水产饲料新型蛋白源的研究进展(下)
2.1大豆及其制品
豆粕类具有蛋白质含量高、氨基酸组成较合理、消化吸收率高、价格低廉和供应充足等优点,是目前水产动物饲料中使用最多的植物蛋白源之一。Salze等(2010)研究大豆浓缩蛋白替代鱼粉对军曹鱼(Rachycentroncanadum)幼鱼生长的影响,结果表明大豆浓缩蛋白替代75%的鱼粉对军曹鱼幼鱼的生长无不良影响。Biswas等(2007)研究豆粕中添加植酸酶部分替代鱼粉对真鲷(Pagrosomusmajor)生长的影响,结果表明日粮中添加40%鱼粉、30%豆粕和2000FTU/kg植酸酶对真鲷的生长最有利。Romarheim(2008)研究了脱脂豆粕(SBM)替代鱼粉对军曹鱼生长的影响,结果表明在日粮中添加335g/kg鱼粉和285g/kgSBM组与558g/kg鱼粉组,军曹鱼幼鱼的生长无显著差异。发酵豆粕较其他大豆蛋白更易消化吸收(Luo等,2004),且无豆腥味,适口性好,具有良好的开发利用前景。同鱼粉相比,豆粕中的必需氨基酸(赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸等)含量相对较低,适口性较差,并含有胰蛋白抑制剂、植物血凝素和抗维生素等多种抗营养因子,限制其在水产饲料中的添加量(El-Sayed,1999)。
2.2棉粕类
棉粕中赖氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸含量较低,棉酚含量高。饲料中棉粕的适宜添加量主要受棉粕中游离棉酚和赖氨酸含量的影响,这是由于游离棉酚同赖氨酸结合,会降低饲料中赖氨酸的生物有效性(Robinson等,1984)。棉粕粗纤维含量较高,会降低饲料蛋白质消化率(Mbahinzireki等,2001),斑点叉尾(IetalurusPunetaus)对棉粕赖氨酸消化率仅为66%。不同种类的鱼对饲料中棉酚敏感程度不同,当饲料中棉酚含量达到0.03%时虹鳟生长下降,死亡率增加(Wedegaertner,1981);达到0.09%时斑点叉尾生长开始下降(Dorsa等,1982)。铁可以在动物小肠中同棉酚作用形成稳定的络合物,从而阻止棉酚被吸收进入血液。有鉴于此,在添加棉粕的饲料中补充高浓度的铁是有必要的(Wedegaertner,1981)。许多研究表明,棉粕替代适量的鱼粉,不会对水生动物的生长产生不利影响。比如,Lee等(2006)研究棉粕替代鱼粉对虹鳟生长的影响,结果表明棉籽粕替代100%的鱼粉不会对虹鳟的长期(3年)生长产生不利影响。Barros等(2002)认为,斑点叉尾饲料中添加25%~30%低棉酚(0.022%游离棉酚)的棉粕,对其生长无不良影响,如果再在饲料中补充赖氨酸,则棉粕可以完全替代豆粕。
2.3菜粕类
菜粕类蛋白质消化率较豆粕和棉粕低,赖氨酸和蛋氨酸含量及利用率较低,并含有蛋白酶抑制剂、植酸、丹宁酸、芥子酸、芥子油苷(一种抗甲状腺因子)和异硫氰酸盐(Fenwick等,1986)等抗营养因子,限制了其在水产饲料中的应用。另外,由于菜籽粕中存在白芥子酸和鞣酸等影响了饲料的适口性(McCurdy和March,1992),从而导致水产动物的摄食率不佳,生长速度下降(Gomes等,1993)。同时,已有研究表明,在大菱鲆(Burel等,2000)、虹鳟(Teskeredzic等,1995)、和斑点叉尾(Webster等,1997)等水产动物饲料中菜籽粕可以替代部分鱼粉,然而菜粕中存在的抗营养因子限制了其在水产动物中的添加量,一般认为,菜粕在水产饲料中的适宜添加量为20%~30%(Webster等,1997)。Burel等(2000)研究表明,与对照组相比,饲料中添加30%经热处理菜粕,对大菱鲆的生长和体组成成分无显著影响。
2.4玉米蛋白粉和小麦蛋白粉蛋白源
玉米蛋白粉和小麦蛋白粉具有蛋白质含量高、纤维含量较低、抗营养因子少、富含B族维生素、维生素E和矿物质等特点,是较好的植物蛋白源。对虹鳟(Moyano等,1992)、尖吻鲈(Sparusaurata)(Re-baina等,1995)和大菱鲆(Regost等,1999)的研究表明,饲料中玉米蛋白粉替代鱼粉的比例不超过20%时,对上述鱼类的生长和消化吸收率未产生不利影响;然而当玉米蛋白粉替代鱼粉的比例超过20%时,大菱鲆生长速度显著降低,蛋白质、必需氨基酸等营养物质的消化吸收率显著下降。Bobadilla等(2005)研究了混合植物蛋白(玉米筋、小麦筋、压榨豌豆、菜籽粉和白色羽扇豆)替代鱼粉对金头鲷(Sparusaurata)幼鱼生长的影响,结果表明混合植物蛋白替代50%和75%的鱼粉,金头鲷幼鱼的饲料效率和特定生长率不低于鱼粉组。Storebakken等(2000)试验表明,随着饲料中小麦蛋白粉替代鱼粉比例的提高,大西洋鲑对脂肪和能量的消化率显著提高;当饲料中小麦蛋白粉替代鱼粉比例超过25%时,大西洋鲑对蛋白质消化率显著上升,除甘氨酸和赖氨酸之外的其他氨基酸的消化吸收率升高。
2.5其他种类的植物蛋白源
Sevgili等(2009)研究榛子粉替代鱼粉对虹鳟生长和饲料利用效率等的影响,结果表明用榛子粉替代30%的鱼粉,虹鳟的增重率、特定生长率、摄食率和饲料转化率显著高于对照组。土豆蛋白具有蛋白质含量高(75%~85%),氨基酸较为平衡等优点,有较好的开发利用潜力(Xie和Jokumsen,1997)。Refstie和Tiekstra(2003)通过改进加工工艺生产出低土豆碱的土豆蛋白,用来替代40%的饲料鱼粉蛋白,对大西洋鲑的生长、摄食率、饲料效率无负面影响。大麦一般蛋白质含量约为10%~12%,但像虹鳟和鲑鱼等肉食性鱼类的饲料中,蛋白质含量需要达到40%-60%。而美国农业研究局(ARS)和MMP共同取得专利的一项酶法工艺,通过去除大麦中的碳水化合物并将它们转化成乙醇副产品,实现了对大麦所含养物的完全利用。大麦蛋白质浓缩物成分的变异性较小,比大部分鱼粉更便宜。用虹鳟对大麦蛋白质浓缩物进行的测试,发现其消化吸收率高达95%。用含有11%或者22%大麦蛋白质浓缩物的饲料对大西洋鲑鱼进行的测试显示,鲑鱼的生长情况与摄食标准鱼粉饲料的鲑鱼没有显著差异。而且,食用含22%大麦蛋白质浓缩物饲料的鲑鱼,其能量留存明显更高,显示了大麦浓缩蛋白良好的应用前景。
3单细胞蛋白源的开发利用
单细胞蛋白又称微生物蛋白,它不是一种纯蛋白质,而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸以及非蛋白的含氮化合物、维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。由于其蛋白质含量高(40%~80%),氨基酸组成较为齐全,还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质,以及丰富的酶类和生物活性物质,如辅酶A、辅酶Q、谷胱甘肽、麦角固醇等。因此,可以作为部分替代鱼粉的蛋白源使用(Berge等,2005)。程光平等用不同比例的酵母蛋白替代饲料中的鱼粉,进行室内分阶段饲养胡子鲶试验,养殖效果表明在胡子鲶饲料中,酵母蛋白可替代鱼粉,其适合用量为10%左右(即替代50%左右鱼粉),Zerai等(2008)研究酒糟替代鱼粉对尼罗罗非鱼(Tilapianilotica)生长的影响,结表明酒糟替代50%的鱼粉不会对尼罗罗非鱼的生长和饲料利用率产生不良的影响。Berge等(2005)研究细菌蛋白作为蛋白源替代鱼粉对大西洋鲑生长的影响,结果表明,日粮中添加10%和20%的细菌蛋白粉替代鱼粉,对大西洋鲑的生长无显著影响。但是,同鱼粉相比,单细胞蛋白往往是一种或多种氨基酸含量不足,或者是氨基酸不平衡,限制了其在水产饲料中的添加量。酵母蛋白中含硫氨基酸为限制性氨基酸,一些研究者在饲料中补充蛋氨酸能够显著改善鱼类的生长(Metailler和Huelvan,1993)。然而在鲈饲料中补充蛋氨酸并不能促进其生长(Oliva-Teles和Goncalves,2001),研究者对虹鳟的研究也得出同样的结论。这是由于鱼类等水产动物对晶体氨基酸的消化能力较弱的缘故。
4组合蛋白源
与单一蛋白源部分或全部替代鱼粉不同,当前人们倾向于设计不同类型的蛋白源组合来替代鱼粉,这可能是因为各种蛋白源的营养成分具有互补性,不同蛋白源的混合使用使配方的营养更均衡,从而有利于动物体的吸收利用及生长发育。吴建国等选用鱼粉、豆粕、菜籽粕和啤酒酵母为原料设计6种不同的蛋白源组合对方斑东风螺进行对比试验,研究结果表明鱼粉、豆粕、菜籽粕为1︰1︰1(质量比)的比例组是方斑东方螺的较优蛋白源,可获得较好的饲养效果。丁雪燕等在海区小网箱中开展豆粕粉加肉骨粉、玉米蛋白粉代替鱼粉的配合饲料饲养大黄鱼试验,结果表明:用豆粕粉加肉骨粉加玉米粉替代60%和30%鱼粉,对大黄鱼的养殖性能和经济效益无显著影响,以30%的替代量更为合适,而且膨化饲料优于粉状饲料。
5结语
在水产养殖快速发展和鱼粉供应日趋紧张的背景下,开展水产动物饲料蛋白源的开发和利用研究,在保证水产养殖动物正常生长的前提下,以廉价的动植物蛋白源替代昂贵的鱼粉不仅降低养殖成本,同时,减少了鱼粉的使用量,对于保护海洋渔业资源,确保海洋渔业的可持续发展具有重要意义。
然而,尽管替代蛋白源的开发利用已经取得很大的进展,但是绝大多数水产饲料仍然摆脱不了鱼粉的限制,尤其是名贵的水产养殖对象。大规模应用替代蛋白源尚存在诸多问题需要进一步研讨和解决,如氨基酸平衡性差,存在抗营养因子、饲料适口性差、消化率差等一系列问题。
提高替代水平还有赖于营养生理的研究和饲料加工技术的发展。所以笔者建议,近期研究应着重于这几个方面:改进加工工艺;加强水产动物不同发育阶段的营养需求、生理研究及抗营养因子耐受性的研究;科学合理设计饲料配方,开发科学的饲料配方软件,建立数据库等。
(中山大学生命科学学院,陈明,田丽霞,刘永坚)
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