水产饲料蛋白源研发与低碳养殖
2022-03-18
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《同斟工业》・2010年第31眷第2O期 水产 毒 蓟 宋永康姚清华林虬 摘要:水体富营养化是水产养殖中常见的污染现象。文章总结分析了养殖中水体富营养化的危 害、成因,提出可以通过开发高效蛋白源,从饲料营养学上降低水产养殖对养殖水体富营养化的影响, 建立“低碳、绿色”的水产经济动物养殖模式。 关键词:低碳;富营养化;水产饲料;蛋白源;肽 中图分类号:¥816.4 文献标识码:A 文章编号:1001—991X(2010)20—0019—04 Development of protein resource for low-carbon aquaculture Song Yongkang,Yao Qinghua,Lin Qiu Abstract:Origin and harm of water eutrophication in aquaculture were reviewed in this paper.The ef- fect of water eutrophication can be reduced through developing high efficient protein resource for aquat— ic feed.And“Low—carbon.green”mode can be builded up for aquaculture. Key words:low—carbon;eutrophication;aquatic feed;protein resource;peptide 随着世界经济的发展,大规模的产业化及人类生 营养物质含量过多引起的水质污染现象。养殖水体富 产生活方式的改变导致全球二氧化碳排放量及海平 营养化的成因是由于养殖过程中注入大量富含氮、磷 面逐年递增,世界气候面临越来越严重的问题。地球 的外源性水或过量投饵导致养殖动物排泄频率加快, 臭氧层也遭受前所未有的危机,灾难性气候变化屡屡 大量残饵、未被完全吸收的营养物质进入水体,过量的 出现,已经严重危害着人类的生存环境和健康安全。 含氮、磷物质导致水中营养物质超标的现象口】。判断水 从“高投入、高能耗、高污染”的经济模式向低碳经济 体处于富营养状态的具体指标是:水体中氮含量超过 转型已经成为世界经济可持续发展的必然选择。 0.2---0.3 m ,生化需氧量大于10 m ,磷含量大于0.01~ 农业是人类的衣食之源,生存之本,是国民经济 0.02 m ,pH值7 ̄9的淡水中细菌总数超过10万个/ml, 的基础。中国作为农业大国,“十一五”规划期间,农业 表征藻类数量的叶绿素a含量大于10 rag/1141。 重要组成部分的畜牧水产养殖业发展势头迅猛。近年 1.2养殖水体富营养化的危害 来,“集约化、高密度、高产 ”水产养殖模式还在不断 水体富营养化的主要危害有:①易引起水体中藻 地扩大,在为人类提供源源不断优质蛋白源的同时, 类迅速繁殖。由于藻类生长周期短,藻类及其他浮游 养殖过程中产生的水体富营养化也造成了日趋严重 生物死亡后形成的有机物质需氧微生物分解,不断消 的自然水体污染l】l。同时,养殖户为了保证养殖过程中 耗水中的溶解氧,产生大量氨氮、亚硝酸盐等有害物 的水质,大量换水也造成水资源的极度浪费l 2l。水产养 质,或被厌氧微生物分解,产生硫化氢等气体,从溶氧 殖业逐渐成为“三高”产业,沿海诸多省份也逐步取缔 方面使水质恶化,造成鱼类和其它水生生物中毒死 了部分海域的网箱养殖。因此,发展“低碳、绿色”的养 亡。这种养殖水体溶解氧量逆差大,水质明显恶化, 殖模式已经成为水产养殖业改革的必由之路。 pH值日波动明显,养殖动物经常出现不适或死亡现 1养殖水体富营养化现状 象151。②水体富营养化易导致水体透明度降低,阳光无 1.1养殖水体富营养化的成因 法穿透水层,影响水中植物的光合作用和氧气释放。 水体富营养化是一种氮、磷等植物生长所必需的 同时,浮游生物的大量繁殖,消耗水中大量的氧,使水 中溶解氧严重不足,而水面由于单细胞藻类及植物的 宋永康,福建省农业科学院中心实验室,高级实验师 350003,福建省福州市华林路188号。 光合作用,可能造成局部溶解氧过饱和。两者都易造 成凌晨时分养殖鱼类出现“浮头”和“泛池”而大量死 亡。③富营养化水体底层堆积的有机物质在厌氧条件 下分解产生的有害气体,含氮化合物、硫化物、以及一 姚清华、林虬,单位及通讯地址同第一作者。 收稿日期:2010—07—05 些浮游生物产生的生物毒素也会毒害水生经济动物。 大量养殖实验表明,水体富营养化对水产养殖动 ★福建省属公益类科研院所自主选题(2009R10034—1) 囊 饲料 宋永康等:水产饲料蛋白源研发与低碳养殖 物具有明显的毒害。对虾养殖期间,残饵等可溶性有 物质逐渐增加;②富含氮、磷等营养元素的水源注入。 机质在虾塘内不断积累,分解所需的耗氧量约占虾塘 随着水产养殖规模的不断扩大,养殖自身的污染已成 总耗氧量的52%~74%I61。陈孝煊等【 『研究发现,养殖池 为养殖水体富营养化的最主要因素。其中饲料是养殖 中的氨态氮对澳大利亚红螯螯虾生长具有明显的生 业排泄物污染的源头,饲料中的微量元素、预防药物、 长抑制及毒害,虾体的耐受性与氨态氮浓度成明显的 抗生素更是增加了水体污染的程度。这是因为水产养 正相关,且与其个体大小有关系,虾的个体越小,耐受 殖过程中,人工配合饲料是水产动物的主要营养来 性越低,尤其是刚孵出的虾苗对氨态氮特别敏感。高 源。由于水产动物消化道结构简单、饲料在肠道内停 浓度的亚硝酸盐和氨使得试验虾肝胰腺、胃、中肠和 留时间较短,导致饲料未被完全消化就直接排出体 鳃等组织产生病变,出现细胞肿胀、空泡化、坏死等一 外。研究表明,饲料中只有20%~50%的氮和20%~60% 系列的组织病理学变化,其中肝胰腺病变最为严重[81。 的磷可存留于动物体内,排泄物中氮、磷的主要来源 此外,富营养化的水质易导致水体中病原微生物滋 是未被鱼体消化吸收的饲料。除了鱼体肠道结构较为 生,对水产养殖动物本身带来病害威胁,诱发大面积 简单外,部分原因在于动物性蛋白源中磷含量较高, 赤潮,对海水养殖带来灾难性后果。另一方面,病原微 如鱼粉中磷含量为1.5%~3.2%、肉骨粉中磷含量为 生物滋生,也可直接或通过水产养殖动物作为寄主间 3.5%~5.5%;植物性蛋白源中的磷大约2/3是以植酸 接传染给人类。 磷的形式存在,而大多数鱼类对植酸的消化吸收率仅 目前,解决养殖水体富营养化的方法有:①建立 为0~20% 12-13]。同时,由于非鱼粉蛋白源中存在难以 健康合理的水产养殖模式。合理的鱼苗投放密度,多 被鱼体消化利用的纤维、蛋白酶抑制剂、植物凝集素、 种鱼类合理搭配投放,实施多营养层次生态养殖。根 棉酚、单宁等抗营养因子,饲料利用率普遍不高。未被 据养殖水体的容纳量,把不同营养级的种类组合到一 利用的氮多以尿素、尿酸、饲料残渣的形式被排出体外。 起。如通过贝类、鱼类、藻类混养,养殖过程中由于贝 不同原料来源、不同配方的饲料对水体富营养化 类是滤食性动物,可以以由于鱼类养殖水体富营养化 的影响也明显不同。在大口黑鲈养殖试验中,研究发 引起的大量浮游生物为食,藻类则可吸收海水中的 现,投喂不同饲料对养殖水体的化学耗氧量(COD)、 碳、氮、磷等物质 。普遍实施的不同食性养殖品种混 PO 一P(磷酸盐)、TP(总磷)、TN(总氮)、NH 一N(氨态 养模式如:蔡林荣等进行了沙塘鳢、青虾、花白鲢t昆养 氮)、NO 一N(硝态氮)、NO 一N(亚硝态氮)有着明显的 实验,既充分利用了水体,又建立了合理的生物链。杂 影响。周萌等(2005)㈣在研究环保型高效饲料与普通 食性的罗非鱼养殖网箱与滤食性的鳙鱼养殖网箱相 饲料对南美白对虾养殖水质的影响时,认为其研制的 间设置,实现自然清污法,罗非鱼摄食网箱上的附着 环保型高效饲料可显著降低养殖水体中的三态氮。此 物,保障了网目畅通,减少水体中鱼体排泄物,降低 外,通过添加饲用酶制剂也可提高饲料的利用效率。 病原微生物滋生,减少鱼类病害,起到了防病的作用; 目前,在水产养殖中应用的酶制剂主要有纤维素酶、 鳙鱼可滤食罗非鱼的排泄物及水体中的浮游生物,对 G一葡聚糖酶、木聚糖酶、淀粉酶、蛋白酶和植酸酶等。 净化水质、提高水体透明度具有明显的作用,减少了 黄峰(200S)[15j在草鱼养殖中进行外源酶添加应用,可 鱼类病害发生的外源性条件 。②在网箱养殖海域, 提高鱼类对饵料及粗蛋白的表观消化率。在饲料中添 应科学合理布局,防止局部养殖密度过高,实行放牧 加0.1%溢多酶,草鱼生长速度及饵料系数明显改善, 式的网箱养殖,使水体有充分的时间进行自然净化。 全鱼鱼体含粗蛋白比对照饵料组略高,粗脂肪略低l16]。 ③合理的使用饲料及渔药;④定期实行清塘,疏浚池 饲用酶制剂的添加还可起到分解抗营养因子,改善鱼 底富含有机质的淤泥,并投放适量的石灰[5,11]。 体消化机能,饲用植酸酶的添加可以改善鱼体植酸利 2饲料营养对水体富营养化的影响 用率低的现象,其它营养成分如蛋白、脂肪的利用率 引起水体富营养化的主要因素——氮和磷,氮和 也明显提高,粪中的磷浓度则大幅度降低。据研究[17-18l, 磷是藻类生长所必需的营养元素,也是浮游生物生长 无胃鱼对植酸磷的平均消化率为8%,有胃鱼稍高。因 的限制性元素。在养殖生产上,氮和磷的利用率及其 此,对于无胃鱼,由于消化道pH值偏高,必需添加中 在水体中的残留量是水体富营养化的决定性因素。 性植酸酶。曾虹等(2001)[191在饼粕质量分数为5%的 水产养殖水体中氮、磷的主要来源有:①养殖自 鲤鱼饵料中添加中性植酸酶,磷的利用率可提高41%~ 身污染:精养养殖投饵量大,大量剩饵、残饵、排泄物、 59.4%,单位体增质量的磷排放降低32%。植酸酶的另 动物植物尸体沉积在池底,使易导致水体富营养化的 外一种应用方法为在饲料加工过程中预先用植酸酶 宋永康等:水产饲料蛋白源研发与低碳养殖 水产锶 处理饵料。余丰年等(2000)I2o[7- ̄在体外将豆粕用植酸 下降。Richter等(2003) 发现,植酸可与蛋白质碱性 酶进行处理,再加入到其余的饲料原料中,充分混合 残基结合,抑制胃蛋白酶和胰蛋白酶活性,导致蛋白 后进行应用。结果表明,在异育银鲫体外,植酸磷就已 质的利用率降低。某些因子甚至直接对鱼类产生毒害 在植酸酶的作用下发生了有效降解,促进了异育银鲫 作用,如棉籽饼中的游离棉酚不仅直接对鱼类产生毒 对饲料中营养物质的吸收,提高了增重率。 害作用,而且在加工过程中易和赖氨酸结合,降低赖 因此,通过对饲料原料的体外预处理及配方调 氨酸的利用率。另有研究发现t241,胰蛋白酶抑制因子 整,将不易被消化的植物性蛋白源等原料进行降解, 和消化道内的胰蛋白酶结合生成无活性的复合物,降 制备富含多肽、去除抗营养因子的优质安全饲料,既 低胰蛋白酶活性,导致蛋白质的消化吸收率降低。 可缩短鱼体肠道对饲料的消化时间,提升营养物质转 3.2多肽的营养特性及生产方法 运、吸收速度,提高饲料中营养成分的利用效率,对减 生物活性肽的发现开创了动物营养的新纪元。现 少鱼体排泄物引起的环境污染及降低生产成本均具 代消化理论认为,当寡肽分子量小于2 000 Da时,可 有积极意义。 直接被消化道吸收,且具有转运速度快,耗能低和不 3 多肽类饲料蛋白源研发 易饱和等特点,避免与游离氨基酸出现吸收竞争,大 3.1非鱼粉饲料蛋白源研究现状 大地提高了蛋白的吸收利用率。其实在100多年前, 蛋白质是饲料中必不可少的营养成分,是配方设 就有学者提出了肽转运的可能性。1953年,Agar通过 计的核心。蛋白质的来源、比例对饲料的消化、吸收都 大鼠实验证实了完整双甘肽在肠道跨上皮的转运。 有明显的影响,进而导致养殖水体产生不同程度的富 Newey等的研究进一步证实了甘氨酸二肽可以被肠 营养化。常年来,高档畜禽、水产饲料的主要蛋白源是 道完整的吸收。此后,针对肽在动物体内的转运机制 鱼粉。随着集约化养殖规模的不断扩大,鱼粉供应日 进行了大量的研究,发现动物小肠粘膜上存在着肽转 趋紧张,价格逐年攀升。2009年水产饲料用高档鱼粉 运载体。1994年,肽转运载体的成功克隆f ,从根本 从8 000~10 000元/t升至15 000~18 000元/t。据世界 上证明了寡肽尤其是小肽确实可以被动物直接吸收 银行对我国饲料供求平衡的预测,2010年我国饲料 利用。肽主要的运转机制有以下几种:①H+/Na+交换转 缺口约为3 800万吨。随着养殖业的进一步发展,这 运体系,肽转运依靠质子向细胞内转运产生的动力。 缺口将继续扩大,据有关部门预计,2010年~2020 ②谷胱甘肽(GSH)转运系统,该系统转运载体具有底 一年我国饲用蛋白资源的需求量将达到6千万吨~7.2 物专一性。但webb等认为,动物体内存在不依赖N 千万吨,而供给量仅为2.2千万吨~2.4千万吨。饲用 浓度、不消耗ATP的肽转运体系。 新蛋白源的开发成为饲料科研_T作者研究的热点问 同时,随着活性肽多种重要功能的发现,人们逐 题之一,但由于非鱼粉饲料蛋白源消化吸收不佳、蛋 步改变了过去对蛋白质营养功能单纯以氨基酸为标 白利用率低,未完全消化吸收饲料残渣、排泄物对水 准的评价方法,在评价蛋白质营养价值时同时考虑到 体污染大,尚未有非鱼粉蛋白源在高档畜牧水产饲料 了蛋白质结构及其在消化道中可能释放出的生物活 中得到大规模应用。 性肽成分及数量。肽较之游离氨基酸的重要性在于可 目前,饲料中非鱼粉蛋白源主要可以分为动物性 提高动物对日粮的氮利用率。且植物蛋白在经降解处 蛋白源替代物和植物性蛋白源替代物。前者主要有肉 理后,可去除或钝化抗营养因子及有害物质,使蛋白 骨粉、血粉、羽毛粉及其它动物下脚料;后者主要有豆 质分子量减小,结构疏松,吸收率大大提高。这对于降 科粕饼类、菜籽饼粕、棉籽饼粕。但直接在水产饲料中 低水产动物排泄物引起的氮污染及节约蛋白质资源 大量添加非鱼粉蛋白易发生饲料适口性差、不易被水 均具有重要作用。饲用寡肽产品正是指在人工创造的 产动物消化吸收进而导致鱼体生长速度下降等缺陷。 环境条件下,利用微生物或酶对原料中的蛋白质产生 Robaina等(1995)【2I_的研究结果表明,肉骨粉替代鱼 降解作用,使之分解成寡肽,完成体外预消化,有助于 粉的饲料喂养金头鲷时,替代比例可高达40%,鱼的 减少饲料在鱼体肠道内消化的时间,提高鱼体对饲料 生长情况良好,各项生长指标和饲料利用率均高于全 中蛋白的吸收转运速度,提高蛋向利用率,减少鱼体 鱼粉对照组,但进一步的组织学研究却发现,当饲料 排泄物中含氮物质对养殖水体的污染。 中的肉骨粉超过20%时,鱼的肝部发生了明显的病 目前,寡肽的生产方法[271主要有化学合成法、DNA 变。Wang等(2005)[21发现,当羽毛粉替代10%~30% 重组法、酶法分解、化学法分解、生物发酵等。化学合 鱼粉后,鲵状黄姑鱼的特定生长率和体增质量都显著 成法发展较早,技术成熟,但生产效率低,生产中使用 。 。饲料 宋永康等:水产饲料蛋白源研发与低碳养殖 大量的化学试剂,对饲料安全和养殖水体有害且生产 境的污染,建立“绿色、低碳”的水产养殖模式。 成本高; DNA重组法避免了化学合成法的缺点,但在 参考文献 基因表达和回收效率不足以让产品在养殖上得到大 l1]林建斌,王剑锋.水产养殖与生态营养【J1.科学养鱼,2009(5):65—66. 规模应用。化学法和酶法降解非鱼粉饲料蛋白源,比 f21王广军,吴锐全,谢骏寺.大口黑鲈投喂两种不同饲料对水质指标 的影响[J1.水产学杂志,2009,22(1):35—38. 较适宜于生产饲用小肽,成本低,所用基质、反应剂、 反应条件无害。化学法与酶法比较,前者降解效率快, 但产品稳定性不如酶法。生物发酵是采用活菌接人不 易被养殖动物消化利用的饲料蛋白源中,利用细菌代 【3】吴代赦,熊卿,杜俊逸.水产养殖对水体富营养化影响l JI.江西科学, 2009,27f4):617-622. 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[1 8】Portz L,Liebert F.Growth,nutrient utilization and parametem of mineral metabolism in Nile tilapia Oreochromis niloticus fLin— 因此,建立去除抗营养因子及有毒、有害物质的 寡肽蛋白源生产工艺,提高饲料中蛋白源利用率,可 naeus,1758)fed plant—based diets with graded levels of microbial phytase[JJ.J.Anim.Physio1.Anim.Nutr.(Ber1),2004,88(9一o):3l】一 320. 以从饲料上降低水产养殖成本、减轻饲料对水体富营 养化的影响。 4展望 [19] 曾虹,姚斌.中性植酸酶在鲤鱼饲料中的应用效果I JIl中国水产, 2001(5):87—87. 『201余丰年,王道尊.植酸酶对异育银鲫生长及饲料中磷利用率的影 响【J].中国水产科学,2000,7(2):106—109. [21]L.Robaina,M.S.Izquierdo,F.J.Moyana,et a1.Soybean and lupin seed meals as protein sources in diets for gihhead seabream(Sparus 水体富营养化是水产养殖业对环境的主要污染, 其中饲料是引起污染的源头。在饲料投喂上,不仅要按 照定质、定点、定量、定时原则进行投喂,还可通过对饲 料原料进行体外预消化、添加酶制剂、微生物制剂等改 善饲料配方,研发高效型多肽饲料,有望从根本上解决 鱼体排泄物、饲料残渣中氮、磷引起的水体富营养化。 既节省了养殖中的饲料成本,又减少水产养殖业对环 aurata):nutirtional and histologieal implications fJ J.Aquaculture, 1995,130(2/3):219-233. [221 Yah WangJin—lu Guo,Dominique P,et a1.Replacement of ifsh meal by rendered animal protein ingredients in feeds for cuneate drum (Nibea miiehthioides)[J1.Aquaculture,2005,252(2/4):476—483. 《饲蚪工业》・2010年第31卷第20期 水产 盐城地处苏北平原中部,东临黄海,西襟淮扬,南 与南通市接壤,北与连云港市毗邻,是全国的水产养 由表1分析可知,盐城市饲料总产量实现了翻番 的目标(由2004年的30.04万吨增加到2009年66.85 殖与饲料大市,现有水产养殖面积200多万亩,对水 万吨),但由于饲料行业受2008年全球金融风暴的影 产配合饲料市场需求突破300万吨,水产养殖和配合 响,2009年的饲料总产量比2008年下降9.60个百分 饲料产值分别突破200亿元和150亿元人民币,为深 比;水产饲料发展迅猛,年递增长率呈现下抛物线的 入了解、把握盐城市水产配合饲料的现状及发展面临 趋势,总体基本大于10%,其中2005年增长最快,比 的问题,本文特对盐城市水产饲料现状进行调研,并 2004年增长了34.99%,此后增长速度保持在10%~ 对盐城市水产饲料的发展提出建议,为盐城市水产饲 16%之间,随后2009年增长率高达28.89%,总体上在 6年问,盐城市水产饲料总产量增加了2.4倍之多,而 且水产饲料占全市饲料总产量比列高,除2007~2008 年分别为40.87%、37.89%外,其余均突破50%,2009 年达到54.03%。同时,也可以看出盐城市水产饲料在 6年内,经历了2个发展转型期:一是2005~2006年, 盐城市饲料总产量增长速度显著下降,增长率仅 5.51%,水产饲料仅为9.80%,显著低于其他年份,盐 城市水产饲料在经历了2004~2005年快速发展后,因 料行业健康、有序发展提供参考依据。 1盐城市水产饲料的现状 1.1盐城市水产饲料发展历程 表1 2004年~2009年盐城市饲料及水产饲料总产量变化统计 受2005年水产养殖业亏损的影响,2006年水产配合 饲料发展受到较大影响,同时发展由速度型向质量型 转变过渡,因而导致水产饲料产量年增长率下降;此 外,在2008~2009期间,2009年盐城市饲料总产量出 尹小玲,盐城工学院,224051,江苏盐城 王成林,单位及通讯地址同第一作者。 收稿日期:2010—07—05 现一9.60%增长,但水产饲料出现高达28.89%增长速 度,自2008年以来,生猪养殖业受价格低、市场低迷 影响,养殖户纷纷转型,导致畜禽饲料产量下降,而水 产养殖因养殖品种价格稳定,名优品种不断拓展,并 1 997,23(1/3):63—76. ★ 盐城工学院2009年校级项目(编号:XKY2009109) 【23] Nahid Richter,Pemmal Siddhuraju,Klaus Becker,et a1.Evaluation of nutirtional quality of moringa(Moriuga oleifera Lam.)leaves as an ahernative protein source f0r Nile tilapia(Oreoehromis niloti一 CUS L.)【J】lAquaculture,2003,217(1/4):599—61 1. 【24]Xin—Jing Jiang,Zhi—Jun Zhang,Hui—nong Cai,et a1.The effect of soybean trypsin inhibitou on the degradation of myofibrillar pru— [271 宋永康,林虬,陈人弼,等.寡肽在水产饲料中的应用【JJ_福建农业 学报,2005,20(B12):63—66. 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