我國水產飼料的發展及新型蛋白質源研究進展

劉樂丹，趙永鋒

(中國水產科學研究院淡水漁業研究中心，江蘇 無錫214081)

中國海洋大學麥康森院士：水產動物營養與飼料的過去、現在與未來

做水產養殖行業首先要考慮養殖對象需要什么，需要多少營養素和能量；其次要了解飼料需求有哪些，可以用哪些。考慮哪些原料能用，需要考慮多方面限制元素，如受抗營養因子、污染物、加工參數、法律法規、社會接受度、成本等影響。這也是做配方的時候要考慮的，基礎是營養飼料、原料數據庫，經過這些思考，生產出產品，這就是營養飼料。

養殖動物需要的是營養素和能量，而不是飼料原料。從營養需要的角度來看，不管提供什么，只要提供足夠、均衡的營養素和充足的能量，就可以滿足動物的生長發育需要。營養需要分為定性需要和定量需要，定性就是要不要，定量就是需要多少。現在基本有這樣幾種關系，為“基本維持”“合適的需要量”及“達到過量”。所以人們應該了解養殖對象需要什么營養素，需要多少。人們需要解決的問題就是確定其最適需要量、用什么指標來衡量最適需要量。還有一個非常重要的就是原料。人們需要根據營養需要選擇適合的原料做成飼料配方。從全球角度來看，原料主要分為水生原料、陸生動物原料、油料餅粕、豆科植物、谷物原料和非傳統原料。

整個報告從營養需要、原料、飼料加工與飼喂過程三個方面進行介紹，并將每個方面分為三個階段，2010年以前為過去，2010－2020年為現在，2020年以后為未來。

營養需要是飼料配方、飼料與飼喂的基礎。從營養需要角度來看，過去人們往往考慮動物的維持和最大生長，現在需要考慮的是動物的健康、動物的抵抗力和動物的品質等，在評估需要量的時候可以用不同的指標，并以此為基礎選擇原料做飼料配方。產品的營養指標是由營養需要指標來決定的，是單位體重的養殖動物每天需要的絕對量，比如多少克或多少千卡，這與飼料產品里的營養指標(以百分比表示)不同。人們常說水產動物落后于陸地動物，其重要原因是水產動物比陸地動物更加多樣，水產動物品種更加繁多，所以研究難度也相對較大。

從 過 去(2010年 以 前)、現 在(2010－2020年)、未來(2020年以后)分析水產營養飼料的發展，三個階段的變化非常大。2010年以前，水產動物營養的研究集中在對營養素需求的研究，主要以苗種在最適實驗環境中的需求作為實驗對象，對實際養殖應用及魚蝦中成期的需求研究很少；過去也取得了很大的進步，如大幅度提高了餌料的飼料效率。2010－2020年，水產動物營養的研究集中在對魚粉、魚油的替代應用等方面，推動了對新型飼料添加劑的需求，同時也發現該時間段的水產養殖餌料系數沒有再出現非常顯著的下降，說明飼料不能無限制地提高轉化效率。新的添加劑的出現，需要更進一步了解在新的情況下的營養，其中最主要的問題就是研究魚粉、魚油和非魚粉、非魚油之間的差距。過去十年，魚粉的問題是最大的問題，盡管我國的水產養殖餌料系數在該階段取得的進步不是十分顯著，但這是該階段在少用魚油、魚粉的前提下仍然取得的進步，這也是需要更多地考慮營養需要的因素和飼料利用的因素。現在除了這些問題，還要考慮環境等(溶氧、溫度、鹽度等)其他因素，過去十年無論國內還是國際，都取得了從實驗室走向實際環境的巨大變化，過去十年還做了許多關于營養飼料模型的評估工作。由于大量的傳統魚粉、魚油替代物的出現，在國內外出現了“功能性飼料”。所謂“功能性飼料”的出現也是因為魚粉、魚油替代物的使用，產生了一系列的問題，需要重新通過添加營養性和非營養性添加劑，使人們的飼料能夠解決、彌補因使用魚粉、魚油替代物所造成的影響。未來水產養殖將面臨海洋原料缺乏、養殖環境惡化、全球氣候變化等諸多挑戰，因此將帶動“功能性飼料”進一步發展，這不僅是滿足養殖動物的需要，還是滿足人類的需要。所以未來的重點一定是怎么解決使用魚粉、魚油替代物后造成的問題，而非關注飼料系數的進一步降低。為了克服可能產生的問題，水產業提出了“精準營養、精準投食管理”要求。未來“功能性飼料”需要從養殖對象和消費者兩個方面進行考慮。從聯合國糧農組織來說，未來將賦予“功能性飼料”更多的意義。

從原料來看，原料未來的發展會呈現什么樣的趨勢？從過往數據可以看出，1990年之前全球的水產飼料不到500萬噸，到2010年達到3 000萬噸，2020年達到6 000萬噸；全球的魚粉、魚油在水產養殖上的使用量于2005－2010年達到峰值，魚油用量90萬噸/年，魚粉310萬噸/年，2010年后再無增長，意味著無望再通過捕撈的方式獲取原料，也表明資源的短缺必然導致價格的上升；魚粉、魚油用植物蛋白等取代在過去十年表現得十分明顯，也間接說明了植物蛋白等比魚粉、魚油更具有可持續性。隨著全球人口的增長，原料價格的上漲是不可阻擋的。未來需要提高魚粉、魚油的利用率。同時通過大數據來看，未來全球魚粉來自加工副產品的占比將越來越高。未來飼料行業將面臨十分激烈的原料競爭，現在人們就必須去尋找新型蛋白質源，使用更多非魚蛋白來做水產飼料原料，這也將導致使用的添加劑會越來越多，進而未來水產飼料的配方也將越來越復雜。隨著人口的增加，水產養殖將對滿足全球食物蛋白質需求(質與量)起到越來越重要的作用，這也意味著飼料原料的可持續供應至關重要。但是隨著未來可持續發展的要求越來越高，可持續性認證計劃可能將減少或消除來自不可持續性來源的原料。同時人們還面臨著過度捕撈、毀林、碳足跡、土地、水資源等問題，未來可供水產行業應用的原料就十分有限了，所以尋找可持續性非魚蛋白源將是必經之路。

從飼料加工與飼喂過程管理來看，2010年以前，飼料來源經歷了雜魚、自配料到現代飼料工廠生產的飼料，現存投喂方式為手工投喂、機械化投喂以及少量的自動化投喂，現在(2010－2020年)得益于工程技術不斷進步，對飼料的熟化、成形、膨化度、密度、水穩定性等有了更進一步的調控，膨化飼料的使用率不斷增加；投喂管理也從基于經驗的自動化慢慢向基于配方、環境、生長期、攝食節律、行為等因素建模決定投喂量與投喂頻率的電腦程序化控制發展。

未來(2020年以后)需求主要集中在以下幾點：養殖過程的監測和控制，以提高生產的可持續性、產量、質量和動物福利；嚴格的數據監測，減少浪費、營養損失、環境污染和總體碳足跡，提高飼料效率；深入理解動物采食量和生理調節點，以及生產系統系列生物的非生物因素對采食量和生理調節點的影響；開發低成本自動投喂系統、自主投喂系統，使投喂與動物需要相協調，降低勞動強度；人工智能(AI)和物聯網(IoT)技術將在配方設計、飼料加工與投喂系統中逐步應用，越來越多地使用計算機中央控制系統、網箱(或池塘)傳感器和攝像頭系統；需要開發復雜的算法和人工智能系統，更精確地確定不同基因型、日齡、環境和攝食行為條件下的能量和營養需求。未來將會越來越關注應用精準養殖原理，將飼養管理從主要由經驗驅動的過程轉變為知識驅動的過程，使用實時信息技術，以監測魚的攝食行為；將生物信息學和系統信息學相結合，提高水產養殖的精確控制。未來真正做到精準營養和精準養殖，也就真正地實現了智慧漁業。

中國科學院水生生物研究所解綬啟研究員：水產新型飼料蛋白質源的研究進展

通過數據統計，人們發現水產品在人類食物供應中十分重要，預計到2050年其在人類食物中的占比將大幅度提高。水產養殖近年來發展非常快，特別是中國水產行業對國際水產的貢獻很大。水產養殖在占地和溫室氣體的排放上都要優于畜禽和其他動物，也就是說水產養殖是相對環保的產業，國際上將其歸為降低溫室氣體排放的產業。人類對蛋白質和脂肪的需求量非常大，預計到2030年水產養殖產量將有明顯增加，可能達到1億噸，而養殖產量的增加主要依賴于飼料產業的支持。從全世界看，如果6 000萬噸的產量來自養殖，那就需要近2 000萬噸蛋白質原料，但是全世界的蛋白質原料是有限的，尤其優質魚粉更是非常少，可用于養殖的魚粉就更少了。

近年來魚粉、魚油產量一直呈下降的趨勢，其價格一直上升，導致魚粉飼料面臨成本上漲的問題，而且魚粉飼料還面臨著海洋污染等問題。世界上的油粕產量還是比較高的，但是用在水產養殖的豆粕是十分有限的，占比只有2%左右。同時，植物蛋白還存在一系列其他問題，如與人爭糧、多用于陸生動物、與糧爭地、抗營養因子、肉食性水產動物利用率差等。故而想要獲取優質蛋白質源用于水產養殖，要積極開發研究新型飼料蛋白質源，從而可以更好地為水產養殖服務。故而基于“不與人爭糧、不與糧爭地”的原則，藍色糧倉項目對水產新型飼料蛋白質源進行了相關研究，研究課題主要為水產動物新型高效非糧蛋白質源研發與評估、水產功能性飼料添加劑研發與應用、基于新型非糧蛋白質源的水產飼料加工技術、典型養殖模式下水產動物營養精準調控技術、水產動物品質和安全的飼料營養調控技術。從海水魚、淡水魚、肉食性、草食性和蝦類等方面選取了大黃魚、草魚、大口黑鱸、凡納濱對蝦進行研究。養殖動物精準營養路線主要從原料、添加劑、加工、投喂、品質方面進行調整。針對原料，設置了新型高效非糧蛋白質源開發、營養衛生指標及抗營養因子快檢與數據庫構建、有毒有害物質系統消減技術、非糧蛋白質源品質綜合評價等任務。

對于原料品質提升，選擇乙醇梭菌蛋白、昆蟲蛋白和藻類蛋白，通過系列工藝提升其品質。針對乙醇梭菌蛋白研發出了乙醇梭菌蛋白品質提升技術。對于藻類蛋白，以小球藻為研究對象，研發出了高產量的小球藻。另外還對新型蛋白質源中的重金屬含量進行了分析，發現26種元素中有19種元素含量在不同原料品種中存在顯著差異。

針對棉籽、豆粕建立了抗營養因子高效脫除技術：發酵脫除棉酚、發酵降解豆粕抗營養因子、發酵降解烷基酰胺和生物堿。針對濃縮棉籽蛋白有毒有害物質系統消減以及品質提升，首先篩選游離棉酚去除效果最佳的復合發酵條件及技術，在分別接種凍干乳酸菌(109)、植物乳酸菌(109)、米曲霉(109)、短小芽孢桿菌(108)、枯草芽孢桿菌(108)和酵母(109)發酵48小時后，棉粕中游離棉酚的去除率分別為65.62%、65.04%、26.85%、73.45%、64.12%和67.13%；還評價了Fe2+、活性炭和阿魏酸對棉酚的消減作用，飼料中添加0.2%FeSO4、1.5%活性炭或20毫克/千克阿魏酸(FA)均可顯著緩解高棉粕飼料(HCM)中游離棉酚(400毫克/千克)對草魚生長的抑制。固態發酵條件下，豆粕中抗營養因子實現98%以上脫除，有效減輕動物腸道不適等癥狀。發酵豆粕中小肽含量及酸溶蛋白含量增加，可提高營養吸收率。同時，還建立了不同蛋白質源的消化率數據庫。

開發的水產專用蛋白酶抑制劑顯著改善了養殖效果。蛋白酶PA1增強了草魚對低氧應激的抵抗能力，水產專用茶樹精油對自由基具有較好的清除作用。乙醇梭菌蛋白替代10%魚粉顯著降低了羅氏沼蝦生產性能。100～200毫克/千克茶樹精油可緩解低魚粉的負面影響并提高氨氮應激后存活率。研發出水產專用復配植物精油，復配植物精油耐受80℃和110℃高溫，穩定性好，適用于水產飼料加工。添加青蒿素可改善乙醇梭菌蛋白替代魚粉引起的鱸魚生長下降，青蒿素對嗜水氣單胞菌具有抑菌作用，乙醇梭菌蛋白替代75%魚粉可降低鱸魚生長，0.125%青蒿素可緩解乙醇梭菌蛋白替代魚粉對鱸魚生長的負面影響。三丁酸甘油酯的添加可緩解乙醇梭菌蛋白替代魚粉造成的大黃魚生長下降，三丁酸甘油對嗜水氣單胞菌具有抑菌作用，乙醇梭菌蛋白替代45%魚粉顯著降低大黃魚生長，而0.05%三丁酸甘油酯可緩解乙醇梭菌蛋白替代魚粉對大黃魚生長的負面影響，達到魚粉組水平的效果。水產專用丁酸梭菌可改善凡納濱對蝦的生長和健康，當棉籽濃縮蛋白替代30%的魚粉蛋白時，飼料中添加丁酸梭菌可顯著提高凡納濱對蝦血清抗氧化能力、免疫力和腸道消化酶活性；當飼料中添加0.12%的丁酸梭菌時，凡納濱對蝦取得最好的生長效果。添加殼寡糖可改善珍珠龍膽石斑魚生長性能，棉籽濃縮蛋白替代45%魚粉飼料中添加殼寡糖可改善珍珠龍膽石斑魚的生長、腸道形態、微生物群組成、抗乳化能力和免疫反應，其最適添加量為0.45%。同時，還構建了不同蛋白質原料加工理化特性數據庫，建立了蛋白質原料膨化加工特性數據庫；并研究了乙醇梭菌蛋白替代魚粉影響對蝦飼料硬度和容重、基于魚粉和棉籽濃縮蛋白質的調制參數與飼料硬度的關系，明確不同蛋白質源飼料的加工能耗和質量。

大黃魚、大口黑鱸、凡納濱對蝦、異育銀鯽對不同蛋白質源的利用都不同。不同蛋白質源在大黃魚飼料中替代魚粉，會導致硬度、彈性、咀嚼性、剪切力下降，黏附性升高。不同蛋白質源在主要代表種中替代魚粉(或豆粕)的比例不同。不同蛋白質源組合可提高大口黑鱸、異育銀鯽的生長性能。通過研究不同的投喂水平對大口黑鱸利用單一蛋白元的影響，發現通過提高投喂頻率可提高魚的生長，對飼料和PER的影響在不同蛋白質源之間存在差異；提高投喂頻率可改善替代蛋白質源飼料在大口黑鱸上的生長性能。魚粉和小球藻飼料交替投喂可以獲得接近魚粉的生長性能，不同的蛋白質源飼料溶失率存在差異。

初步探明新型蛋白質源對代表品種品質的影響及代謝基礎。以草魚為例，與對照組相比，新型蛋白質源替代豆粕對草魚的末重、特定生長率、飼料系數無顯著差異；乙醇梭菌蛋白30%、45%、75%替代組的末重、特定生長率顯著高于100%替代組；新型蛋白質源對草魚肌肉粗脂肪和水分均無顯著影響，對粗蛋白質和粗灰分含量有一定的影響，其中黃粉蟲蛋白和乙醇梭菌蛋白30%替代組肌肉粗蛋白含量顯著高于對照組；棉籽濃縮蛋白75%肌肉粗蛋白含量顯著高于對照組；乙醇梭菌蛋白75%替代組肌肉粗灰分顯著高于對照組；新型蛋白質源對草魚肌肉氨基酸組成與含量無影響；黃粉蟲蛋白30%和100%處理組質構優于對照組，主要表現在黏附性和彈性方面；乙醇梭菌15%、30%、75%和100%處理組質構優于對照組，主要表現在硬度和黏附性方面；棉籽濃縮蛋白處理組質構優于對照組，主要表現在剪切力、黏附性和彈性方面；新型蛋白質源替代飼料豆粕未對草魚肌肉肌纖維大小產生影響。

以大口黑鱸為例，棉籽濃縮蛋白70%、100%替代組肌肉咀嚼性、黏聚性和100%替代組肌肉剪切力顯著低于對照組；脫脂黑水虻蟲粉75%替代組有較高的肌肉硬度和彈性，對肌肉黏附性與內聚性無顯著影響；乙醇梭菌蛋白替代魚粉對大口黑鱸肌肉持水力沒有顯著影響，補充氨基酸后有降低滴水損失的趨勢；棉籽濃縮蛋白對大口黑鱸肌肉蒸失水率、24小時滴水損失沒有顯著影響，12小時滴水損失隨替代比例升高而增高；脫脂黑水虻蟲粉對大口黑鱸肌肉持水力沒有顯著影響。

對于草魚而言，黃粉蟲、棉籽濃縮蛋白過量替代不會引起主要品質問題；但乙酸梭菌過量替代會導致肌肉剪切力降低。針對大口黑鱸，脫脂黑水虻蟲粉過量替代不會引起主要品質問題，但是乙酸梭菌過量替代會導致肌肉水分增加，蛋白質含量和硬度降低；棉籽濃縮蛋白過量替代會引起肌肉回復性下降。對于大黃魚，黃粉蟲過量替代會促進大黃魚黃色值、剪切力下降，呈味氨基酸和肌苷酸含量下降；乙酸梭菌過量替代會引起肌肉硬度、彈性和肌苷酸含量下降；棉籽濃縮蛋白過量替代會引起呈味氨基酸含量下降。對于大菱鲆，黃粉蟲過量替代會引起肌肉質構變差，整體新鮮度下降，增重率下降。對于羅非魚，棉籽濃縮蛋白過量替代會引起肌肉黏附性上升，而彈性及內聚性下降；黃粉蟲過量替代會引起肌肉硬度、膠著性增加，而咀嚼性、內聚性和彈性降低。

思考與展望：飼料原料仍然是未來產業的重要需求；新型蛋白質源的品質仍有一定的提升需求；添加劑可緩解新型蛋白質源對水產動物的負面影響；替代魚粉、豆粕的比例對不同養殖動物有一定的差別；新型蛋白質源的加工特性可影響飼料加工性能；新型蛋白質源替代在一定程度上影響養殖動物的品質，且養殖條件也會影響動物對新型蛋白質源的利用。