我國水產(chǎn)飼料的發(fā)展及新型蛋白質(zhì)源研究進(jìn)展

劉樂丹，趙永鋒

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇 無錫214081)

中國海洋大學(xué)麥康森院士：水產(chǎn)動物營養(yǎng)與飼料的過去、現(xiàn)在與未來

做水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)首先要考慮養(yǎng)殖對象需要什么，需要多少營養(yǎng)素和能量；其次要了解飼料需求有哪些，可以用哪些?？紤]哪些原料能用，需要考慮多方面限制元素，如受抗?fàn)I養(yǎng)因子、污染物、加工參數(shù)、法律法規(guī)、社會接受度、成本等影響。這也是做配方的時候要考慮的，基礎(chǔ)是營養(yǎng)飼料、原料數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過這些思考，生產(chǎn)出產(chǎn)品，這就是營養(yǎng)飼料。

養(yǎng)殖動物需要的是營養(yǎng)素和能量，而不是飼料原料。從營養(yǎng)需要的角度來看，不管提供什么，只要提供足夠、均衡的營養(yǎng)素和充足的能量，就可以滿足動物的生長發(fā)育需要。營養(yǎng)需要分為定性需要和定量需要，定性就是要不要，定量就是需要多少?，F(xiàn)在基本有這樣幾種關(guān)系，為“基本維持”“合適的需要量”及“達(dá)到過量”。所以人們應(yīng)該了解養(yǎng)殖對象需要什么營養(yǎng)素，需要多少。人們需要解決的問題就是確定其最適需要量、用什么指標(biāo)來衡量最適需要量。還有一個非常重要的就是原料。人們需要根據(jù)營養(yǎng)需要選擇適合的原料做成飼料配方。從全球角度來看，原料主要分為水生原料、陸生動物原料、油料餅粕、豆科植物、谷物原料和非傳統(tǒng)原料。

整個報告從營養(yǎng)需要、原料、飼料加工與飼喂過程三個方面進(jìn)行介紹，并將每個方面分為三個階段，2010年以前為過去，2010－2020年為現(xiàn)在，2020年以后為未來。

營養(yǎng)需要是飼料配方、飼料與飼喂的基礎(chǔ)。從營養(yǎng)需要角度來看，過去人們往往考慮動物的維持和最大生長，現(xiàn)在需要考慮的是動物的健康、動物的抵抗力和動物的品質(zhì)等，在評估需要量的時候可以用不同的指標(biāo)，并以此為基礎(chǔ)選擇原料做飼料配方。產(chǎn)品的營養(yǎng)指標(biāo)是由營養(yǎng)需要指標(biāo)來決定的，是單位體重的養(yǎng)殖動物每天需要的絕對量，比如多少克或多少千卡，這與飼料產(chǎn)品里的營養(yǎng)指標(biāo)(以百分比表示)不同。人們常說水產(chǎn)動物落后于陸地動物，其重要原因是水產(chǎn)動物比陸地動物更加多樣，水產(chǎn)動物品種更加繁多，所以研究難度也相對較大。

從 過 去(2010年 以 前)、現(xiàn) 在(2010－2020年)、未來(2020年以后)分析水產(chǎn)營養(yǎng)飼料的發(fā)展，三個階段的變化非常大。2010年以前，水產(chǎn)動物營養(yǎng)的研究集中在對營養(yǎng)素需求的研究，主要以苗種在最適實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的需求作為實(shí)驗(yàn)對象，對實(shí)際養(yǎng)殖應(yīng)用及魚蝦中成期的需求研究很少；過去也取得了很大的進(jìn)步，如大幅度提高了餌料的飼料效率。2010－2020年，水產(chǎn)動物營養(yǎng)的研究集中在對魚粉、魚油的替代應(yīng)用等方面，推動了對新型飼料添加劑的需求，同時也發(fā)現(xiàn)該時間段的水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料系數(shù)沒有再出現(xiàn)非常顯著的下降，說明飼料不能無限制地提高轉(zhuǎn)化效率。新的添加劑的出現(xiàn)，需要更進(jìn)一步了解在新的情況下的營養(yǎng)，其中最主要的問題就是研究魚粉、魚油和非魚粉、非魚油之間的差距。過去十年，魚粉的問題是最大的問題，盡管我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料系數(shù)在該階段取得的進(jìn)步不是十分顯著，但這是該階段在少用魚油、魚粉的前提下仍然取得的進(jìn)步，這也是需要更多地考慮營養(yǎng)需要的因素和飼料利用的因素。現(xiàn)在除了這些問題，還要考慮環(huán)境等(溶氧、溫度、鹽度等)其他因素，過去十年無論國內(nèi)還是國際，都取得了從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H環(huán)境的巨大變化，過去十年還做了許多關(guān)于營養(yǎng)飼料模型的評估工作。由于大量的傳統(tǒng)魚粉、魚油替代物的出現(xiàn)，在國內(nèi)外出現(xiàn)了“功能性飼料”。所謂“功能性飼料”的出現(xiàn)也是因?yàn)轸~粉、魚油替代物的使用，產(chǎn)生了一系列的問題，需要重新通過添加營養(yǎng)性和非營養(yǎng)性添加劑，使人們的飼料能夠解決、彌補(bǔ)因使用魚粉、魚油替代物所造成的影響。未來水產(chǎn)養(yǎng)殖將面臨海洋原料缺乏、養(yǎng)殖環(huán)境惡化、全球氣候變化等諸多挑戰(zhàn)，因此將帶動“功能性飼料”進(jìn)一步發(fā)展，這不僅是滿足養(yǎng)殖動物的需要，還是滿足人類的需要。所以未來的重點(diǎn)一定是怎么解決使用魚粉、魚油替代物后造成的問題，而非關(guān)注飼料系數(shù)的進(jìn)一步降低。為了克服可能產(chǎn)生的問題，水產(chǎn)業(yè)提出了“精準(zhǔn)營養(yǎng)、精準(zhǔn)投食管理”要求。未來“功能性飼料”需要從養(yǎng)殖對象和消費(fèi)者兩個方面進(jìn)行考慮。從聯(lián)合國糧農(nóng)組織來說，未來將賦予“功能性飼料”更多的意義。

從原料來看，原料未來的發(fā)展會呈現(xiàn)什么樣的趨勢？從過往數(shù)據(jù)可以看出，1990年之前全球的水產(chǎn)飼料不到500萬噸，到2010年達(dá)到3 000萬噸，2020年達(dá)到6 000萬噸；全球的魚粉、魚油在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的使用量于2005－2010年達(dá)到峰值，魚油用量90萬噸/年，魚粉310萬噸/年，2010年后再無增長，意味著無望再通過捕撈的方式獲取原料，也表明資源的短缺必然導(dǎo)致價格的上升；魚粉、魚油用植物蛋白等取代在過去十年表現(xiàn)得十分明顯，也間接說明了植物蛋白等比魚粉、魚油更具有可持續(xù)性。隨著全球人口的增長，原料價格的上漲是不可阻擋的。未來需要提高魚粉、魚油的利用率。同時通過大數(shù)據(jù)來看，未來全球魚粉來自加工副產(chǎn)品的占比將越來越高。未來飼料行業(yè)將面臨十分激烈的原料競爭，現(xiàn)在人們就必須去尋找新型蛋白質(zhì)源，使用更多非魚蛋白來做水產(chǎn)飼料原料，這也將導(dǎo)致使用的添加劑會越來越多，進(jìn)而未來水產(chǎn)飼料的配方也將越來越復(fù)雜。隨著人口的增加，水產(chǎn)養(yǎng)殖將對滿足全球食物蛋白質(zhì)需求(質(zhì)與量)起到越來越重要的作用，這也意味著飼料原料的可持續(xù)供應(yīng)至關(guān)重要。但是隨著未來可持續(xù)發(fā)展的要求越來越高，可持續(xù)性認(rèn)證計劃可能將減少或消除來自不可持續(xù)性來源的原料。同時人們還面臨著過度捕撈、毀林、碳足跡、土地、水資源等問題，未來可供水產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用的原料就十分有限了，所以尋找可持續(xù)性非魚蛋白源將是必經(jīng)之路。

從飼料加工與飼喂過程管理來看，2010年以前，飼料來源經(jīng)歷了雜魚、自配料到現(xiàn)代飼料工廠生產(chǎn)的飼料，現(xiàn)存投喂方式為手工投喂、機(jī)械化投喂以及少量的自動化投喂，現(xiàn)在(2010－2020年)得益于工程技術(shù)不斷進(jìn)步，對飼料的熟化、成形、膨化度、密度、水穩(wěn)定性等有了更進(jìn)一步的調(diào)控，膨化飼料的使用率不斷增加；投喂管理也從基于經(jīng)驗(yàn)的自動化慢慢向基于配方、環(huán)境、生長期、攝食節(jié)律、行為等因素建模決定投喂量與投喂頻率的電腦程序化控制發(fā)展。

未來(2020年以后)需求主要集中在以下幾點(diǎn)：養(yǎng)殖過程的監(jiān)測和控制，以提高生產(chǎn)的可持續(xù)性、產(chǎn)量、質(zhì)量和動物福利；嚴(yán)格的數(shù)據(jù)監(jiān)測，減少浪費(fèi)、營養(yǎng)損失、環(huán)境污染和總體碳足跡，提高飼料效率；深入理解動物采食量和生理調(diào)節(jié)點(diǎn)，以及生產(chǎn)系統(tǒng)系列生物的非生物因素對采食量和生理調(diào)節(jié)點(diǎn)的影響；開發(fā)低成本自動投喂系統(tǒng)、自主投喂系統(tǒng)，使投喂與動物需要相協(xié)調(diào)，降低勞動強(qiáng)度；人工智能(AI)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)將在配方設(shè)計、飼料加工與投喂系統(tǒng)中逐步應(yīng)用，越來越多地使用計算機(jī)中央控制系統(tǒng)、網(wǎng)箱(或池塘)傳感器和攝像頭系統(tǒng)；需要開發(fā)復(fù)雜的算法和人工智能系統(tǒng)，更精確地確定不同基因型、日齡、環(huán)境和攝食行為條件下的能量和營養(yǎng)需求。未來將會越來越關(guān)注應(yīng)用精準(zhǔn)養(yǎng)殖原理，將飼養(yǎng)管理從主要由經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動的過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹R驅(qū)動的過程，使用實(shí)時信息技術(shù)，以監(jiān)測魚的攝食行為；將生物信息學(xué)和系統(tǒng)信息學(xué)相結(jié)合，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的精確控制。未來真正做到精準(zhǔn)營養(yǎng)和精準(zhǔn)養(yǎng)殖，也就真正地實(shí)現(xiàn)了智慧漁業(yè)。

中國科學(xué)院水生生物研究所解綬啟研究員：水產(chǎn)新型飼料蛋白質(zhì)源的研究進(jìn)展

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，人們發(fā)現(xiàn)水產(chǎn)品在人類食物供應(yīng)中十分重要，預(yù)計到2050年其在人類食物中的占比將大幅度提高。水產(chǎn)養(yǎng)殖近年來發(fā)展非?？欤貏e是中國水產(chǎn)行業(yè)對國際水產(chǎn)的貢獻(xiàn)很大。水產(chǎn)養(yǎng)殖在占地和溫室氣體的排放上都要優(yōu)于畜禽和其他動物，也就是說水產(chǎn)養(yǎng)殖是相對環(huán)保的產(chǎn)業(yè)，國際上將其歸為降低溫室氣體排放的產(chǎn)業(yè)。人類對蛋白質(zhì)和脂肪的需求量非常大，預(yù)計到2030年水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量將有明顯增加，可能達(dá)到1億噸，而養(yǎng)殖產(chǎn)量的增加主要依賴于飼料產(chǎn)業(yè)的支持。從全世界看，如果6 000萬噸的產(chǎn)量來自養(yǎng)殖，那就需要近2 000萬噸蛋白質(zhì)原料，但是全世界的蛋白質(zhì)原料是有限的，尤其優(yōu)質(zhì)魚粉更是非常少，可用于養(yǎng)殖的魚粉就更少了。

近年來魚粉、魚油產(chǎn)量一直呈下降的趨勢，其價格一直上升，導(dǎo)致魚粉飼料面臨成本上漲的問題，而且魚粉飼料還面臨著海洋污染等問題。世界上的油粕產(chǎn)量還是比較高的，但是用在水產(chǎn)養(yǎng)殖的豆粕是十分有限的，占比只有2%左右。同時，植物蛋白還存在一系列其他問題，如與人爭糧、多用于陸生動物、與糧爭地、抗?fàn)I養(yǎng)因子、肉食性水產(chǎn)動物利用率差等。故而想要獲取優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)源用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，要積極開發(fā)研究新型飼料蛋白質(zhì)源，從而可以更好地為水產(chǎn)養(yǎng)殖服務(wù)。故而基于“不與人爭糧、不與糧爭地”的原則，藍(lán)色糧倉項(xiàng)目對水產(chǎn)新型飼料蛋白質(zhì)源進(jìn)行了相關(guān)研究，研究課題主要為水產(chǎn)動物新型高效非糧蛋白質(zhì)源研發(fā)與評估、水產(chǎn)功能性飼料添加劑研發(fā)與應(yīng)用、基于新型非糧蛋白質(zhì)源的水產(chǎn)飼料加工技術(shù)、典型養(yǎng)殖模式下水產(chǎn)動物營養(yǎng)精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)、水產(chǎn)動物品質(zhì)和安全的飼料營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)。從海水魚、淡水魚、肉食性、草食性和蝦類等方面選取了大黃魚、草魚、大口黑鱸、凡納濱對蝦進(jìn)行研究。養(yǎng)殖動物精準(zhǔn)營養(yǎng)路線主要從原料、添加劑、加工、投喂、品質(zhì)方面進(jìn)行調(diào)整。針對原料，設(shè)置了新型高效非糧蛋白質(zhì)源開發(fā)、營養(yǎng)衛(wèi)生指標(biāo)及抗?fàn)I養(yǎng)因子快檢與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、有毒有害物質(zhì)系統(tǒng)消減技術(shù)、非糧蛋白質(zhì)源品質(zhì)綜合評價等任務(wù)。

對于原料品質(zhì)提升，選擇乙醇梭菌蛋白、昆蟲蛋白和藻類蛋白，通過系列工藝提升其品質(zhì)。針對乙醇梭菌蛋白研發(fā)出了乙醇梭菌蛋白品質(zhì)提升技術(shù)。對于藻類蛋白，以小球藻為研究對象，研發(fā)出了高產(chǎn)量的小球藻。另外還對新型蛋白質(zhì)源中的重金屬含量進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)26種元素中有19種元素含量在不同原料品種中存在顯著差異。

針對棉籽、豆粕建立了抗?fàn)I養(yǎng)因子高效脫除技術(shù)：發(fā)酵脫除棉酚、發(fā)酵降解豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子、發(fā)酵降解烷基酰胺和生物堿。針對濃縮棉籽蛋白有毒有害物質(zhì)系統(tǒng)消減以及品質(zhì)提升，首先篩選游離棉酚去除效果最佳的復(fù)合發(fā)酵條件及技術(shù)，在分別接種凍干乳酸菌(109)、植物乳酸菌(109)、米曲霉(109)、短小芽孢桿菌(108)、枯草芽孢桿菌(108)和酵母(109)發(fā)酵48小時后，棉粕中游離棉酚的去除率分別為65.62%、65.04%、26.85%、73.45%、64.12%和67.13%；還評價了Fe2+、活性炭和阿魏酸對棉酚的消減作用，飼料中添加0.2%FeSO4、1.5%活性炭或20毫克/千克阿魏酸(FA)均可顯著緩解高棉粕飼料(HCM)中游離棉酚(400毫克/千克)對草魚生長的抑制。固態(tài)發(fā)酵條件下，豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子實(shí)現(xiàn)98%以上脫除，有效減輕動物腸道不適等癥狀。發(fā)酵豆粕中小肽含量及酸溶蛋白含量增加，可提高營養(yǎng)吸收率。同時，還建立了不同蛋白質(zhì)源的消化率數(shù)據(jù)庫。

開發(fā)的水產(chǎn)專用蛋白酶抑制劑顯著改善了養(yǎng)殖效果。蛋白酶PA1增強(qiáng)了草魚對低氧應(yīng)激的抵抗能力，水產(chǎn)專用茶樹精油對自由基具有較好的清除作用。乙醇梭菌蛋白替代10%魚粉顯著降低了羅氏沼蝦生產(chǎn)性能。100～200毫克/千克茶樹精油可緩解低魚粉的負(fù)面影響并提高氨氮應(yīng)激后存活率。研發(fā)出水產(chǎn)專用復(fù)配植物精油，復(fù)配植物精油耐受80℃和110℃高溫，穩(wěn)定性好，適用于水產(chǎn)飼料加工。添加青蒿素可改善乙醇梭菌蛋白替代魚粉引起的鱸魚生長下降，青蒿素對嗜水氣單胞菌具有抑菌作用，乙醇梭菌蛋白替代75%魚粉可降低鱸魚生長，0.125%青蒿素可緩解乙醇梭菌蛋白替代魚粉對鱸魚生長的負(fù)面影響。三丁酸甘油酯的添加可緩解乙醇梭菌蛋白替代魚粉造成的大黃魚生長下降，三丁酸甘油對嗜水氣單胞菌具有抑菌作用，乙醇梭菌蛋白替代45%魚粉顯著降低大黃魚生長，而0.05%三丁酸甘油酯可緩解乙醇梭菌蛋白替代魚粉對大黃魚生長的負(fù)面影響，達(dá)到魚粉組水平的效果。水產(chǎn)專用丁酸梭菌可改善凡納濱對蝦的生長和健康，當(dāng)棉籽濃縮蛋白替代30%的魚粉蛋白時，飼料中添加丁酸梭菌可顯著提高凡納濱對蝦血清抗氧化能力、免疫力和腸道消化酶活性；當(dāng)飼料中添加0.12%的丁酸梭菌時，凡納濱對蝦取得最好的生長效果。添加殼寡糖可改善珍珠龍膽石斑魚生長性能，棉籽濃縮蛋白替代45%魚粉飼料中添加殼寡糖可改善珍珠龍膽石斑魚的生長、腸道形態(tài)、微生物群組成、抗乳化能力和免疫反應(yīng)，其最適添加量為0.45%。同時，還構(gòu)建了不同蛋白質(zhì)原料加工理化特性數(shù)據(jù)庫，建立了蛋白質(zhì)原料膨化加工特性數(shù)據(jù)庫；并研究了乙醇梭菌蛋白替代魚粉影響對蝦飼料硬度和容重、基于魚粉和棉籽濃縮蛋白質(zhì)的調(diào)制參數(shù)與飼料硬度的關(guān)系，明確不同蛋白質(zhì)源飼料的加工能耗和質(zhì)量。

大黃魚、大口黑鱸、凡納濱對蝦、異育銀鯽對不同蛋白質(zhì)源的利用都不同。不同蛋白質(zhì)源在大黃魚飼料中替代魚粉，會導(dǎo)致硬度、彈性、咀嚼性、剪切力下降，黏附性升高。不同蛋白質(zhì)源在主要代表種中替代魚粉(或豆粕)的比例不同。不同蛋白質(zhì)源組合可提高大口黑鱸、異育銀鯽的生長性能。通過研究不同的投喂水平對大口黑鱸利用單一蛋白元的影響，發(fā)現(xiàn)通過提高投喂頻率可提高魚的生長，對飼料和PER的影響在不同蛋白質(zhì)源之間存在差異；提高投喂頻率可改善替代蛋白質(zhì)源飼料在大口黑鱸上的生長性能。魚粉和小球藻飼料交替投喂可以獲得接近魚粉的生長性能，不同的蛋白質(zhì)源飼料溶失率存在差異。

初步探明新型蛋白質(zhì)源對代表品種品質(zhì)的影響及代謝基礎(chǔ)。以草魚為例，與對照組相比，新型蛋白質(zhì)源替代豆粕對草魚的末重、特定生長率、飼料系數(shù)無顯著差異；乙醇梭菌蛋白30%、45%、75%替代組的末重、特定生長率顯著高于100%替代組；新型蛋白質(zhì)源對草魚肌肉粗脂肪和水分均無顯著影響，對粗蛋白質(zhì)和粗灰分含量有一定的影響，其中黃粉蟲蛋白和乙醇梭菌蛋白30%替代組肌肉粗蛋白含量顯著高于對照組；棉籽濃縮蛋白75%肌肉粗蛋白含量顯著高于對照組；乙醇梭菌蛋白75%替代組肌肉粗灰分顯著高于對照組；新型蛋白質(zhì)源對草魚肌肉氨基酸組成與含量無影響；黃粉蟲蛋白30%和100%處理組質(zhì)構(gòu)優(yōu)于對照組，主要表現(xiàn)在黏附性和彈性方面；乙醇梭菌15%、30%、75%和100%處理組質(zhì)構(gòu)優(yōu)于對照組，主要表現(xiàn)在硬度和黏附性方面；棉籽濃縮蛋白處理組質(zhì)構(gòu)優(yōu)于對照組，主要表現(xiàn)在剪切力、黏附性和彈性方面；新型蛋白質(zhì)源替代飼料豆粕未對草魚肌肉肌纖維大小產(chǎn)生影響。

以大口黑鱸為例，棉籽濃縮蛋白70%、100%替代組肌肉咀嚼性、黏聚性和100%替代組肌肉剪切力顯著低于對照組；脫脂黑水虻蟲粉75%替代組有較高的肌肉硬度和彈性，對肌肉黏附性與內(nèi)聚性無顯著影響；乙醇梭菌蛋白替代魚粉對大口黑鱸肌肉持水力沒有顯著影響，補(bǔ)充氨基酸后有降低滴水損失的趨勢；棉籽濃縮蛋白對大口黑鱸肌肉蒸失水率、24小時滴水損失沒有顯著影響，12小時滴水損失隨替代比例升高而增高；脫脂黑水虻蟲粉對大口黑鱸肌肉持水力沒有顯著影響。

對于草魚而言，黃粉蟲、棉籽濃縮蛋白過量替代不會引起主要品質(zhì)問題；但乙酸梭菌過量替代會導(dǎo)致肌肉剪切力降低。針對大口黑鱸，脫脂黑水虻蟲粉過量替代不會引起主要品質(zhì)問題，但是乙酸梭菌過量替代會導(dǎo)致肌肉水分增加，蛋白質(zhì)含量和硬度降低；棉籽濃縮蛋白過量替代會引起肌肉回復(fù)性下降。對于大黃魚，黃粉蟲過量替代會促進(jìn)大黃魚黃色值、剪切力下降，呈味氨基酸和肌苷酸含量下降；乙酸梭菌過量替代會引起肌肉硬度、彈性和肌苷酸含量下降；棉籽濃縮蛋白過量替代會引起呈味氨基酸含量下降。對于大菱鲆，黃粉蟲過量替代會引起肌肉質(zhì)構(gòu)變差，整體新鮮度下降，增重率下降。對于羅非魚，棉籽濃縮蛋白過量替代會引起肌肉黏附性上升，而彈性及內(nèi)聚性下降；黃粉蟲過量替代會引起肌肉硬度、膠著性增加，而咀嚼性、內(nèi)聚性和彈性降低。

思考與展望：飼料原料仍然是未來產(chǎn)業(yè)的重要需求；新型蛋白質(zhì)源的品質(zhì)仍有一定的提升需求；添加劑可緩解新型蛋白質(zhì)源對水產(chǎn)動物的負(fù)面影響；替代魚粉、豆粕的比例對不同養(yǎng)殖動物有一定的差別；新型蛋白質(zhì)源的加工特性可影響飼料加工性能；新型蛋白質(zhì)源替代在一定程度上影響?zhàn)B殖動物的品質(zhì)，且養(yǎng)殖條件也會影響動物對新型蛋白質(zhì)源的利用。