蝦類對晶體氨基酸或微囊氨基酸利用效果的研究進展

魏 凱 孫龍生 安振華 王秀英

(揚州大學動物科學與技術學院，揚州 225009)

近年來，魚粉價格持續走高，養殖成本增大。進一步改進飼料配方與加工技術、開發新型蛋白質源飼料已是大勢所趨。在飼料中減少魚粉用量，增加其他動植物蛋白質比例可以降低飼料成本，但可能會帶來飼料中氨基酸不平衡、動物生長性能下降等不利影響，通過在飼料中補充合成氨基酸配制氨基酸平衡飼料仍然是目前最有效和實用的手段。有關在蝦飼料中添加不同類型和處理氨基酸的應用研究已有不少報道，并取得了一定進展，本文現綜述如下。

1 蝦類對氨基酸的需求

1.1 蝦類必需氨基酸(essential amino acid，EAA)研究現狀

動物對蛋白質的需要實際是對氨基酸的需要，飼料蛋白質的氨基酸不平衡會降低蛋白質效率。研究者利用穩定同位素示蹤技術研究日本對蝦(Penaeus japonicus)、褐對蝦(P.aztecus)、斑節對蝦(P.monodon)、中國對蝦(P.chinensis)、鋸齒長臂蝦(P.serratus)、凡納濱對蝦(又稱南美白對蝦，P.vannamei)的 10種 EAA為:賴氨酸(Lys)、蛋 氨 酸 (Met)、色 氨 酸 (Trp)、精 氨 酸(Arg)、組氨酸(His)、亮氨酸(Leu)、異亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)、蘇氨酸(Thr)和纈氨酸(Val)［1－2］。Deshimaru 等［3］認為對蝦飼料中蛋白質的氨基酸組成應該與對蝦組織中氨基酸組成相符。另有研究人員通過分析中國對蝦和羅氏沼蝦(Macrobrachium rosenbergii)組織中EAA組成，研究了中國對蝦［4］和羅氏沼蝦 EAA 的需要量［5］。目前，蝦類EAA需要量的研究常采用以下2種方法，即:1)以酪蛋白、明膠為蛋白質源配制純化或半純化飼料進行養殖試驗，根據蝦體生長和代謝情況來研究EAA的需求量［6］;2)在分析基礎飼料中氨基酸含量后，通過添加晶體氨基酸(crystalline amino acid，CAA)或微囊氨基酸(microencapsulation amino acid，MAA)，調整飼料中EAA的組成，使其與全卵蛋白質的氨基酸組成一致，然后改變EAA的含量，以此飼料來飼養試驗蝦，最后根據其生長、生理變化來研究EAA的需求量［7］。表1列出了主要養殖蝦類EAA的需要量。

表1 主要養殖蝦類EAA的需要量Table 1 EAA requirement of main cultured shrimps g/kg

1.2 蝦類理想氨基酸模式的研究

動物理想蛋白質和氨基酸營養理論表明，理想蛋白質模式是飼料中組成蛋白質的氨基酸或肽之間的平衡關系。以理想蛋白質模式配制飼料不但可以提高動物的生長性能和飼料利用率，而且還可以充分利用飼料資源，降低飼料蛋白質水平，降低養殖成本、提高經濟效益、減少氮排泄［8］。有關蝦理想蛋白質模式的研究報道較少。顏立成等［9］以中國對蝦體氨基酸含量與比例為標準配合飼料，試驗蝦的生長與飼喂鮮活蛤仔的蝦無顯著差異。曾虹［10］摘譯了 Woodgate(1997)在文獻中提出的一些動物理想蛋白質的推薦值，其中只列出了4種主要EAA，與豬和家禽相比，蝦對EAA的需求量更高。Alam等［11］比較詳細地研究了飼料氨基酸模式對日本糠蝦生長性能的影響，他們根據蝦卵、蝦的幼體、幼蝦、全蝦、烏賊、短頸蛤和棕色魚粉蛋白質的氨基酸組成與比例，通過添加包被CAA分別配制飼料進行試驗，得出了幼蝦和烏賊體組織氨基酸組成可以作為該蝦飼料氨基酸模式的參考。對蝦類理想氨基酸模式的研究使降低飼料魚粉用量，合理利用動植物蛋白質等飼料資源成為可能，同時也推動了在蝦飼料中添加合成氨基酸的研究。

2 蝦類對CAA和MAA的利用效果

魚粉所含的氨基酸與動物組織的氨基酸組成相似，氨基酸平衡性較好，是水生動物飼料的主要蛋白質源。為降低養殖成本，急需尋找適當的蛋白質源替代魚粉，但由于替代蛋白質源往往含有抗營養因子、缺少部分EAA等，會限制或影響蝦類的正常生長;此外，像蠶蛹粉、紅蟲粉、河蚌粉、磷蝦粉等替代蛋白質源的飼料營養價值雖較高，但其原料來源不足、成本較高等致使此種替代蛋白質源無法推廣使用［12］。基于動物理想蛋白質和氨基酸營養理論，只有當飼料中EAA含量與比例適宜，蝦類才能獲得最好的生長。因此，綜合氨基酸平衡理論和替代蛋白質源的氨基酸組成特點，部分或全部使用替代蛋白質源的同時，在蝦飼料中添加CAA或MAA以平衡飼料氨基酸含量與比例，是降低飼料成本、減少氮排泄、提高蝦類生長性能的重要解決途徑。

至今為止，關于蝦飼料中添加CAA或MAA的研究，國內外已有諸多報道。Teshima等［13］和Fox等［14－15］研究表明，添加 CAA 可提高日本對蝦或凡納濱對蝦對蛋白質的利用效率。Luo等［16］用家禽副產品粉替代南美白對蝦飼料中0、25%、50%、75%、100%的魚粉，并在100%替代組中添加0.16%的晶體DL－Met，結果顯示各組存活率都高于80%，且各組存活率、結束體重、增重率、飼料轉化率無顯著差異，但均以75%替代組最高，添加晶體DL－Met組最低，作者認為可能是由于晶體DL－Met影響了蝦體蛋白質的沉積，提出可用家禽副產品粉完全替代南美白對蝦飼料中的魚粉且無需添加晶體氨基酸。William等［17］用微生物絮狀物和大豆蛋白濃縮物替代南美白對蝦飼料中0、25%、50%、75%和100%的魚粉，并分別添加0.15%、0.20%、0.25%、0.30%和0.35%的晶體DL－Met，結果顯示各組結束體重、增重、飼料轉化率、特定生長率和蛋白質效率無顯著差異，作者認為添加晶體DL－Met緩解了魚粉被替代后導致的飼料中Met的缺乏。而Teshima等［18］研究發現，添加有晶體Arg的飼料對日本囊對蝦(Marsupenaeus japonicas)生長性能無顯著提高。還有研究發現，在飼料中添加CAA對日本囊對蝦［19］、龍蝦［20］、中國對蝦［21］生長性能無顯著影響。遲淑艷［22］在飼料中分別添加晶體Met和不同壁材的微囊Met，結果表明，在養殖的前28天凡納濱對蝦對晶體Met的利用效率較高，取得了較好的生長性能;添加微囊Met可以改善凡納濱對蝦養殖后期的增重率和蛋白質利用效率;試驗結束時，全蝦體脂肪含量差異不顯著。Chen等［23］研究表明，在飼料中補充鄰苯二甲酸醋酸纖維素或單硬脂酸甘油酯包被的微囊L－Arg，與未添加CAA對照組和添加CAA組相比，明顯加快了斑節對蝦幼體的生長速率，降低了飼料系數，但未添加CAA組與添加CAA組差異不顯著，鄰苯二甲酸醋酸纖維素包被L－Arg組與單硬脂酸甘油酯包被L－Arg組差異不顯著。Alam等［24］在45%大豆分離蛋白飼料中添加微囊或晶體Lys和Met替代日本囊對蝦飼料中43.7%的魚粉，結果表明，對照組(58.7%魚粉)、未添加組(45%大豆分離蛋白飼料中未添加CAA或MAA)、添加CAA組的對蝦生長性能無顯著差異，但都顯著低于添加MAA組。牛化欣［25］用肉骨粉替代飼料中 0、20%、40%、60%、80% 和100%的魚粉，并添加不同梯度微囊Met配制飼料投喂凡納濱對蝦幼蝦(0.91 g)55 d，結果表明，各組飼料系數、蛋白質效率、蝦體成分、體氨基酸和蛋白質含量無顯著差異，替代80%魚粉組和替代100%魚粉組增重率、特殊生長率顯著低于其他各組，替代20%魚粉組增重率和特定生長率高于未替代組、替代40%魚粉組和替代60%魚粉組，但各組之間無顯著差異，隨著替代水平的上升，飼料系數有升高趨勢，而蛋白質效率有下降趨勢;用10.5%的噴霧干燥血球蛋白粉替代15%的魚粉，并補充微囊 Met，配制飼料投喂凡納濱對蝦(2.32 g)，結果發現對對蝦生長和飼料利用效率沒有產生負面影響;在不同蛋白質水平飼料中添加CAA和MAA投喂羅氏沼蝦(0.15 g)，結果發現添加MAA可降低飼料蛋白質含量，改善羅氏沼蝦生長性能，提高飼料利用率和機體氮沉積率，增強免疫力，但在24%蛋白質水平飼料中添加CAA和MAA都會對羅氏沼蝦生長性能、飼料利用率、機體氮沉積和免疫力產生不良影響。Alam等［11，19，24］研究發現，添加 MAA 能顯著提高日本對蝦幼蝦的飼料轉化率，蛋白質利用效率和特定生長率，而添加CAA效果不明顯，同時發現對蝦體成分沒有受到是否添加微囊Met或Lys的影響。葛莉莉等［26］在南美白對蝦基礎飼料中分別添加L－Lys鹽酸鹽和 L－Lys硫酸鹽，結果顯示二者都能提高南美白對蝦生長性能和飼料養分表觀消化率，且差異不顯著;此外，添加L－Lys硫酸鹽組還能顯著提高南美白對蝦增重率、特定生長率、蛋白質效率、干物質和蛋白質消化率。

綜合分析，在蝦飼料中添加MAA的效果要明顯好于CAA，這可能與蝦的攝食行為有關，較長時間的攝食會導致CAA在水中較高的溶失率，蝦體對CAA吸收過快，與結合態氨基酸(protein－bound amino acid，PBAA)吸收不同步。

3 影響蝦類對CAA和MAA吸收利用的因素

3.1 水中溶失率

CAA具有一定的溶水性，蝦類作為底棲生活動物，其攝食水中飼料所需時間較其他動物長，故飼料中添加的氨基酸會因為攝食時間、環境溫度、水流狀況等而存在不同程度的溶失。Lim［27］研究表明，在海水中浸泡1 h后，添加CAA的飼料中Lys溶失率高達53.2%，Met的溶失率為27.5%，Arg的溶失率為20.1%，遠高于基礎飼料氨基酸的溶失率。Yufera等［28］研究表明，添加微囊 Lys的飼料在海水中的溶失率僅為1.4%，同時認為除了檢測方法和顆粒的固有性質差異，溶失率還決定于溶液pH、溫度、溶質濃度和顆粒直徑等。Lopez－Alvarado等［29］研究發現，用脂肪包被 CAA 能將其溶失率降低至1.4%。由此可見，由于CAA在水中存在較高溶失率，蝦對相應氨基酸的實際攝取量會減少，間接導致相應氨基酸的缺乏，飼料氨基酸原有的平衡狀況被改變。Sadasivam等［30］認為，飼料氨基酸平衡的改變會影響在最低可消化蛋白質水平下實現最佳生長和生理效應，且飼料氨基酸的缺乏可能會影響魚蝦長期的攝食。

3.2 吸收是否同步

蝦的消化系統分為前腸、中腸和后腸，前腸由口、食道、賁門胃、幽門胃構成。食物經口和食道進入，分別在賁門胃和幽門胃中被研磨和過濾，營養物質的水解首先在胃部發起，隨后食物進入中腸被部分水解，最后進入肝胰腺憩室被水解為小肽、氨基酸、脂肪酸、甘油酯或游離甘油;蝦胃不能分泌酸或酶，但由肝胰腺分泌的消化酶會通過中腸進入蝦胃參與營養物質的水解，被蝦吞食的動物體組織內的消化液也會參與營養物質的水解，肝胰腺是蝦主要的分泌器官，營養物質主要在肝胰腺中被吸收［31］。飼料中的蛋白質首先要分解為小肽或氨基酸，才能被蝦類吸收利用，相對而言，CAA會較先在前腸被吸收，與PBAA的吸收不同步，不能用于蛋白質的合成而直接被排泄或代謝掉。麥康森［32］通過放射性同位素標記法研究發現，飼料中游離氨基酸在進入對蝦中腸以前，絕大部分已被中腸腺吸收，而PBAA則在消化分解后進入中腸，不能與游離氨基酸同步吸收。R?nnestad等［33］通過放射性標記的強飼試驗發現，游離氨基酸比PBAA吸收更快，有更高的滯留率。Cowey等［34］研究表明，CAA和飼料中PBAA吸收不同步是一些水產動物不能有效利用CAA的主要因素。麥康森等［35］用放射性同位素研究了蝦體對CAA的吸收情況，發現CAA大部分在胃、肝胰腺處被吸收，而PBAA大部分在中腸被吸收，二者不能被同步吸收用于體蛋白質合成，因而不能達到平衡互補的效果。而采用符合機體緩釋的材料包被CAA，增加單位時間投飼頻率可使CAA和飼料中PBAA在蝦體吸收時間、消化系統、吸收部位上保持一致。目前暫無關于蝦類攝食CAA或MAA后血液或組織中游離氨基酸變化規律和其生理機制等方面的深入研究。但Chen等［36］認為斑節對蝦攝食添加有CAA的飼料后，血漿中的游離氨基酸濃度會迅速升高。同時有試驗表明，魚類攝食基礎飼料后，血液氨基酸濃度會出現高峰，而添加 CAA 后，氨基酸吸收峰 值提前［37－39］。Bodil等［40］研究報道，用植物蛋白質源替代魚粉后，飼料中碳水化合物含量增加，導致了虹鱒攝食后血漿中大部分EAA和非必需氨基酸(non－essential amino acid，EAA)的吸收峰提前。由此可見，CAA、MAA和PBAA存在吸收不同步現象，而且植物蛋白質源替代魚粉后也會導致吸收不同步現象，從而影響蝦體內氨基酸的利用和體蛋白質的沉積。

3.3 氨基酸濃度

Teshima等［18］將 5 個梯度(0、0.1%、1.5%、3.0%、6.0%)的14C標記晶體Arg鹽酸鹽添加到飼料中，研究日本囊對蝦對晶體Arg的吸收利用情況，結果發現隨著添加水平的提高，被蝦體吸收用于合成機體蛋白質的Arg的量越來越低，而被排泄出的Arg的量越來越高，因此他們認為當飼料中添加Arg的水平過高時，蝦體不能有效利用Arg來合成體蛋白質，從而對蝦體的生長性能無顯著提高。Liou等［41］在斑節對蝦消化和排泄器官上安裝瘺管裝置，并且配制2組蛋白質水平為35%的試驗飼料，試驗組以明膠、酪蛋白、魚粉等為蛋白質源，不添加氨基酸，對照組通過添加CAA配制等蛋白質平衡飼料，蝦饑餓24 h后，同條件下投喂2種飼料，同時收集尿液并分析尿液中氨基酸后發現對照組尿液中總氨基酸、NEAA、EAA的濃度都極顯著高于試驗組，他們分析認為對照組血液中游離氨基酸的濃度超過了蝦體重復吸收的最大限度，蝦體產生中毒效應，從而血液中未被吸收利用的氨基酸通過尿液排泄掉，所以除了血液中高濃度的游離氨基酸會降低蝦體對氨基酸的利用率外，經尿液排泄出大量氨基酸也是蝦體對氨基酸的利用率低的另一個原因。

3.4 微囊壁材和其他

由于壁材種類、微囊制備工藝、飼料加工工藝參數的差異導致了蝦類擠壓飼料的膨化度、近似密度、顆粒飼料耐久性和水中穩定性的不同，從而蝦類對MAA的利用效果也不同［22，25］。微囊壁材主要有:阿拉伯膠等植物膠、阿拉伯半乳聚糖等多糖、玉米淀粉等淀粉、羧甲基纖維素等纖維素、明膠等蛋白質、聚乙烯醇等聚合物、硬脂酸等類脂物和石蠟。遲淑艷［22］在低魚粉、Met缺乏的等氮等能飼料中添加不同壁材的微囊Met，研究不同壁材的微囊Met對凡納濱對蝦生長的影響，結果發現，在第28天，樹脂微囊Met組的增重率、蛋白質效率、特定生長率和飼料系數與棕櫚油甘油酯微囊Met組無顯著差異，但要顯著優于鄰苯二甲酸醋酸纖維素微囊Met組;在第50天，樹脂微囊Met組、棕櫚油甘油酯微囊Met組、鄰苯二甲酸醋酸纖維素微囊Met組的增重率逐漸降低，且各組間差異顯著，鄰苯二甲酸醋酸纖維素微囊Met組和棕櫚油甘油酯微囊Met組的蛋白質效率、特定生長率和飼料系數無顯著差異，但都顯著差于樹脂微囊Met組。

不同形式氨基酸對相關酶活性影響不同也會導致其添加效果不同。遲淑艷［22］在低魚粉、Met缺乏的等氮等能飼料中添加晶體Met和不同壁材的微囊Met，研究對凡納濱對蝦肝胰腺消化酶活性的影響，結果發現，在第14天，鄰苯二甲酸醋酸纖維素微囊Met組總蛋白酶、樹脂微囊Met組脂肪酶、晶體Met組淀粉酶活性均最高;在第28天，棕櫚油甘油酯微囊Met組總蛋白酶、晶體Met組脂肪酶、樹脂微囊Met組淀粉酶活性均最高;在第50天，棕櫚油甘油酯微囊Met組總蛋白酶、晶體Met組脂肪酶、鄰苯二甲酸醋酸纖維素微囊Met組淀粉酶活性均最高。

此外，蝦體對CAA或MAA的利用效果還與氨基酸的構型與種類有關［42］。氨基酸絕大多數都有2種構型:L型和D型，只有L型氨基酸(包括D－Met)才能參與體內蛋白質合成［43］。游離氨基酸和蛋白質在腸道內對特定消化酶刺激能力上存在的差異性［44］、消化道的發育階段也能夠影響氨基酸的利用率［33］。

4 小結

蝦類對飼料中CAA吸收速率較快，而且CAA存在較高的溶失率，導致不能與PBAA同步吸收用于體蛋白質的合成。MAA可有效降低溶失率和延緩蝦體對氨基酸的吸收，從而改善蝦類對氨基酸的利用效果。此外，攝取氨基酸的來源與濃度、MAA的壁材以及飼料加工工藝也影響蝦體對氨基酸的吸收與利用。蝦類氨基酸營養的研究對明確蝦類的氨基酸需要量、充分利用蛋白質源飼料、實現精準營養具有重要意義。今后需重點關注:氨基酸吸收不同步機理;氨基酸在蝦類消化道中吸收、轉運基本規律和影響因素;蝦類功能性氨基酸營養機理和理想氨基酸模型等。

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