土豆蛋白在水產飼料中的應用

東北農業大學動物科學技術學院 王裕玉 石 野 楊雨虹 劉大森

土豆蛋白是生產土豆淀粉的副產物，具有蛋白質含量高（75%～85%），廉價等特點，有較大的蛋白質利用潛力。然而，土豆蛋白中含有生物堿和蛋白酶抑制因子等抗營養物質，并且必需氨基酸不平衡，適口性差，嚴重制約了土豆蛋白在飼料中的廣泛應用（解綬啟和Jokumsen，1999）。本文對土豆蛋白的營養價值及其在水產飼料中的應用、影響因素和改善措施等方面作一綜述，為土豆蛋白在水產飼料上的合理使用提供理論依據。

1 土豆蛋白的營養價值

土豆蛋白的營養成分因土豆質量、加工方式和儲藏不同而異。通常含淀粉9%～20%，蛋白質1.5%～2.3%，脂肪0.1%～1.1%，粗纖維0.6%～0.8%，其賴氨酸含量較高，但是蛋氨酸含量較低；土豆中鈣的含量為11～60 mg/100 g，磷為15～68 mg/100 g，鐵為0.4～4.8 mg/100 g，含維生素種類和數量非常豐富，其中硫胺素為0.03～0.07 mg/100 g，核黃素為0.03～0.11 mg/100 g。除此以外，土豆塊莖還含有禾谷類作物所沒有的胡蘿卜素和抗壞血酸。

2 土豆蛋白在水產養殖中的應用效果

2.1 對生長性能及飼料利用率的影響 目前，大量研究者在異育銀鯽、虹鱒和大西洋鮭等水產動物上進行了土豆蛋白替代魚粉蛋白的研究。研究顯示，在水產飼料中用土豆蛋白部分替代魚粉是可行的，但替代水平因土豆蛋白的品質、飼料加工方法、試驗魚的種類、大小和養殖條件而存在較大差異。 Xie 和 Jokumsen（1997a、b）研究指出，在虹鱒飼料中土豆蛋白添加量大于2.2%會顯著降低其生長性能和飼料利用率。周萌等（2002）對異育銀鯽的研究發現，當飼料中添加土豆蛋白濃縮物（提供30%蛋白質）達40.6%時，銀鯽的飼料轉化效率和特定生長率顯著低于未添加的對照組。Moyano等 （1992）研究發現，當土豆蛋白替代30%的魚粉蛋白（飼料蛋白質水平為45%）時，虹鱒生長性能和飼料利用率明顯低于其他植物蛋白組。Refstie和Tiekstra（2003）研究表明，用含低茄啶生物堿的土豆濃縮蛋白替代40%的魚粉蛋白（土豆濃縮蛋白添加量為21%），對大西洋鮭的食欲、生長性能、飼料效率及氮和能量沉積均無顯著影響。Deng等（2005）研究指出，在限飼的條件下，白鱘幼魚能利用飼料中30%的水解馬鈴薯淀粉，而飼料中水解馬鈴薯淀粉添加量為15%時，飼料效率會更高。解綬啟和Jokumsen（1999）用含0%、2.2%、5.6%、8.9%和11.1%土豆蛋白濃縮物的飼料喂養虹鱒（體重約為20 g），結果顯示，當飼料中土豆蛋白的含量為2.2%時，虹鱒的生長性能和飼料利用率均未受影響；當飼料中土豆蛋白含量為5.6%時，虹鱒生長率明顯下降；當飼料中土豆蛋白含量為8.9%時，生長率和飼料效率均一定程度下降。這可能是因為添加少量土豆蛋白時，對飼料的適口性和氨基酸組成未產生顯著影響，不會抑制魚類的生長；但是當土豆蛋白添加量較高時，則會顯著降低飼料的適口性，改變飼料的氨基酸組成，從而嚴重抑制魚類的生長。由此可見，用土豆蛋白部分替代其他蛋白源是可行的，可有效提高經濟效益。Tusche等（2011a）研究表明，無論低含量糖苷生物堿 （7.41 mg/kg干物質），還是高含量糖苷生物堿（2150 mg/kg干物質）的土豆濃縮蛋白替代魚粉時，虹鱒的增重、特定生長率和攝食率均顯著低于對照組。

2.2 對消化率的影響 消化率的高低直接影響到水生生物對植物蛋白源的利用，抗營養因子和氨基酸組成不平衡是植物蛋白源消化率低的主要影響因素。周萌等 （2002）研究表明，飼料中含40.60%土豆蛋白濃縮物會影響異育銀鯽的消化率，且土豆蛋白組的消化率（79.00%）高于魚粉組（75.83%）。 解綬啟和 Jokumsen（1999）用含 0%、2.2%、5.6%、8.9%和11.1%土豆蛋白濃縮物的飼料喂養虹鱒 （體重約為20 g），結果顯示，除2.2%組外，其他各組飼料干物質的表觀消化率均顯著高于對照組；8.9%組的飼料的蛋白質消化率顯著高于含2.2%組，其他各組間差異均不顯著；各試驗組間飼料脂肪消化率均無顯著差異。然而，Refstie和Tiekstra（2003）研究指出，隨著飼料中土豆濃縮蛋白添加量的提高，大西洋鮭對飼料中蛋白質、脂肪、能量和氨基酸的消化率均未產生顯著影響。有關土豆蛋白替代魚粉對水生生物營養物質的消化率的影響結果差異較大，可能與魚的種類及生理狀況、土豆蛋白的添加量、土豆蛋白生產工藝、蛋白質水平及試驗糞便收集方法有關。

3 影響土豆蛋白在水產養殖中應用的因素

3.1 抗營養因子

3.1.1 生物堿 土豆植株和塊莖中普遍含有一種有異味、有毒性的甾類生物堿，這是一類含氮的類固醇基和1～4個單糖通過3-O-糖苷鍵所組成的甾族類化合物，統稱為糖苷生物堿，其中茄堿和卡茄堿占95%，直接影響土豆蛋白的飼用價值（季宇彬等，2009）。研究表明，糖苷生物堿其對生物膜具溶解和破壞作用 （Keukens等，1992）。茄堿，又稱馬鈴薯毒素，龍葵甙。龍葵素具有腐蝕性、溶血性。每100 g馬鈴薯僅含龍葵甙5～10 mg；未成熟、青紫皮的馬鈴薯或發芽馬鈴薯含龍葵甙增至25～60 mg，甚至高達430 mg。所以大量食用未成熟或發芽馬鈴薯可引起急性中毒。

3.1.2 蛋白酶抑制因子 土豆中的蛋白質，大約有15%～23%的可溶性蛋白為蛋白酶抑制因子（TI），現已分離出13種蛋白酶抑制因子，主要可抑制糜蛋白酶、堿性微生物蛋白酶、羧肽酶等（王瑞淑等，1989）。研究表明，鮭魚腸道中的胰蛋白酶可與TI相結合，且對TI具有高度敏感性，進而影響鮭魚消化蛋白質和吸收氨基酸的能力（Refstie和 Tiekstra，2003；Krogdahl和 Holm，1983）。

3.1.3 纖維素 土豆含有豐富的粗纖維素和半纖維素，但魚類缺乏消化纖維素的酶系，因而對纖維素難以消化吸收（Elangovan和Shim，2000）。而未被消化吸收的碳水化合物快速通過腸道時也會帶走部分未被消化的蛋白質，從而降低了魚類對飼料營養物質的消化率 （Glencross等，2004；Storebakken 和 Austreng，1987）。

3.2 適口性的影響 Rayburn等 （1995）研究認為，土豆中含有生長抑制劑和有毒化合物，主要是甾體糖苷生物堿。當塊莖的龍葵素含量達10～15 mg/100 g鮮重時，有明顯的麻苦味；如果添加量過大，可能減少養殖動物對其的攝食率、降低飼料效率和動物的生長性能；當含量超過20 mg/100 g時，食后則會有中毒或致畸的危險（黃紅蘋等，2011）。周萌等 （2002）研究發現，銀鯽對含40.60%土豆蛋白濃縮物的飼料的攝食率（1.66%/d）顯著低于全部以魚粉為蛋白源的飼料的攝食率（4.66%/d）。 Tusche 等（2011a）研究表明，隨著土豆濃縮蛋白替代魚粉比例的增加，虹鱒的攝食率逐漸降低。解綬啟和Jokumsen（1999）研究發現，2.2%土豆蛋白組虹鱒的攝食率和對照組差異不顯著，而土豆蛋白含量為5.6%～11.1%時，攝食率與對照組相比顯著下降。虹鱒飼料中土豆蛋白的添加量不超過5%也會引起食欲下降，降低攝食量 （Xie 和 Jokumsen，1998，1997a 和 b；Moyano等1992），這主要是由土豆蛋白中高含量的茄啶生物堿，尤其是茄堿和卡茄堿（Refstie和Tiekstra，2003）。隨著土豆的添加量的增加，生物堿逐漸增多，抑制了魚類的食欲，使攝食率降低，進而影響其生長。

3.3 氨基酸不平衡 魚類對蛋白質的需求實際上就是對氨基酸的需求，因此，飼料中氨基酸的組成在很大程度上決定了該飼料的營養價值。魚粉中各種必需氨基酸的含量較高、種類齊全、氨基酸之間的配比與魚類需求比例相似，因此，魚粉成為飼料工業中的優質蛋白源。與魚粉相比，土豆蛋白的賴氨酸和色氨酸含量較高，但缺乏某種或某幾種必需氨基酸，其中蛋氨酸是第一限制氨基酸（Refstie和Tiekstra，2003）。在一定的添加范圍內，土豆蛋白有可能提高飼料的必需氨基酸指數（EAAI），使飼料中的氨基酸配比更趨合理，更能滿足水生動物的營養需求，因而還會起到促進動物生長的作用。然而，當飼料中土豆蛋白的添加量逐漸升高時，其氨基酸的不平衡性表現得越來越明顯，含有高比例土豆蛋白的飼料中氨基酸的不平衡可能是導致魚類生長性能和飼料利用率低的原因之一。

4 改善土豆蛋白應用效果的措施

4.1 調整適口性 在植物性蛋白源飼料中，由于氣味、顏色或有毒有害物質的存在，適口性均較差。向飼料中添加一定量的著色劑或誘食劑等，可以掩蓋飼料中的異味，改善植物蛋白作蛋白源飼料的適口性，提高水產動物對植物蛋白的利用能力（Lim 和 Dominy，1990）。 Tusche等（2011b）研究認為，在含26.8%土豆濃縮蛋白的虹鱒飼料中添加4%或8%血粉，或者1%氨基酸混合物（丙氨酸、甘氨酸和甜菜堿），可提高動物對飼料攝食率，原因可能是其改善了飼料的適口性。

4.2 去除有毒有害物質

4.2.1 熱處理 土豆中的蛋白酶抑制因子是熱敏性的，適當的熱處理可破壞土豆中的蛋白酶抑制因子，從而降低抗營養因子的抗營養效應，提高其可利用性及適口性，從而提高魚類對其攝食率（Wojnowska等，1981）。熱處理時，溫度過低不能完全破壞胰蛋白酶抑制因子；加熱過度則會破壞某些氨基酸，或使賴氨酸等堿性氨基酸的ε-氨基與還原性糖類發生美拉德反應，產生動物完全不能消化吸收的棕色聚合物，從而降低賴氨酸和精氨酸等必需氨基酸的消化吸收率，從而降低蛋白質的營養價值。此外，經過剝皮和烹飪，馬鈴薯中生物堿含量將下降75%至80%，其中茄堿的損失高于卡茄堿，這對于食品安全和人類健康是相當重要的（Tajner-Czopek 等，2008）。

4.2.2 溶劑法 單溶劑法就是用一種溶劑來提取糖苷生物堿。一般使用的單溶劑為甲醇、乙醇、1%～5%乙酸等。單溶劑使用的甲醇有毒，且甲醇未揮發完全，使龍葵素的提取不完全，回收率較低、用乙酸提取時，淀粉難于除掉，要利用乙醇去除淀粉，使實驗過多，誤差增大。用酸水作提取溶劑，優點是溶劑低廉易得，缺點是提取液易發霉變質、濃縮時間長，同時提取液中含有大量蛋白質、靴質、糖類和無機鹽等雜質成分，此外，在酸性條件下能引起多糖中糖苷鍵的斷裂，因而提取液的酸度控制很重要。雙溶劑法就是用兩種溶劑來提取糖苷生物堿，一般使用的雙溶劑為甲醇-氯仿、乙醇-乙酸等。利用甲醇-氯仿溶劑提取，檢測馬鈴薯總糖苷生物堿的含量，茄堿為0.04～48.0 mg/100 g，回收率為93%～98%，卡茄堿為0.04～97.9 mg/100 g，回收率為95%～101%?；旌先軇┓ň褪抢?種以上溶劑來提取馬鈴薯糖苷生物堿，該方法提取效果最好，但缺點是溶劑較貴，使成本過高。不同的提取溶劑采用不同的提取工藝，單溶劑甲醇的提取率最低，雙溶劑甲醇/氯仿的提取率次之，以混合溶劑四氫吠喃/水/乙睛/冰乙酸的提取效果最好。對內標樣品的回收率，混合溶劑可達94.3%，雙溶劑為87.7%，單溶劑為75.7%（段光明和宗會，1993）。

4.2.3 微生物發酵 微生物脫毒與其他方法相比有以下優點：（1）脫毒效率高達 80%～90%；（2）原料經發酵后產生大量有機酸，具有特殊香味，適口性好；（3）發酵可提高產品營養價值，提高土豆蛋白質含量和利用率；（4）產生大量活性益生菌，調節動物機體胃腸道微生態平衡；（5）底物發酵過程中產生纖維素酶，能作用于底物粗纖維，從而降低粗纖維含量。江成英等（2010）研究了多菌種固態發酵馬鈴薯渣生產飼料過程中的龍葵素的變化，結果表明，隨著發酵時間的延長，龍葵素含量從發酵前期的0.0474 mg/100 g降低到發酵96 h的0 mg/100 g。祝英等（2009）探討了米曲霉、黑曲霉、綠色木霉對馬鈴薯渣生產蛋白質飼料的影響，結果表明，米曲霉與黑曲霉復配降解馬鈴薯渣的效果最好，粗蛋白質收率為8.292 g/L，可將粗蛋白質收率提高1.94倍。Wang等（2010）將馬鈴薯淀粉渣配制成發酵培養基后，先用0.01%的果膠酶和0.1%的纖維素酶在35℃下處理48 h，然后接種從馬鈴薯淀粉渣中分離得到的Geotrichum candidum、Lactic acid bacteria和酵母菌在30℃下厭氧發酵60 h，結果顯示，粗蛋白質含量明顯提高，脂肪含量略有增加，纖維素含量大幅降低，進而改善了飼料的適口性、提高了營養價值。趙鳳敏等（2006）以馬鈴薯淀粉渣為原料，利用篩選出的糖化菌株T-1和高蛋白菌株D-1，對馬鈴薯淀粉渣固態發酵生產蛋白質飼料的發酵工藝進行優化，結果發現，當硫酸鐵添加量為1.5%、尿素添加量為1.5%、糖化菌株T-1接種量為5%、高蛋白菌株D-1接種量為20%時，發酵產物中粗蛋白質含量最高，且維生素B1、維生素B2均比原料有明顯提高。微生物生長代謝過程中，氧化消耗糖類物質，微生物大量生長繁殖，微生物菌體蛋白豐富，提高了粗蛋白質的含量。

4.3 添加晶體氨基酸或蛋白源混合搭配 蛋白質的營養實質是氨基酸的營養，氨基酸的平衡與適量尤其是賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸三大限制性氨基酸的平衡問題是影響動物生產水平的關鍵因素。與其他植物蛋白一樣，土豆蛋白氨基酸比例不平衡，蛋氨酸是第一限制氨基酸；賴氨酸和色氨酸含量較高。目前有關土豆型飼料中添加晶體氨基酸或蛋白源以提高飼料氨基酸的平衡性的研究在水產動物中的研究鮮見報道，仍有待于進一步研究。

5 小結

土豆蛋白作為飼料蛋白源，一方面可以節約飼料成本降低養殖成本，另一方面可以減少魚粉的使用量，保護海洋漁業資源，符合水產養殖業可持續發展要求，然而，由于土豆含有生物堿、蛋白酶抑制因子等抗營養物質，限制了土豆蛋白在水產飼料中的應用。通過加工技術的改進和采用微生物發酵技術等，土豆蛋白的營養價值有望得到進一步改進和提高，這對我國土豆蛋白資源的開發和利用具有重要的意義。

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