生物處理蛋白原料在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

趙思帆，鄧康裕，王 寧，鄧 登

深圳市澳華集團(tuán)股份有限公司，廣東深圳 518054

1 生物飼料種類

生物飼料是指使用合法飼料原料和添加劑，采用微生物、酶制劑以及微生物和酶制劑聯(lián)合使用等多種方式，通過(guò)發(fā)酵工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和基因工程等生物工程技術(shù)從而達(dá)到普通原料提質(zhì)增效的目的，具體包括發(fā)酵飼料、酶解飼料、菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料和生物飼料添加劑等（T/CSWSL 001–2018）。

生物飼料根據(jù)基底飼料類型可分為蛋白飼料、能量飼料、粗飼料等（表1）。蛋白飼料主要包括植物性蛋白飼料（如豆類籽實(shí)、餅粕類等）、動(dòng)物性蛋白飼料（如水生生物、畜禽動(dòng)物、昆蟲(chóng)蛋白等）、微生物發(fā)酵產(chǎn)品及副產(chǎn)品（如單細(xì)胞蛋白、菌體蛋白、餅粕與糟渣類發(fā)酵產(chǎn)物等）等。能量飼料主要包括谷實(shí)類、糠麩類、脫水塊根及加工副產(chǎn)品、動(dòng)植物油脂等。粗飼料主要包括農(nóng)作物秸稈、牧草及樹(shù)葉等。

當(dāng)前我國(guó)飼料產(chǎn)業(yè)對(duì)蛋白原料資源的進(jìn)口依存度已達(dá)80%以上，我國(guó)飼料產(chǎn)業(yè)發(fā)展嚴(yán)重受制于本土原料短缺。當(dāng)前我國(guó)飼料配方的主要模式為玉米–豆粕型配方體系，然而近年來(lái)受中美貿(mào)易摩擦、新冠疫情、俄烏沖突等因素的影響，豆粕、玉米等進(jìn)口用糧的國(guó)際貿(mào)易不穩(wěn)定性進(jìn)一步加劇，從而導(dǎo)致豆粕、玉米價(jià)格飆升且供應(yīng)不穩(wěn)定，進(jìn)一步威脅我國(guó)的糧食安全，因此解決蛋白原料資源短缺以保證糧食安全和飼料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展已成為我國(guó)飼料產(chǎn)業(yè)亟不可待的任務(wù)。生物工程技術(shù)以生態(tài)高效的方式對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，在適宜條件下，利用菌種自身代謝和外源酶可有效降解抗?fàn)I養(yǎng)因子和大分子營(yíng)養(yǎng)成分，此外菌種自身還能進(jìn)一步產(chǎn)生大量營(yíng)養(yǎng)均衡、富含功能性物質(zhì)的菌體蛋白，從而提高養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)原料的利用效率。

2 蛋白原料的生物處理

發(fā)酵和酶解過(guò)程可以改變?cè)系睦砘匦裕S富其感官特性，現(xiàn)有研究表明其影響因素主要是底物組成、發(fā)酵菌劑、酶制劑以及發(fā)酵環(huán)境（Dawood 和Koshio，2020）。微生物在發(fā)酵和酶解過(guò)程中可以將大分子蛋白分解為小肽或游離氨基酸，而小肽可以被魚(yú)類的消化道細(xì)胞完整吸收，且其吸收速度遠(yuǎn)高于游離氨基酸，不僅大大提高了蛋白質(zhì)的合成速率，還能有效避免氨基酸間的吸收競(jìng)爭(zhēng)（袁汝喜等，2022）。此外，發(fā)酵產(chǎn)物中的含天冬氨酸、谷氨酸等殘基的小肽和游離氨基酸能夠有效提高發(fā)酵產(chǎn)物的適口性和誘食性。

2.1 植物蛋白的生物處理

眾所周知，植物蛋白源中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子（如胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素、棉酚、單寧、植酸等），雖然大多數(shù)抗?fàn)I養(yǎng)因子對(duì)動(dòng)物沒(méi)有致死作用，但是對(duì)于動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和消化吸收等生理代謝可產(chǎn)生負(fù)面影響，這也是導(dǎo)致當(dāng)前飼料中植物蛋白替代魚(yú)粉蛋白有限的重要原因之一（Dawood 和Koshio，2020 ；Liu 等，2019 ；Yao 等，2019）。飼料加工過(guò)程中的熱處理環(huán)節(jié)雖然可以基本去除胰蛋白酶抑制因子、脲酶、大豆凝集素等熱敏性抗?fàn)I養(yǎng)因子，但抗原蛋白（如大豆蛋白等）、非淀粉多糖、植酸等非熱敏性抗?fàn)I養(yǎng)因子則難以去除，而通過(guò)發(fā)酵和酶解等預(yù)處理工藝則能有效降低非熱敏型抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量（陳雪嬌等，2022 ；黃河等，2022 ；Zhang 等，2022a；Plaipetch 和Yakupitiyage，2012）。

2.1.1 豆粕根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的2023 年《飼用豆粕減量替代三年行動(dòng)方案》，我國(guó)飼料產(chǎn)業(yè)應(yīng)力爭(zhēng)到2025 年飼料中豆粕用量占比降低1.5%（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部，2023）。作為目前我國(guó)飼料行業(yè)使用率最高的植物原料，減少豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的負(fù)面影響，提高豆粕的營(yíng)養(yǎng)利用率對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。

研究表明，生物處理豆粕對(duì)抗?fàn)I養(yǎng)因子的消除具有十分顯著的作用（表2）。李瑩等（2019）對(duì)10 份市售商品發(fā)酵豆粕的營(yíng)養(yǎng)成分分析結(jié)果表明，豆粕發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)、多肽、必需氨基酸和非必需氨基酸分別提高了6.96%、268.15%、2.43% 和5.05%，大豆球蛋白、β– 伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子含量分別降低了66.85%、62.02%和89.67%。目前豆粕發(fā)酵常用菌株主要有芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌等，常用酶制劑主要有蛋白酶、植酸酶、非淀粉多糖酶等。研究表明，使用乳酸菌和釀酒酵母對(duì)豆粕進(jìn)行發(fā)酵后，其粗蛋白質(zhì)和多肽含量分別提高6.07% 和286.74%（侯楠楠等，2018）。Li 等（2020a）使用植酸酶、果膠酶、纖維素酶、木聚糖酶、α– 半乳糖苷酶和蛋白酶等復(fù)合酶對(duì)豆粕進(jìn)行酶解后，粗蛋白質(zhì)含量提高3.66%，大豆球蛋白、β– 伴大豆球蛋白、水蘇糖和棉籽糖含量分別降低50.46%、49.02%、84.88%和58.18%。采用植物乳酸菌和中性蛋白酶聯(lián)用的菌酶協(xié)同發(fā)酵對(duì)豆粕進(jìn)行預(yù)消化，豆粕的粗蛋白質(zhì)和多肽分別提高13.29% 和224.00%（毛銀等，2019）。此外，有學(xué)者將植物乳桿菌、干酪乳桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和米曲霉分別與商品蛋白酶聯(lián)合發(fā)酵豆粕，根據(jù)多肽、氨基酸和抗原蛋白含量分析結(jié)果，制得低抗原蛋白豆粕的最佳菌種是枯草芽孢桿菌（Yang 等，2020）。研究表明，枯草芽孢桿菌對(duì)大分子抗原蛋白有著顯著的降解能力，并且其去除效果優(yōu)于乳酸菌的厭氧發(fā)酵降解效果，這可能與枯草芽孢桿菌可以分泌蛋白酶有關(guān)（田鑫鑫等，2022；Moniruzzaman 等，2018）。

發(fā)酵時(shí)微生物能夠水解有機(jī)質(zhì)，從而提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物利用率，促進(jìn)生物活性成分的形成（Qiao 等，2022）。在發(fā)酵過(guò)程中，大豆蛋白被水解為具有抗氧化活性的小肽，從而提高了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收利用率；此外與礦物質(zhì)結(jié)合的植酸鹽可被降解，從而顯著增加礦物質(zhì)元素鐵和銅的利用率；發(fā)酵還可將大豆異黃酮的糖苷形式轉(zhuǎn)化為苷元形式，有效提高了異黃酮的生物利用度和抗菌性能，因此，同時(shí)具有高營(yíng)養(yǎng)和促免疫功能的發(fā)酵豆粕對(duì)于生物機(jī)體生長(zhǎng)具有積極作用。（Nkhata等，2018；李少寧等，2015；Arauújo，2013）。

近年來(lái)，針對(duì)發(fā)酵豆粕在石斑魚(yú)、鱸魚(yú)、對(duì)蝦等水生動(dòng)物上的應(yīng)用效果研究較多（表3）?，F(xiàn)有研究表明，飼料中發(fā)酵豆粕或酶解豆粕替代豆粕可提高豆粕在飼料中的使用上限并對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)和免疫功能產(chǎn)生積極影響，但是過(guò)量添加發(fā)酵豆粕仍然會(huì)損害腸道健康（Song 等，2022；Yao 等，2020）。楊景豐（2018）研究表明，大豆抗原蛋白與其他抗?fàn)I養(yǎng)因子之間可能存在復(fù)雜的互作效應(yīng)，適量的大豆抗原蛋白可以增強(qiáng)機(jī)體蛋白酶活力，正向刺激機(jī)體免疫應(yīng)答，從而提高機(jī)體抗應(yīng)激能力，而過(guò)度清除抗原蛋白則會(huì)反向抑制機(jī)體健康。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)多方面評(píng)估不同飼料配方模型下發(fā)酵豆粕的替代水平，深入探究特定水產(chǎn)動(dòng)物飼料中發(fā)酵豆粕和酶解豆粕與普通豆粕的適宜配比量，以期達(dá)到動(dòng)物健康穩(wěn)定生長(zhǎng)的最優(yōu)需求。

2.1.2 棉籽粕棉籽粕作為一種可替代豆粕的優(yōu)質(zhì)植物性蛋白質(zhì)飼料，它的高蛋白和高精氨酸含量深受飼料廠家青睞。棉籽粕富含大量游離棉酚，棉酚可以變性細(xì)胞膜進(jìn)而危害養(yǎng)殖動(dòng)物健康，且其毒素作用可以通過(guò)飼料– 養(yǎng)殖動(dòng)物– 肉蛋奶傳遞給人類，從而限制了棉籽粕在飼料中大量應(yīng)用。目前棉酚脫除主要采用有機(jī)溶劑萃取、硫酸亞鐵吸附、氫氧化鈣吸附、生物工程技術(shù)處理等方式。溶劑萃取雖然可以有效脫除游離棉酚，但處理過(guò)程中與之伴隨的是蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失，且大量使用硫酸亞鐵會(huì)導(dǎo)致飼料變色并影響適口性（Zhang 等，2022a）。生物處理作為一種安全有效地脫除棉酚的方式，其產(chǎn)物中富含多種外源酶和活性物質(zhì)（Zhang 等，2006）。Zhang 等（2022a）的研究表明，使用凝結(jié)芽孢桿菌發(fā)酵棉籽粕后游離棉酚含量降低了81.83%，此外粗蛋白質(zhì)含量顯著升高10.09%。馬珍（2013）的研究表明，用糞腸球菌固態(tài)發(fā)酵棉籽粕的過(guò)程中，各時(shí)間段棉酚的總降解量同結(jié)合棉酚降解量和游離棉酚降解量之和一致，表明棉籽粕中游離棉酚降解可能是微生物產(chǎn)酶的結(jié)果而非游離棉酚與氨基酸結(jié)合為結(jié)合棉酚所致。此外，研究表明枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、釀酒酵母、熱帶假絲酵母等常見(jiàn)微生物菌種均能有效去除棉籽粕中的游離棉酚并提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值（羅遠(yuǎn)琴等，2020；Sun 等，2012 ；Zhang 等，2006）。

在Zhang 等（2006）的研究中，棉籽粕經(jīng)高溫滅菌后加入熱帶假絲酵母進(jìn)行發(fā)酵，這種熟料發(fā)酵方式可實(shí)現(xiàn)棉酚去除率超90%。但有學(xué)者認(rèn)為微生物固態(tài)發(fā)酵經(jīng)滅菌處理的棉籽粕實(shí)現(xiàn)棉酚脫毒主要是高溫高壓滅菌起作用，而微生物真正所起作用較小，且高溫高壓處理棉籽粕還易導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失（馬珍，2013）。而有研究表明以生料棉籽粕為基底，用單菌發(fā)酵或者混菌聯(lián)合發(fā)酵，游離棉酚去除率也可達(dá)60% 以上（宣秋希等，2022 ；Sun 等，2016 ；馬珍，2013）。

研究表明，水產(chǎn)飼料中過(guò)量游離棉酚會(huì)抑制機(jī)體生長(zhǎng)因子表達(dá)和鈍化免疫功能，從而影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝與沉積，進(jìn)而損害動(dòng)物機(jī)體健康（Qin等，2022 ；Xie 等，2022）。而生物處理棉籽粕中游離棉酚的含量大大減少，有助于提高棉籽粕在水產(chǎn)飼料中的使用上限。研究人員使用微生物發(fā)酵棉籽粕替代南美白對(duì)蝦飼料中的魚(yú)粉或豆粕，結(jié)果表明適量發(fā)酵棉籽粕對(duì)對(duì)蝦無(wú)負(fù)面影響，并且能夠顯著改善對(duì)蝦生長(zhǎng)性能，甚至優(yōu)于魚(yú)粉組，此外飼料中適量添加發(fā)酵棉籽粕還能促進(jìn)體蛋白沉積和抗氧化功能（Han 等，2022；Sun等，2016）。Yuan 等（2020）使用中性蛋白酶水解的棉籽粕適量替代團(tuán)頭魴飼料中的魚(yú)粉能夠促進(jìn)魚(yú)體的消化吸收功能和腸道發(fā)育，并促進(jìn)生長(zhǎng)相關(guān)因子表達(dá)。

2.1.3 菜籽粕菜籽粕作為優(yōu)質(zhì)的植物蛋白，其粗蛋白質(zhì)含量最高可達(dá)40%，且含硫氨基酸的含量豐富，但其含有的單寧、芥子堿以及在飼料加工過(guò)程或動(dòng)物消化過(guò)程中被黑芥子酶降解產(chǎn)生的硫代葡萄糖苷、異硫氰酸酯、噁唑烷硫酮等抗?fàn)I養(yǎng)因子極大地限制了其在飼料中的使用量（Vig和Walia，2001）。為降低菜籽粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，目前采取的處理方式主要有滅活黑芥子酶、溶劑萃取、蒸汽熱處理等方法，然而這些方法因消耗蛋白質(zhì)、成本較高、污染環(huán)境等缺點(diǎn)限制了其大規(guī)模使用。而生物處理菜籽粕不但能夠以低成本和無(wú)污染的方式去除菜籽粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，還能夠有效優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用和延長(zhǎng)飼料儲(chǔ)存期，受到行業(yè)人員的關(guān)注。

汪鈺等（2022）的研究表明，使用增香曲霉、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌聯(lián)合發(fā)酵菜籽粕，可將異硫氰酸酯、噁唑烷硫酮和單寧分別降低68.77%、56.94% 和6.44%，酸 溶 蛋 白 提 高102.54%。Hu 等（2016）的研究表明，使用枯草芽孢桿菌、糞腸球菌、假絲酵母聯(lián)合發(fā)酵菜籽粕，可將硫代葡萄糖苷、噁唑烷硫酮、異硫氰酸酯、植酸和單寧分別降低96.21%、99.99%、83.13%、19.13% 和36.36%，并且菜籽粕中水溶蛋白和小肽（分子質(zhì)量小于600 Da）的含量分別提高了102.32% 和88.76%。此外，有研究表明使用植酸酶對(duì)菜籽粕進(jìn)行預(yù)消化處理，可將植酸降解約25%，同時(shí)釋放與植酸絡(luò)合的蛋白質(zhì)，提高蛋白質(zhì)可利用率（Rodrigues 等，2017）。在Plaipetch和Yakupitiyage（2012）的研究中，釀酒酵母發(fā)酵后的菜籽粕中幾乎不含有硫代葡萄糖苷，可能是因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)程激活了內(nèi)源性黑芥子酶降解硫代葡萄糖苷的通路，并且在發(fā)酵后用水提法去除了產(chǎn)生的可溶性異硫氰酸鹽，從而最大程度消除了硫代葡萄糖苷，并且發(fā)酵菜籽粕中植酸含量降低了17.6%，粗蛋白質(zhì)及鈣、鎂、鐵、銅等礦物元素含量均顯著升高，但值得注意的是該處理過(guò)程會(huì)造成水溶性合生元營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)部分流失。

研究表明，黑曲霉發(fā)酵菜籽粕后，賴氨酸和蛋氨酸含量可升高約100%，抗?fàn)I養(yǎng)因子可降低約70%，用此發(fā)酵菜籽粕和未發(fā)酵菜籽粕分別替代南美白對(duì)蝦飼料中的魚(yú)粉，根據(jù)生長(zhǎng)性能和成活率結(jié)果，發(fā)酵菜籽粕在飼料中的添加量可達(dá)64.4%而無(wú)負(fù)面影響，而未發(fā)酵菜籽粕的添加量最多只能達(dá)到25%（Jannathulla 等，2019），表明黑曲霉對(duì)菜籽粕的生物處理能夠極大提高菜籽粕在飼料中的使用上限。Dossou 等（2019）將米曲霉發(fā)酵菜籽粕和未發(fā)酵菜籽粕均以50%替代水平分別等量替代真鯛飼料中的魚(yú)粉，結(jié)果表明，與全魚(yú)粉組和未發(fā)酵菜籽粕組相比，發(fā)酵菜籽粕能顯著提高真鯛的增重率、蛋白質(zhì)沉積率和抗氧化性能。在尼羅羅非魚(yú)上的研究表明，在45%豆粕添加量的基礎(chǔ)上，釀酒酵母發(fā)酵菜籽粕可等蛋白完全替代豆粕且對(duì)魚(yú)體生長(zhǎng)無(wú)顯著負(fù)面影響（Plaipetch 和Yakupitiyage，2013）。此外，在尖吻鱸上的研究表明，在35%魚(yú)粉添加量的基礎(chǔ)上，釀酒酵母發(fā)酵菜籽粕可等蛋白替代飼料中50%魚(yú)粉而不影響魚(yú)體生長(zhǎng)（Plaipetch 和Yakupitiyage，2012）。值得注意的是，盡管生物發(fā)酵處理可提高菜籽粕在飼料中的使用量，但是高替代水平會(huì)影響蛋白質(zhì)沉積和消化性能，這可能與發(fā)酵菜籽粕中仍有植酸殘留有關(guān)（Plaipetch 和Yakupitiyage，2013；Plaipetch 和Yakupitiyage，2012）。因此實(shí)際生產(chǎn)中可以考慮使用植酸酶和微生物協(xié)同發(fā)酵菜籽粕來(lái)減少植酸含量，從而提高發(fā)酵菜籽粕在飼料中的使用量。

2.1.4 玉米類玉米蛋白粉是玉米籽粒濕法生產(chǎn)玉米淀粉過(guò)程中將淀粉和蛋白分離后的主要副產(chǎn)物，其蛋白質(zhì)含量高達(dá)60% 以上，且蛋氨酸和亮氨酸含量高，但因其含大量不可溶蛋白及缺乏賴氨酸等缺點(diǎn)限制了其在飼料中的使用量。使用枯草芽孢桿菌和糞腸球菌聯(lián)合發(fā)酵玉米– 豆粕混合原料，發(fā)現(xiàn)玉米的表皮細(xì)胞膜被分解破壞，可能是微生物在發(fā)酵過(guò)程中分泌的木質(zhì)纖維素酶將玉米表面的木質(zhì)纖維素水解，從而增加了發(fā)酵產(chǎn)物的消化利用效果（Shi 等，2017）。還有研究表明，使用羊肚菌發(fā)酵玉米蛋白粉后，電鏡下觀察到玉米蛋白粉表面被分解出現(xiàn)大量孔洞，表面積增加，說(shuō)明發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的蛋白酶破壞了底物分子的緊密結(jié)構(gòu)，有利于動(dòng)物對(duì)其利用；并且親水性氨基酸含量增加了12.75%，親水性氨基酸含量的增加提高了原料的水溶性，從而進(jìn)一步提高了玉米蛋白粉在飼料制作中的可利用性（佟維娜等，2017）。陳國(guó)明等（2022）的研究結(jié)果表明，使用釀酒酵母、糖化酶和淀粉酶協(xié)同發(fā)酵玉米蛋白粉，能夠?qū)⒂衩椎鞍追壑械奶妓衔镛D(zhuǎn)化為酵母菌可利用的葡萄糖，通過(guò)酵母的代謝濃縮從而增加玉米蛋白粉的蛋白質(zhì)含量，提升其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。李鳳玉等（2023）在斑節(jié)對(duì)蝦上的研究表明，發(fā)酵玉米蛋白粉可將魚(yú)粉添加量降低10%而不影響對(duì)蝦生長(zhǎng)性能。

玉米干酒糟及其可溶物（玉米DDGS）是玉米生產(chǎn)酒精的副產(chǎn)物，其中含有的蛋白質(zhì)、脂肪、磷、維生素等營(yíng)養(yǎng)素是其可用于飼料產(chǎn)業(yè)的潛在優(yōu)勢(shì)，但是DDGS 纖維素含量很高，限制了其在水產(chǎn)飼料中大量應(yīng)用（Hossain 等，2023；Galkanda–Arachchige 等，2021）。發(fā)酵玉米濃縮蛋白是指在酵母菌發(fā)酵制得乙醇之前，通過(guò)酶水解等方式除去纖維素、半纖維素等非蛋白質(zhì)成分后獲得的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，其賴氨酸、精氨酸等氨基酸含量顯著高 于 未 發(fā) 酵 底 料（Novriadi 等，2022；Galkanda–Arachchige 等，2021）。研究表明，在南美白對(duì)蝦飼料中添加18%發(fā)酵玉米濃縮蛋白替代部分魚(yú)粉和豆粕未對(duì)生長(zhǎng)性能產(chǎn)生顯著影響（Novriadi 等，2022）。Galkanda–Arachchige 等（2021）在南美白對(duì)蝦上的試驗(yàn)也證明，發(fā)酵玉米濃縮蛋白能夠以15%的添加量完全替代魚(yú)粉，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵玉米濃縮蛋白中富含的葉黃素、玉米黃質(zhì)和β–胡蘿卜素等類胡蘿卜素在對(duì)蝦體內(nèi)進(jìn)行了類胡蘿卜素到蝦青素的生物轉(zhuǎn)化，顯著增加了機(jī)體蝦青素含量，而蝦青素有利于提高對(duì)蝦成活率以及促進(jìn)性成熟。

2.1.5 花生粕花生粕是花生榨油后的殘留物，富含47% ～ 55% 的蛋白質(zhì)，但是由于其氨基酸不平衡、植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子含量高、黃曲霉毒素易超標(biāo)等缺點(diǎn)限制了其在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用（Hariharan 等，2023）。任曉靜等（2013）的研究中采用蛋白酶、植酸酶和植物乳桿菌協(xié)同發(fā)酵花生粕，花生粕中的黃曲霉毒素B1和植酸的含量分別降解了44.61% 和83.09%，而粗蛋白質(zhì)、多肽和蛋白質(zhì)消化率分別提高2.9%、240.12% 和18.99%，這主要是因?yàn)橹菜崦笇?duì)植酸的降解抑制了植酸與蛋白質(zhì)結(jié)合形成絡(luò)合物，從而改善了花生粕的飼用品質(zhì)，促進(jìn)動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)和磷的利用。Zhou 等（2017）的研究表明，使用魯氏接合酵母發(fā)酵花生粕可以降解約97% 的黃曲霉毒素B1，其降解產(chǎn)物經(jīng)過(guò)發(fā)酵可能形成了具有新的結(jié)構(gòu)的水溶性物質(zhì)。

有研究表明，與普通花生粕相比，發(fā)酵花生粕能夠提升對(duì)蝦的肝臟蛋白酶活性，這可能是由于發(fā)酵產(chǎn)生的氨基酸和肽類物質(zhì)可作為底物誘導(dǎo)消化酶分泌并提高消化酶活性（李洪琴等，2020）。Vo 等（2020a、2020b）將嗜酸乳桿菌、乳酸芽孢桿菌和開(kāi)菲爾乳桿菌共同發(fā)酵花生粕，結(jié)果表明，其中單寧和生物堿的含量都大幅降低，可將尖吻鱸飼料中花生粕對(duì)魚(yú)粉的替代水平提高45%，魚(yú)體的生長(zhǎng)性能、肝腸健康、蛋白質(zhì)消化率等均優(yōu)于未發(fā)酵花生粕組且同魚(yú)粉組相比無(wú)顯著差異。在羅非魚(yú)上的研究也表明，與未發(fā)酵花生粕的33.33% 魚(yú)粉替代水平相比，乳酸菌發(fā)酵花生粕在羅非魚(yú)飼料（6% 魚(yú)粉）中，最高可分別替代66.67% 魚(yú)粉而不影響動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和健康（李百安等，2016）。

2.1.6 其他植物蛋白浮水植物因其具有生長(zhǎng)速度快，繁殖能力和吸收養(yǎng)分能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)。研究表明，使用發(fā)酵水葫蘆適量替代米糠或魚(yú)粉、麥麩、大麥混合物，對(duì)草魚(yú)生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響，并且還能起到提高草魚(yú)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率以及改善水質(zhì)的作用（Sadique 等，2018 ；Sayed–Lafi 等，2018）。 在南美白對(duì)蝦和羅非魚(yú)飼料中添加適量發(fā)酵浮萍替代魚(yú)粉、豆粕、麥麩等傳統(tǒng)原料，可以顯著提高魚(yú)蝦機(jī)體生長(zhǎng)性能，同時(shí)胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和組織蛋白酶的表達(dá)水平顯著提高，還能提高 機(jī) 體 抗 氧 化 力（Herawati 等，2020；Flores–Miranda 等，2015 ；Velasquez 等，2015）。 使 用發(fā)酵浮萍和水蕨替代羅非魚(yú)飼料中的麥麩后，魚(yú)體的肝體比指數(shù)以及蛋白質(zhì)和灰分的表觀消化率與對(duì)照組無(wú)顯著差異（Velasquez 等，2015）。Suwarsito 和Purbomartono（2018）用 米 根霉發(fā)酵豆腐渣并添加在非洲鯰魚(yú)飼料中替代魚(yú)粉，當(dāng)發(fā)酵豆腐渣替代53.33% 魚(yú)粉（基礎(chǔ)魚(yú)粉75%）時(shí)，未對(duì)魚(yú)體生長(zhǎng)性能和飼料利用率產(chǎn)生負(fù)面影響，并且隨著魚(yú)粉替代水平的升高，魚(yú)體的飼料效率也隨之升高。除此之外，研究表明椰子粕、木棉籽粕、米糠等非常規(guī)原料也能夠通過(guò)生物技術(shù)處理添加在南美白對(duì)蝦、斑節(jié)對(duì)蝦、羅非魚(yú)等水生動(dòng)物的飼料中，并且對(duì)動(dòng)物機(jī)體沒(méi)有負(fù)面影響（Li?an–Vidriales 等，2021；Surianti 等，2021；Apines–Amar 等，2019；Muskita 等，2016）。

2.2 動(dòng)物蛋白的生物處理

2.2.1 水生類魚(yú)溶漿是用魚(yú)粉加工過(guò)程中的壓榨液經(jīng)脫脂、濃縮或水解后再濃縮獲得的膏狀產(chǎn)品，富含大量?；撬?、核苷酸、生物胺和未知生長(zhǎng)因子等物質(zhì)。周露陽(yáng)（2019）將酶解魚(yú)溶漿與非酶解魚(yú)溶漿進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，酶解魚(yú)溶漿中酸溶蛋白含量提高了31%，這有利于動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的直接吸收利用。研究表明，在黃顙魚(yú)、卵形鯧鲹、珍珠龍膽石斑魚(yú)的飼料中添加適量酶解魚(yú)溶漿可提高魚(yú)溶漿對(duì)魚(yú)粉的替代水平，并且未對(duì)魚(yú)體生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，從而降低飼料成本，獲得更高養(yǎng)殖效益（黎恒基等，2022 ；張磊，2019 ；周露陽(yáng)，2019）。許聰?shù)龋?023）的研究表明，使用枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌發(fā)酵魚(yú)溶漿，底物中酸溶蛋白和?；撬岷糠謩e減少19.70% 和14.91%，而發(fā)酵魚(yú)溶漿替代魚(yú)粉組的大菱鲆生長(zhǎng)性能與對(duì)照組無(wú)顯著差異，這可能是由于發(fā)酵魚(yú)溶漿中含有大量菌體蛋白及益生菌代謝產(chǎn)物，如芽孢桿菌發(fā)酵可產(chǎn)生誘食物質(zhì)、蛋白酶等有益物質(zhì)，促進(jìn)了魚(yú)體對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化利用；同時(shí)發(fā)酵魚(yú)溶漿中存在的活菌影響大菱鲆的腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)機(jī)體生長(zhǎng)。

2.2.2 畜禽類羽毛粉中蛋白質(zhì)含量高達(dá)80%以上，遠(yuǎn)高于豆粕和魚(yú)粉，但是其中的角蛋白難以被動(dòng)物消化利用，因此限制了羽毛粉在飼料中的大量使用。Adelina 等（2019）從斑節(jié)對(duì)蝦腸道內(nèi)分離出一株枯草芽孢桿菌，其分泌的角蛋白酶能夠降解羽毛粉中的β– 角蛋白，從而可提高羽毛粉的蛋白質(zhì)含量和消化率。研究表明適量酶解羽毛粉添加在大菱鲆飼料中不會(huì)損害魚(yú)類生長(zhǎng)，并且酶解羽毛粉組和魚(yú)粉組的魚(yú)體腸道微生物結(jié)蠶構(gòu)相似，可能是因?yàn)橛鹈劢?jīng)過(guò)酶解后，產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)組成與魚(yú)粉相似（曹素會(huì)，2020）。在虹鱒上的試驗(yàn)結(jié)果表明，用堿性絲氨酸蛋白酶處理羽毛粉能夠提高虹鱒對(duì)羽毛粉蛋白質(zhì)和氨基酸的表觀消化率，促進(jìn)能量沉積（Pfeuti 等，2019a；Pfeuti 等，2019b）。此 外 有研 究 表明，在黑鯛和羅非魚(yú)飼料中添加適量酶解羽毛粉替代魚(yú)粉，對(duì)魚(yú)體生長(zhǎng)未產(chǎn)生負(fù)面影響（Poolsawat等，2021；劉峰等，2017）。

血粉的蛋白質(zhì)含量可高達(dá)90%，富含氨基酸和多種維生素，但由于其適口性較差、氨基酸不平衡等因素限制了其在飼料中的應(yīng)用。金菲（2008）的研究表明，采用中性蛋白酶和復(fù)合風(fēng)味蛋白酶聯(lián)合水解豬血球蛋白粉能夠破壞血細(xì)胞膜，從而有效脫除血紅色，避免血粉添加對(duì)飼料外觀產(chǎn)生影響。將未處理豬血球蛋白粉和酶解豬血球蛋白粉分別等量替代魚(yú)粉，酶解豬血球蛋白粉組鯽魚(yú)的生長(zhǎng)性能和飼料效率優(yōu)于未處理組，這可能與酶解后游離氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量增加有關(guān)（金菲，2008）。但是由于酶解血粉中仍保留有較濃血腥味，且生產(chǎn)成本較高，從而限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用（王燕等，2017）。用微生物發(fā)酵血粉則是將發(fā)酵菌株接種在疏松載體上，在適宜條件下發(fā)酵血粉，其優(yōu)勢(shì)在于發(fā)酵后的產(chǎn)物具有醬香味或者酒香味（王燕等，2017 ；王裕玉等，2012）。在虹鱒上的研究表明，用發(fā)酵血粉部分替代魚(yú)粉，能夠增加飼料利用效率，提高魚(yú)體增重率（劉興發(fā)和楊繼林，1996）。

2.2.3 昆蟲(chóng)類昆蟲(chóng)作為一個(gè)擁有龐大數(shù)量和豐富營(yíng)養(yǎng)成分的群體，近年來(lái)也成為營(yíng)養(yǎng)學(xué)的研究熱點(diǎn)。昆蟲(chóng)外殼含有幾丁質(zhì)，少量攝食幾丁質(zhì)能夠促進(jìn)動(dòng)物的消化功能和免疫功能，然而當(dāng)超過(guò)了動(dòng)物的耐受限度，幾丁質(zhì)則會(huì)損傷腸道上皮細(xì)胞微絨毛，進(jìn)而影響消化酶活性和蛋白質(zhì)消化吸收（Liu 等，2022）。由于水生動(dòng)物不具有能夠分解幾丁質(zhì)的酶類，且腸道內(nèi)缺乏能夠分泌幾丁質(zhì)酶的菌群，因此昆蟲(chóng)外殼的幾丁質(zhì)成為限制其在飼料中大量應(yīng)用的主要障礙。

蛹作為蠶絲產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物，其資源量充沛，氨基酸比例較符合動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需求，在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用較為普遍（Rahimnejad 等，2019b；吉紅等，2012；劉丹丹，2009）。但是蠶蛹粉易腐敗變臭，其腥臭味會(huì)殘留在動(dòng)物體內(nèi)，而通過(guò)微生物發(fā)酵方法制得的蠶蛹蛋白則改善了這一不足。微生物發(fā)酵可制得安全無(wú)臭的蠶蛹蛋白，可能是微生物通過(guò)吸收三甲胺等臭味相關(guān)物質(zhì)從而實(shí)現(xiàn)了脫臭處理，同時(shí)還提高了蠶蛹蛋白的抗氧化能力（沈圓圓，2022；沈大戰(zhàn)等，2021；呂鵬等，2018）。在大口黑鱸上的研究表明，白假絲酵母發(fā)酵蠶蛹粉可替代魚(yú)粉而對(duì)魚(yú)體沒(méi)有產(chǎn)生負(fù)面影響（Zhang 等，2022c）。Sathishkumar 等（2021）將酵母與乳桿菌發(fā)酵蠶蛹粉和未發(fā)酵蠶蛹粉分別等量添加在羅非魚(yú)飼料中，發(fā)酵蠶蛹粉組的魚(yú)體生長(zhǎng)性能優(yōu)于未發(fā)酵蠶蛹組。此外在鯉魚(yú)、大菱鲆、南美白對(duì)蝦飼料中的研究結(jié)果也表明，適量添加發(fā)酵蠶蛹蛋白可提高養(yǎng)殖動(dòng)物成活率，提高飼料轉(zhuǎn)化效率，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)（卞宇嶸，2021；Zhou 等，2016；梅琳等，2015；Rangacharyulu 等，2003）。

黑水虻幼蟲(chóng)階段營(yíng)養(yǎng)成分含量豐富，其預(yù)蛹期幾丁質(zhì)含量不超過(guò)8%，干基含有超過(guò)40%蛋白質(zhì)，30% 脂肪，并且氨基酸構(gòu)成和魚(yú)粉相似（Liu 等，2022）。成蟲(chóng)沒(méi)有口腔、消化系統(tǒng)或毒刺，不攝食，對(duì)其他生物體不構(gòu)成威脅，是一種環(huán)境友好的飼料資源，目前在黃鱔、虹鱒、大西洋鮭、擬穴青蟹等水生動(dòng)物中廣泛使用（黃偉卿等，2021；Hu 等，2020 ；Li 等，2020b ；Dumas 等，2018）。由于黑水虻含水量高達(dá)75% 及以上，不便運(yùn)輸，容易變質(zhì)發(fā)臭，目前常采用烘干的處理方式，此處理方式設(shè)備和運(yùn)行成本高，且對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)易造成不可逆損失。而生物處理則能以溫和的方式對(duì)黑水虻中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生物降解和轉(zhuǎn)化。目前對(duì)于生物處理黑水虻應(yīng)用于水生動(dòng)物上的研究較少。研究表明，使用枯草芽孢桿菌和黑曲霉對(duì)黑水虻進(jìn)行發(fā)酵處理能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)和脂肪降解，從而增加黑水虻原料中的多肽和短鏈脂肪酸含量（Liu 等，2022）。酶法處理黑水虻可水解底物營(yíng)養(yǎng)成分，但多酶聯(lián)用成本較高，酶的效率極大程度上受到底物特異性的影響，并且難以控制底物中優(yōu)勢(shì)菌種類。而微生物發(fā)酵能夠抑制底物中有害菌的生長(zhǎng)，同時(shí)分泌可降解營(yíng)養(yǎng)大分子物質(zhì)的酶，但是微生物較難在高蛋白底物環(huán)境中得到有效控制。因此應(yīng)進(jìn)一步探索微生物和酶制劑聯(lián)用的實(shí)施方案，以經(jīng)濟(jì)有效方式實(shí)現(xiàn)黑水虻幼蟲(chóng)在飼料中的大量應(yīng)用。

3 總結(jié)和展望

生物處理飼料原料能夠以綠色環(huán)保的方式有效提高飼料利用效率，解決蛋白原料在水產(chǎn)飼料使用中存在的如抗?fàn)I養(yǎng)因子過(guò)多、適口性差、不易被消化等一些問(wèn)題。但是不同發(fā)酵底物的組成差異較大，需要針對(duì)不同原料特點(diǎn)設(shè)計(jì)適宜的生物處理方案，確定微生物、酶制劑的搭配使用以及添加順序等具體方案，并進(jìn)一步摸索生物處理的最佳環(huán)境條件，以實(shí)現(xiàn)最大的營(yíng)養(yǎng)消化率和最少的營(yíng)養(yǎng)損失。總的來(lái)說(shuō)，生物處理蛋白飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖中有著廣闊的應(yīng)用前景，可以有效消除蛋白原料對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的一些負(fù)面影響，不同來(lái)源的蛋白飼料經(jīng)過(guò)發(fā)酵、酶解等處理后可以達(dá)到理想的飼用品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)最佳效益。