水产饲料中大豆蛋白替代鱼粉的研究进展_九重天上踩云霄_百度空间

本文已经发表在2009年{dy}期《内陆水产》杂志,限于版权,有需要者请购买杂志

       摘要:本文阐述了1986年至今水产饲料中大豆蛋白替代鱼粉的研究成果以及研究进展。
       关键词:大豆蛋白

       2005年全球渔业产量为1.41亿吨,其中,捕捞渔业和水产养殖产量分别为9380万吨和4780万吨。自2000年起渔业产量的增长主要来自水产养殖。2000~2005年捕捞渔业的全球上岸量处于相对稳定状态(表1-1)。与此相反,水产养殖的全球生产不仅在数量上,而且在为人类直接消费的世界供应量相对贡献率方面持续增长。水产养殖产量在总产量中所占比例从1970年的3.9%增加到2005年的33.75%。2004年全球水产养殖产量为0.455亿吨(包括水生植物),其中中国占69.57%(FAO,2006)。

        

  
  
       中国依然是产量遥遥{lx1}的水产品生产国,2004年报告的渔业产量为4750万吨(其中,捕捞渔业和水产养殖产量分别为1660万吨和2770万吨)。从1998年起,中国报告的捕捞产量保持相当的稳定,但水产养殖产量持续快速增长2004年在世界总量中,中国报告的产量占水产养殖总产量的69.57%和产值的51.20%(FAO,2006)。中国是世界水产养殖的头号大国,也是目前{wy}的一个水产养殖产量超过捕捞产量的国家。水产饲料工业为我国水产养殖业的飞速发展做出了巨大贡献。2006年我国整个饲料行业产量为1亿吨,收入规模在1700亿以上,水产饲料产量为1000万吨左右,产值在250亿左右。近10年来,水产饲料产量的复合增长率高达15.71%,远高于配合饲料总量5.22%的增长,成为饲料行业发展的亮点。

      在提高水产饲料产量的同时还必需考虑如何降低饲料成本,以获得{zd0}的经济效益。水产养殖的成本中,饲料成本占50%左右(Halver和Hardy,2002;El-Sayed,1990;Nengas,1996),而饲料价格的高低往往取决于饲料中蛋白原料的价格。水产养殖动物大多数都要求在饲料中有较高的蛋白质含量,尤其是肉食性鱼类,蛋白质含量约占40-50%干物质,(Wilson和Halver,1986),同时还特别依赖动物性蛋白源---鱼粉,这就大大提高了水产养殖动物饲料的成本(NRC,1993)。同时,随着水产养殖业的快速发展,配合饲料原料的需求量越来越大,饲料蛋白源的供应不足更为突出(Hardy,1996)。鱼粉作为水产养殖动物配合饲料中应用最广泛的蛋白源,不仅蛋白质含量高(通常高于60%)及其所含必需氨基酸(Essential amino acids,EAA)平衡,还富含必需脂肪酸、矿物质、维生素等水产动物生长繁育必需的营养组分,且碳水化合物含量低,适口性好,抗营养因子(ANFs)少,能够被养殖水产动物很好地吸收以及含有未知生长因子等(Mente和Deguara,2003)。但是,自1984年以来,世界水产养殖以年均11%的速率增长,鱼粉的需求量越来越大,而每年全球鱼粉产量始终维持在600-700万吨之间(Tidwell和Allan,2001;FAO,2006)。最近几年,由于过度捕捞、环境污染及厄尔尼诺现象等不良气候的影响,野生鱼粉资源日益减少,世界鱼粉的供应已不能满足日益增长的养殖需求。因此,鱼粉将成为一种世界范围内越来越短缺的资源。鱼粉短缺问题在我国更为严重。2005年,我国国产鱼粉产量为26万吨左右,与近年产量比呈下跌趋势,且质量较差。近年来,受全球渔业自然资源衰退的影响,世界鱼粉产量逐年下降。而日益增长的水产养殖业抬高了鱼粉的价格,使鱼粉的需求量呈现快速增长之势,我国迅速成为世界鱼粉{zd0}的消费市场,鱼粉进口量直线上升。2004年进口鱼粉112万吨,占世界鱼粉总产量的1/5、占世界鱼粉贸易总量的1/4。而全球水产饲料用鱼粉占世界鱼粉总量的45~50%,因此,我国水产饲料实际使用鱼粉量占全球水产饲料鱼粉使用总量近50%(刘晴,2006)。
      

        此外,随着科技的发展和社会的进步,人们环保意识的增强,人们已经意识到了过多使用鱼粉会导致养殖水体磷污染,因为鱼粉中含有较多的磷而不能被水产动物利用,一旦用量较高,超过水产动物的需求量,则会造成水体氮磷污染。因此寻求鱼粉替代品的研究已成为水产养殖业的一个重要课题(Hardy和Kissil,1997)。

       目前,人们试图利用价格比较低廉的植物蛋白部分或全部替代鱼粉蛋白,以此配制水产养殖动物的饲料,达到降低成本、提高经济效益的目的(Borlongan,2003)。但是,许多研究表明植物蛋白只能少量替代饲料中的鱼粉蛋白,并且用这样的饲料养殖动物往往会引起摄食量减少、转化率降低、生长缓慢、体组成发生异常改变等问题(Elangovan和Shim,2000),从而极大地限制了廉价植物性蛋白源在海水养殖动物饲料中的应用。因此,研究水产养殖动物的蛋白质代谢与调控机理,为提高水产养殖动物对植物蛋白源的利用率提供理论依据,对解决我国乃至世界水产养殖业的发展具有重大的理论价值和广阔的应用前景。

        自20世纪70年代末以来,国内外围绕水产动物配合饲料中廉价植物性蛋白源利用问题进行了大量研究(El-Sayed,1990;Ollietal.,1994;Pfefferetal.,1994;Kaushiketal.,1995;Médaleetal.,1998;Rumseyetal.,1993;1994;Stickneyetal.,1996;Viola,1983;Abel,1984;Escaffe,1997;Kimetal.,1998;Alert和Hardy,2001;郭沛勇和王运涛,2001;贾艳菊,等,2002;艾庆辉和谢小军,2002;程成荣和刘永坚,2004;程宗佳,2004;周歧存等,2005;2008)。其中,大豆蛋白是一种较好的植物性蛋白替代源,具有蛋白质含量较高、供应稳定、价格低廉、利用率高和氨基酸相对平衡等特点(Ai和Xie,2005;Storebakken等,2002;Lim和Akiyama,1992;Hardy,1999)。大豆营养成分非常丰富,其蛋白质含量是禾谷类和薯类食物倍,除糖类较低外,其它营养成分如脂肪、钙、磷、铁和维生素、维生素等人体必需营养物质,都明显高于谷类和薯类食物,是一种理想优质植物蛋白食物。大豆蛋白富含人体所必需种氨基酸,且氨基酸分数接近动物蛋白,是取代动物蛋白{zh0}植物蛋白之一。大豆可加工成各种各样制品,诸如大豆蛋白、大豆低聚糖、大豆异黄酮、大豆皂昔和大豆膳食纤维等,其中大豆蛋白以其应用范围广泛而越来越多地受到人们关注。工业上大豆蛋白通常是由脱脂大豆粕加工而成,按蛋白含量不同可分为大豆蛋白粉、大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白、大豆组织蛋白等(左进华,2007)。

        豆粕是大豆提取豆油后得到的一种副产品。按照提取的方法不同,可以分为一浸豆粕和二浸豆粕二种。其中以浸提法提取豆油后的副产品为一浸豆粕,而先以压榨取油,再经过浸提取油后所得的副产品称为二浸豆粕。一浸豆粕的生产工艺较为先进,蛋白质含量在45%左右,是国内目前现货市场上流通的主要品种。

        全脂大豆粉是以生大豆为主原料,未经热处理(指较长时间使产品熟化的热处理)加工而成的一类全脂大豆粉。由于在加工过程未经热处理,因而其中的蛋白质基本上未变性,大豆中原有的酶也保持有一定的活性。这类产品致命的弱点是具有豆腥味和苦涩味。

       大豆浓缩蛋白(Soy protein concentrate,SPC)是以低温脱溶豆粕为原料,去除其中的可溶性糖分、灰分和其他组成成分,进一步纯化蛋白质而制得的产品,其{zd0}特点是除去了大豆的胀气因子及豆腥味物质,同时又{zd0}限度地保留了大豆蛋白的营养成分,粗蛋白含量65%以上(CFIA,2003)。

        大豆分离蛋白(Soy Protein Isolate SPI)又称为等电点蛋白,以低温变性大豆粕为原料,利用蛋白质性质,通过浸提与沉淀方法,除去所含非蛋白质成分后,得到一种蛋白质含量在以上高纯度大豆蛋白制品(左进华,2007)。不同的大豆制品因其加工方式不同,其中的抗营养因子(ANFs)种类及含量也就有所不同,从而对生长的影响也就存在一定差异。在多数研究中大豆浓缩蛋白可以部分或xx替代鱼粉,对于试验鱼的生长没有显著影响(Olli和Krogdahl,1994;Pfeffer和Henrichfreise,1994;Kaushik,1995;Escaffre,1997;Medale,1998;Storebakken,1998;Berge,1999;Mambrini,1999;Refstie,2001;Paripatananont,2001;Forste,2002;Ara,a.,2003),而在很多试验中证明豆粕替代鱼粉更大程度上限制了试验鱼的生长(Liener,1994;Vielma,2000)。Abel(1984)研究发现,经不同热加工处理的全脂豆粕对鲤鱼生长的影响程度不同。Olli和Krogdahl(1994)研究表明,一定比例下,脱壳溶剂浸提豆粕和大豆浓缩蛋白不影响虹鳟的生长,而溶剂浸提豆粕和脱壳全脂豆粕却显著抑制生长。Olli(1994)报道,对于大西洋鲑,替代56%的鱼粉蛋白时,大豆浓缩蛋白对生长没有显著影响,而溶剂浸提豆粕、脱壳溶剂浸提豆粕和脱壳全脂豆粕则显著降低生长(Hard,1996)。Kaushik(1995)报道,在虹鳟饲料中,大豆浓缩蛋白(SPC)蛋白可取代{bfb}鱼粉(FM)蛋白而对虹鳟的生长性能无不良影响,而用豆粕取代50%的鱼粉(FM)蛋白显著降低了鱼的生长率。大豆浓缩蛋白替代鱼粉的饲养效果好于豆粕,主要原因是大豆浓缩蛋白中抗营养因子(ANFs)的含量比豆粕少(Liener,1994)。

        有研究表明,经过一段时间的适应期后,一些鱼类可以适应豆粕饲料,其摄食率与鱼粉饲料组相比并没有明显差异(Murai,1986;Refstie,1997;1998)。Murai(1986)研究认为,鲤鱼对豆粕中的食欲抑制因子不敏感。另外,长吻脆饲料中以豆粕部分替代鱼粉后,虽然生长和饲料转化效率下降,但摄食率无明显影响。Refstie(1997;1998)试验表明,给予一定的适应期后,可以改善高水平大豆蛋白条件下虹鳃和大西洋鲑的摄食,进而改善生长性能(Arndt,1999)。

       但更多的研究说明,大豆制品的适口性差,因而大豆制品替代鱼粉可降低鱼类的摄食率(Dabrowski,1959;Pongmaneerat和Watamane,1992;Reigh和Ellis,1992;Rumsey,1994;Kim,1995;Mambrini,1999)。鱼类的摄食率主要受其食欲和食物的适口影响。许多研究表明,鱼类对较高鱼粉含量的饲料摄食率较高,这主要是由于鱼粉中存在丰富的氨基酸、不饱和脂肪酸等促摄食物质(Lindsay,1994)。相反,植物蛋白中的抗营养因子(ANFs)和异味物质(off-flavor)则会降低饲料的诱食效果,使摄食量减小,从而影响生长(Fowler,1980;Gomes和Kaushik,1992;Bureau,1998;Pereira,2002)。Fowler(1980)用含一定比例全脂热处理豆粕的饲料饲喂xxxx哈鱼时,出现拒食和生长受抑。Arai(1983)报道,将豆粕提取物添加在苏大马哈鱼和银大马哈鱼饲料中,摄食率明显下降。Reich和Ellis(1992)用全豆粕蛋白饲料饲喂拟石首鱼时,出现拒食和生长受抑。Kim(1995)研究发现,随全脂大豆替代鱼粉蛋白比例的增加,鲤鱼的摄食率不断降低;在虹鳟中,许多试验结果证明了大豆蛋白源对生长性能和采食量影响方向的一致性(Dabrowski,1989;Pongmaneerat和Watanabe,1992;Rumsey,1994;Mambrini,1999)。周萌(2002)研究发现,异育银螂对豆粕、鱼粉饲料的摄食率有显著差异,并认为摄食率差异是导致生长率差异的主要原因之一,这与解缓启(1999)的研究结果很相似。

        在众多鱼粉替代源中,豆粕(SBM)因其供应稳定、价格低廉和氨基酸平衡度较好等优点已成为水产养殖业最适合和可行的鱼粉蛋白替代品之一(Storebakken,2000a;Ai和Xie,2005)。近年来,在大西洋鲑(Olli,1994;Strorebakken,1998;Carter,2000)、虹鳟(Hardy,1982;Dabrowski,1989;Pongmaneerat,1992;Oliva-Teles,1994;Sanz,1994;Kaushik,1995),军曹鱼(周岐存,2004)、尼罗罗非鱼(Shiau,1990;Saidy和Gaber,2002)、杂交罗非鱼(Yi-Rong Yue和周岐存,2008)、鲤鱼(Kim,1995)、欧洲鳗丽(陈乃松,1998),罗氏沼虾(董云伟,2000)、黄尾狮(Takii,2001)和鲇鱼(艾庆辉和谢小军,2002a,b)水生动物中进行了大量使用豆粕替代鱼粉的研究。

        然而,由于豆粕中含有许多抗营养因子(ANFs) (如TIA,NSP、植物凝集素、植酸和抗原蛋白)( Rackis, J. J.,1974),可引起水生动物生长性能的降低(Fukushima,1968;Andrews,1974;Viola,1983;Wilson和Poe,1985;Krogdahl,1989;Shimeno,1992;Olli,1992;1994a;1995;Takii,1998;2001)。并且有报道认为,鲤科鱼类对豆粕中的抗营养因子(ANFs)尤为敏感(Sandholm,1976)。Olli(1995)在大西洋鲑的试验中发现,影响大西洋鲑生长性能下降的主要因素是抗营养因子(ANFs)。Jackson(1982)也指出,豆粕中的胰蛋白酶抑制因子(TIA)和植物凝集素是导致罗非鱼生长和饲料利用效率下降的主要原因。胰蛋白酶抑制因子(TIA)破坏了鱼类消化道结构(Hendriks,1990;Olli,1994),对鱼类消化力产生了不利影响,降低鱼的生产性能(Rumsey,1993;Olli,1994;Storebakken,1998;Kim,1998),使肝胰脏肿大且影响其分泌功能(Zafrira,1976;Struthers,1983),同时降低了消化道中蛋白酶的活性(Dimes,1994;Alarcon,2001;Sveler,2001;Alexander,2002)。豆粕中含有的大量抗营养因子(ANFs),如TIA、非淀粉多糖(non-starch polysaccharides,NSP)、植物凝集素、植酸和抗原蛋白(Liu,1997),他们可与蛋白质结合形成复合物,阻碍了水产动物对蛋白质的消化吸收(Hake和Barth,1993;Olli和Krogdahl,1994;Wand和Melntosh,1995;Bureau,1998;Storebakken,1998;2000;Refstie,1999),其中非淀粉多糖(NSP)是引起上述抗营养作用的主要物质(Storebakken,1998;2000;Refstie,1999)。

        由于豆粕中抗营养因子含量过高,极大地限制了豆粕在水产饲料中的应用。同时,水产饲料中粗蛋白水平要求比较高,但豆粕中粗蛋白含量却只有40%左右。因此,豆粕在水生动物(尤其是肉食性鱼类)饲料配方中的应用受到极大的限制。于是,学者们开始寻求一种新的大豆蛋白制品以替代鱼粉,要求其抗营养因子(ANFs)含量少且蛋白质含量高(Anderson和Wolf,1995)。

        大豆浓缩蛋白(Soy protein concentrate,SPC)是一种由豆粕经过乙醇或甲醇提取后的大豆制品,其粗蛋白含量一般为65~70%(Lusas和Riaz,1995)。通过提取后得到的大豆浓缩蛋白,含有较少的抗营养因子(ANFs)、可溶性碳水化合物和粗纤维,但植酸含量并未减少(Bureau,1998;Storebakken,2000a)。而且,乙醇提取可以xx豆粕中的苦涩味(Morr和Ha,1991)。所以,大豆浓缩蛋白在水产饲料中具有很好地应用前景。近年来,许多研究者在水产饲料中采用大豆浓缩蛋白(SPC)替代鱼粉(FM)进行的大量研究表明,大豆浓缩蛋白(SPC)可以部分替代饵料中的鱼粉(Storebakken,1998;Escaffre,A.M.,1997;Takii,K.,1990)。同时,大豆浓缩蛋白(SPC)的磷含量远远低于鱼粉。然而众多学者研究的实验结果差异较大(Kaushik,1995;Medale,1998;Mambrini,1999;Kissil,2000)。

       对于大豆浓缩蛋白是否可以xx替代鱼粉,这一问题尚存在争议。1995年,Kaushik在体重为90g虹鳟鱼饲料中添加蛋氨酸,实现了大豆浓缩蛋白对鱼粉的xx替代。随后,有学者证明在虹鳟饲料中,大豆浓缩蛋白可以替代50%的鱼粉蛋白(Stickney,1996;Mambrini,1999)。在用醇提大豆浓缩蛋白(Soy Protein Concentrate SPC)饲喂的水产动物和哺乳动物中很少会发生肠炎症状(Olli,1994;Olli和Krogdahl,1994;Rumsey,1994;张振斌,2003)。在众多的学者研究中,大豆浓缩蛋白(Soy protein concentrate,SPC)作为鱼粉的{zj0}替代品,体现了豆粕所不具备的众多优越性(Olli,1994;Pfeffer,1994;Kaushik,1995;Médale,1998;Rumsey,1993;1994;Stickney,1996;Kim,1998;麦康森,2007)。而研究大豆浓缩蛋白对水产养殖动物的影响,对解决我国乃至世界水产养殖业发展具有重大的理论价值和广阔的应用前景。

        参考文献:



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