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昆虫蛋白的营养价值及其在动物生产中的应用

     昆虫繁殖速度快、食性广泛且食物转化率高,饲养空间小。与猪、牛生产相比,能够产生更少的温室气体,可以减少畜牧业生产对环境的不利影响(Oonincx等,2010)。昆虫体内蛋白质含量高,可达其干重的50%~82%(Schabel,2010),其中必需氨基酸含量为10%~30%,占氨基酸总量的35%~50%,其氨基酸种类和含量比例符合或高于联合国粮农组织/世界卫生组织(FAO/WHO)提出的氨基酸模式(冯颖,2005)。另外,含有丰富的软脂酸和不饱和脂肪酸、维生素、矿物质元素等,消化性能良好,是优质的蛋白质饲料资源(Anand等,2008;周元军,2005)。开发利用昆虫蛋白质资源,将会在一定程度上缓解和改善动物性蛋白质饲料严重短缺的局面。本文就昆虫蛋白的营养价值以及其在动物生产中的应用进行综述。

1昆虫蛋白的营养价值

     1.1蛋白质

     昆虫体内蛋白质含量很高,氨基酸比例均衡,营养价值较高,是饲料生产中潜在的重要蛋白质资源。谢保令(1994)报道黄粉虫幼虫、蛹和成虫的粗蛋白质含量分别为47.70%~54.25%、55.23%~58.70%和63.19%~64.29%,且必需氨基酸含量占总氨基酸比例分别为48.81%~52.67%、52.34%~49.61%和44.64%~42.06%。蝗虫蛋白质含量达50%~60%,其中7种必需氨基酸含量与氨基酸总量的比值在35%左右,水溶性蛋白的比例超过了40%(段玉峰,2005)。干物质基础的蚕蛹中蛋白质含量占60%左右,18种氨基酸的含量均占1.5%以上,其中必需氨基酸缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸占总氨基酸量42.20%~60.00%(王伟等,2006;杨海霞等,2002)。蝇蛆风干物中粗蛋白质含量为56.18%~65.00%,赖氨酸、蛋氨酸和必需氨基酸总量分别是鱼粉的2.6、2.7倍和2.3倍,氨基酸质量接近鱼粉(白钢和张翼翔,2010;斯琴高娃等,2008)。

     1.2脂肪和脂肪酸

     昆虫蛋白中脂肪含量丰富,但不同昆虫之间以及不同发育阶段,昆虫体内脂肪含量差别较大。脂肪酸中主要是C16和C18脂肪酸,不饱和脂肪酸含量占比较大,其中鞘翅目中不饱和脂肪酸含量最高,单不饱和脂肪酸达43.40%~66.60%,其中油酸占30.00%~41.50%。另外,饱和脂肪酸中多以软脂酸为主,硬脂酸含量较少。鳞翅目中蛹时期饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸比例接近于1∶1∶1;幼虫阶段多不饱和脂肪酸含量高达53.80%,必需脂肪酸含量比较丰富。因此,昆虫可以作为动物能量和必需脂肪酸的良好来源。

     1.3矿物质元素

     昆虫蛋白中矿物质元素含量丰富,不同发育阶段和不同群落昆虫之间矿物元素含量存在差异,其中钙、钾、镁、磷和钠等常量元素含量较高,钾和磷含量分别达到22060mg/100g和1090mg/100g,双翅目中的蝇蛆蛋白中钙含量为500mg/100g,镁在鳞翅目中蛹阶段含量为207mg/100g。此外,昆虫蛋白中含有丰富的铁、锌、锰、铜、硒等微量元素,其中铁和锌的含量较高,直翅目中蝗虫成虫期铁含量为229.70mg/100g,鞘翅目中紫棕象甲幼虫阶段锌含量为15.80~26.50mg/100g,鳞翅目中幼虫阶段锰含量可达10163.10mg/100g,均为有机矿物元素,容易被动物机体吸收利用,可为动物提供必需的营养素。

     1.4维生素

     维生素是动物为维持正常的生理功能而必须从食物中获得的一类微量有机物质,在动物生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用。白钢和张翼翔(2010)研究表明蝇蛆蛋白维生素A、维生素D和维生素E含量分别为727.8、131.0μg/100g和10.04mg/100g。杨兆芬和吴小楠(1999)报道黄粉虫幼虫干粉,维生素A和维生素E含量分别为337μg/100g和898μg/100g。

     1.5功能蛋白

     研究发现,昆虫体内存在有多种功能蛋白包括抗冻蛋白、储存蛋白、热休克蛋白、抗菌肽、干扰素、类免疫球蛋白、甾体载体蛋白-2、信息素结合蛋白、滞育关联蛋白、昆虫几丁质酶等(田华和王莉,2011)。昆虫蛋白具有抗菌、抗病毒和抗肿瘤作用;通过促进淋巴细胞增殖,刺激抗体分泌,调节特异性免疫应答;通过产生或增加免疫因子(凝集素、溶菌酶、抗菌蛋白、抗菌肽等),促进巨噬细胞的吞噬作用,调节非特异性免疫;另外,可促进免疫器官的发育,从而提高动物机体免疫力(李奕冉等,2010)。一些特殊的生物活性成分,如免疫活性物质和几丁质,可显著降低鸡血清及蛋黄中胆固醇含量,提高饲料报酬和产蛋性能(方洛云等,2009)。

2昆虫蛋白粉在动物生产中的应用

     2.1昆虫蛋白粉在鸡生产中的应用

     贾生福和马彦彪(2007)报道,在AA肉仔鸡日粮中添加5%的蝇蛆粉与添加5%的鱼粉相比,平均日增重提高了2.89%;蛋鸡饲料中添加10%~12%的蛆粉等量代替鱼粉,产蛋率提高10.1%~20.3%。张建斌和郭敏增(2010)研究报道,产蛋鸡饲料中添加1.8%蝇蛆干粉等量替代鱼粉,提高了产蛋率、日产蛋量和蛋黄含量,降低了蛋黄胆固醇和蛋白含量。研究表明,日粮中添加蝇蛆粉可以提高蛋仔鸡成活率和均匀度,增加蛋鸡的产蛋数和蛋重,同时增强了机体免疫能力,免疫球蛋白IgG和IgM水平分别提高了9.5%和7.1%(郝贵增等,2012)。饲粮中添加黄粉虫等量替换鱼粉和添加不同浓度水平的黄粉虫,在一定程度上可以改善肉仔鸡的体增重、采食量、料重比、体内蛋白质沉积率、蛋白质代谢率(申红等,2006)。查天发和付应霄(2008)分别在基础日粮中添加0%、3%、5%和7%的黄粉虫对AA肉鸡肌肉品质的影响,结果表明:(1)饲料中添加黄粉虫可以改善鸡肉风味,日粮中添加7%黄粉虫效果显著;(2)黄粉虫组的肌纤维直径增大,3%组增加显著(P<0.05),7%组增加极显著(P<0.01)。且随着黄粉虫添加量的增加,鸡肉的剪切力均有不同程度的增加;(3)与对照组相比,黄粉虫组肌肉滴水损失率降低。结果提示,日粮中添加适量黄粉虫可以增加鸡肉持水能力,改善肌肉风味。李江森等(2013)研究了饲料中添加黄粉虫对果园生态放养鸡生长性能和免疫功能的影响,结果表明饲料中添加0.5%和1%黄粉虫干粉能显著提高果园生态放养鸡的生长性能,促进免疫器官的生长发育,显著提高新城疫HI抗体水平。在8~21日龄矮脚黄鸡日粮中添加4.44%蝇蛆粉可以显著提高鸡的采食量和日增重,可作为此阶段肉鸡日粮蛋白质的来源(任静雷等,2011)。综上所述,饲料中添加昆虫蛋白粉可以达到与鱼粉相同效果,且具有一定的免疫增强作用,降低饲料成本,提高生产效益。

     2.2昆虫蛋白粉在水产养殖中的应用

     曹俊明等(2012a)研究了不同比例的家蝇蛆粉替代鱼粉对凡纳滨对虾幼虾生长性能、抗氧化性能以及非特异性免疫指标的影响,替代比例(等蛋白替代)分别为0%、20%、40%、60%、80%和100%,结果表明:

     (1)当蝇蛆粉的替代水平低于60%时,凡纳滨对虾的增重率(WGR)与对照组相比差异不显著,各组对虾的摄食量、饲料系数和蛋白质效率等指标差异不显著,随替代水平的继续增加,各指标显著降低(P<0.05);(2)随家蝇蛆粉替代鱼粉水平的增加,凡纳滨对虾全虾粗蛋白质含量显著升高,粗脂肪含量显著降低(P<0.05),各替代组干物质和灰分含量与对照组相比差异不显著(P>0.05);(3)凡纳滨对虾的血细胞总数的组间差异不显著(P>0.05),提示家蝇蛆粉部分或者完全替代鱼粉对凡纳滨对虾的细胞总数不会产生显著的不利影响。进一步研究发现,当家蝇蛆粉替代鱼粉水平低于60%时,除凡纳滨对虾肌肉游离精氨酸含量显著升高外,对肌肉常规营养成分组成和必需氨基酸、鲜味氨基酸和肌苷酸含量无显著影响(严晶等,2012)。另外,有研究发现,蝇蛆粉替代水平低于60%时,对凡纳滨对虾消化酶和转氨酶活性无显著影响,对肝胰腺结构损伤不明显(曹俊明,2012b)。

     由此可见,在凡纳滨对虾饲料中用适当比例的蝇蛆粉替代鱼粉,对其生长性能及肉质没有影响。文远红等(2013)研究蝇蛆粉替代鱼粉对黄颡鱼幼鱼生长性能、体组成和血浆生化指标的影响,蝇蛆粉替代基础饲料中0%、20%、40%、60%、80%、100%鱼粉,结果显示:与对照组相比,蝇蛆粉替代组不影响黄颡鱼幼鱼存活率;除了20%替代组外,其他各替代组的体重、增重率、特定生长率、蛋白质效率和蛋白质沉积率显著降低(P<0.05),饲料系数显著提高(P<0.05)。蝇蛆粉替代组对幼鱼肥满度、脏体比、肝体比、全鱼水分、粗蛋白质、粗脂肪、灰分、钙、总磷含量和血浆尿素氮含量及谷丙转氨酶谷草转氨酶活性的影响不大(P>0.05)。当蝇蛆粉替代鱼粉比例超过20%时,在一定程度上,各组血浆葡萄糖、血浆高密度脂蛋白胆固醇升高,血浆总蛋白、血浆胆固醇和血浆低密度脂蛋白胆固醇含量降低。说明在黄颡鱼幼鱼饲料中蝇蛆粉替代鱼粉的比例应小于20%。另外,黄燕华等(2013)进一步研究了蝇蛆粉替代鱼粉对黄颡鱼肌肉品质的影响,结果显示,蝇蛆粉替代鱼粉水平对黄颡鱼肌肉水分、粗蛋白质、粗脂肪含量影响不显著(P>0.05),对肌肉pH、滴水损失(DL)、蒸煮损失(CL)和超氧化物歧化酶(SOD)活性无显著影响(P>0.05),各组肌肉谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、天冬氨酸(Asp)等风味氨基酸和总风味氨基酸(TFAA)含量差异不显著(P>0.05),而40%~60%组显著降低了肌肉丙二醛(MDA)含量(P<0.05),60%~100%组显著降低了肌肉中C14∶0、C18∶3n-3、C22:6n-3(DHA)、EPA+DHA、多不饱和脂肪酸(PUFA)、n-3PUFA含量和n-3/n-6比值(P<0.05)。说明在黄颡鱼饲料中蝇蛆粉替代鱼粉水平不宜超过40%。吉红等(2012)研究报道,蚕蛹替代框鳞镜鲤日粮中50%鱼粉对机体氨基酸和脂肪酸组成有一定影响,但不影响框鳞镜鲤的健康状况,有促进生长及改善饲料利用效率的趋势。另有研究发现,脱脂蚕蛹替代建鲤饲料中50%以下的鱼粉,对其生长性能、体成分及健康状况指标影响不大,若同时添加晶体赖氨酸可提高鱼体的蛋白质沉积水平(张建禄等,2013)。

3小结

     昆虫资源丰富,营养价值较高,可持续利用,是一种潜在的优质蛋白质资源。昆虫蛋白在动物生产中可不同程度地替代饲料中鱼粉含量,而在鸡生产中有些昆虫蛋白甚至可以完全替代鱼粉,但在实际生产应用中还存在着许多问题需要进一步研究,如目前为止只有较少的昆虫蛋白质资源被发掘和研究;昆虫蛋白生产规模小,加工工艺落后,生产成本较高;昆虫蛋白中未知生物活性成分的检测分析不够等。积极开发和利用昆虫蛋白资源,可有效缓解目前饲用蛋白质原料不足的现状,对于降低饲料成本,提高经济效益和促进畜牧业发展具有重要意义。

(1.中粮饲料(茂名)有限公司,张号杰,秦江帆,李孝伟,付云娜;2.广东省高州农业学校,郭爱红)

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