添加劑的市場(chǎng)，抗菌肽逐漸成為眾多科學(xué)團(tuán)隊(duì)在飼料添加劑這一行業(yè)的研究方向和發(fā)展領(lǐng)域。飼料中添加少量的抗菌肽，能夠促進(jìn)動(dòng)物的消化吸收和生長(zhǎng)，進(jìn)而提高飼料的利用率，同時(shí)抗菌肽自身的免疫條件能力，對(duì)于引發(fā)病害的真菌、病毒以及原蟲(chóng)有較強(qiáng)的殺傷力。利用抗菌肽天生的抗菌、殺菌作用，在飼料中添加可以提高動(dòng)物的免疫能力和抗疾病能力。

抗菌肽當(dāng)前的適用范圍仍舊局限于畜牧業(yè)，這是因?yàn)榭咕拇婵股刈鳛轱暳咸砑觿┑难芯烤鄰V泛規(guī)模的應(yīng)用還有著很大的距離，同時(shí)也存在著許多難題：抗菌肽的種類(lèi)繁多;如何挑選出性能更加優(yōu)勢(shì)的抗菌肽;不同種類(lèi)間的抗菌肽是否存在著相互抵制作用也有待進(jìn)一步確定。此外，抗菌肽在動(dòng)物體內(nèi)含量少，而且天然庫(kù)存嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致目前還無(wú)法運(yùn)用基因工程手段實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模生產(chǎn)。

貝類(lèi)天生缺乏特異的免疫防疫系統(tǒng)，因此需要抗菌肽等免疫因子抵抗外界病菌的侵襲，所以其體內(nèi)含有的抗菌肽含量較高。此外貽貝素是目前貽貝中發(fā)現(xiàn)的種類(lèi)最多、豐度最高、應(yīng)用最為廣泛的抗菌肽家族，這也是當(dāng)前天然抗菌肽的重要來(lái)源之一。通過(guò)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，牡蠣，蛤蜊等其他種類(lèi)的貝殼體內(nèi)也存在多種抗菌肽，這為抗菌肽的大規(guī)模應(yīng)用提供了充分的原料來(lái)源。

通過(guò)貝類(lèi)提取的原生抗菌肽，并且通過(guò)基因工程進(jìn)行改造和優(yōu)化，使得抗菌肽相較于原先具有更加穩(wěn)定的抗菌性能，同時(shí)對(duì)宿主無(wú)害。將其作為新型飼料添加劑，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境的無(wú)污染，也能提高畜牧業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.3 低聚糖

低聚糖，別名稱(chēng)為寡糖，是一種能夠替代蔗糖的新型功能性糖原，分為普通性低聚糖和功能性低聚糖兩類(lèi)。普通性低聚糖因生物體內(nèi)含有相應(yīng)的分解酶存在，能夠被動(dòng)物體直接消化吸收，如蔗糖和麥芽糖。功能性低聚糖則為腸內(nèi)有益菌的增殖因子，可以促進(jìn)動(dòng)物體內(nèi)的菌類(lèi)平衡，增強(qiáng)其免疫能力。

功能性低聚糖現(xiàn)已在飼料領(lǐng)域中有了廣泛運(yùn)用，因其能阻斷病原菌定殖，促進(jìn)有益菌增殖，保護(hù)動(dòng)物腸道健康，從而增強(qiáng)免疫功能和抗病能力，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能和飼料的利用率，使得人們對(duì)于功能性低聚糖的應(yīng)用期待值越來(lái)越高。

低聚糖可以從天然食物中萃取，也可利用生化技術(shù)進(jìn)行酵素反應(yīng)，利用淀粉和雙糖合成，但都會(huì)對(duì)其生理活性產(chǎn)生一定影響。

貝殼的骨骼結(jié)構(gòu)中含有少量的甲殼低聚糖，有著等同于其他低聚糖的促進(jìn)有益菌增殖的能力，增強(qiáng)動(dòng)植物生理活性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等多個(gè)領(lǐng)域。因此對(duì)于廢棄貝殼的二次回收利用，能夠提取數(shù)量相當(dāng)可觀的天然低聚糖，從而促進(jìn)低聚糖在飼料添加劑中的推廣程度。

5 總結(jié)

廢棄貝殼在功能性飼料添加劑中的應(yīng)用仍處于初步階段，有著良好的發(fā)展前景。同時(shí)廢棄貝殼中含有種類(lèi)繁多的制備飼料添加劑的原料，對(duì)其實(shí)施再次利用，不僅是對(duì)自然資源的最大利用化，也是對(duì)環(huán)境的最好保護(hù)。廢棄貝殼的科學(xué)化二次利用，定能給功能性飼料添加劑領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新提供新的思路和契機(jī)。

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[作者簡(jiǎn)介]袁焙嘉（1999-）.浙江紹興人，化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)本科在讀。