微藻飼料在水產養殖中的應用研究進展

張珍珠 常順

摘要：微藻（Microalgae）富含水生動物生長所必需的蛋白質、多種維生素和氨基酸，是新興的水產飼料替代成分。通過綜述近年來用微藻替代飼料在水生動物生長中的影響研究，分析微藻替代飼料的應用價值、困境和未來發展趨勢，為進一步利用微藻研發和生產水產飼料提供參考。

關鍵詞：微藻（Microalgae）；水產飼料；水產養殖；研究進展

中圖分類號：S963.21+3文獻標志碼：A

1 前言

2016年聯合國糧農組織報道，魚類是供人類食用的最便宜、易消化和最受歡迎的動物蛋白，為人類提供營養保障^[1]。隨著人類消費能力和需求的增加，水產養殖成為食品工業中發展最快的行業。目前水產養殖主要依賴魚粉、魚油和豆粕作為主要蛋白飼料來源，具有很好的適口性，易于消化，促進生長，營養成分全面均衡，飼料浪費少，能夠提高免疫力和存活率等特點。魚粉和魚油主要來自野生魚類，但由于人類的過度捕撈、厄爾尼諾效應、海洋環境污染等對魚類生存威脅影響，造成野生魚類的種群萎縮，使得魚粉和魚油價格大幅上漲。且隨著全球變暖，糧食短缺的加劇，也影響了大豆作為水產飼料成分的使用。因此探求可持續和合適的水產飼料替代成分成為重要的研究方向。

水產飼料的成分來源還包括玉米、小麥、大米、馬鈴薯、油菜、豌豆、動物排泄物、大型藻類、昆蟲、酵母、細菌等，這些替代飼料營養豐富，能夠提供魚類生長最低營養需求，如纖維、維生素、礦物質、氨基酸、脂肪等，具有可持續生產等優點。但這些替代方案也存在不足，如植物源飼料的瓜爾豆粉中含有樹膠、皂苷、植酸鹽和抑制劑類的抗營養因子和難消化的纖維^[2，3]，影響了魚類的生長并導致飼料浪費；豆粕、玉米蛋白粉、小麥、大麥等植食性飼料被證實有助于魚類的生長，但是缺少如蛋氨酸、色氨酸、賴氨酸和蘇氨酸等必需氨基酸，影響魚的品質；酵母和昆蟲為基本成分的飼料蛋白質生產成本高。因此作為水產飼料的替代成分，需要符合環境可持續發展和經濟適用性要求，其次抗營養因子、纖維、重金屬等不利于魚類生長甚至是有害的成分濃度應較低，同時替代飼料應包含魚類生長的基本成分且營養成分要高，應具有消化率高和適口性的特點，具有成本效益，并不受轉基因等政策限制^[4]。

微藻（Microalgae）是一類形態微小的藻類群體，體型微?。?μm～60μm），約占藻類的70%。其中約有20多個屬、40多種微藻用于蝦貝育苗、浮游動物營養強化或被用作水產飼料原料及飼料添加劑^[5]。微藻之所以成為替代水產飼料主要仰賴于其豐富的營養成分，微藻具有魚類生長必需的蛋白質、脂肪和碳水化合物，尤其是微藻中蛋白質和脂質含量較酵母和細菌更為豐富；與植物性飼料相比，微藻（如小球藻、衣藻、微綠球藻）中的蛋氨酸含量很高^[6]，且氨基酸譜廣泛，無需在飼料中進行額外補充；碳水化合物含量是飼料營養成分的重要指標，如亞心形四片藻（Tetraselmis subcordiformis）、小球藻（Chlorella vulgaris）和衣藻（Chlamydomonas rheinhardtii）等微藻的淀粉含量高達30%～49%^[7，8]；同時藻類也含有纖維，但與植物不同，藻類纖維缺乏木質素，更易于消化。微藻色素主要是類胡蘿卜素、葉綠素及藻膽蛋白，既可以有效維持微藻的光合作用，也是重要的抗氧化物質。微藻細胞中產生的豐富維生素、礦物質和免疫刺激復合物有利于水生物種的健康。微藻中富含omega-3，如二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）不僅對人類有益，也有助于魚類的生長，并進一步轉化到魚體，最終使人類受益。

從可持續發展與環境影響角度，微藻的生長不需要占用土地，可利用海水或廢水進行培養，它的凈化生物量生產力高于任何其他陸地植物和動物。與昆蟲和細菌相比，微藻的營養需求相對簡單。因此基于以上原因微藻產業已經在食品和化妝品生產等多行業中應用，到2020年，全球微藻需求預計已達到34億美元，未來還有持續增長趨勢^[9]。

2 微藻飼料對魚類生長的影響

2.1 對生長和增殖的影響

大量研究表明，微藻作為水產飼料成分有利于水產動物的生長，且呈現濃度計量相關性。當微藻替代比例為低濃度和中等濃度（2%～10%）時，有利于水生物種的體重增加^[4]。通過喂食含有5% 裂殖壺菌（Schizochytrium sp.）的替代飼料后，大西洋鮭魚（ Salmo salar L. ）的體重增加了31%^[10]。同樣，使用含有0.75%的浮游生物（Tetraselmis suecica）的替代飼料，太平洋白蝦（Litopenaeus vannamei）蝦苗的體重增加了30%^[11]。微藻飼料對尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus）的生長影響更為顯著，尤其飼喂時含有15%小球藻（Chlorella sp.）、14%脫脂微球藻（Nannochloropis oculata）和裂殖壺菌（Schizochytrium sp.）和10% 微擬球藻（N. oculata）分別與對照飲食相比增加了69%、58%和46%。曹威榮等^[12]發現在飼料中添加15%的螺旋藻和柵藻有利于提高尼羅羅非魚幼魚的增重率，且15%的螺旋藻顯著提高尼羅羅非魚幼魚的特定生長率。劉翠等^[13]發現利用2.64%的螺旋藻替代2%的魚粉對魚體的生長和飼料利用無顯著影響，但當添加量達到3.96%替代4%的魚粉時，實驗魚的特定生長率和飼料轉化率顯著提高。在飼料中添加螺旋藻的含量達到75%對尼羅羅非魚的生長沒有負面影響，且添加量在30%左右時，魚體的生長達到最大值。而更高比例微藻替代飼料影響魚類增殖，王成強等^[14]發現利用裂壺藻（Schizochytrium sp.）和擬微綠球藻（Nannochloropsis sp.）混合微藻替代魚油飼料成分，隨著替代比例增高，則大菱鲆幼魚的增重量（WGR）和飼料利用率（FE）降低，當替代比率達到100%時WGR和FE顯著低于其他各組，且飼料利用率以及免疫能力均降低。同樣，當利用綠色微藻和藍細菌混合培養代替15%～20% 的魚粉時，虹鱒魚的生長速度會有所下降^[15]。這可能是由于高濃度藻類較為堅硬的細胞壁和消化酶抑制劑對魚類的生長產生的負面影響。因此在利用微藻替代水產飼料成分時，需根據具體微藻種類、水生物種、飼料加工條件及環境等按合適比例進行組合研究，但低度和中度添加微藻飼料對魚類的生長具有積極影響。

2.2 對消化率的影響

微藻中存在難以消化的多糖物質，如果膠、海藻聚糖、纖維素等，以及微藻堅硬的細胞壁均影響著魚蝦等水生動物的消化率，而消化率的結果決定了微藻利用成本及富營養化等不利環境影響。微藻的細胞壁形態結構因種而異，如小綠藻（Nannochloropsis gaditana）和鏈帶藻屬（Desmodesmus）的細胞壁分別富含海藻聚糖和果膠^{[16，17]}。而螺旋藻的細胞壁由粘肽組成，因此很容易被魚食用^[18]，通過改善水生動物腸道菌平衡，從而促進食物的吸收，提高水生動物的生長。細胞壁結構影響水生動物的蛋白質消化率、干物質消化率等，通過腸道組織學數據、感官評價、消化酶活性等可以篩選易于消化的優良微藻種類。王成強等^[14]研究發現，當裂壺藻和擬微綠球藻混合微藻替代魚油飼料成分比例為50%和100%時，大菱鲆幼魚腸道脂肪酶和胰蛋白酶均表現出較高活力。楊帆等^[19]在凡納濱對蝦的研究中發現，3%的破壁裂壺藻和未破壁裂壺藻均會提高腸道胰蛋白酶的mRNA的表達水平，增強腸道的消化能力。因此水生動物的進食模式和消化生理功能各不相同，所以特定微藻在不同水生動物中的被消化程度不同，需要多方位考查微藻飼料的被消化水平，亦可以通過物理機械手段或者生物酶促手段破壞細胞壁，來提高微藻的消化率，擴大微藻的使用范圍。

2.3 對免疫力的影響

微藻對水生動物來說充當了益生菌的作用，腸道中的微生物會消化藻類細胞，從而釋放出抑制病原體的物質，提高免疫力。在對白蝦（Fenneropenaeus indicus）的研究中發現，飼喂了鞭毛藻（Tetraselmis suecica）活細胞的實驗組蝦腸道中病原菌數量較對照組減少^[20]。添加了1.2%裂殖壺菌屬（Schizochytrium sp.）的飼料影響并改善了尼羅羅非魚的健康狀況^[21]。同時發現，眼蟲細胞壁中的一類聚酰胺物質β-1，3 葡萄糖聚合物（β-葡聚糖）能夠在大西洋鮭魚、貽貝等物種中激發免疫反應，主要因為微藻細胞壁包含免疫刺激物，如葡聚糖、肽聚糖、脂多糖、褐藻糖膠、甲殼素等，通過細胞因子、吞噬、免疫細胞增殖等方式增強免疫反應。超氧化物歧化酶、酸性磷酸酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶等是評價魚類非特異性免疫作用的重要指標，如添加了5%鼠尾藻（Sargassum thunbergii）粉的魚飼料喂食大菱鲆魚后，魚類非特異性免疫的能力增強，檢測其酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性增加^[22]。螺旋藻早已被證明可以在多物種中引發針對病原體的非特異性免疫反應。螺旋藻添加飼料能夠顯著增強石斑魚的總抗氧化能力（T-AOC），降低丙二醛的含量， 顯著提高魚體感染哈維式弧菌（V. harveyi）后的存活率^[23]。用含有10%鈍頂螺旋藻（A. Platensis）的替代飼料喂食虹鱒魚（O. mykiss）后，其白細胞計數、紅細胞計數、血紅細胞、白蛋白和總蛋白水平均增加。微藻通過免疫刺激抑制影響魚類生存和生長的病原體，提升了微藻飼料的使用價值。

2.4 對魚品質的影響

飼料是魚類營養的直接來源，通過提供蛋白質、脂肪等物質，調整魚肉的化學組成，影響魚肉的品質。當魚肌肉之間結締組織松散時，會導致魚片組織出現縫隙并失去緊實度，因此魚片的硬度是優質魚肉的重要指標，軟魚片在食品工業中價值較低。微藻因為含有大量蛋白，能夠減少魚片的縫隙，如用5%裂殖壺菌（Schizochytrium sp）的微藻飼料喂食大西洋鮭魚，可減少魚肉組織縫隙提高魚片品質^[24]；含有2%螺旋藻的魚飼料能夠增加尼羅羅非魚的硬度、肌肉質量和纖維性^[25]。微藻內積累的高水平有機礦物質和維生素，如硒、各類氨基酸、維生素E和多不飽和脂肪酸等，均可促進魚肉質緊實。微藻中富含鈣、鉀、鐵、銅、鈉、硫、鋅、鎂、鈣、磷等礦物質，可增進鮭魚的質地和風味^[26]。

微藻中脂質含量水平較高，約20%～60%，其中最具有營養價值的脂質是多不飽和脂肪酸（PUFA）。眾所周知的二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）是具有重要營養價值的多不飽和脂肪酸，其中裂殖壺菌屬（Schizochytrium）和隱甲藻屬（Crypthecodinium）主要產生DHA，而褐指藻屬（Phaeodactylum）、微綠球藻屬（Nannochloropsis）等黃金藻屬（Isochrysis）等產生EPA，紫球藻（Porphyridium）能夠產生花生四烯酸，鏈帶藻屬（Desmodesmus sp.）產生α-亞麻酸^[27]，這些微藻中PUFA含量為2.2%～37%不等。由于長鏈多不飽和脂肪酸難以人工合成，所以含有這些脂質的微藻和魚油具有很高的商業價值，也為微藻在水產飼料中應用提升價值。

魚類的體色是其品質表現的重要指標之一，影響著消費者的判斷選擇和魚類的市場價格。魚類養殖飼料中營養成分含量、色素沉積、生長環境和魚體自身健康狀況都會影響魚類體色。微藻產生的色素在魚體內的代謝沉積影響著魚類體色，如富含蝦青素的雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）是專門用于魚類顏色增強的微藻飼料添加劑；小球藻和柵藻屬富含葉黃素，也被用作飼料添加劑，主要沉積黃色和紅色；利用2.5%三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）飼料能夠使金頭鯛呈現亮黃色^[28]。螺旋藻作為天然的類胡蘿卜素來源，可以增強魚體的體色和肉色，劉翠等^[13]研究發現，雖然葉黃素能夠改善魚類的體色，但飼料中添加螺旋藻能夠比葉黃素更高效地改善魚體的體色。雖然合成飼料添加劑因成本低廉而為魚類行業的主選，但隨著消費者對天然產品的青睞等因素，將促進微藻類色素進入漁業市場。

3 挑戰和未來發展方向

綜上所述，微藻具有成為魚粉替代品的諸多優勢，但在具體使用生產時還存在一些有待解決的問題。首先就是成本問題，與其他植物替代飼料類似，堅硬的細胞壁是微藻飼料使用的一個難題，我們可以通過機械方法進行分解，釋放微藻內營養物質，但是附加的預處理過程會增加水產飼料生產成本。另外并非所有的微藻都適于成為替代飼料，比如蛋白含量、碳水化合物含量、生存環境等均需要挖掘探索，這些都不如傳統飼料適應性高，無形中增加了研究成本。此外微藻生存環境中可能同時存在有害毒素，如螺旋藻雖然對水生動物和人類有益，但其生長環境常受到微囊藻污染，而微囊藻會嚴重損害人體的肝臟，釋放的藻毒素會污染水生動物，通過食物鏈傳遞給人，所以如何避免微藻生產過程中生物和非生物脅迫的污染也需要研究探討。微藻中富含的類胡蘿卜素等色素，對魚類具有抗氧化活性，但易降解，可以通過添加防腐劑、物理干燥或制冷過程加工防止降解，然而額外的制備步驟也提高了生產成本。微藻養殖環境多為開放式池塘，生產率低，光照、溫度也隨季節變化造成諸多不確定因素和風險，下游加工技術更為昂貴導致了成本的提高。和其他養殖物種一樣，微藻也面臨著病蟲害、食草動物的威脅，以及為保持活性、營養功能和耐儲運需要大型冷凍設施，這些都會增加生產成本^[4]。

盡管微藻在成為替代飼料過程中面臨很多困難，但其為魚類養殖提供的優質飼料轉化率、消化率、營養和功能價值值得對其進一步研究和應用。通過篩選優良微藻菌株作為替代飼料，實現優化培養和全年種植，以及擴大使用可降低成本，并結合飼料生產工藝的革新和加工技術的改進，使微藻生產上下游技術充分銜接，即可實現微藻替代水產飼料的普世應用。

4 結論

隨著全球氣候逐年變暖，糧食短缺問題日益加劇，造成全球對水產養殖產品和水產飼料的需求增大。但是以魚粉和豆粕作為主要的傳統水產飼料影響了行業的可持續發展，且無形中與人口供糧需求形成了競爭。微藻作為重要的水生生物含有大量的蛋白質、脂類、碳水化合物和其他多種功能性營養化合物，具有生長快速、不占用耕地和淡水、且生產高附加值產品的特點，是替代魚粉和豆粕重要水產飼料成分。通過各種手段降低微藻飼料生產成本可為水產養殖業發展助力。

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Research progress on application of microalgae feed in aquaculture

ZHANG Zhenzhu，? CHANG Shun

（Heilongjiang Agricultural Engineering Vocational College，Harbin 150018， Heilongjiang China）

Abstract：Microalgae are rich in various vitamins， proteins and amino acids necessary for the growth of aquatic animals， and they are emerging substitute ingredients of aquatic feeds. This paper summarizes the research on the effect of microalgae alternative feed on aquatic animals growth in recent years， analyzes the application value， difficulties and future development trend of microalgae alternative feed， and provides a reference for the further development and production of aquatic feed by using microalgae.

Keywords：Microalgae；Aquatic feed；Aquaculture；Research progress