廢棄貝殼在制備功能性飼料添加劑中的應(yīng)用

袁焙嘉 宋文東

[摘要]隨著我國貝類養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，帶動國民海洋經(jīng)濟(jì)增長的同時，廢棄貝殼直接遺棄，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費問題。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]貝類養(yǎng)殖;飼料添加劑;無機(jī)礦物質(zhì);抗茵肽;低聚糖

[中圖分類號] S816.7

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

1 貝類養(yǎng)殖發(fā)展現(xiàn)狀

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

我國是目前世界上最大的貽貝生產(chǎn)國家，年產(chǎn)約60萬噸，同時隨著國際市場對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)殖條件和簡易的養(yǎng)殖環(huán)境，使得我國貽貝養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)蘊藏著巨大的經(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，無法滿足國內(nèi)市場的自銷需求，因此過度依賴澳大利亞、秘魯?shù)葒业某隹?。同時隨著十三五規(guī)劃的提出，水產(chǎn)品關(guān)稅的降低，我國水、海產(chǎn)品消費需求量的增加，使得扇貝和牡蠣對外依賴性進(jìn)一步加強(qiáng)。

貝類養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的空前發(fā)展，有力帶動了我國沿海經(jīng)濟(jì)以及海鮮消費市場的迅速發(fā)展，不僅提高了人們對于日常食物的需求水平，同時也對海洋環(huán)境的保護(hù)起了一定程度的促進(jìn)作用。據(jù)專家研究發(fā)現(xiàn)，貝類可大量吸收魚類所排出的廢物，從而改善其生存的周圍海域水質(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）以及氨氮等富營養(yǎng)物質(zhì)。此外，貝類養(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，進(jìn)一步移除空氣中C02含量，緩解溫室效應(yīng)。

貝類養(yǎng)殖的不斷擴(kuò)張極大改善了人們的生活水平和消費需求，促進(jìn)了沿海經(jīng)濟(jì)的高速增長。但伴隨著大量廢棄貝殼的遺棄堆積，造成海岸線污染的不斷加劇，同時也造成了巨大的資源浪費和生態(tài)污染。我國目前對于貝類產(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，舟山市嵊泗縣貽貝養(yǎng)殖年產(chǎn)量12萬噸左右，但是廢棄貽貝殼就占7萬噸左右，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時間堆積在島嶼海岸線附近，不僅造成了海島土地資源的浪費，同時也會產(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，通過裂紋偏轉(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，這些元素多為動物生長發(fā)育，提高自身免疫的必需物質(zhì)，如鋅元素對神經(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，同時也能降低心血管疾病的發(fā)生概率;硒元素則是對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，同時對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)步以及人們對于食品安全的高度重視，使得原先在飼料中廣泛實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)恰好填補了抗生素的漏洞，同時越來越多的功能性因子被科研工作者開發(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飼料添加，進(jìn)入動物體內(nèi)發(fā)揮一定生物學(xué)功能（即增強(qiáng)動物保健功能）的添加劑，具有改善動物機(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，同時功能性飼料添加劑可以在動物體內(nèi)完全代謝或被充分利用，實現(xiàn)真正的無害化和綠色化。

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（即一類特殊的小分子活性多肽），有機(jī)酸，低聚糖類和微量元素等。

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自于生物體內(nèi)，通過相應(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，對于原料的需求量是相對龐大的，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，直接遺棄無疑是對自然資源的浪費，如若對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自然資源的循環(huán)使用，也是對于飼料添加劑這一類產(chǎn)品的改進(jìn)和創(chuàng)新。

4.1 無機(jī)礦物質(zhì)及微量活性元素

直接使用碳酸鈣等無機(jī)礦化物作為飼料添加劑能夠在一定程度上改善動物的體質(zhì)情況，但可能會因為其純度不夠，摻雜的其他雜質(zhì)影響動物的生理健康。此外，無機(jī)礦化物的直接投放雖能釋放出鈣，鎂等離子，但也同時能夠解離出硫酸根，氯離子等具有負(fù)面影響的離子團(tuán)（根），若是魚蝦等水產(chǎn)養(yǎng)殖，這些負(fù)面污染物會在體表不斷堆積，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程中，加入的銅，鋅等離子會增加添加劑的毒性，并破壞動物體內(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濫用無機(jī)礦化物作為飼料添加劑帶來的弊端，同時貝殼中的礦物活性元素種類繁多，提取方法簡單，經(jīng)濟(jì)效益高，1Kg原貝殼粉可以用來生產(chǎn)2.5Kg的飼料添加劑，轉(zhuǎn)化率為250%，制備過程中也實現(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，抗菌肽逐漸成為眾多科學(xué)團(tuán)隊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)動物的消化吸收和生長，進(jìn)而提高飼料的利用率，同時抗菌肽自身的免疫條件能力，對于引發(fā)病害的真菌、病毒以及原蟲有較強(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)，這是因為抗菌肽代替抗生素作為飼料添加劑的研究距廣泛規(guī)模的應(yīng)用還有著很大的距離，同時也存在著許多難題：抗菌肽的種類繁多;如何挑選出性能更加優(yōu)勢的抗菌肽;不同種類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，抗菌肽在動物體內(nèi)含量少，而且天然庫存嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致目前還無法運用基因工程手段實現(xiàn)其大規(guī)模生產(chǎn)。

貝類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源之一。通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，牡蠣，蛤蜊等其他種類的貝殼體內(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源。

通過貝類提取的原生抗菌肽，并且通過基因工程進(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，同時對宿主無害。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。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)動物體內(nèi)的菌類平衡，增強(qiáng)其免疫能力。

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

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，但都會對其生理活性產(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、化妝品等多個領(lǐng)域。因此對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。同時廢棄貝殼中含有種類繁多的制備飼料添加劑的原料，對其實施再次利用，不僅是對自然資源的最大利用化，也是對環(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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[作者簡介]袁焙嘉（1999-）.浙江紹興人，化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科在讀。