黃顙魚對四種動物性蛋白原料在不同制粒工藝下的表觀消化率研究

劉 翠 周建成 劉昊昆 韓 冬 金俊琰 楊云霞 朱曉鳴 解綬啟

(1. 中國科學院水生生物研究所淡水生態與生物技術國家重點實驗室，武漢 430072; 2. 中國科學院大學，北京 100049;3. 武漢大北農水產科技有限公司，武漢 430090; 4. 湖北省水產動物營養魚飼料工程技術研究中心，武漢 430072)

黃顙魚(Peltobagrus fulvidraco)又名黃刺骨、黃骨魚等, 為鯰形目, 鲿科, 黃顙魚屬。該魚為底棲雜食偏肉食性魚類, 體型小, 無細刺, 肉質細嫩, 肉味鮮美, 營養豐富。根據近15年《中國漁業統計年鑒》統計數據顯示, 全國黃顙魚養殖產量2017年達到4.8×108kg, 年均增長率15.6%。可見黃顙魚在市場上深受廣大消費者喜愛, 具有廣闊的養殖前景。

我國水產飼料原料來源廣泛, 品種繁多, 特別是動物性飼料原料, 如魚粉、雞肉粉、肉骨粉、肉粉、血粉、羽毛粉等, 由于營養素組成和制粒工藝不同而具有不同的營養價值, 導致動物對其消化利用程度也有所不同[1]。因此, 準確測定水產動物對各飼料原料營養物質的消化率, 是配制營養均衡、成本合理的魚用飼料的重要依據, 同時也可以評價飼料營養成分可利用性[2]。

膨化飼料具有水穩定性好, 消化率高, 飼料浪費少, 對水體污染小等優點, 因此是目前水產行業內具有廣闊應用前景的飼料。同時膨化制粒工藝還會在一定程度上改善飼料的營養性能, 如膨化制粒工藝過程中的高溫、高壓、高剪切力可以提高淀粉糊化度, 有利于動物的消化吸收, 還可以提高蛋白質的利用率, 同時對飼料中的抗營養因子和有害微生物有一定的破壞和殺滅作用[3,4]。本實驗通過研究黃顙魚對不同制粒工藝條件下制粒工藝的進口魚粉、國產魚粉、雞肉粉和黃粉蟲粉的干物質、粗蛋白質、粗脂肪和氨基酸的表觀消化率, 為這些原料在黃顙魚養殖中的實際應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗魚

實驗用黃顙魚來自湖北省武漢市鄧家州, 養殖實驗開始之前, 對實驗魚暫養2周進行馴化。暫養期間飽食投喂, 使其適應實驗飼料, 每天投喂2次,時間為8: 30和16: 30; 在正式實驗前, 實驗魚饑餓24h, 選取大小均勻、健康的實驗魚[體重(28.68±0.49) g], 稱重后隨機放入30個方形灰塑料養殖缸中(水體積150 L), 每缸12尾。

1.2 實驗養殖系統

實驗在室內循環水養殖系統中進行。實驗期間水溫為(23.5±1.0)℃。光照周期為12L﹕12D(8: 00—20: 00)。每周監測氨氮和水體溶氧, 氨氮<0.1 mg/L,溶氧>7.5 mg/L, pH為6.5—7.0。使用充氣頭在非投喂期間連續充氣增氧。

1.3 實驗飼料

本實驗共有10種實驗飼料, 包括1種非膨化制粒基礎飼料和1種膨化制粒基礎料, 其配方和營養成分見表 1。實驗飼料的配制采用“套算法”[5], 在基礎飼料中添加0.5%的Cr2O3為指示劑, 配制成8種實驗原料為國產魚粉、進口魚粉、進口雞肉粉和黃粉蟲粉的實驗飼料。配方中各飼料原料粉碎后(粉碎粒度為163 μm)過20目篩, 分別用非膨化制粒工藝和膨化制粒工藝制成飼料, 非膨化飼料的制備采用實驗室小型制粒機制備(中國上海漁業與機械研究所, SLP-45), 膨化飼料的制備采用擠壓膨化飼料機濕法加工制備(北京現代洋工機械科技發展有限公司, TSE65S)。在飼料制備過程中, 分別記錄非膨化飼料和膨化飼料的加工參數,非膨化飼料加工過程中的機筒溫度、調制溫度和膜孔直徑分別是60—70℃、22—24℃(室溫)和2.4 mm; 膨化飼料加工過程中的機筒溫度、調制溫度和膜孔直徑分別是105—115℃、85—90℃(室溫)和2 mm。所制備的飼料60℃烘干后儲存于?20℃的冰箱中待用。

1.4 飼養管理

實驗共10個處理, 每處理3個平行。實驗期間,每天8: 30和16: 30投喂, 每次投喂1h至表觀飽食, 吸除殘餌。投喂1周后用虹吸法在飼喂6h后收集糞便,吸取包膜完好的糞便顆粒, 收集的糞便樣品分別放在30個稱量盒中, 冷凍干燥機烘干, 研磨后放入?20℃冰箱中保存以備分析。

表 1 基礎飼料配方和化學組成Tab. 1 Formulation and chemical composition of the reference diet

1.5 樣品處理和分析

飼料和糞便樣的生化參數的測定均參照AOAC[6]的方法。干物質含量通過在105℃下烘烤至恒重測得。粗脂肪用索氏抽提儀(Soxtocsystem-HT6, Tecator, Haganas, Sweden)以乙醚為溶劑測定,Cr2O3采用酸消化比色法測定[7]。氨基酸含量在酸水解后采用氨基酸自動分析儀(曼黙博爾A300)測定。測定飼料干物質、蛋白質和能量表觀消化率的計算公式為:

飼料干物質表觀消化率(%)=(1?飼料中Cr2O3%/糞便中Cr2O3%)×100;

營養成分表觀消化率(%)=[1?(飼料中Cr2O3%×糞便營養成分%)/(糞便中Cr2O3%×飼料營養成分%)]×100;

實驗原料營養成分表觀消化率計算公式為:

飼料原料營養成分表觀消化率(%)=(實驗飼料某營養成分的表觀消化率?0.7×基礎飼料某營養成分的表觀消化率)/(1?0.7)×100。

1.6 數據分析與處理

采用SPSS22.0對所得數據進行單因素方差分析(One-way ANOVA), 若差異顯著(P<0.05)則對所有數據進行Duncan多重比較。

2 結果

本實驗測定了黃顙魚對2種制粒工藝下國產魚粉、進口魚粉、進口雞肉粉和脫脂黃粉蟲粉4種動物性蛋白原料的表觀消化率。4種原料的營養水平和氨基酸組成如表 2和表 3所示。從圖 1可知, 在非膨化制粒工藝下, 黃顙魚對進口雞肉粉的干物質表觀消化率顯著高于另外3種原料(P<0.05); 在膨化制粒工藝下, 進口雞肉粉的干物質表觀消化率顯著低于另外3種原料(P<0.05)。在非膨化制粒工藝和膨化制粒工藝下國產魚粉、進口魚粉和黃粉蟲粉的干物質表觀消化率無顯著性差異, 但在非膨化制粒工藝下進口雞肉粉的干物質表觀消化率顯著高于膨化制粒工藝(P<0.05)。黃顙魚對非膨化制粒工藝的黃粉蟲粉蛋白消化率最低(P<0.05), 對于膨化制粒工藝、國產魚粉和進口魚粉的粗蛋白質消化率達94%以上, 顯著高于另外2種原料(P<0.05), 進口雞肉粉的粗蛋白消化率最低(P<0.05)。對于國產魚粉、進口魚粉和黃粉蟲粉而言, 非膨化制粒工藝的蛋白消化率顯著低于膨化制粒工藝(P<0.05), 而雞肉粉則相反。黃顙魚對非膨化制粒工藝的進口雞肉粉脂肪表觀消化率顯著高于國產魚粉和進口魚粉(P<0.05), 但膨化制粒工藝的進口雞肉粉的脂肪表觀消化率顯著低于其他原料(P<0.05)。膨化加工工藝進口魚粉的脂肪表觀消化率顯著高于非膨化加工工藝(P<0.05), 而膨化加工工藝的黃粉蟲脂肪表觀消化率顯著低于非膨化加工工藝(P<0.05)。

表 2 蛋白質原料營養水平Tab. 2 Nutrient levels of test protein ingredients (%)

表 3 原料氨基酸含量Tab. 3 Amino acid profile of the ingredients (g/100 g, in dry matter)

圖 1 黃顙魚對不同制粒工藝4種蛋白質原料中干物質(A)，蛋白(B)和粗脂肪(C)表觀消化率(%)Fig. 1 Apparent digestibility of dry matter (A) and crude protein(B) and crude lipid (C) in four protein ingredients of yellow catfish(%)

由表 4可知, 在不同制粒工藝條件下4種原料中的賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、組氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸和纈氨酸9種必需氨基酸和天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸、酪氨酸、脯氨酸、絲氨酸和胱氨酸8種非必需氨基酸的表觀消化率存在顯著差異(P<0.05)。

賴氨酸的表觀消化率: 非膨化制粒工藝的國產魚粉賴氨酸的表觀消化率(93.05%)最高(P<0.05);膨化制粒工藝的進口魚粉(95.06%)和進口雞肉粉(95.15%)賴氨酸的表觀消化率最高, 國產魚粉次之,黃粉蟲粉的最低(P<0.05); 非膨化制粒工藝的黃粉蟲粉(87.05%)的賴氨酸表觀消化率顯著高于膨化制粒工藝(64.15%,P<0.05)。

精氨酸的表觀消化率: 不同處理的精氨酸表觀消化率均在80%以上, 對于非膨化加工工藝國產魚粉的精氨酸表觀消化率顯著高于另外3種蛋白原料(P<0.05), 而膨化加工工藝4種蛋白原料的精氨酸表觀消化率沒有顯著性差異。膨化加工工藝的進口魚粉和黃粉蟲粉的精氨酸表觀消化率顯著高于非膨化加工工藝(P<0.05)。

膨化制粒工藝的進口魚粉亮氨酸(92.32%)和纈氨酸(96.32%)表觀消化率較高; 膨化制粒工藝的進口魚粉(96.83%)、雞肉粉(95.09%)和黃粉蟲粉(93.13%)蘇氨酸的表觀消化率較高; 苯丙氨酸和異亮氨酸非膨化制粒工藝的國產魚粉和膨化制粒工藝的進口魚粉和雞肉粉的表觀消化率均在90%以上。各處理組組氨酸的表觀消化率沒有顯著性差異。不同飼料原料中天冬氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、酪氨酸和脯氨酸等非必需氨基酸的表觀消化率之間也存在差異。通常, 必需氨基酸表觀消化率高的原料, 其非必需氨基酸的表觀消化率也較高。

3 討論

水產動物對飼料的表觀消化率受到如指示劑種類、收集糞便的方法、實驗動物生長階段及實驗環境等因素影響[8]。采用解剖法或擠壓法收集糞便會干擾實驗動物的生理活動, 具有一定的弊端[9],因此本實驗采用虹吸法收集黃顙魚糞便。實驗所用指示劑Cr2O3以及消化率計算方法也為國內外水產營養學普遍采用, 其可靠性已被證實[10,11]。本實驗采用非膨化和膨化加工工藝兩種方法探究黃顙魚對四種動物型蛋白原料的消化率, 飼料配方采用“70%基礎飼料+30%待測原料”的方法, 不僅保證了飼料營養成分的均衡, 還能充分供給黃顙魚正常生長所需的各種營養素養[5], 確保消化吸收率的客觀性和準確性。

表 4 黃顙魚對不同制粒工藝4種蛋白質原料中氨基酸的表觀消化率Tab. 4 Apparent digestibility of amino acids in four protein ingredients for yellow catfish (%)

3.1 魚粉表觀消化率

魚粉由于必需氨基酸和脂肪酸含量較高、碳水化合物含量較低、抗營養因子少, 并且消化率較高, 成為水產動物的優質蛋白質源[12], 這一結果在凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)[13]、中國明對蝦(Fenneropenaeus chinensis)[14]、中華絨螯蟹(Eriocheir sinensis)[15]、軍曹魚(Rachycentron canadum)[16]、石斑魚(Epinephelus coioides)[17]和羅非魚(Oreochromis niloticus)[8]上已得到了證實。本實驗采用選取了國產魚粉和進口魚粉, 采用膨化和非膨化兩種制粒工藝進行加工, 結果表明膨化制粒工藝的國產魚粉和進口魚粉的干物質(84.29%和86.38%)、蛋白(96.15%和94.84%)和脂肪(79.02%和91.98%)表觀消化率均較高。膨化制粒工藝的國產魚粉和進口魚粉的氨基酸消化率分別為77.55%—89.32%和83.29%—96.83%, 而非膨化制粒工藝的國產魚粉(57.48%—97.23%)和進口魚粉(53.06%—91.31%)氨基酸表觀消化率變化較大。我國是世界最大的魚粉消費國和進口國, 不同地方生產的魚粉質量和營養組成存在較大的差異, 本實驗采用的國產魚粉和進口魚粉的蛋白含量(66.36%和66.09%)和脂肪含量(9.52%和9.34%)相近, 干物質、蛋白表觀消化率也無顯著性的差異, 說明國產魚粉的質量在提高,和進口魚粉的差距在縮小。

3.2 雞肉粉表觀消化率

雞肉粉的營養價值隨原料來源的不同差異較大, 有學者通過對6個不同廠家生產的雞肉粉的營養成分分析表明: 雞肉粉的粗蛋白質、粗脂肪和粗灰分含量為56%—74%、10%—19%和11%—23%,而粗蛋白質的表觀消化率為64%—78%[18]。本實驗中的進口雞肉粉的粗蛋白和粗脂肪的含量分別為64.68%和13.54%, 非膨化制粒工藝的雞肉粉干物質(90.87%)、蛋白(89.66%)和脂肪(85.64%)表觀消化率高達85%以上, 但采用膨化方式雞肉粉的干物質和脂肪表觀消化率較低。膨化飼料的品質不僅受原料的物理特性和原料各組分的影響, 同時還受到不同膨化工藝的影響。有研究發現當雞肉粉質量分數為30%時, 膨化加工機筒溫度適宜溫度為155℃, 機筒溫度較低時, 原料糊化不完全, 產品中存在較多大氣泡, 從而造成飼料品質較差, 影響消化率[19]。本實驗在膨化加工過程中, 機筒溫度為105—115℃, 這就造成了膨化加工工藝下雞肉粉消化率降低。在麥鯪魚(Cirrhinus mrigaca)的研究中雞肉粉的脂肪消化率高達80%[20], 在一般情況下,魚類可以高效利用脂肪[21]。飼料中粗脂肪的利用率受脂肪酸鏈的長度、不飽和程度以及飼料中其他成分等因素的影響[16]。非膨化制粒工藝的雞肉粉除蛋氨酸表觀消化率較低(47.09%), 其他必需氨基酸的表觀消化率均在80%以上, 而膨化制粒工藝除了亮氨酸的表觀消化率為87.50%, 其他必需氨基酸的表觀消化率均在90%以上。

3.3 黃粉蟲表觀消化率

昆蟲的粗蛋白含量極高, 達50%—70%。且纖維含量少, 是優質的蛋白飼料資源[22]。在本實驗中,黃粉蟲粉的蛋白含量高達68.96%, 黃顙魚對黃粉蟲粉非膨化制粒工藝和膨化制粒工藝的干物質消化率分別為71.39%和84.93%, 蛋白消化率分別為75.00%和87.68%, 兩種制粒工藝的脂肪表觀消化率分別為76.20%和77.66%。與本實驗結果相似, 在黃顙魚對蠅蛆粉消化率的研究中發現, 黃顙魚對蠅蛆粉干物質、蛋白和脂肪的表觀消化率分別80.35%、91.08%和71.59%[23]。黃顙魚對黃粉蟲粉的大部分氨基酸消化率比魚粉和進口雞肉粉低。在研究黃粉蟲粉對凡納濱對蝦的消化性能影響的研究中發現干物質的表觀消化率為45.9%, 粗蛋白的表觀消化率為76.1%, 必需氨基酸的表觀消化率為72%—86%, 并且在黃粉蟲粉中蛋氨酸為第一限制性氨基酸[24]。

膨化飼料在經過膨化擠壓的過程中, 原料成分會發生化學和物理變化, 從而影響其消化率。膨化的瞬時高溫、高壓和強度很大的機械剪切力作用使部分蛋白質的屬性發生改變, 適度的蛋白質變性, 可提高其消化率, 如植物蛋白的消化率,但是過度膨化也會因為賴氨酸與糖發生美拉德反應(Maillard reaction)而降低蛋白質的消化率[25]。同時有學者研究發現膨化過程的高溫高壓作用會鈍化飼料的抗營養因子, 在一定程度上提高動物對飼料中蛋白質的消化率[26]。這與本研究中黃顙魚對國產魚粉, 進口魚粉和黃粉蟲粉的膨化加工工藝較非膨化加工工藝有高的蛋白和氨基酸消化率的結果一致。

綜上所述, 在非膨化制粒工藝下, 黃顙魚對國產魚粉、進口魚粉和雞肉粉的表觀消化率較好, 黃粉蟲粉的稍差; 在膨化制粒工藝下, 國產魚粉、進口魚粉和黃粉蟲粉的干物質和脂肪表觀消化率較高, 進口雞肉粉的較差, 但是國產魚粉、進口魚粉和進口雞肉粉的氨基酸表觀消化率均較高。總體來說, 膨化飼料比非膨化飼料表觀消化率較高。