劉 敏 ,張海濤 ,趙麗梅 , 王卓鐸 ,孫廣文
1.廣東恒興飼料實(shí)業(yè)股份有限公司,廣東湛江 524000;
2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南水產(chǎn)與畜禽飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東湛江 524000
近年來(lái),伴隨著我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展,水產(chǎn)飼料需求量逐漸增加,其常規(guī)蛋白源豆粕的需求量也在不斷增加。然而,我國(guó)大豆產(chǎn)量無(wú)法填補(bǔ)我國(guó)大豆產(chǎn)需的巨大缺口,自2002 年以來(lái)大豆進(jìn)口量呈線性增長(zhǎng)。受世界經(jīng)濟(jì)、地緣政治風(fēng)險(xiǎn)及極端氣候等因素影響,近年來(lái)大豆供應(yīng)持續(xù)緊張,價(jià)格不斷上漲,其加工副產(chǎn)物豆粕的供應(yīng)和價(jià)格進(jìn)而受到極大影響。為保障我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)穩(wěn)步可持續(xù)發(fā)展,推進(jìn)水產(chǎn)飼料生產(chǎn)中豆粕減量替代技術(shù)的實(shí)施刻不容緩。開(kāi)發(fā)和利用其他新型蛋白源用于豆粕替代,已逐漸成為水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的研究熱點(diǎn)。
鑒于此,文章綜述了近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用不同蛋白源替代水產(chǎn)飼料中豆粕的研究進(jìn)展,旨在為實(shí)際生產(chǎn)中新型蛋白源的開(kāi)發(fā)利用、豆粕減量替代的有效推進(jìn)提供理論參考。
作為世界第一產(chǎn)棉大國(guó),我國(guó)棉籽資源豐富,棉籽榨油后的副產(chǎn)物棉籽粕價(jià)格低廉,來(lái)源穩(wěn)定,不依賴(lài)于國(guó)外進(jìn)口;但棉籽粕的氨基酸組成不均衡,并含有抗?fàn)I養(yǎng)因子,影響棉籽粕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值(馬彬恒,2020)。經(jīng)低溫浸提、脫酚、適度脫糖的棉籽濃縮蛋白產(chǎn)品顯著提升了蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,適口性好,不含致敏性抗原(薛敏,2021)。研究表明,棉籽濃縮蛋白對(duì)草魚(yú)日糧中豆粕的替代量可達(dá)100%(李旭巧,2022 ;Fan 等,2022),但在羅非魚(yú)日糧中替代超過(guò)45% 的豆粕即損傷其腸道健康,影響增重(Li 等,2021)。郭勇等(2023)報(bào)道,棉籽粕可替代斑點(diǎn)叉尾鮰日糧中25.8%~51.7% 的豆粕,但替代量達(dá)到51.7% 時(shí)會(huì)影響?hù)~(yú)體色和肌肉顏色。對(duì)凡納濱對(duì)蝦來(lái)說(shuō),日糧中棉籽粕對(duì)豆粕的替代水平超過(guò)90% 會(huì)顯著降低部分免疫和抗氧化指標(biāo)(Wang等,2020),低魚(yú)粉(15%)高豆粕(44%)日糧中發(fā)酵棉籽粕對(duì)豆粕的最適替代水平為75%(Han等,2022)。
葵花粕是葵花籽榨油后的副產(chǎn)物,在我國(guó)分布極其廣泛??ㄆ傻鞍踪|(zhì)含量一般在27.4%~37%,賴(lài)氨酸較豆粕低,其他氨基酸含量高且比較平衡??ㄆ筛缓瑏営退?、油酸、B 族維生素以及銅、鐵、鋅、錳等微量元素,煙酸含量遠(yuǎn)高于豆粕;含1.5%~3.3% 的綠原酸,抗?fàn)I養(yǎng)因子含量較低(曹曉莉,2021)。研究表明,羅非魚(yú)日糧中葵花粕對(duì)豆粕的替代水平超過(guò)50% 會(huì)有損其腸道組織結(jié)構(gòu)(Iqbal 等,2022);草魚(yú)日糧中葵花粕對(duì)豆粕的替代水平超過(guò)25% 也會(huì)損傷其腸道形態(tài),但酶解葵花粕對(duì)豆粕的替代水平可提高至75%,并能改善魚(yú)的腸道結(jié)構(gòu)及功能(曹曉莉,2021)。
我國(guó)的芝麻產(chǎn)量居世界之最,其榨油副產(chǎn)物芝麻粕也因此資源豐富且價(jià)格低廉。芝麻粕粗蛋白質(zhì)含量一般在45% 以上,富含蛋氨酸、胱氨酸、精氨酸等多種必需氨基酸,氨基酸組成類(lèi)似于等蛋白含量的豆粕(劉麗燕等,2020)。研究發(fā)現(xiàn),凡納濱對(duì)蝦日糧中芝麻粕對(duì)豆粕的最適替代水平為23.70%~38.10%(劉麗燕等,2020),而鯉魚(yú)中的這種替代可達(dá)到75%~100%(Hekmatpour 等,2023)。另外,烤芝麻粕對(duì)非洲鯰(Jimoh 等,2022)、去皮或脫脂芝麻粕對(duì)歐洲鱸魚(yú)(Saleh 等,2020)日糧中豆粕的適宜替代水平均為30%。影響芝麻粕營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被動(dòng)物消化利用的抗?fàn)I養(yǎng)因子主要為植酸、草酸和少量單寧。
菜籽粕、花生粕、棕櫚仁粕等也是近年來(lái)備受關(guān)注的替代性飼料原料。2022 至2023 年度全球油菜籽產(chǎn)量達(dá)8508 萬(wàn)t(譚亞敏,2023)。作為油菜籽榨油后的副產(chǎn)物,菜籽粕來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,粗蛋白質(zhì)含量稍低于豆粕,除賴(lài)氨酸外其余氨基酸也與豆粕相近,具有比豆粕更豐富的鈣、磷、硒、膽堿、維生素B2、葉酸和維生素B1等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),羅非魚(yú)日糧中菜籽粕對(duì)豆粕的替代水平超過(guò)50%會(huì)降低增重、影響脂肪代謝、破壞腸道組織結(jié)構(gòu)(Iqbal 等,2022);菜籽粕自身營(yíng)養(yǎng)的不均衡和多種抗?fàn)I養(yǎng)因子(植酸、單寧、芥子堿等)的存在是影響其替代豆粕的重要原因。我國(guó)花生總產(chǎn)量長(zhǎng)期居世界首位,尤其近幾年年產(chǎn)量超過(guò)1700 萬(wàn)t,占全國(guó)油料總產(chǎn)量的50% 左右(張立偉等,2020)。花生榨油副產(chǎn)物花生粕粗蛋白質(zhì)含量在47% 以上,居常規(guī)粕類(lèi)首位;氨基酸組成不平衡,天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸含量較高,鈣少磷多,胡蘿卜素含量低;其他礦物質(zhì)和維生素含量相對(duì)豐富,含多糖、色素和黃酮等生物活性成分(曾斌等,2023)。研究表明,花生粕替代75%~100% 的豆粕會(huì)降低津新鯉的免疫力,替代水平超過(guò)50% 時(shí),津新鯉肌肉中的DHA 和亞油酸含量顯著降低,可能是由于花生粕中亞油酸的含量較低(劉毅等,2021)。作為棕櫚果的榨油副產(chǎn)物,棕櫚仁粕2019 年度全球產(chǎn)量超1000 萬(wàn)噸,2022 年我國(guó)的進(jìn)口量累計(jì)超過(guò)100 萬(wàn)t,其粗蛋白質(zhì)含量為14%~18%(許小玲等,2023),相比于棕櫚仁粕,發(fā)酵棕櫚仁粕的粗蛋白質(zhì)和粗纖維的利用率顯著提高。基于生長(zhǎng)和飼料成本考慮,發(fā)酵棕櫚仁粕可替代紅羅非日糧中50%的豆粕(Wattanakul 等,2021)。
考慮到各常規(guī)粕類(lèi)單獨(dú)替代豆粕時(shí)存在營(yíng)養(yǎng)不平衡等問(wèn)題,部分研究探索了不同雜粕混合替代豆粕對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的影響?;诓煌闹笜?biāo)分析,發(fā)酵或非發(fā)酵的棉籽粕、花生粕和菜籽籽粕以不同的搭配方式,可部分或全部替代雜交鯰(Li 等,2017)、黃河鯉(Wang 等,2020 ;王婷婷,2017)或青魚(yú)(陳倪慧等,2023)日糧中的豆粕。棉籽粕與玉米酒糟、花生粕、豬肉骨粉中的一種或兩種搭配使用可替代雜交鯰日糧中100%的豆粕(Li 等,2017)。
此外,我國(guó)籽用南瓜年總產(chǎn)量達(dá)30 萬(wàn)~50萬(wàn)t,種植面積和產(chǎn)量均居世界第一(李紅宇等,2017)。南瓜籽餅是南瓜籽榨油的副產(chǎn)物,其粗蛋白質(zhì)含量高于豆粕,抗?fàn)I養(yǎng)因子低于豆粕。在鏡鯉上的研究表明,南瓜籽餅可替代其日糧中61% 的豆粕(Sezgin 等,2021)。麻瘋樹(shù)仁粕是麻瘋樹(shù)種子提油后的副產(chǎn)物,其干物質(zhì)中粗蛋白質(zhì)含量可達(dá)50%~60%,除了賴(lài)氨酸,其他必需氨基酸含量都高于或等同于豆粕的必需氨基酸含量(王代剛,2012)。在南亞野鯪上的研究表明,發(fā)酵麻瘋樹(shù)仁粕可替代其日糧中100% 的豆粕(Phulia 等,2017)。油料籽實(shí)及其加工產(chǎn)品對(duì)豆粕的替代效果見(jiàn)表1。
昆蟲(chóng)作為一種營(yíng)養(yǎng)豐富的動(dòng)物性蛋白源,具有分布廣泛、飼養(yǎng)方便、功能性物質(zhì)含量較高等特點(diǎn),因而,昆蟲(chóng)粉在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用前景廣闊(表2)。
表2 昆蟲(chóng)加工產(chǎn)品對(duì)豆粕的替代效果
雙翅目昆蟲(chóng)蛋白含量高,氨基酸組成平衡,優(yōu)于豆粕(余維鵬等,2023)。目前,在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用較多的雙翅目昆蟲(chóng)主要包括黑水虻、黃粉蟲(chóng)、蠶蛹、蠅蛆。黑水虻幼蟲(chóng)含40%~43% 的干物質(zhì),其中含粗蛋白質(zhì)30%~50%,具體與培養(yǎng)基有關(guān)(肖旭全等,2023)。Lu 等(2020)和余維鵬等(2023)的研究基于不同的指標(biāo)分析均發(fā)現(xiàn),脫脂黑水虻幼蟲(chóng)粉對(duì)草魚(yú)日糧中豆粕的替代水平可達(dá)50%。黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)、蛹、成蟲(chóng)各階段粗蛋白質(zhì)含量分別占干物質(zhì)的47.7%~54.25%、55.23%~58.70%、63.19%~64.29%,顯 著 高于豆粕、肉骨粉等原料(吉紅等,2016)。Li 等(2023)報(bào)道,黃粉蟲(chóng)粉可替代草魚(yú)日糧中100%的豆粕,而不影響生長(zhǎng),且可改善肉質(zhì);而Fan等(2022)的研究則發(fā)現(xiàn),相似規(guī)格草魚(yú)的日糧中,黃粉蟲(chóng)粉100% 替代豆粕抑制了生長(zhǎng)并降低了魚(yú)肉品質(zhì);草魚(yú)幼魚(yú)[(6.80±0.10)g]日糧中黃粉蟲(chóng)粉100% 替代豆粕同樣抑制了生長(zhǎng)和攝食(王孝宇,2022);另一項(xiàng)研究認(rèn)為,草魚(yú)幼魚(yú)日糧中,黃粉蟲(chóng)粉對(duì)豆粕的適宜替代水平為30%(余維鵬等,2023)。在羅非魚(yú)上的研究表明,黃粉蟲(chóng)蛋白對(duì)豆粕蛋白的替代水平不宜超過(guò)15%(張 樂(lè) 等,2023 ;Zhang 等,2023)。 柞蠶粗蛋白質(zhì)含量在67%~70%,含較多球蛋白和清蛋白,較其他蛋白源更易于消化吸收(吉紅等,2016)。蠅蛆干物質(zhì)中粗蛋白質(zhì)含量達(dá)55.10%~63.99%,除精氨酸外,其他氨基酸含量均高于或接近普通豆類(lèi)植物;蛋氨酸、精氨酸、賴(lài)氨酸等均高于秘魯進(jìn)口魚(yú)粉和國(guó)產(chǎn)魚(yú)粉中的相應(yīng)氨基酸含量(曹巖磊等,2023)。研究表明,蠶蛹粉和蠅蛆粉對(duì)草魚(yú)日糧中豆粕的適宜替代水平分別為50%和25%(余維鵬等,2023)。
蠶豆在我國(guó)種植廣泛,其蛋白質(zhì)含量在20%~41%,且富含葉酸、煙酸、維生素C 及其他微量元素(付兵,2019)。研究表明,蠶豆粉對(duì)草魚(yú)日糧中豆粕的適宜替代水平為45%(Gan等,2015)。在吉富羅非魚(yú)[(500.2±0.34) g]上的研究表明,以60% 的蠶豆粉完全替代30% 的豆粕+30% 的菜籽粕,同時(shí)補(bǔ)充3% 的魚(yú)粉和11.96% 的大豆?jié)饪s蛋白,對(duì)生長(zhǎng)性能和腸道消化酶活性無(wú)顯著影響,但會(huì)顯著損傷腸道組織結(jié)構(gòu),并會(huì)降低腸道菌群中變形菌門(mén)的相對(duì)豐度和腸道菌群多樣性(符兵等,2023)。植酸鹽、單寧、蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子可能是影響蠶豆替代豆粕的重要因素。我國(guó)的豌豆種植面積居世界第二,豌豆含17.35%~25.30% 的粗蛋白質(zhì),39.08%~55.42% 的淀粉,并富含維生素和礦物質(zhì),其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值介于豆粕和玉米之間(劉敏等,2021)。研究表明,高壓滅菌或烘箱干燥的豌豆粉,均可以替代鯉魚(yú)日糧中20.3% 的豆粕(Davies 等,2010);經(jīng)植酸酶處理的野豌豆粉可以替代虹鱒日糧中33%的豆粕(Toledo-Solís 等,2022)。
瓜爾豆在我國(guó)引種時(shí)間短,尚未形成規(guī)模化種植,因此我國(guó)瓜爾豆粕的產(chǎn)量比較小,有關(guān)瓜爾豆粕在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用報(bào)道更是少見(jiàn),但其已被列入我國(guó)飼料原料目錄。瓜爾豆粕在國(guó)外的研究和應(yīng)用較為成熟,其粗蛋白質(zhì)含量在50% 左右,蛋白消化率約89%,賴(lài)氨酸和蛋氨酸含量均高于普通豆粕(呂娟等,2012)。在虹鱒上的研究表明,瓜爾豆粕可替代其日糧中100% 的豆粕(Pach 等,2017)。鮮洋刀豆蛋白質(zhì)含量為30.06%,洋刀豆氨基酸和礦物質(zhì)含量豐富,氨基酸種類(lèi)多樣。洋刀豆主要種植于熱帶地區(qū),但多數(shù)國(guó)家包括中國(guó)都是零星種植。有關(guān)洋刀豆在飼料中的應(yīng)用研究并不多見(jiàn),我國(guó)飼料原料目錄中也未見(jiàn)洋刀豆。Solomon 等(2017)的研究表明,非洲鯰日糧中洋刀豆對(duì)豆粕的替代水平不可超過(guò)20%,否則將顯著降低其生長(zhǎng)和存活率。豆科作物籽實(shí)及其加工產(chǎn)品對(duì)豆粕的替代效果見(jiàn)表3。
表3 豆科作物籽實(shí)及其加工產(chǎn)品對(duì)豆粕的替代效果
單細(xì)胞蛋白蛋白含量高,氨基酸含量豐富且均衡,與魚(yú)粉的氨基酸組成相似,并富含維生素和礦物質(zhì)。單細(xì)胞蛋白對(duì)水資源、生產(chǎn)面積需求較小,在生產(chǎn)過(guò)程中不受環(huán)境及氣候的影響,對(duì)環(huán)境友好,可實(shí)現(xiàn)全年穩(wěn)定高效生產(chǎn)。其中,菌類(lèi)蛋白和藻粉蛋白等是近年來(lái)水產(chǎn)行業(yè)的研究熱點(diǎn)。乙醇梭菌蛋白是當(dāng)前關(guān)注度最高的一類(lèi)菌類(lèi)蛋白,其粗蛋白質(zhì)含量一般在80% 以上,不含抗?fàn)I養(yǎng)因子,富含微量元素,胃蛋白酶消化率高達(dá)90.4%(單春?jiǎn)痰龋?023)。Xue 等(2023)的研究發(fā)現(xiàn),草魚(yú)日糧中使用12.75% 的乙醇梭菌蛋白替代全部豆粕,不影響生長(zhǎng)且改善了肌肉品質(zhì);而Fan 等(2022)的研究表明,草魚(yú)日糧中使用35% 的乙醇梭菌蛋白替代全部豆粕,降低了生長(zhǎng)和魚(yú)肉品質(zhì)。此外,甲基營(yíng)養(yǎng)菌單細(xì)胞蛋白在虹鱒日糧中對(duì)豆粕的替代水平可達(dá)65%(Hardy 等,2018)。草魚(yú)日糧中可使用52.8% 的小球藻粉替代全部的豆粕(Fan 等,2022)。單細(xì)胞蛋白對(duì)豆粕的替代效果見(jiàn)表4。
表4 單細(xì)胞蛋白對(duì)豆粕的替代效果
啤酒糟是啤酒工業(yè)的主要副產(chǎn)物,我國(guó)每年的啤酒糟產(chǎn)量已超過(guò)1000 萬(wàn)t。干啤酒糟含15%~25% 的粗蛋白質(zhì),且富含礦物元素和維生素;與常用的蛋白原料比,啤酒糟存在蛋白含量偏低、粗纖維含量高的缺點(diǎn)(張家才等,2023)。Eliopoulos 等(2022)報(bào)道,通過(guò)發(fā)酵可使啤酒糟的粗蛋白質(zhì)含量增加49.49%,纖維素含量降低11.42%。李小霞等(2016a,2016b)報(bào)道,在雜食性魚(yú)類(lèi)羅非魚(yú)日糧中,干啤酒糟可替代27.0%~28.9% 的豆粕,而發(fā)酵啤酒糟可替代54.1%~55.4% 的豆粕。在肉食性魚(yú)類(lèi)歐洲鱸魚(yú)日糧中,使用高蛋白酒糟(CP:47%)替代50%的豆粕也獲得了較佳的效果(Goda 等,2020)。酒糟對(duì)豆粕的替代效果見(jiàn)表5。
表5 酒糟類(lèi)對(duì)豆粕的替代效果
我國(guó)蛋白質(zhì)飼料稀缺的情況在不斷加劇,這使得飼料行業(yè)對(duì)非常規(guī)蛋白源的探索范圍不斷擴(kuò)大,除了對(duì)雜糧雜粕、昆蟲(chóng)粉蛋白、單細(xì)胞蛋白等的應(yīng)用研究更為深入,一些其他具有一定營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的非糧動(dòng)植物蛋白源也逐漸引起了飼料行業(yè)的關(guān)注。
近年來(lái),辣木種植規(guī)模逐年增大,目前在我國(guó)的種植面積已有約4000 公頃。辣木葉粉蛋白含量高達(dá)27.6%~35.4%,氨基酸種類(lèi)多達(dá)19種,可媲美大豆(鞏思佳等,2021)。不同的研究基于生長(zhǎng)性能等指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn),辣木葉粉均可部分替代南亞野鯪(Masood 等,2020)、銀高體鲃(Farhad 等,2023)、鯉魚(yú)(Adeshina 等,2018)日糧中的豆粕。通常情況下,黑水虻幼蟲(chóng)培養(yǎng)基被黑水虻消化分解后,還剩50% 左右的養(yǎng)分,其中富含N、P、K 及各種微量元素(胡俊茹等,2016)。不同的研究均表明,黑水虻幼蟲(chóng)培養(yǎng)基可部分有效替代羅非魚(yú)日糧中的豆粕(黃文慶等,2019;胡俊茹等,2016)。豆腐渣是大豆加工的副產(chǎn)品,蛋白含量約17.84%,脂肪含量約5.90%,富含鈣、鎂、鉀;影響其在動(dòng)物體內(nèi)有效利用的抗?fàn)I養(yǎng)因子主要包括胰蛋白酶制劑、植酸、大豆凝集素等,但發(fā)酵的方式可使豆腐渣的蛋白含量顯著提高,抗?fàn)I養(yǎng)因子有所減少(龍健玲等,2023)。在遮目魚(yú)和大口黑鱸上的研究表明,發(fā)酵豆腐渣對(duì)豆粕的適宜替代水平分別為10%(Putra 等,2021)和16%(Jiang 等,2018)。
此外,相關(guān)研究探索了茶渣蛋白提取物、美藤果渣和腰果粉對(duì)羅非魚(yú)日糧中豆粕的替代效果,并發(fā)現(xiàn)三種蛋白源的適宜替代水平分別為50%(魏 漢 等,2023)、18%~36%(歐 陽(yáng) 滿(mǎn) 等,2022)和50%(Pradhan 等,2020)。其他類(lèi)蛋白原料對(duì)豆粕的替代效果見(jiàn)表6。
表6 其他類(lèi)蛋白原料對(duì)豆粕的替代效果
世界水產(chǎn)品在人類(lèi)食物中的貢獻(xiàn)越來(lái)越大,未來(lái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖仍將有較大發(fā)展,水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展依賴(lài)于人工飼料。水產(chǎn)飼料對(duì)蛋白源的需求很大,但可用于水產(chǎn)飼料的谷物原料很少。其中,我國(guó)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的大豆僅占5.6%,但大豆進(jìn)口依賴(lài)度高,豆粕的供應(yīng)同樣難以滿(mǎn)足水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,高效利用非常規(guī)原料以替代水產(chǎn)料中的豆粕仍任重道遠(yuǎn)。已有的應(yīng)用研究雖取得了部分可喜的成果,加工工藝的改進(jìn)極大的提升了油料籽實(shí)和豆科籽實(shí)加工副產(chǎn)物、菌體蛋白、海藻粉等對(duì)水產(chǎn)料中豆粕的替代水平,其中,棉籽濃縮蛋白、乙醇梭菌蛋白、小球藻粉等更是被多項(xiàng)研究證實(shí)可獲得超過(guò)豆粕的生產(chǎn)性能。但在水產(chǎn)飼料的實(shí)際生產(chǎn)中,實(shí)施豆粕減量替代以達(dá)到降本增效的舉措仍有極大的提升空間。飼料的配制生產(chǎn)中,需更綜合的考慮不同地區(qū)的飼料資源特點(diǎn),進(jìn)一步分析不同飼料原料的利用價(jià)值,密切關(guān)注新原料的加工性能,各營(yíng)養(yǎng)素的平衡,抗?fàn)I養(yǎng)因子的種類(lèi)和含量等問(wèn)題。