南極磷蝦粉營養(yǎng)特性及其在水產飼料中的應用

王裕玉 趙 璐 郭曉華 張新明*

(1.日照職業(yè)技術學院海洋工程學院，日照 276826；2.山東美佳集團有限公司，日照 276800)

南極磷蝦(Euphausiasuperba)是最豐富的海洋生物之一，在南極生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈中扮演著極其重要的角色，據估算其資源量可達3.79億t，被認為是地球上最大的動物蛋白質源庫，開發(fā)應用前景廣闊[1]。南極磷蝦蛋白質生物學效價優(yōu)于牛乳蛋白質，氨基酸含量豐富，種類齊全，必需氨基酸的構成比例符合聯(lián)合國糧農組織/世界衛(wèi)生組織(FAO/WHO)對優(yōu)質蛋白質的評分標準[2-5]；且富含多不飽和脂肪酸(PUFA)、維生素、礦物質、微量元素及蝦青素和胡蘿卜素等活性物質。在魚蝦類研究中發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦產品生物利用率高，對攝食、生長、免疫力和體色等有積極效果，可作為水產動物的優(yōu)質蛋白質源和脂肪源[6-9]。然而，南極磷蝦體內氟含量可達800～2 400 mg/kg[9]，極易發(fā)生氟蓄積，導致魚蝦類急性中毒，表現(xiàn)為厭食、呼吸頻率下降、血液氟化物含量增加、肌肉麻痹和受精卵孵化延遲，重者引起死亡[10]；南極磷蝦產品及其衍生物對人類健康具有積極效果，如降低心腦血管疾病風險、減少慢性炎癥、抗菌、抗氧化等[11-13]。據估算，經脫氟處理，每年可獲得400萬～500萬t優(yōu)質的南極磷蝦蛋白質[14-15]。探究利用物理、化學和微生物學等方法脫除南極磷蝦中的氟是未來的研究方向之一。因此，南極磷蝦產品的研發(fā)及其產業(yè)化發(fā)展具有廣闊前景。我國南極磷蝦的綜合利用研究相對滯后，如何將南極磷蝦產業(yè)由生產初級食品向高值化產品轉變是個亟需解決的問題。

1 南極磷蝦粉的營養(yǎng)特性

南極磷蝦的年齡、捕撈時間和區(qū)域以及加工工藝等均會影響其營養(yǎng)價值。南極磷蝦粉中粗蛋白質含量49%～80%，脂質含量4%～26%，粗灰分含量4%～17%[16-18]。南極磷蝦蛋白質中含有9種必需氨基酸，其組成和比例符合FAO/WHO推薦的理想蛋白質模式，其中谷氨酸和天冬氨酸含量最高，分別占總氨基酸的14%和10%以上，因此具有濃郁的鮮味；賴氨酸和亮氨酸含量較高，色氨酸含量較低，但仍為酪蛋白的1.6倍以上，因此，南極磷蝦粉是一種很有前景的蛋白質來源[4,17]。南極磷蝦粉的主要脂質包括極性脂質和甘油三酯(TG)，分別占脂質總量的56%～81%和12%～38%[19]；南極磷蝦油富含n-3 PUFA，尤其是二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五烯酸(EPA)[11,20]，主要以磷脂的形式存在，與以TG形式存在的魚油n-3脂肪酸相比，具有更高的生物利用效率[21]，因此，南極磷蝦油可作為一種潛在脂肪來源，尤其是在魚油日益減少的情況下，作為魚油的替代源以滿足日益增長的n-3 PUFA需求。南極磷蝦粉中的核苷酸等低分子質量水溶性物質具有明顯的促攝食作用[22]。南極磷蝦粉中還含有蝦青素、維生素A和生育酚等活性物質，蝦青素含量為110 ～140 mg/kg[11]，蝦青素除了具有促生長和免疫調節(jié)功能外，還可作為天然色素對水產動物起到著色的作用[23]。南極磷蝦粉含有豐富的礦物質，其中鈣、鎂等含量最高，鐵、鋅、硒、銅和錳等微量元素含量較高，鎘、鉛等重金屬含量很低[7]。

2 南極磷蝦粉在水產動物飼料方面的應用

2.1 對攝食與生長的影響

南極磷蝦粉的營養(yǎng)價值豐富，可用作水產飼料的優(yōu)質蛋白源。研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加南極磷蝦粉對魚類攝食行為和食欲具有明顯的刺激作用，從而促進攝食和生長[2-3,24-27]，尤其是對含有高含量植物性蛋白質源的水產飼料效果更明顯[28-29]，這歸結于南極磷蝦粉中蝦青素、核苷酸、脯氨酸、甘氨酸、谷氨酸和不飽和脂肪酸等誘食性成分引起的攝食量增加[22,30-31]；此外，南極磷蝦粉中的可溶性蛋白組分被認為是其具有誘食特性的原因，且在加工過程中會流失或大大減少，可以通過冷凍干燥使其保留下來[3]。

近年來，有關南極磷蝦粉產品對魚蝦類生長影響的研究較多，而且差異很大(表1)。南極磷蝦粉產品對魚蝦生長和飼料利用的影響主要存在以下情況：1)Suontama等[32]研究發(fā)現(xiàn)，大西洋鮭(Salmosalar)和大西洋庸鰈(Hippoglossushippoglossus)飼料中分別添加30.3%、45.4%南極磷蝦粉均可顯著提高其生長性能和飼料利用率；南極磷蝦粉替代0～100%魚粉(添加量為0～57.02%)對海水養(yǎng)殖的三倍體虹鱒(Oncorhynchusmykiss)的生長和攝食有積極作用[33]；在對大鱗大馬哈魚(Oncorhynchustshawytscha)[24]、尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)[28]、黃線狹鱈(Gaduschalcogrammus)[30]、大西洋鮭[34]、大菱鲆(Psettamaxima)[35]和大口黑鱸(Micropterussalmoides)[36]的研究中得到了類似的結果，這可能與攝食率、營養(yǎng)物質消化率[3,29-31]及消化酶活性[35]的升高促進生長有關，也可解釋為飼料中不同蛋白質源按照一定比例搭配更符合魚蝦類氨基酸需求的理想模式，有助于促進其代謝和消化吸收，進而促進其生長。2)研究者對大西洋庸鰈和大西洋鱈(Gadusmorhua)[3]、銀鯧(Pampusargenteus)[31]以及克氏原螯蝦(Procambarusclarkia)[37]的研究發(fā)現(xiàn)，飼料中適量添加南極磷蝦粉產品對其生長及飼料轉化率有促進效果，而進一步提高添加量無改善作用；但當添加量過高時，對大西洋鮭[14]、圓斑星鰈(Veraspervariegatus)[25]、大黃魚(Larimichthycroceus)[38]、石斑魚[39]等魚類的生長和成活率產生負面影響。與高質量魚粉組相比，全磷蝦粉100%替代魚粉組大西洋鮭生長率、幽門和中腸胰蛋白酶活性及某些氨基酸消化率顯著降低，而部分去殼磷蝦粉100%替代魚粉組大西洋鮭生長性能、養(yǎng)分消化率相似或更好[14]；此外，南極磷蝦粉抑制魚類生長可能是因為椎骨中氟過量蓄積影響了骨骼的發(fā)育，最終抑制生長[9]。3)在大菱鲆[8]、虹鱒[9]、大黃魚[26,38]、大西洋鮭[40]和南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)[41]的研究中發(fā)現(xiàn)，飼料中添加南極磷蝦粉產品對其生長無顯著影響。綜上所述，南極磷蝦粉產品可以作為魚蝦配合飼料中的優(yōu)質蛋白質源，但是，南極磷蝦粉產品對魚蝦生長性能的影響差異明顯，這可能與飼料組成、磷蝦粉種類、加工方式、動物種類和生長階段、養(yǎng)殖條件及養(yǎng)殖周期等有關[2,14,32]。

表1 水產養(yǎng)殖中南極磷蝦粉產品應用研究文獻綜述Table 1 Bibliographic review of application of Antarctic krill meal products in aquaculture

續(xù)表1序號No.魚種類Fish species初始體重Initial body weight/g磷蝦粉種類Krill meal types添加量Addition levels/% DM 養(yǎng)殖周期Culture period/d指標變化Index changes適宜添加量Optimal addition levels/% DM參考文獻References14虹鱒102.06磷蝦粉0、8.55、17.11、34.21、57.0256對生長、攝食和肌肉色素沉著有積極作用8.55～57.02[33]15大菱鲆9.46±0.01磷蝦水解物5、1070提高生長性能和飼料利用,提高消化酶活性,促進機體氨基酸代謝和消化吸收10[35]16大口黑鱸12.43±0.16磷蝦粉0、3、6、956提高生長性能、抗氧化功能以及免疫功能6～9[36] 17克氏原螯蝦11.42±2.10磷蝦粉0、11.83、23.65、35.48、47.3056改善了生長性能、免疫狀況和抗病性,而47.30%組并無增強效果23.65[37]18大黃魚70.24±0.20蝦殼粉0、12、2463添加12%對生長性能、飼料利用率和抗氧化能力無顯著負面影響,改善皮膚著色和類胡蘿卜素含量;24%組顯著降低生長性能12[38]19石斑魚57.8±0.28酶解磷蝦粉0、6.5、13.0、19.0、25.5、32.056 添加0～25.5%有利于提高生長、飼料利用率和抗氧化性能30[39] 20大西洋鮭410磷蝦粉0、10、20、3084對生長、成活率、飼料效率和氟在體組織內的蓄積無影響30[40]21南美白對蝦1.93±0.56磷蝦粉0、1.0、5.0、11.572對生長、攝食、飼料效率和產量無影響11.5[41] 22黃尾鰤57.3±14.2磷蝦粉0、8.9、58.09258.0%組生長、采食量和飼料效率顯著降低8.9[42]23黃尾鰤44.1±4.7低氟磷蝦粉0、8.9、58.075可以完全替代魚粉而沒有明顯的副作用5824南美白對蝦29.83～34.63磷蝦粉0、10、2060有效地促進親蝦體重增長和性腺發(fā)育10～20[43]25銀鯧131.88±4.25磷蝦粉0、6、12、2460對生長性能沒有顯著影響,促進性腺發(fā)育6～12[44] 26大西洋鱈4 800磷蝦粉0、13.5、40.5、68.063提高肌肉的白度和黃色;肌肉pH、質地或感官特性不受影響13.5～68.0[45]

2.2 對免疫與健康的影響

飼料添加南極磷蝦粉可顯著提高圓斑星鰈血清和肝臟超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性，降低丙二醛(MDA)含量[25]。Khosravi等[29]研究發(fā)現(xiàn)，與低魚粉組相比，飼喂含南極磷蝦蛋白質水解物飼料的真鯛機體SOD、溶菌酶和抗蛋白酶活性以及總免疫球蛋白含量和抗病力顯著提高。王亞恩等[48]報道，南極磷蝦油能顯著提高大鼠血清NO含量以及SOD和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性，對高脂血癥大鼠具有抗氧化作用，且效果優(yōu)于深海魚油。研究者在銀鯧[31]、小龍蝦[37]和石斑魚[39]的研究中得到了類似的結果，以上研究表明飼料中適量添加南極磷蝦粉可提高其抗氧化能力，修復氧化應激反應引起的機體損傷。

南極磷蝦粉替代10%～20%魚粉蛋白能夠提高銀鯧幼魚組織中溶菌酶、酸性磷酸酶和堿性磷酸酶的活性，進而提高銀鯧幼魚的非特異性免疫力[31]。朱旺明等[36]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比較，飼喂含3%～9%南極磷蝦粉飼料的大口黑鱸血液白細胞和紅細胞數(shù)目分別提高56.5%～66.1%、20.7%～25.2%；南極磷蝦粉替代魚粉可提高小龍蝦血細胞總數(shù)，透明細胞、半顆粒細胞和顆粒細胞數(shù)目，以及嗜水氣單胞菌攻毒后的成活率[37]；南極磷蝦油具有抗氧化和免疫調節(jié)活性以及抑制細菌和病毒感染的特性[13]，飼料中添加南極磷蝦粉產品增強免疫力和抗病力可能與其提高了魚蝦類等非特異和特異性免疫防御有關。

動物肝胰腺、腸道和腎臟等組織影響其新陳代謝，組織學發(fā)生改變意味著機體健康出現(xiàn)問題。研究者對大西洋鮭[2,14]、虹鱒[9]、真鯛[29]、珍珠龍膽石斑魚[39]和黃尾鰤(Seriolaquinqueradiata)[42]的研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加南極磷蝦粉未引起機體健康受損及組織損傷；攝食含南極磷蝦水解物的低魚粉飼料的真鯛前腸杯狀細胞數(shù)目和腸上皮細胞高度顯著增加[29]。Taylor等[34]研究發(fā)現(xiàn)，大西洋鮭早期發(fā)育階段攝食含2.6%～4.2%磷脂飼料能促進生長，提高存活率，減少脊柱畸形及防止脂肪變性，且磷蝦磷脂的效果優(yōu)于大豆卵磷脂；南極磷蝦粉產品可以緩解攝食高脂誘導的炎癥[20]和降低腸細胞損傷的發(fā)生率[49]，這可能與南極磷蝦富含硒和鋅有關，硒可提高抗氧化酶的活性，消除H2O2和·OH，降低氟的毒性；鋅可促進金屬硫蛋白的表達，保護細胞膜的完整性和增加抗氧化能力[50-51]；與之相反的是，Hansen等[14]研究發(fā)現(xiàn)，喂食南極磷蝦粉作為唯一蛋白質源飼料的大西洋鮭中腎的腎小管細胞變性，輕度至中度凋亡和壞死，并伴有腎小管腔脫落等癥狀；虹鱒飼料中南極磷蝦粉添加量與前腸絨毛數(shù)量呈負相關關系，而與絨毛長度和絨毛寬度呈顯著的正相關關系[33]；動物器官和組織發(fā)生病變可能與磷蝦中氟過量有關，攝入過量氟會破壞氧化和抗氧化系統(tǒng)之間的平衡，產生的自由基誘導組織損傷[51]。

2.3 對性腺發(fā)育的影響

水產動物親本培育的過程實際上就是體內積累并儲存足量營養(yǎng)物質的過程，從而保證親本的性腺發(fā)育、受精產卵與孵化等。南極磷蝦粉產品對魚類的性腺發(fā)育和繁殖性能具有一定的促進作用。飼料中10%～20%南極磷蝦粉在一定程度上可成為南美白對蝦親體營養(yǎng)強化階段的優(yōu)質原料[43]。Verakunpiriya等[52]研究發(fā)現(xiàn)，以含10%南極磷蝦粉的顆粒飼料飼喂黃尾鰤親魚，其卵子品質高，含有大量的玉米黃素和葉黃素，呈強烈的淡黃色，卵子品質與所含的類胡蘿卜素有關；在半滑舌鰨親魚飼料中添加10%南極磷蝦粉可以促進親魚性腺發(fā)育，提高卵子質量、產卵量、受精率、孵化率[53]。楊程等[44]研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦粉替代10%～20%魚粉能夠促進銀鯧性腺尤其是卵巢的發(fā)育，這與南極磷蝦粉極性脂中的磷脂和非極性脂中的蝦青素有關[54]，值得注意的是，南極磷蝦粉含量過高會導致銀鯧卵黃蛋白原含量顯著降低，具體原因有待于進一步研究。

2.4 對脂肪代謝的影響

研究表明，南極磷蝦粉產品能夠調節(jié)動物血清總膽固醇(TC)、TG和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)含量，有利于緩解攝食高脂飼料引起的高脂血癥和脂肪沉積，且效果優(yōu)于魚油[21,46,55-56]。Hansen等[14]對大西洋鮭的研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦粉添加組血清TC含量顯著降低，這可解釋幾丁質阻礙其攝取TG所致[57]。吉薇等[58]對高糖高脂誘導的糖尿病斑馬魚的研究發(fā)現(xiàn)，高劑量(5.40 g/L)南極磷蝦酶解物可降低其葡萄糖、TG和TC含量，抑制斑馬魚二肽基肽酶-Ⅳ(DPP-Ⅳ)活性以及胰高血糖素和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1(phosphoenolpyruvatecarboxykinase1，PCK1)基因的表達水平，提高Insa基因表達水平。然而一些研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加南極磷蝦粉對魚體、血清及內臟脂肪的降脂效果不顯著[2,8,29]，甚至出現(xiàn)升高的趨勢[35-36,25,39]。不同研究者得出的結論不同可能與動物種類、甲殼素含量、采樣時間和養(yǎng)殖時間等有關[14,57]。孫昌華[21]研究表明，南極磷蝦油能夠促進大鼠HepG2細胞的脂肪代謝能力，通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR)-α、PPAR-γ、絲裂原活化蛋白激酶7(mitogen-activated protein kinase-7，MAPK-7)蛋白分子信號通路或抑制核轉錄因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)蛋白分子信號通路，以促進脂質代謝。遺憾的是有關水產動物相關的分子機制的研究尚未開展。

2.5 對魚類肉質的影響

養(yǎng)殖魚類的肌肉品質和營養(yǎng)有著密切的聯(lián)系，可通過營養(yǎng)調控的手段來提高養(yǎng)殖魚類的肌肉品質。一些研究結果表明，南極磷蝦粉可以改善養(yǎng)殖魚類的肌肉色素沉積。Wei等[33]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中南極磷蝦粉含量與海水養(yǎng)殖三倍體虹鱒肌肉類胡蘿卜素濃度、紅色(a*)值、黃色(b*)值、色度(C*)值和彈性呈顯著的正相關關系，而與亮度(L*)值、色調(H*)值和內聚性呈顯著的負相關關系；飼料中添加12%普通蝦殼粉可顯著改善大黃魚皮膚色澤和類胡蘿卜素含量[38]；大黃魚飼料中南極磷蝦粉含量與肌肉EPA、肌苷酸、類胡蘿卜素含量以及a*、b*值呈顯著的正相關關系，而肌肉游離氨基酸含量呈線性下降，南極磷蝦粉對肌肉質地、氨基酸總量和pH沒有負面影響[26]；在飼料中用南極磷蝦粉代替魚粉有升高大西洋鱈膚色和肌肉a*值的趨勢，顯著升高肌肉b*值，南極磷蝦粉對肌肉pH、質地和感官特性無影響[45]。

3 影響南極磷蝦粉在水產飼料中利用的因素

南極磷蝦殼主要由甲殼素(幾丁質)、礦物質(主要是碳酸鈣)和蛋白質構成，約占蝦殼干重的90%[59]。甲殼素是N-乙酰氨基葡萄糖經β-1，4糖苷鍵連接而成的直鏈多糖。南極磷蝦脫殼過程中甲殼素含量為20～30 mg/g體重(干重)[60]。甲殼素在動物胃腸道中的甲殼素酶、溶菌酶等的作用下少部分分解，其吸收率極低[61]。Yoshitomi等[42]研究結果顯示，南極磷蝦粉100%替代魚粉顯著降低了黃尾鰤的攝食量、生長率和飼料效率，而低氟磷蝦粉100%替代魚粉對黃尾鰤的生長無副作用；與魚粉和部分去殼磷蝦粉飼料相比，飼喂全磷蝦粉飼料組大西洋鮭的生長率明顯降低[14]，這可能與甲殼素增加和骨骼中氟的蓄積對生長的抑制作用有關[9]，另外，磷蝦殼中高含量的甲殼素會阻礙蛋白質等營養(yǎng)物質消化和吸收，最終引起生長受阻[2,59,62-63]；通過對甲殼素進行脫乙?；幚淼玫綒ぞ厶?，再進一步降解為殼寡糖，其水溶性和吸收率高達90%以上，直接參與機體的生理和免疫調節(jié)[63]；磷蝦作為動物食物來源的另一個制約因素是水解酶的存在，磷蝦死亡后，水解酶釋放到周圍組織中，導致組織迅速液化和腐敗[16]；此外，加工方式會影響南極磷蝦粉產品的營養(yǎng)特性、得粉率和功能成分的活性，比如，熱處理和變性劑前處理均會影響蛋白質二級結構中α-螺旋、β-折疊和β-轉角的含量，α-螺旋/β-折疊與必需氨基酸含量和營養(yǎng)指數(shù)呈負相關，進而影響南極磷蝦粉產品的營養(yǎng)價值[17]。

研究水產動物攝食南極磷蝦粉產品后氟在動物體內蓄積和分布情況，對于評估其作為飼料原料的可行性和安全性具有重要的意義。常見南極磷蝦粉產品氟含量和氟在動物體內沉積情況見表2。研究表明，水產動物體內的氟含量與飼料中南極磷蝦粉產品的添加量呈正相關，氟主要蓄積在骨骼、鰓、鱗片等硬組織，少量蓄積在肝臟、肌肉和魚皮等組織[9-10, 14, 33, 35, 39-40, 42, 64]，這可能是水產動物防止氟中毒的一種自我保護機制，以免高含量的氟進入循環(huán)系統(tǒng)[10]。在對虹鱒[9,33]、大菱鲆[8, 35]、石斑魚[39]、大西洋鮭[14, 40]和黃尾鰤[42]等研究中發(fā)現(xiàn)，肌肉中氟含量在食品氟允許量標準(GB 4809—1984)規(guī)定范圍內，不影響食用安全。以南極磷蝦為食的2種野生南極冰魚椎骨氟含量為15 000～33 000 mg/kg，但沒有表現(xiàn)出對生長不利的結果，這表明骨骼中氟的沉積取決于魚類種類而非棲息地的鹽度[42]。

表2 南極磷蝦粉產品氟含量和氟在水產動物體內沉積情況Table 2 Fluorine content in Antarctic krill meal products and fluorine deposition in aquatic animals

研究者開展了降低氟吸收和利用率的相關研究。Hansen等[65]研究了虹鱒對磷蝦殼和氟化鈉(NaF)飼料中氟的生物利用率及飼料中添加鈣是否影響氟化物的生物利用率，結果顯示，淡水養(yǎng)殖虹鱒飼料中磷蝦殼氟的生物利用率低于NaF，添加45 g/kg氯化鈣的磷蝦殼和NaF飼料中氟吸收量分別減少了50%和100%，表明添加氯化鈣是降低氟吸收的有效途徑；飼料中添加2%和4%鈣可減少虹鱒氟化物中毒的臨床癥狀，并減少椎骨中的氟化物積累[66]。機體對可溶性氟的吸收水平還取決于氟攝入量和胃腸道pH[67]。

4 小 結

南極磷蝦粉作為優(yōu)質蛋白質和不飽和脂肪酸的新來源，已經被證實可以有效利用在水產飼料中。為了使磷蝦蛋白質資源得到更科學、更合理地開發(fā)利用和安全食用，未來的研究方向需要聚焦在以下幾點：構建不同南極磷蝦粉營養(yǎng)價值評價體系；構建不同魚蝦類、不同生長階段適宜南極磷蝦粉添加量數(shù)據庫；優(yōu)化南極磷蝦粉的加工工藝，提高其營養(yǎng)價值，推動南極磷蝦粉向精深加工發(fā)展；開展南極磷蝦粉生物活性物質的分離提取、純化、鑒定及生物功效研究等，實現(xiàn)高值化利用；開展南極磷蝦粉對水產動物蛋白質代謝、脂肪代謝和肌肉生成調控機制研究。

致謝：

感謝日照職業(yè)技術學院海洋工程學院李洪葉教授和倪雪朋教授對文稿所提的寶貴意見。