水产膨化饲料应用中的几个问题

■冷向军

（上海海洋大学水产与生命学院，上海201306）

我国是世界水产饲料生产大国，水产饲料产量约占世界总产量的一半。近年来，在快速发展的水产饲料品种中，尤以膨化饲料的发展最为迅速，成为水产饲料行业的一个亮点和增长点。然而，在膨化加工的条件下，原料选用、营养参数确定、配方设计、加工工艺、投饲技术等均与传统颗粒饲料存在一些不同，但是，目前有关研究还很缺乏。本文结合本实验室近年来在膨化饲料领域开展的一些研究，拟就膨化饲料生产、使用中所关注的几个问题作一综述，为膨化饲料在水产养殖业中的合理应用提供一些思考和指导。

1 膨化的原理

物料在套筒内受螺杆推动向前，在强烈的剪切力、挤压力、摩擦力和外在加热的作用下，产生高温高压，此时，淀粉糊化，物料呈熔化的塑性胶体状；尽管此时温度高于100℃，但压力也很大(通常在20～30个大气压)，水分仍呈液态；物料以很高的压力从模板喷出，压力骤降为常压，高温水瞬间气化，使颗粒体积扩大，成多孔网络状结构，即为膨化饲料，膨化机(Expander)由此得名。严格意义上讲，应该称之为挤压机(Extruder),但国内已经习惯称之为膨化机，故本文仍以膨化机、膨化饲料指代这类饲料机械和饲料产品。

在挤压腔末段，通过控制压力、温度(泄压、降温等措施)，或者调整配方，可控制饲料产品的密度，从而生产沉性、慢沉性的饲料产品，目前这种生产工艺已经在虾料、蟹料的生产中得到应用。

2 膨化对营养物质消化利用率的影响

Booth等 (2002)比较了3种配方的饲料分别经冷制粒、蒸汽制粒和膨化制粒后对银鲈的作用效果，结果表明，在这3种配方饲料中，膨化饲料的干物质和能量表观消化率、蛋白质效率显著高于冷制粒、蒸汽制粒饲料，但蛋白质表观消化率无显著差异；Venou等(2009)对金头鲷的研究也表明了膨化饲料显著提高了淀粉消化率、能量消化率和饲料转化效率、蛋白质效率，但对蛋白质、脂肪消化率的改善不大。Venou等(2003)将小麦、玉米分别膨化后作为能量饲料配入饲料(用量分别为40.8%、37.4%)饲喂金头鲷，较未膨化者显著提高了饲料效率和营养物质消化率，其中以膨化玉米组的改善幅度更为显著。Cheng等(2003)以虹鳟为实验对象，测定了四种原料(豆粕、大麦、小麦和玉米蛋白粉)在膨化后的消化率，结果表明，经膨化处理后，干物质、粗脂肪、总能的表观消化率显著提高，但粗蛋白的表观消化率在大麦、小麦和玉米蛋白粉组显著降低(豆粕组未受影响)。

考虑到不同营养水平下，膨化加工对利用率的改善可能不同，本实验室配制了蛋白水平为25%、28%、31%的3种饲料，分别制成硬颗粒饲料、膨化饲料，饲喂平均体重8.0 g的罗非鱼8周，结果表明，饲料蛋白水平为25%、28%时，膨化饲料组的蛋白质效率较颗粒饲料组分别提高4.98%（P＜0.05）、7.72%（P＜0.05），能量沉积率也显著高于颗粒饲料组（P＜0.05）；饲料蛋白水平为31%时，膨化饲料组和颗粒饲料组的蛋白质效率、能量沉积率无显著差异 (马飞，2014)；在另一项研究中，罗非鱼对油脂添加量为0%、2%、4%的颗粒饲料的蛋白质消化率为80.6%、82.9%、79.9%，而同配方的膨化饲料的蛋白质消化率均较颗粒饲料显著提高(分别为82.1%、84.8%、82.4%)，同时蛋白质效率、蛋白质沉积率、能量沉积率、干物质和粗蛋白表观消化率均显著高于颗粒饲料组(马飞，2014)。

由上可知，膨化饲料主要是提高了淀粉和能量消化率，对蛋白质消化率影响相对较小，可能是由于存在能量(碳水化合物)对蛋白质的节约效应，尽管蛋白质的消化率改善不明显(或绝对提高值不大)，最终也提高了蛋白质的沉积效率。

此外，膨化加工工艺对营养物质消化利用率的影响也是受到普遍关注的一个问题。Sørensen等(2002)研究了虹鳟在3种不同的挤压(膨化)温度(100、125、150℃)下对配合饲料主要营养物质的消化率，发现粗蛋白、能量及各种氨基酸的表观消化率并不受挤压温度的影响；Frederic等(2007)比较了调质与否、挤压腔温度(93、127 ℃)和物料在挤压腔停留时间(18、37 s)对消化率的影响，发现调质可提高虹鳟对有机物、碳水化合物和能量的表观消化率，在没有预调制的情况下，127℃时的有机物、碳水化合物和能量表观消化率低于93℃，但在预调质的情况下，127℃时的有机物、碳水化合物和能量表观消化率高于93℃；脂肪的表观消化率受各加工条件的影响不大。这些研究提示我们，没有必要为追求膨化度而采用较高的温度和压力，在膨化加工中，预调质是十分必要的。

3 膨化饲料和颗粒饲料对鱼体生长性能作用效果的比较

在同等配方条件下，与颗粒饲料相比，膨化饲料在提高营养物质消化利用率的同时，也损失了一些热敏性营养素，如维生素、氨基酸等，存在降低鱼体生长性能的可能，综合这两方面作用，其最终对生产性能的影响如何？在这方面存在着一些结论相反的报道。在同配方条件下，银鲈摄食膨化饲料后，其增重率显著低于蒸汽制粒饲料(Booth等，2002)；金头鲷摄食膨化饲料后，其生长性能较颗粒饲料组并无显著改善(Venou等，2009)；在Caballero(1999)的研究中，膨化饲料组金头鲷的增重率则较颗粒饲料组高；在另一项金头鲷的研究中，金头鲷摄食含膨化小麦、或膨化玉米的饲料后，也较未膨化者显著提高了增重率和饲料效率(Venou等，2003)。在罗非鱼稚鱼中的研究表明，鱼粉用量10%，粗蛋白水平36%的膨化饲料对鱼体生长性能的作用效果显著优于同配方的颗粒饲料(周燕等，2006)，并达到与含15%鱼粉颗粒饲料组基本一致的水平。本实验室的研究表明，在25%、28%蛋白水平下，膨化饲料组的罗非鱼生长性能显著优于颗粒饲料组，但在31%饲料蛋白水平下，膨化饲料组与颗粒饲料组的鱼体生长性能基本一致。出现这些现象的原因与鱼体采食量密切相关，在银鲈(Booth等，2002)、金头鲷(Venou等，2009)的研究中，膨化饲料组的采食量均显著低于颗粒饲料组，尽管饲料利用率提高了，但整体生长性能却下降了，或基本保持不变。采食量的下降，可能来自于膨化饲料的漂浮特性、饲料可消化能的提高(动物为能而食，可根据能量调节摄食量)，以及消化道排空时间的延长。在Venou等(2009)的研究中，金头鲷摄食膨化饲料后的胃排空时间较颗粒饲料组延长约1倍(544 min VS 284 min),胃排空速率则显著降低；在另一项研究中，金头鲷摄食含膨化小麦、玉米饲料的胃排空时间也较未膨化者显著延长(Venou等，2003)。而在本实验室对罗非鱼的研究中，各处理组被保持在同一采食量水平下，因而饲料效率的提高，也意味着增重率的提高，这两方面的表现是一致的。

在我国的水产养殖生产中，如鲤鱼、草鱼、鲫鱼等，普遍反映膨化饲料更能提高鱼体生产性能，如生长速度更快，鱼体较肥等，似乎很少出现国外研究中的生产性能下降现象，这可能与国内外养殖的品种不同有关，我国常规养殖的鱼类，可能在摄食调节上不敏感，这方面有待于进一步研究。

另外，对于一些养殖鱼类，如黄颡鱼、斑点叉尾鮰等，摄食膨化饲料、颗粒饲料的差异，不仅体现在生长性能上，也体现在体色的差异上。如摄食膨化饲料的黄颡鱼，通常会有一定数量的个体(20%左右)出现体色异常的现象；在斑点叉尾鮰的养殖生产中，也出现过类似现象，即饲喂颗粒饲料的鮰鱼生长和体色正常，但同配方的膨化饲料，却使部分个体出现肉色、体色异常的现象。出现这些现象的原因，可能与膨化加工中的高温高压破坏了维生素等热敏性营养素有关。在这种情况下，可加大热敏性营养物质的添加量，或将膨化饲料与颗粒饲料搭配使用，二者间隔投喂，可在一定程度上解决这个问题。

4 膨化对蛋白质、脂肪需要量的影响

饲料膨化后，提高了对主要营养物质，如蛋白质、脂肪的消化率或利用率，这是否意味着鱼类对膨化饲料中的蛋白质、脂肪的需要量发生了改变？为此，本实验室设计了一系列不同蛋白水平、不同脂肪水平的配方，分别制成颗粒饲料和膨化饲料，以研究膨化加工对蛋白质、脂肪需要量的影响(马飞，2014)。

在实验一中，以豆粕、菜粕、棉粕和鱼粉为蛋白源，配制粗蛋白水平为25%、28%、31%的3种饲料，分别以膨化机、平模颗粒机制粒，共6组饲料，投喂平均体重8.0 g奥尼罗非鱼8周，结果显示：在颗粒饲料组，随饲料粗蛋白水平升高，鱼体增重率、蛋白质沉积率、脂肪沉积率、能量沉积率均呈升高趋势，而饲料系数则随饲料粗蛋白水平的升高而降低；在膨化饲料组，28%粗蛋白水平组比25%粗蛋白水平组具有更高的鱼体增重率、蛋白质沉积率、能量沉积率和更低的饲料系数，31%粗蛋白水平组具有与28%粗蛋白水平组基本一致的生长性能(也与颗粒饲料31%纯洁蛋白组基本一致)，但蛋白质效率、蛋白质沉积率、脂肪沉积率显著降低（P＜0.05）；在25%、28%饲料蛋白水平下，膨化饲料组的鱼体生长性能显著优于颗粒饲料组，但在31%饲料蛋白水平下，膨化饲料组与颗粒饲料组的鱼体生长性能基本一致。上述结果表明，罗非鱼幼鱼对颗粒饲料、膨化饲料适宜蛋白的需求量分别为31%、28%，饲料经膨化处理后，降低了罗非鱼对饲料蛋白质的需求量。

在实验二中，以大豆油为脂肪源，在饲料粗蛋白水平28%的基础饲料中，添加油脂0%、2%、4%，分别以平模颗粒机和膨化机制粒，共6组饲料，投喂平均体重8.0 g奥尼罗非鱼8周，结果显示：在颗粒饲料组和膨化饲料组中，油脂添加2%组的鱼体增重率、蛋白质效率、脂肪沉积率、能量沉积率、干物质和粗蛋白表观消化率均较0%组显著提高，当油脂添加量增加到4%时，上述指标除干物质表观消化率和粗蛋白表观消化率下降外，其余指标与2%油脂添加组无显著差异；随饲料脂肪添加水平增加，鱼体脂肪含量显著增加。上述研究表明，在粗蛋白水平28%的膨化饲料和颗粒饲料中，适宜脂肪添加量均为2%，饲料经膨化处理后，并未降低罗非鱼对饲料脂肪的需求量。

5 膨化饲料中氨基酸的应用

由于鱼粉资源的紧缺和价格的不断上涨，使得越来越多的廉价动植物蛋白应用于水产饲料中，为平衡饲料氨基酸组成，氨基酸类添加剂在水产饲料中的使用越来越受到重视。在膨化饲料中，有二个问题特别受到关注，一是高温高压对氨基酸的破坏，二是膨化饲料中添加氨基酸的作用效果。

在膨化加工的高温高压条件下，一方面使蛋白质发生变性，有利于蛋白质的消化吸收；另一方面，也会产生美拉德反应，导致有效氨基酸的损失，从而降低饲料的营养价值。美拉德反应又称为“非酶棕色化反应”，是法国化学家L.C.Maillard在1912年提出的，是羰基化合物（还原糖类）和氨基化合物（氨基酸和蛋白质）间的反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，所以又称羰氨反应。牛化欣等(2013)将晶体、微囊赖氨酸(2%)、蛋氨酸(1.6%)加入实用饲料中，膨化机套筒加温区温度分别设置为常温(不加热)、90、120 ℃和150 ℃，经膨化制粒后，晶体赖氨酸损失分别为6.43%、9.83%、18.74%和26.66%，晶体蛋氨酸损失分别为1.73%、7.89%、13.66%和15.20%，微囊赖氨酸损失分别为5.06%、6.68%、7.69%和8.35%,微囊蛋氨酸损失分别为0.57%、4.25%、5.14%和5.65%。这些氨基酸的损失，是来自于美拉德反应及其他一些化学反应的综合结果。可见，随温度的升高，晶体氨基酸损失量也显著增加，而挤压温度对微囊氨基酸损失影响不显著；在膨化制粒条件下，微囊氨基酸较晶体氨基酸更为稳定。

在水产饲料中补充晶体氨基酸的作用效果，因鱼虾种类不同而异。通常的看法是鲑鳟鱼类等能有效利用外源添加的晶体氨基酸，而虾蟹类及一些无胃的鲤科鱼类不能有效利用，其原因在于晶体氨基酸吸收速度快，与饲料中结合态氨基酸(完整蛋白)在吸收利用上存在一个时间差，但这样的看法是建立在颗粒饲料基础上的，那么在膨化饲料基础上，补充晶体氨基酸是否还会产生同样的结果呢？本实验室以豆粕、鱼粉、棉粕为蛋白源，配制了缺乏蛋氨酸的基础饲料(蛋氨酸含量0.48%)，在基础饲料中分别添加晶体蛋氨酸和微囊蛋氨酸使其含量达到0.58%，分别制成颗粒饲料和膨化饲料，饲喂平均体重8.6 g建鲤8周，结果表明：在颗粒饲料中补充晶体蛋氨酸对鱼体生长性能没有改善，但补充微囊蛋氨酸提高了增重率11.4%，降低了饲料系数(P＜0.05)；在膨化饲料中补充晶体蛋氨酸或微囊蛋氨酸，均显著提高了增重率(+11.0%、+11.9%)，并降低了饲料系数(单玲玲，2014)。为什么膨化饲料中补充晶体氨基酸会对鱼体生长性能产生改善效果？其原因可能在于膨化加工使淀粉充分糊化，晶体蛋氨酸被糊化淀粉包被，使其在肠道中的吸收过程减缓，客观上起到了缓释作用，缩短了与结合态氨基酸的吸收时间差，从而达到与微囊氨基酸同等的效果。

6 膨化加工中维生素的损失

维生素是维持鱼虾正常生长、发育和繁殖所必需的微量小分子有机化合物，其化学性质较为活泼，饲料加工、贮存中的温度、水分、金属元素、光线等，均会对其造成一定程度的破坏，特别是在膨化加工中的高温、高压条件下，维生素的损失更为巨大。

Frederic等(2008)比较了膨化前后的饲料维生素含量，发现存留率较低的维生素主要是VA、VB1，其在植物型饲料中的存留率分别是59%、44%，在鱼粉型饲料中的存留率为11%、43%，VB6的存留率在植物型饲料、鱼粉型饲料中差异较大(82%VS 44%，而其他的维生素存留率的变化范围为74%～98%；在Anderson等 (2002)的报道中，叶酸、泛酸、核黄素、VB6在膨化后的存留率分别为48%、86%、86%、66%。张春艳等(2010)测定了膨化加工过程中的VC磷酸酯的稳定性，在打包处检测的三种VC磷酸酯产品的活性保留率为62.93%～71.32%，这种损失，来自于微粉碎、调质、膨化及干燥等环节，其中膨化造成的损失最大，达11.90%～14.38%。

为补偿膨化加工中的维生素损失，可以考虑增加维生素的添加量。Frederic等 (2008)按NRC(1993)的维生素标准，配制了全植物蛋白型和鱼粉豆粕型饲料，并在此基础上增加了40%的维生素添加量，饲料经膨化制粒后，饲喂平均体重4.5 g的虹鳟15周，结果表明，NRC标准的全植物蛋白型饲料组和鱼粉豆粕型饲料组的鱼体增重分别为86.1、83.9 g，而维生素强化组的鱼体增重分别为86.8、105.2 g，即在全植物蛋白型饲料中强化维生素添加量后，对生长性能并无改善，但在鱼粉豆粕型饲料中强化维生素添加量后，显著提高了生长性能。养殖生产中的虹鳟饲料多为鱼粉豆粕型，而很少采用全植物蛋白型饲料，因此，后者更具有实际意义。

总体来看，在膨化加工中，较为敏感的维生素有VA、VE、VC、VB1、叶酸等，而其他的B族维生素如VB2、VB12、烟酸、泛酸钙、生物素等相对较稳定。在生产中，许多厂家生产膨化饲料时，通常是在颗粒饲料配方的基础上，增加20%～50%的维生素添加量，实际上，这样的后果是造成一部分维生素因过量而浪费，一部分维生素因破坏严重而依然缺乏，维生素之间的不平衡现象严重，这可能是造成生产中使用膨化料后致使一些鱼类体色发生异常的重要原因。在考虑经济性和实用性的前提下，建议制作膨化饲料时，将维生素的用量总体增加1/4，另外再额外考虑增加VA、VE、VC、VB1、叶酸等。

7 膨化对矿物质可利用性的影响

目前，有关膨化加工对矿物质影响的研究很少。Cheng等(2003)以虹鳟为实验对象，测定了几种原料在膨化前后的矿物质表观消化率，结果表明，经膨化处理后，豆粕中的铁、锌，大麦中的磷、铜、锌，玉米蛋白粉中的磷、铜、铁、锌，小麦中的镁、磷、铜、锌的表观消化率均显著降低。对于额外添加的矿物元素在膨化后的消化利用率，可能存在一定程度的降低，但目前尚未见有关报道，有待于今后进一步研究。

总体来看，膨化饲料作为我国水产饲料中相对较新的品种，有关其营养需求，加工中营养物质的变化和配方的调整等，均表现出与颗粒饲料有所不同的特点，但目前有关其研究还比较缺乏。今后，一方面要加强有关膨化饲料的基础研究；另一方面，在研究尚不充分的现状下，加大热敏性营养物质的添加量，或将膨化饲料与颗粒饲料搭配使用，也不失为一种有效的使用方法。