發(fā)酵植物蛋白替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響

■ 羅 悅 張蕉南 向 倩 王帥杰 陶 敏 賀妮莎 吳建軍*

（1.武漢新華揚(yáng)生物股份有限公司，湖北武漢 430074；2.福建省特種水產(chǎn)配合飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建天馬科技集團(tuán)股份有限公司，福建福州 350308；3.湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430062）

自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，野生魚類的年捕魚量一直保持在86～93 億噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類對(duì)優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，預(yù)計(jì)到2030 年，全球魚類供應(yīng)需求預(yù)計(jì)達(dá)到186 億噸，故需要更大規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的需求[1]。許多養(yǎng)殖魚類飼料的主要蛋白源為魚粉，魚粉因其富含多種有益氨基酸、必需脂肪酸、礦物質(zhì)及水溶性維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)飼料[2]。然而，隨著魚粉需求量逐年上升，加上對(duì)自然資源的過(guò)度開發(fā)，其價(jià)格也一路飆升且供應(yīng)不穩(wěn)定，所以迫切需要尋求能夠部分或者全部替代魚粉的經(jīng)濟(jì)高效、生態(tài)友好和可持續(xù)發(fā)展的潛在植物資源。

替代魚粉的植物蛋白原料，需要具有來(lái)源廣泛、高性價(jià)比、高蛋白含量、豐富的氨基酸種類和適口性好等特性。豆粕、菜籽粕、棉籽粕和花生粕因具有以上特點(diǎn)通常被用來(lái)替代魚粉，但由于它們含多種抗?fàn)I養(yǎng)因子和不利于水產(chǎn)動(dòng)物消化吸收的大分子物質(zhì)，降低了它們?cè)谒a(chǎn)飼料中的利用價(jià)值[3-6]。因此，提高植物原料的利用效率，改善其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，充分釋放植物原料替代魚粉的潛能，是國(guó)內(nèi)外水產(chǎn)飼料原料開發(fā)的研究焦點(diǎn)。

近年來(lái)，隨著發(fā)酵技術(shù)的迅速發(fā)展，通過(guò)微生物發(fā)酵對(duì)植物性飼料原料進(jìn)行預(yù)處理已成為降低植物性飼料原料中的抗?fàn)I養(yǎng)成分、提升其營(yíng)養(yǎng)飼用價(jià)值的有效措施。大量的研究數(shù)據(jù)表明，植物性原料中的蛋白質(zhì)、多糖、脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分在微生物的作用下能夠降解成可溶性寡肽、寡糖、有機(jī)酸等小分子物質(zhì)[7-8]。除此之外，微生物在生長(zhǎng)發(fā)酵過(guò)程中還能夠產(chǎn)生一些維生素、細(xì)菌素等未知因子，提高植物飼料原料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并且其發(fā)酵后能形成一種獨(dú)特的香味，可促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物攝食，增強(qiáng)免疫能力[9-13]。鑒于發(fā)酵植物原料的飼用價(jià)值，不少研究者和飼料企業(yè)開始嘗試采用發(fā)酵植物原料來(lái)替代水產(chǎn)飼料中的魚粉，對(duì)不同水產(chǎn)動(dòng)物進(jìn)行試驗(yàn)，取得相當(dāng)好的效果。文章對(duì)發(fā)酵植物原料作為魚粉替代品在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為其在水產(chǎn)飼料中的研究提供參考。

1 發(fā)酵豆粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響

1.1 發(fā)酵豆粕在水產(chǎn)飼料中替代魚粉

豆粕是植物油粕飼料中產(chǎn)量最大、用途最廣的一種，一直以來(lái)都是配合飼料生產(chǎn)中的首選植物蛋白原料，也是魚粉替代的首選蛋白原料，但豆粕的適口性差，且存在抗原蛋白、凝集素和非淀粉多糖等抗?fàn)I養(yǎng)因子，從而限制其在魚粉替代方面中的廣泛使用[11]。發(fā)酵后豆粕的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)得到較大幅度的改善[14]，且抗?fàn)I養(yǎng)因子含量也有較大程度降低[15]，在魚粉替代方面較普通豆粕具有更大的價(jià)值[16]。表1總結(jié)了發(fā)酵豆粕對(duì)不同種類水產(chǎn)動(dòng)物飼料中魚粉的替代情況，從中可以看出，在肉食性魚類中，由于肉食性魚類對(duì)飼料中蛋白質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量的需求都較高，采用發(fā)酵豆粕替代其飼料中的魚粉時(shí)，發(fā)酵豆粕對(duì)魚粉的替代量多在魚粉用量的50%以下，魚粉替代量過(guò)高時(shí)會(huì)造成養(yǎng)殖動(dòng)物腸道和肝臟等組織器官的發(fā)育障礙和損傷[17-34]；而發(fā)酵豆粕替代魚粉飼養(yǎng)雜食性魚類時(shí)，可替代高達(dá)60%的魚粉，并且不會(huì)對(duì)魚類的生長(zhǎng)造成損傷[36]。發(fā)酵豆粕替代魚粉用來(lái)飼養(yǎng)蝦、蟹、蛙和鱉的研究較少，其替代量為50%以下[42-48]。

表1 發(fā)酵豆粕對(duì)魚粉的替代

飼料中發(fā)酵豆粕的替代魚粉包括等蛋白替代和等比例替代兩種方式，其中以等蛋白替代魚粉時(shí)，發(fā)酵豆粕的使用量較大，當(dāng)發(fā)酵豆粕以等比例替代魚粉時(shí)，受蛋白含量的影響，發(fā)酵豆粕的用量不宜過(guò)大，魚類一般不建議高于5%，否則會(huì)對(duì)生產(chǎn)性能產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)[33，35]。

1.2 發(fā)酵豆粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響

1.2.1 發(fā)酵豆粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物飼料利用的影響微生物發(fā)酵豆粕的過(guò)程中會(huì)分泌多種酶類，將豆粕中的大分子蛋白分解成小分子肽類和氨基酸等物質(zhì)，提高水產(chǎn)動(dòng)物的消化吸收率，從而提升發(fā)酵豆粕對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的飼料利用[49]。Zhang 等[31]用豆粕和發(fā)酵豆粕分別等蛋白替代魚粉飼養(yǎng)大菱鲆（Scophthalmus maximus L.），在魚粉相同替代水平下，發(fā)酵豆粕替代組對(duì)飼料的利用率顯著高于豆粕替代組。He 等[22]以同樣的替代方式替代魚粉飼養(yǎng)大口黑鱸（Micropterus salmoides），研究發(fā)現(xiàn)飼料中使用發(fā)酵豆粕替代30%魚粉對(duì)大口黑鱸的飼料系數(shù)和肥滿度沒有影響；而使用發(fā)酵豆粕替代超過(guò)45%魚粉組大口黑鱸的干物質(zhì)消化率、蛋白質(zhì)消化率和粗脂肪消化率顯著低于對(duì)照組，飼料的蛋白質(zhì)效率較對(duì)照組也顯著下降。Wang等[30]以相同方式替代魚粉飼養(yǎng)大黃魚幼魚（Larimichthys crocea）發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵豆粕替代魚粉在45%以下，幼魚增重率和特定生長(zhǎng)率與對(duì)照組無(wú)明顯差異。

1.2.2 發(fā)酵豆粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響已有大量研究表明，使用發(fā)酵豆粕適量替代魚粉并不會(huì)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能造成不良影響，而過(guò)量使用發(fā)酵豆粕替代魚粉會(huì)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能產(chǎn)生負(fù)面效果。He 等[22]采用發(fā)酵豆粕等蛋白替代魚粉飼養(yǎng)大口黑鱸，發(fā)酵豆粕替代不超過(guò)30%魚粉對(duì)大口黑鱸的特定生長(zhǎng)率和肝體比影響不顯著。Hang 等[23]研究以相同的替代方式替代超過(guò)30%魚粉飼養(yǎng)大口黑鱸時(shí)，其增重率顯著降低。Zhang 等[31]過(guò)量使用發(fā)酵豆粕等蛋白替代魚粉，大菱鲆的增重率和特定生長(zhǎng)率顯著降低。Novriadi 等[50]利用發(fā)酵豆粕替代魚粉對(duì)魚類生長(zhǎng)性能和飼料系數(shù)的影響進(jìn)行Meta 回歸分析，結(jié)果表明，發(fā)酵豆粕在魚類日糧中的添加量為15%～44%時(shí)，可提高魚類的飼料系數(shù)水平，超過(guò)此范圍會(huì)對(duì)魚類的生長(zhǎng)性能產(chǎn)生不利影響。

1.2.3 發(fā)酵豆粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物機(jī)體健康的影響健康是動(dòng)物可持續(xù)生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，機(jī)體的免疫能力對(duì)于生活在復(fù)雜水環(huán)境中的水產(chǎn)動(dòng)物至關(guān)重要。腸道是水產(chǎn)動(dòng)物消化吸收、免疫和內(nèi)分泌的重要器官，腸道中含有大量益生菌，其通過(guò)防御病原體、維持腸上皮細(xì)胞的健康和代謝其他難以消化的化合物，不斷影響腸道穩(wěn)態(tài)[51]。腸道健康是確保動(dòng)物機(jī)體功能正常生長(zhǎng)和發(fā)育的關(guān)鍵。發(fā)酵豆粕中不僅含有諸多有益微生物和促進(jìn)腸道益生菌生長(zhǎng)的底物，同時(shí)發(fā)酵過(guò)程中還會(huì)釋放一些天然活性物質(zhì)，如酚類和類黃酮等，這些物質(zhì)可提高水產(chǎn)動(dòng)物的抗病力，從而提高成活率[51-54]。飼料中發(fā)酵豆粕對(duì)魚粉的適量替代可以在一定程度上有效抑制腸道有害細(xì)菌的增殖。然而，投喂較高水平的發(fā)酵豆粕，易致使魚類腸道微生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致腸道感染，生長(zhǎng)受到抑制。Zakaria等[28]使用發(fā)酵豆粕等蛋白替代飼料中25%魚粉飼養(yǎng)非洲鯰魚（Clarias gariepinus），其體內(nèi)膽固醇、白蛋白、球蛋白和總蛋白水平均顯著升高，且其體內(nèi)的紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血紅蛋白水平、平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度、紅細(xì)胞分布寬度、血小板、平均血小板體積和血小板分布寬度在各處理間差異顯著，較對(duì)照組顯著提高；劉韜等[42]研究也同樣表明發(fā)酵豆粕等蛋白替代凡納濱對(duì)蝦日糧中的適當(dāng)比例魚粉，可提高凡納濱對(duì)蝦相關(guān)免疫酶活性，上調(diào)免疫相關(guān)基因表達(dá)。

發(fā)酵豆粕過(guò)量替代魚粉會(huì)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的血清生化、免疫和抗氧化指標(biāo)等產(chǎn)生不利作用。He 等[22]研究表明發(fā)酵豆粕替代魚粉比例超過(guò)60%顯著降低大口黑鱸的血清總蛋白含量、膽固醇含量以及腸道絨毛寬度；Zhang 等[31]研究證明，與對(duì)照組相比，發(fā)酵豆粕替代45%魚粉組大菱鲆腸絨毛高度和固有層寬度無(wú)明顯變化，豆粕替代45%魚粉組大菱鲆腸絨毛高度和固有層寬度變化顯著，而且其凋亡相關(guān)基因和緊密連接相關(guān)基因mRNA 水平均顯著低于對(duì)照組。陳明哲等[46]試驗(yàn)表明，隨著發(fā)酵豆粕等蛋白替代牛蛙日糧中魚粉比例的增加，其小腸絨毛固有層內(nèi)產(chǎn)生大量的嗜堿性顆粒，絨毛高度顯著降低。

2 發(fā)酵菜籽粕對(duì)魚粉的替代及對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響

2.1 發(fā)酵菜籽粕對(duì)水產(chǎn)飼料中魚粉的替代

菜籽粕是菜籽油生產(chǎn)的副產(chǎn)品，其產(chǎn)量?jī)H次于豆粕，菜籽粕含有33%～45%的粗蛋白，由于其氨基酸平衡良好，被認(rèn)為是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來(lái)源[55]。但菜籽粕中植酸、酚類化合物和蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子，影響動(dòng)物的消化率，從而限制其在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中的利用[56]。隨著發(fā)酵技術(shù)的成熟，發(fā)酵菜籽粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子如芥酸和硫代葡萄糖苷的水平逐漸降低，發(fā)酵菜籽粕在水產(chǎn)動(dòng)物中替代魚粉的比例顯著增加[57-59]。發(fā)酵菜籽粕替代魚粉同發(fā)酵豆粕一樣包括等蛋白替代和等比例替代兩種方式（見表2），采用發(fā)酵菜籽粕替代飼料中魚粉時(shí)多采用等蛋白替代，如使用發(fā)酵菜籽粕等蛋白替代真鯛(Pagrus major)飼料中56.25%的魚粉，和等蛋白替代尖吻鱸(Lates Calcarifer)飼料中50%的魚粉時(shí)，不對(duì)其機(jī)體健康產(chǎn)生負(fù)面影響[58-59]。在蝦類尤其是南美白對(duì)蝦的研究中，發(fā)酵菜籽粕替代魚粉比例建議不超過(guò)6.44%，否則會(huì)對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)性能造成損傷[60]。

2.2 發(fā)酵菜籽粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響

2.2.1 發(fā)酵菜籽粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物飼料利用的影響

發(fā)酵菜籽粕與傳統(tǒng)菜籽粕相比，其飼用價(jià)值顯著提升、抗?fàn)I養(yǎng)因子顯著降低，適口性大幅改善，有效提高水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)菜籽粕的飼料利用[9]。Dossou 等[69]試驗(yàn)證明菜籽粕和發(fā)酵菜籽粕替代部分魚粉的日糧飼養(yǎng)真鯛，對(duì)照組和魚粉替代率50%的發(fā)酵菜籽粕組的魚體飼料利用率顯著高于替代率50%菜籽粕組；并且其成年后飼料轉(zhuǎn)化率、蛋白質(zhì)利用率、蛋白質(zhì)表觀消化率與對(duì)照組相比沒有顯著變化[58]。

2.2.2 發(fā)酵菜籽粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響

發(fā)酵菜籽粕中的有益微生物有助于水產(chǎn)動(dòng)物的消化，有效提高水產(chǎn)動(dòng)物的增重。菜籽粕發(fā)酵之后產(chǎn)生的不飽和脂肪酸，不僅可提高飼料的適口性，還可刺激水產(chǎn)動(dòng)物的食欲，幫助水產(chǎn)動(dòng)物良好生長(zhǎng)，替代一定比例魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能不產(chǎn)生顯著影響。Dossou 等[58]采用發(fā)酵菜籽粕等蛋白替代魚粉飼養(yǎng)真鯛幼魚，發(fā)酵菜籽粕可成功替代飼料中56.25%的魚粉，且不會(huì)對(duì)幼魚的最終體重、增重、特定生長(zhǎng)率和攝食量產(chǎn)生負(fù)面影響；Jannathulla 等[60]試驗(yàn)使用菜籽粕和發(fā)酵菜籽粕等比例替代魚粉飼養(yǎng)南美白對(duì)蝦，其中75 g/kg發(fā)酵菜籽粕替代魚粉的增重率與對(duì)照組相當(dāng)，而添加高于25 g/kg菜籽粕組則有降低增重的趨勢(shì)。

2.2.3 發(fā)酵菜籽粕替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物機(jī)體健康的影響

菜籽粕發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有益物質(zhì)能夠有效彌補(bǔ)菜籽粕直接飼養(yǎng)動(dòng)物所帶來(lái)的健康問(wèn)題。Dossou等[59]研究表明發(fā)酵菜籽粕替代52.25%魚粉日糧飼養(yǎng)真鯛幼魚對(duì)幼年真鯛的肥滿度、肝體比和臟體比以及消化道中的蛋白酶活性沒有負(fù)面影響，也不影響成年真鯛的蛋白酶活性、魚體指數(shù)和存活率；對(duì)比菜籽粕和發(fā)酵菜籽粕飼養(yǎng)真鯛，魚粉替代率為50%的發(fā)酵菜籽粕組溶菌酶和殺菌活性都顯著高于魚粉替代率為50%的菜籽粕組，丙二醛和活性氧代謝產(chǎn)物顯著低于魚粉替代率為50%的菜籽粕組[69]。

3 其他發(fā)酵植物原料替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響

3.1 其他發(fā)酵植物原料對(duì)水產(chǎn)飼料中魚粉的替代

植物性原料除了豆粕、菜籽粕之外，還有花生粕、棉籽粕和玉米加工副產(chǎn)品等植物飼料，它們來(lái)源廣泛，數(shù)量多，成本低，在替代魚粉生產(chǎn)水產(chǎn)飼料的應(yīng)用中備受關(guān)注，但由于其在水產(chǎn)飼料中利用率低，應(yīng)用效果并不顯著。而通過(guò)發(fā)酵后植物性原料可有效提升其營(yíng)養(yǎng)水平，提高在水產(chǎn)飼料中的利用價(jià)值[61-68]。使用發(fā)酵植物原料替代魚粉且采用等蛋白替代方式，飼養(yǎng)雜食性魚類時(shí)，發(fā)酵植物原料最高可替代飼料中約66.67%的魚粉而不影響魚類的正常生長(zhǎng)[63]；飼養(yǎng)肉食性魚類時(shí)，一般不建議替代超過(guò)10%的魚粉[68]；而飼養(yǎng)蝦類時(shí)，不推薦替代高于6%的魚粉[60,64]。

3.2 其他發(fā)酵植物原料替代魚粉對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響

充分利用農(nóng)作物資源，有利于實(shí)現(xiàn)植物蛋白的資源化利用，還能有效緩解魚粉的短缺。發(fā)酵植物原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子顯著降低，適口性增強(qiáng)，極大地促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)飼料的吸收利用，增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵植物原料適量替代魚粉后，水產(chǎn)動(dòng)物的生理機(jī)能并未產(chǎn)生顯著負(fù)面影響。Slotan等[67]研究發(fā)現(xiàn)用發(fā)酵葵花籽粕等蛋白替代羅非魚（Acanthopagrus schlegelii）飼料中25%的魚粉，魚的終體重、增重、特定生長(zhǎng)率、采食量最高，飼料轉(zhuǎn)化率和蛋白質(zhì)效率最好。He 等[65]試驗(yàn)表明用發(fā)酵大米蛋白替代魚粉飼養(yǎng)雜交石斑魚幼魚（Epinephelus fuscoguttatus ♀×Epinephelus lanceolatus ♂），與對(duì)照組相比，魚粉替代率為10%試驗(yàn)組的增重率、特定生長(zhǎng)率和飼料系數(shù)沒有顯著差異，幼魚存活率顯著提高。Ktya 等[66]研究發(fā)現(xiàn)日糧中用發(fā)酵蘑菇副產(chǎn)物替代5%魚粉對(duì)鯰魚(Silurus asotus)的日增重、特定生長(zhǎng)率和蛋白質(zhì)效率無(wú)負(fù)面影響，各組間血清學(xué)參數(shù)無(wú)顯著差異。

4 結(jié)論

發(fā)酵植物原料替代魚粉不僅可提高水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)飼料的利用效率，還能有效增加飼料中有益活性物質(zhì)，促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和機(jī)體健康。但發(fā)酵植物原料替代魚粉存在著諸多局限性：①當(dāng)發(fā)酵植物原料替代魚粉的比例較高時(shí)，來(lái)源于魚粉的活性成分減少，從而導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和免疫功能下降，還需要更多關(guān)于發(fā)酵植物原料替代魚粉的研究，從而針對(duì)不同水產(chǎn)動(dòng)物得到不同發(fā)酵植物原料替代魚粉的最佳替代量；②在發(fā)酵植物原料替代魚粉的應(yīng)用試驗(yàn)中，評(píng)估指標(biāo)目前比較單一，多集中評(píng)定水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能方面，有關(guān)水產(chǎn)動(dòng)物機(jī)體健康方面的研究較少；③目前使用發(fā)酵植物原料替代魚粉飼養(yǎng)水產(chǎn)動(dòng)物的應(yīng)用效果研究較少，尤其是在蝦類、蟹類和鱉類的研究，還需對(duì)不同的發(fā)酵植物原料替代魚粉飼養(yǎng)水產(chǎn)動(dòng)物進(jìn)行大量的應(yīng)用效果分析并對(duì)相關(guān)機(jī)理深入研究。