黃粉蟲(chóng)在魚(yú)類養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進(jìn)展

■ 符 兵 周東來(lái) 陳 冰 李慶榮 彭 凱 廖森泰 邢東旭*

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510610；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料重點(diǎn)試驗(yàn)室，廣東省畜禽育種與營(yíng)養(yǎng)研究重點(diǎn)試驗(yàn)室，廣東廣州 510640）

由于全球漁業(yè)資源的日漸枯竭以及魚(yú)粉需求量的日益增加，且2023 年6 月初魚(yú)粉生產(chǎn)大國(guó)秘魯“限捕令”的發(fā)布，導(dǎo)致魚(yú)粉（fish meal，F(xiàn)M）和豆粕（soybean meal，SBM）資源愈發(fā)短缺、價(jià)格長(zhǎng)期居高不下，優(yōu)質(zhì)飼料蛋白源的供應(yīng)受限，制約了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，急需尋求FM 和SBM 的高效替代品。而黃粉蟲(chóng)（Tenebrio molitor，TM）作為歐盟首個(gè)批準(zhǔn)的昆蟲(chóng)類食物新資源，具有營(yíng)養(yǎng)均衡、易飼養(yǎng)、低成本等特點(diǎn)，在優(yōu)質(zhì)蛋白的替代上極具發(fā)展?jié)摿ΑＮ恼戮C述了黃粉蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，以及其對(duì)魚(yú)類生長(zhǎng)性能、肌肉品質(zhì)、免疫抗氧化及腸肝健康的影響，以期為新型水產(chǎn)動(dòng)物飼料的研發(fā)提供參考資料。

1 黃粉蟲(chóng)的價(jià)值

TM 俗稱“面包蟲(chóng)”，隸屬于鞘翅目（Coleoptera）、擬步甲科（Tenebrionidae）、粉甲屬（Tenebrionini），屬于完全變態(tài)昆蟲(chóng)，其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程分為卵、幼蟲(chóng)、蛹和成蟲(chóng)四個(gè)階段[1]。作為一種優(yōu)質(zhì)動(dòng)物性蛋白原料，TM 富含蛋白質(zhì)（48.8%～56.3%）和脂肪（27.3%～32.9%）[2-3]，隨著發(fā)育的進(jìn)行，其蛋白質(zhì)含量逐漸升高，脂肪含量逐漸降低。TM 蛋白質(zhì)組成中，必需氨基酸含量約占總氨基酸的2/5，與聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）頒布的優(yōu)良蛋白標(biāo)準(zhǔn)十分接近，賴氨酸、精氨酸、脯氨酸含量較高，但色氨酸、蛋氨酸+胱氨酸含量稍低[4]；脂肪酸組成中，不飽和脂肪酸含量占脂肪酸總量的70%以上，亞油酸含量占脂肪酸總量的1/3，TM 榨出的油脂可用作潛在的油料資源[3，5]。同時(shí)，黃粉蟲(chóng)粉（Tenebrio molitormeal，TMM）還含有許多礦物質(zhì)及維生素，其中鈣、磷、鎂、鋅、硒的含量高于牛肉、豬肉和羊肉等動(dòng)物性食品[6]；維生素C 含量達(dá)99.0 mg/kg、煙酸含量達(dá)46.5 mg/kg、維生素B6含量達(dá)6.9 mg/kg[7]。

此外，TM 幼蟲(chóng)蟲(chóng)壁、蟲(chóng)蛻、蛹?xì)ず统上x(chóng)中均含大量的甲殼素（分別約為4.4%、18.4%、13.8% 和11.3%）[8]。甲殼素是自然界中唯一發(fā)現(xiàn)的陽(yáng)離子堿性多糖，脫乙?；笤俳?jīng)氧化降解可得到殼聚糖[8]。殼聚糖具有增強(qiáng)免疫力、抗氧化[9]、抗炎[10]、抗腫瘤、抗衰老等功效[11]，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等行業(yè)。黃酮是一類多酚類物質(zhì)，在TM 中的提取量可達(dá)12.01 mg/g[6]，其功效與殼聚糖類似?？咕膭t是一種堿性多肽物質(zhì)，存在于TM的血淋巴中，具有良好的熱穩(wěn)定性、水溶性和廣譜抗菌性[12-13]，能抑制細(xì)胞壁的形成，改變細(xì)胞膜的通透性，從而達(dá)到抑菌的效果。

2 黃粉蟲(chóng)對(duì)魚(yú)類生長(zhǎng)性能的影響

由于魚(yú)種食性的差異，不同魚(yú)攝食TMM 后表現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)性能。總體而言，添加4.0%～40.0%TMM替代FM 或SBM 不會(huì)對(duì)魚(yú)類的生長(zhǎng)性能造成負(fù)面影響，甚至?xí)龠M(jìn)其生長(zhǎng)[14-15]。也有研究表明[16]，用以TMM為單一蛋白源（TMM添加量為40.2%和57.0%）的飼料飼喂草魚(yú)，蛋白源和蛋白水平的交互作用會(huì)顯著降低草魚(yú)的生長(zhǎng)和FI，同時(shí)會(huì)促進(jìn)其厭食神經(jīng)肽（proopiomelanocortin，POMC 和cocaine- and amphetamineregulated peptide，CART）的分泌以及厭食基因pomc的表達(dá)。而隨著TMM 添加量的增加，飼料中甲殼素含量也逐漸升高，魚(yú)體攝入過(guò)量的甲殼素會(huì)降低腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力，造成生長(zhǎng)減緩；同時(shí)會(huì)誘導(dǎo)機(jī)體的脂質(zhì)代謝異常，致使HSI 升高等。黃粉蟲(chóng)對(duì)魚(yú)類生長(zhǎng)性能的影響見(jiàn)表1。

表1 黃粉蟲(chóng)對(duì)魚(yú)類生長(zhǎng)性能的影響

3 黃粉蟲(chóng)對(duì)魚(yú)類肌肉品質(zhì)的影響

肌肉的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分是評(píng)價(jià)魚(yú)肉品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)，水分含量與魚(yú)肉的機(jī)械強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。脂肪含量與肉的嫩度、風(fēng)味和多汁性密切相關(guān)[23]。研究認(rèn)為，魚(yú)肉中脂肪含量的降低會(huì)增加肌束之間的相互摩擦，降低肌肉嫩度，提高肌肉硬度[24]。Li 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，TMM 替代60%SBM 會(huì)顯著增加鏡鯉的粗脂肪含量。但是，Zhang 等[18]在羅非魚(yú)上的研究結(jié)果表明，TMM 替代45%SBM 會(huì)顯著降低羅非魚(yú)的粗脂肪含量。以上差異可能是飼料的營(yíng)養(yǎng)組成和魚(yú)種不同造成的。

測(cè)定肌肉質(zhì)構(gòu)特性是評(píng)價(jià)肉類品質(zhì)的最常見(jiàn)的方法之一。對(duì)于大部分消費(fèi)者而言，質(zhì)構(gòu)特性（口感）比營(yíng)養(yǎng)價(jià)值具有更強(qiáng)的說(shuō)服性[25]。質(zhì)構(gòu)特性主要包括硬度、彈性、咀嚼性、膠著性、膠黏性和內(nèi)聚性[26]。一般認(rèn)為，肌肉硬度的增加與粗脂肪含量的降低密切相關(guān)，與肌纖維密度的增加呈正相關(guān)，與肌纖維直徑呈負(fù)相關(guān)，而咀嚼性由硬度、黏合性和彈性共同決定[27-28]。研究表明，TMM 替代15%和45%SBM 均能顯著增加鏡鯉肌肉纖維密度，降低肌纖維直徑，提高肌肉硬度和咀嚼性[20]。TMM 替代45%SBM 對(duì)羅非魚(yú)肌纖維直徑雖無(wú)顯著影響，但能顯著增加低直徑（小于100 μm）肌纖維的分布比例、肌肉硬度和膠黏性[18]。不同于蠶豆脆化魚(yú)的肉質(zhì)，TMM 適量替代SBM 或FM能顯著提升魚(yú)肉的質(zhì)構(gòu)特性，而過(guò)量替代卻無(wú)“脆化”效果，其原因需要進(jìn)一步研究。

氨基酸的種類與組成比例是魚(yú)肉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定的指標(biāo)之一，肌肉的游離氨基酸組成影響著魚(yú)肉的風(fēng)味。甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸為主要的呈味氨基酸，其中天冬氨酸和谷氨酸呈鮮味，甘氨酸和丙氨酸呈甘甜味[29]。研究發(fā)現(xiàn)，TMM能顯著增加鏡鯉肌肉中甘氨酸和羥脯氨酸含量[20]。而Zhang 等[18]研究結(jié)果表明，TMM 對(duì)羅非魚(yú)肌肉鮮甜味氨基酸和風(fēng)味氨基酸含量無(wú)顯著影響，在鱖魚(yú)上也得到類似的結(jié)果[19]。這種差異很可能與飼料中的氨基酸含量不同以及TMM 的添加量不同有關(guān)。值得注意的是，草魚(yú)肌肉組氨酸含量在TMM100% 替代FM 后顯著降低[21]，而魚(yú)肉中游離的組氨酸經(jīng)微生物的組胺脫羧酶作用產(chǎn)生組胺，組胺過(guò)多沉積會(huì)使魚(yú)肉發(fā)生變質(zhì)[30]。由此可以推斷，添加適量的TMM 可以延長(zhǎng)活魚(yú)的運(yùn)輸和魚(yú)肉的貯藏時(shí)間。此外，添加30%TMM 會(huì)增加鱖魚(yú)肌肉中棕櫚酸、油酸和亞油酸的含量，提高EPA和DHA 在總脂肪酸中的比例[19]。TMM 替代30%SBM能顯著增加羅非魚(yú)肌肉單不飽和脂肪酸（Monounsaturated fatty acid，MUFA）含量[18]。研究表明，棕櫚酸是合成長(zhǎng)鏈脂肪酸的前體物質(zhì)，MUFA 具有降低血糖、降血脂、降膽固醇等功效，而EPA 和DHA 在促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、提高免疫能力以及調(diào)節(jié)脂類代謝等方面發(fā)揮重要的作用[29]。說(shuō)明適宜的TMM 替代量能顯著提升魚(yú)肉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

4 黃粉蟲(chóng)對(duì)魚(yú)類免疫和抗氧化指標(biāo)的影響

魚(yú)的體液免疫是魚(yú)免疫的重要組成部分，而血清和各組織的免疫參數(shù)可以反映魚(yú)的免疫功能[31]。堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，AKP）已被證實(shí)可通過(guò)抑制中性粒細(xì)胞的產(chǎn)生和炎癥反應(yīng)[32]，對(duì)機(jī)體具有免疫調(diào)節(jié)作用。溶菌酶（lysozyme，LZM）由中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，分泌到血液和黏液中，發(fā)揮抗病毒、抗菌和抗炎等作用[33]。Bai 等[15]研究結(jié)果表明，TMM 替代30%SBM 可顯著提高大菱鲆前腸、中腸和后腸AKP 的活性，對(duì)前腸和中腸LZM 活性無(wú)顯著影響。Gu 等[17]在大口黑鱸幼魚(yú)上也發(fā)現(xiàn)，TMM 替代11%的FM 能提高血清中AKP 的活性，同時(shí)增加了腸道中非特異性抗性蛋白Toll 樣受體2（TLR2）的表達(dá)，TLR2 的激活可以刺激抗體抗性防御系統(tǒng)產(chǎn)生白細(xì)胞介素10（IL-10）和生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化因子（TGF-β），以及趨化性細(xì)胞因子來(lái)調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)[34]。此外，補(bǔ)體是魚(yú)類抗微生物感染的重要組成部分，參與靶細(xì)胞裂解和生物體啟動(dòng)后的調(diào)節(jié)反應(yīng)，而補(bǔ)體3（C3）和補(bǔ)體4（C4）是補(bǔ)體系統(tǒng)的主要組成部分。血清中C3 和C4 水平的增加可改善免疫調(diào)節(jié)，中和毒素并阻斷炎癥反應(yīng)[35]。Zhang等[36]研究發(fā)現(xiàn)，TMM替代30%FM能顯著增加大黃魚(yú)（Pseudosciaena crocea）血清中C3 水平。以上研究結(jié)果說(shuō)明添加適量的TMM 能顯著降低機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)的概率，增強(qiáng)機(jī)體的免疫能力，而添加過(guò)高的TMM可能會(huì)誘導(dǎo)機(jī)體的炎癥反應(yīng)。

在正常生理狀態(tài)下，動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的自由基含量處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，一旦受到外界環(huán)境刺激或機(jī)體自身變化，魚(yú)體內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生量短時(shí)間內(nèi)迅速增多或者機(jī)體對(duì)ROS 的清除能力下降，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)氧化應(yīng)激[37]。氧化應(yīng)激可以通過(guò)影響抗氧化相關(guān)酶的活性來(lái)擾亂肝臟和血液的抗氧化防御機(jī)制，而生物體內(nèi)主要的抗氧化酶有還原型谷胱甘肽（GSH-Px）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD），其中SOD 能夠清除氧自由基，GSH-Px可將過(guò)氧化物還原為羥基化合物，CAT 能將過(guò)氧化氫（H2O2）分解為水和O2，從而使細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷[38]。研究表明，TMM 替代11%～55%FM 會(huì)顯著提高大口黑鱸腸道中GSH、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）和SOD 的活性，這可能是TMM 顯著上調(diào)了腸道中關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子核因子2（Nrf2）在體內(nèi)的相對(duì)表達(dá)，進(jìn)而激活了Nrf2信號(hào)通路，從而在基因和酶活性水平上調(diào)控下游GPX、GSH 和CAT 的表達(dá)[17]。Nrf2 信號(hào)通路已被證實(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)魚(yú)類和哺乳動(dòng)物中抗氧化酶基因的表達(dá)來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激[39]。在大菱鲆[15]、鱖魚(yú)[19]、鏡鯉[20]上也得到了類似的結(jié)果。而張樂(lè)等[40]發(fā)現(xiàn)，TMM 替代15%～45%SBM 會(huì)顯著增加尼羅羅非魚(yú)腸道中SOD含量和總抗氧化能力，顯著降低肝臟的抗氧化能力，當(dāng)TMM 替代量達(dá)45%時(shí)，會(huì)顯著上調(diào)肝臟中Nrf2和Klf9基因的表達(dá)，造成ROS 在肝臟的積累。這說(shuō)明羅非魚(yú)腸道對(duì)于TMM的耐受性要強(qiáng)于肝臟。

5 黃粉蟲(chóng)替代對(duì)魚(yú)類腸道和肝臟健康的影響

腸道組織學(xué)分析是評(píng)估腸道健康的直接方法。一般認(rèn)為，腸絨毛的高度和厚度與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力呈正相關(guān)關(guān)系，而腸肌層厚度的變窄可能意味著腸道的炎癥反應(yīng)[41-42]。TMM 替代超過(guò)30%SBM，會(huì)顯著降低尼羅羅非魚(yú)腸道絨毛高度和肌層厚度，能直觀反映腸道屏障的上皮電阻也出現(xiàn)降低的現(xiàn)象[40]。而在大黃魚(yú)中，TMM 替代超過(guò)15%FM 能顯著增加其腸絨毛高度和寬度[36]。海鱒[22]的研究結(jié)果與之類似，腸肌層厚度在添加TMM 后顯著增加，不過(guò)同時(shí)會(huì)降低其淀粉酶和脂肪酶的活性。魚(yú)體內(nèi)的消化酶活性與餌料中營(yíng)養(yǎng)成分的含量與組成密不可分，其活性在一定程度上反映了生物對(duì)飼料和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收程度[43]。以上差異的出現(xiàn)主要?dú)w因于不同魚(yú)對(duì)TMM的耐受力不同。也有研究發(fā)現(xiàn)[44]，飼喂添加黑水虻蟲(chóng)粉（Hermetia illucensmeal，HIM）的飼料后大西洋鮭魚(yú)（Salmo salar）腸道會(huì)出現(xiàn)脂滴的積累。有學(xué)者認(rèn)為這是乳糜微粒的脂蛋白涂層的磷脂合成不足所致[45]。但不可否認(rèn)的是，隨著試驗(yàn)時(shí)間的推進(jìn)，TMM和HIM均會(huì)逐漸加重對(duì)腸道組織的損傷。

腸道菌群可影響宿主的生理、營(yíng)養(yǎng)、免疫和代謝功能，又能調(diào)控宿主的正常生理功能，對(duì)魚(yú)類的健康狀況起著至關(guān)重要的作用[46]。研究表明[36]，大黃魚(yú)各TMM 替代組腸道中的OTU 數(shù)目均高于對(duì)照組，其中45%替代組比對(duì)照組高出38.6%，各組優(yōu)勢(shì)菌門分別為變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和厚壁菌門（Firmicutes）。芽孢桿菌（Bacillus Cohn）具有益生菌特性，能產(chǎn)生乙酸、乳酸和細(xì)菌素等次級(jí)代謝產(chǎn)物，有助于改善魚(yú)類腸道和機(jī)體健康[47]。研究發(fā)現(xiàn)，添加TMM 對(duì)海鱒腸道芽孢桿菌的相對(duì)豐度無(wú)顯著影響[48]，添加15%TMM 會(huì)顯著增加西伯利亞鱘（Acipenser baerii）腸道的芽孢桿菌相對(duì)豐度[49]，在大黃魚(yú)中也發(fā)現(xiàn)，TMM 替代45%FM 會(huì)增加類芽孢桿菌和拉式梭狀芽孢桿菌的相對(duì)豐度，但在金頭鯛（Sparus aurata）和褐鱒（Salmo trutta）中，TMM 替代50%FM 會(huì)降低芽孢桿菌的相對(duì)豐度[50]。此外，飼料中添加10%TMM 會(huì)降低海鱒腸道肉食桿菌屬（Carnobacterium）和乳桿菌屬（Lactobacillus）的相對(duì)豐度[48]，肉食桿菌屬和乳桿菌屬都屬于乳酸菌，其代謝過(guò)程可產(chǎn)生抑制魚(yú)類病原體生長(zhǎng)的物質(zhì)。肉食桿菌和乳桿菌屬相對(duì)豐度的降低可能會(huì)造成腸道內(nèi)病原體的增殖和腸道菌群失衡，增加魚(yú)體患病風(fēng)險(xiǎn)。但大黃魚(yú)上的研究結(jié)果表明[36]，TMM 替代30%FM 會(huì)增加乳酸桿菌的相對(duì)豐度，替代45%FM 能降低鄰單胞菌屬的相對(duì)豐度。而以上腸道菌群相對(duì)豐度的變化一方面歸因于TMM 中含有大量的甲殼素。研究證實(shí)，甲殼素是調(diào)節(jié)腸道微生物組成的重要因子，能降低大腸桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌等的數(shù)量，可充當(dāng)腸道的“益生元”[51]。另一方面是由于TMM 中的抗菌肽（α-螺旋肽、富含半胱氨酸的肽、富含脯氨酸的肽和富含甘氨酸的蛋白質(zhì)）具有廣泛抗菌性[52]。這說(shuō)明TMM 會(huì)選擇性地改善腸道菌群組成，維持腸道環(huán)境穩(wěn)定。

肝臟作為脂質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝與再分配的主要場(chǎng)所，在維持代謝穩(wěn)態(tài)中起著不可或缺的作用。肝臟組織學(xué)分析能直觀反映病理狀態(tài)。Bai 等[15]在大菱鲆中發(fā)現(xiàn)，脫脂TMM 替代75%FM 不會(huì)造成肝臟組織的炎癥反應(yīng)，但會(huì)顯著降低其肝細(xì)胞直徑，而Su 等[53]研究結(jié)果表明，TMM 替代超過(guò)50%FM 會(huì)導(dǎo)致大口黑鱸肝臟組織炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)。這種差異可能是TMM 處理方式、替代量不同以及不同魚(yú)種體內(nèi)脂質(zhì)代謝過(guò)程不同造成的。血清中的谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）和谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）活性的變化可直接反映肝臟功能是否受損[54]，其活性的升高標(biāo)志著肝細(xì)胞膜受到破壞，肝功能受到損傷。Hoffmann 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，海鱒血清中ALT含量在攝入TMM后顯著升高，AST含量也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。在鱖魚(yú)[19]上也得到類似的研究結(jié)果。而大口黑鱸的研究結(jié)果表明，ALT和AST含量會(huì)隨TMM替代量的增加呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)[17]。這歸因于TMM 替代水平較低時(shí)，機(jī)體免疫能力得到一定提升（TLR 和Nrf2 信號(hào)通路的激活、IL-10、TGF-β以及趨化性細(xì)胞因子表達(dá)的上調(diào)），減輕了肝組織的炎癥反應(yīng)。有學(xué)者也認(rèn)為，血清中AST和ALT 含量的升高并不是魚(yú)體不健康的表現(xiàn)，而是TMM 替代FM 后促進(jìn)氨基酸代謝的結(jié)果[55]。

6 小結(jié)與展望

大量研究結(jié)果表明，黃粉蟲(chóng)可作為魚(yú)粉和豆粕的良好替代品。添加適量的黃粉蟲(chóng)粉對(duì)魚(yú)類的生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響，能提高機(jī)體的免疫和抗氧化能力、提升肌肉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及保護(hù)腸道屏障和維護(hù)肝臟健康。然而需要注意的是，黃粉蟲(chóng)富含油脂，過(guò)高的添加量會(huì)導(dǎo)致或加速飼料的酸敗，最終對(duì)魚(yú)體造成毒害和損傷。目前關(guān)于脫脂黃粉蟲(chóng)對(duì)魚(yú)類影響的研究較少，后續(xù)的工作也可將重點(diǎn)放在脫脂黃粉蟲(chóng)以及甲殼素、黃酮和多糖等活性物質(zhì)在魚(yú)類新型飼料應(yīng)用的研究上。此外，黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)沙在水產(chǎn)飼料上的應(yīng)用也不失一個(gè)良好的研究方向。