■王永昌 梅方超 王四维
(1.国家粮食储备局无锡科学研究设计院,江苏无锡214035;2.中粮工程装备无锡有限公司,江苏无锡214035)
饲料加工工艺应根据喂养对象的生理特性、生活习性、消化生理、生活环境及饲料原料特性等来确定,不同养殖对象的饲料加工时,应有不同的饲料加工工艺。而鱼类品种众多,有淡水鱼和海水鱼;有草食性鱼、杂食性鱼、肉食性鱼和过滤性鱼;有低温鱼、温水鱼和热带鱼;有上层鱼和下层鱼等。目前鱼饲料加工工艺除了适应配方和是否膨化等要求外,其他的加工工艺几乎相同,还未从不同品种的鱼和不同生长期的鱼来设计和配制相应的加工工艺和工艺参数。
鱼类属变温动物,鱼的消化吸收率随水温变化而变化,随鱼体温上升而增加,随鱼体温下降而降低。鱼体温的高低与鱼体内消化酶的活性紧密相关,亦就是鱼类对碳水化合物和蛋白质的消化与鱼体温高低有关。目前鱼饲料加工工艺,大多仅从鱼类的营养需要量出发,根据现有饲料加工工艺经验及饲料在水中耐水性等要求来设计加工工艺和制定工艺参数。尚未从不同品种的鱼和不同生长期来制定不同鱼类的饵料加工工艺。因此,现有的饵料加工工艺所生产的鱼饵料易产生以下两个问题:①不能符合鱼类全生长过程消化生理特性的要求;②易造成加工工艺动耗偏高等缺陷。所以说现有的鱼饵料加工工艺尚未达到精细化设计的程度。为了使鱼类加工工艺更符合各种鱼的消化生理特性,使鱼饵料加工工艺更为经济与节能。文章从不同种类的鱼、不同生长期和鱼体内消化酶来分析讨论鱼类饵料加工工艺等有关问题,提出一些看法,供讨论和研究。
鱼的生长取决于对饵料的消化吸收率,而饵料消化吸收率决定于鱼体内消化酶的种类、酶的浓度及酶的活性。所以说鱼的生长是消化酶作用的结果,因此,讨论分析消化酶与饵料消化吸收的关系,是制定饵料加工工艺重要的依据之一。影响鱼体内消化酶作用的常见因素如下。
鱼属变温动物,鱼的体温随水温变化而变化,大多数鱼的幼体体温与水温大致相同,而成鱼的体温低于水温0.5~1.0℃。一般鱼体温随水温升高而上升,鱼体内消化酶的活性随之增强,此时,鱼的代谢水平亦加强,当鱼体体温每升高1℃,鱼的代谢水平将提高10%以上,当鱼体体温每升高10℃,鱼的代谢水平将提高2~3倍。水温过高,会抑制鱼的生长,甚至死亡。当水温急剧下降,鱼水温在5℃以下,大多鱼会进入冬眠。每种鱼都有自己的最低的生存温度,即生物学零度,最佳代谢水平的适合温度和最高抑制温度,如虹鳟鱼属冷水鱼,水温在4℃时就开始采食,最佳采食水温范围为13~18℃,水温在20℃时,虹鳟鱼便不能正常生活,甚至死亡。青鱼和草鱼栖息于水的中下层,最合适的生长温度为22~28℃,高于31~32℃或低于15~18℃,生长速度明显降低,10℃时开始冬眠。而罗非鱼属热带鱼,最适合的水温范围为25~33℃,水温在10~14℃以下就会冻死。说明不同品种的鱼必须在它所需要的外部环境温度下养殖。
在低温时(温度不同),不管任何种类的鱼,鱼体内各种消化酶的含量和活性都不高,对1龄以上的各类鱼越冬后,因长期处于绝食状态,使鱼体力衰竭,消化酶活性降低,导致消化功能下降,从而造成越冬的鱼易死亡。随冬季转向春季,气温开始回升,鱼开始复苏采食,鱼体内的各类消化酶数量和活性虽在上升阶段,但仍处于较低水平,因此,饵料内各种组分的消化吸收率仍处于较低状态。只有水温上升到各种消化酶的含量和活性处于最佳的水平时,饵料的消化吸收率才能达到较高水平。一般鱼的体温在10~35℃以内,体温每上升10℃,饵料的消化速度提高33%~50%以上。
如大麻哈鱼在3℃时胃中消化时间为147 h,在24℃时消化时间仅为18 h(见图1),黑鲈胃内消化水温和时间的关系见表1,说明鱼类的消化吸收与水温息息相关。
表1 黑鲈胃内消化水温和时间的关系
图1 红大麻哈鱼胃含物的消化比例与水温的关系
国外鱼类消化生理研究人员早年曾提出,根据鱼在低水温时,对饵料消化特性,低水温饵料的加工工艺与高水温饵料的加工工艺应该有所不同,鱼在低温时使用的饵料,应比高温时更易消化吸收。为此,低温时鱼饵料加工可考虑以下工艺:
①硬颗粒配方中的蛋白质及谷物原料(不包括淀粉、小麦粉等)经挤压膨胀或膨化处理,再经粉碎、配料、混合和制粒(含均质)的工艺。膨化颗粒按粉碎、配料、混合和膨化的工艺来处理,可提高饵料中蛋白质和碳水化合物的熟化程度,有利于鱼在低温时消化吸收;
②蛋白质及谷物原料先经挤压膨化粉碎处理后,再进行体外酶化处理。再进入后序的配料、混合和制粒等工序,这就有利于低温鱼摄饵后的消化吸收;
③蛋白质及谷物原料先经挤压膨化和粉碎处理后,经配料、混合和制粒、膨化后再喷涂低温外源消化酶,鱼在摄饵后在外源酶的作用下,使蛋白质和碳水化合物易于消化吸收。
该加工工艺能使鱼在低水温时,提高对饵料的消化吸收率,亦就提高了鱼的成活率和抗病能力。为此,鱼类饵料的加工工艺,应考虑养殖时的水温,使加工饵料的品质更符合鱼类不同生长期的需要。
由于鱼饵料由蛋白质、碳水化合物和脂肪等各种组分组成,上述组分需有相应的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶来消化。而不同鱼体内蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的含量、种类和活性不仅不尽相同,而且相差甚远,不同食性的鱼对蛋白、碳水化合物等消化吸收的能力有较大差异。
鱼根据食性主要分为:肉食性(虹鳟鱼、鳜鱼、青鱼、鰤鱼和真鲷鱼等)、杂食性(鲤鱼和鲫鱼等)、草食性(草鱼、鳊鱼和罗非鱼等)和滤食性(鲢鱼和鳙鱼等)的鱼,不同食性的鱼,体内消化酶的种类、活性和含量亦不相同。肉食性鱼体内蛋白酶含量高、活性强,淀粉酶含量低、活性弱,对蛋白质消化吸收率高,对淀粉消化吸收率低;杂食性和草食性鱼体内淀粉酶含量高、活性强,蛋白酶含量低、活性弱,对淀粉等消化吸收率强,对蛋白质消化吸收率弱。其两者蛋白酶和淀粉酶的活力有较大的差异,表2为虹鳟鱼和鲤鱼全消化器官的酶活力;表3为不同食性的鱼对饵料组分的消化吸收率;表4为虹鳟对蛋白质和淀粉的消化吸收率(水温11℃)。
表2 虹鳟鱼和鲤鱼全消化器官的酶活力(U/g)
表3 不同食性的鱼对饵料组分的消化吸收率(%)
表4 虹鳟对蛋白质和淀粉的消化吸收率(水温11℃)
从表2,3,4鱼对饵料组分消化吸收率中可看出:
①动物蛋白和植物蛋白只要经高脱脂(粕中含油<2%)处理,无论是肉食性还是杂食性的鱼,其消化吸收率都在89%~95%的高吸收率,对未脱脂的大豆粉,其消化吸收率低于脱脂大豆粕。所以,凡含油蛋白质原料用于鱼饵料加工时,蛋白质原料如经高脱脂处理后,蛋白的消化吸收率将提高5%~10%。
当采用北洋鱼粉时,其蛋白质的消化吸收率为85%~95%,但褐色秘鲁鱼粉比北洋鱼粉低10%~20%,原因是褐色鱼粉含油率高,而且油脂易氧化。如将褐色秘鲁鱼粉高脱脂后,消化吸收率明显提高。所以,对含油蛋白质宜采用高脱脂技术来提高鱼对蛋白质饵料的利用率,虽增加了脱脂的费用,但节约了我国紧缺的蛋白质资源。
②肉食性的鱼对蛋白质的消化吸收率高于杂食性的鱼,杂食性的鱼对碳水化合物的消化吸收率大于肉食性的鱼。其原因从肉食性的虹鳟鱼和杂食性的鲤鱼体内消化酶分析可知:虹鳟鱼体内的胰蛋白酶是鲤鱼的两倍以上,同时蛋白酶的活性亦强,而虹鳟鱼体内的淀粉酶含量远不及鲤鱼高,活性亦弱。实际鱼的喂养受温度、鱼活动状态、采食是单独还是群体和配方等影响,肉食性鱼和杂食性、草食性鱼对蛋白质和碳水化合物消化吸收能力并不能按鱼体内消化酶的比例来消化吸收。
③蛋白质的消化吸收率与淀粉相对加入量和加入种类有关,同样淀粉的消化吸收率与蛋白质的相对加入量有关,同时与淀粉的品质关系更大。鱼饵料中淀粉宜用ά淀粉,或在加工过程中转变成ά淀粉,这不仅提高了淀粉和蛋白质的消化吸收率,同时有利于增加颗粒饵料的耐水性。
从上文不难看出:鱼饵料加工工艺应根据不同鱼的种类,不同生长期等特性来考虑饵料的加工工艺。对肉食性鱼应对蛋白质组分只需一般的熟化处理,即调质和均质工艺便能满足要求,对配方中含有谷物类的碳水化合物组分需强化熟化处理,即采用膨胀或膨化预处理工艺,对已是淀粉粉状的碳水化合物,只需调质和均质工艺便能满足要求;而对草食性的鱼对碳水化合物组分只需一般的熟化处理,即调质和均质工艺就能满足要求,蛋白质原料应加强熟化处理,即采用膨胀或膨化预处理工艺。这样的饵料加工工艺,可确保饲料加工的质量,不管是肉食性的鱼,还是杂食性的鱼,对蛋白质和碳水化合物都能具有较高的消化吸收率,同时又能节约动耗,使饲料加工厂做到了精细化设计和管理。
消化酶的活性在不同生长阶段和不同鱼有较大的差异,如虹鳟孵化后各种消化酶的活性都在变化,到第20 d后蛋白酶和淀粉酶的活性急剧上升,60 d后达到1龄鱼的水平,此时,虹鳟鱼的饵料加工可按成鱼饵料加工。黑鲷孵化10 d后淀粉酶就有明显的活性,而胰蛋白酶3 d后就能发现其活性,并随鱼生长而增加,胃蛋白酶在孵化后具有一定的活性,随后活性下降,过后再上升(见图2)。鲤鱼在孵化后蛋白酶和淀粉酶都具有活性,但要达到成鱼水平比虹鳟迟得多。由于大多稚鱼的体内消化酶都不高,为此,稚鱼的饵料加工需强化熟化处理、饵料组分亦可体外消化或添加外源消化酶,有利于稚鱼对饵料的消化吸收,提高成活率。
总体来说,在脂肪酶的作用下,鱼饵料中脂肪的消化吸收率高达90%左右。是鱼类获得能量和必需脂肪酸的重要来源。饲料中脂肪含量和品种尽管不同,一般来说其消化吸收率差异不大,但肉食性的鱼类对脂肪的利用率比草食性的鱼要强。同时,鱼对脂肪的消化吸收率不受蛋白质、碳水化合物和纤维素含量的影响。但仍有一些影响脂肪的消化吸收率因素不能忽略,其主要影响因素如下。
图2 黑鲷孵化后体内消化酶活性的变化
1.4.1 油脂熔点选择
因鱼属变温动物,随水温变化而变化。当脂肪熔点高时,鱼在摄饵时温度低于脂肪的熔点温度,其消化吸收率将会降低,鱼在摄饵时温度高于脂肪的熔点温度,其消化吸收率不会降低。为此,选择油脂时应考虑当时的水温,确保鱼对脂肪有较高的消化吸收率。
1.4.2 油脂的碳链
碳链越短消化吸收率越高,与脂肪饱和度几乎无关。如癸酸(碳数C=10)消化吸收率达98%,硬脂酸(碳数C=18)则消化吸收率仅为66%,但当碳数相同时,不饱和脂肪酸消化吸收率比饱和脂肪酸高(见图3)。
图3 虹鳟体内脂肪酸碳数与消化率的关系
当采用饱和脂肪酸时,如给真鲷投喂9%牛油,在饵料内加入0.5%的ω3高不饱和脂肪酸,消化吸收率将从67%提高到80%。所以,大多鱼在选择脂肪时,当选用了饱和脂肪酸,应再加入一定量的高不饱和脂肪酸,可提高饱和脂肪酸的消化吸收率,但不是所有鱼都具有该效果,需进行必要的试验。
1.4.3 鱼饵料中脂肪对蛋白质的节约效果
在上世纪七十年代国外一些研究学者就指出,肉食性的鱼对碳水化合物的消化吸收率较低,但并非肉食性的鱼所需的能量要求不高,无论是肉食性的鱼还是草食性的鱼,其生长和活动所消耗的能量几乎相近。因肉食性的鱼对碳水化合物消化吸收率较低,因此,所需的能量不能满足要求,为了满足肉食性的鱼所需能量要求,只能用一部分价高和原料紧缺的蛋白质作为能源被消耗。为此,添加易消化吸收高能量的油脂,就能提高饵料的能量,来满足鱼对能量和必需脂肪酸的需求。当在饵料中添加大量的油脂(15%~20%左右),对蛋白质的消化吸收不仅不受影响,而且能节约15%~30%左右的蛋白质,亦就提高了蛋白质的利用率,降低饵料原料生产成本。如虹鳟鱼饵料中碳水化合物用量为30%时,蛋白质为48%和脂肪为10%组与蛋白质为35%和脂肪为15%~20%组进行对比,两者养殖效果没有什么差异。对上层鱼的饵料加工,成品需采用膨化处理后,其养殖效果将有极大的提高(见表5)。
粉状饵料中添加油脂在增加能量的同时,有利于加工过程中粉尘的降低,稳定混合后的粉状饲料的混合均匀度,使粉状饵料混合后不易分级等优点。当饵料中添加量达到8%以上时,加工时带来新的加工问题:如物料流动性差、加工设备易粘料,硬颗粒物料不易吸过多的油,还出现挂油现象,影响饵料成品的储藏等,这类问题将会影响饵料的正常生产和饵料成品的质量等。因此,高油脂的饵料加工工艺应注意以下几点,可改善上述的问题:
①添加油脂后的所有的加工和输送设备,应设有清理门,溜管的自流角不应小于70°,溜管的当量直径应增加10%。
②大于8%的油脂,应在添加微量组分混合前添加,混合机宜用高速混合机,主轴转速不小于600 r/min。大于8%油脂更适宜在制粒或膨化后用真空喷涂机喷涂。
③ 高油脂饵料的成品包装适合用抽去30%~40%空气来包装,并采用缝口加热合封口形式,包装袋宜内衬深色塑料薄膜的复合袋,以减慢脂肪的氧化速度来延长储藏期。
④储藏仓库温度不宜大于28℃,因氧化速度亦与储藏温度有关,油脂的氧化速度随温度上升而加快,温度每提高10℃,氧化速度将增加2倍。
⑤储藏仓库光照不宜大于15 LX,因油脂氧化速度还与光的照射有关,特别是紫外光照射油脂的过氧化值要比一般光照要高20倍,使油脂易变质,给养殖带来不利因素。
鱼在生长旺盛时和活泼运动时都需要大量的营养,此时,鱼体内消化酶的活性处于亢奋状态,而生长缓慢和运动少时,则消化酶的活性大大地减弱,消化能力明显下降。亦就说明当鱼较长时间处于饥饿状态,运动量下降,摄饵量将减少,鱼体内酶的活力亦跟随下降,饵料的消化速度亦就降低,这不利于鱼的生长。为此,如何确保和提高鱼的摄饵量是鱼类在养殖过程中的重要技术,而且,对鱼的成长极为关键。现就对促进鱼类的摄饵量进行讨论。
鱼的生长取决于对饵料摄食行为,鱼类的摄食行为涉及到很多生物学和化学领域的复杂问题。鱼类的摄食行为同时与鱼的各种内在因素(空腹还是饱腹等)和外部因素(水温、水中氧的溶解度、光照度,是单食还是群食等),饵料的颗粒组成与大小、硬度和色彩等紧密相关。其中饵料能引起鱼的视觉、味觉和嗅觉的刺激,该刺激能引诱和促进鱼类的摄食行为,亦就增加鱼的摄饵量,促进了鱼的成长,这是鱼类具有的特殊嗜好性。
凡能引诱和促进鱼类摄饵、持续和吞入等一系列摄食行为的化学活性物质称之促摄饵物质。鱼的摄食行为分成3个阶段:索饵、饵料入口和完全摄食。大多数鱼类(如虹鳟、鲤鱼、真鲷、鲫鱼、鰤鱼和罗非鱼等),都具有被促摄饵物质引诱和促进摄饵的嗜好特性,不同鱼对饵料中促摄饵物质的嗜好亦各不相同。促摄饵物质的提取,是从饵料中经提取、分离和精制成各种促摄饵物质,或经人工合成高浓度的与天然促摄饵物质相比,具有相同引诱和促进摄饵功能的促摄饵物质(见表 6)。
从表6不难看出,鱼类促摄饵物质大多是饵料提取物中的游离氨基酸,而且,在提取物中游离氨基酸与核苷酸和甜菜碱等都共同存在。经试验提取促摄饵物质的活性,需有2~3种以上的促摄饵物质的协同作用,其诱饵效果将会倍增。如2种以上的氨基酸的组合、氨基酸和核苷酸等的组合、氨基酸和甜菜碱等的组合、氨基酸和色素或荧光物质等组合,对促摄饵物质的活性会有倍增的协同效果。此外,还有其他动植物的提取物和人工合成物,如类胡萝卜素、大蒜素、虾青素及有机酸等一些挥发性物质都具有良好的促摄饵功效。
表5 鱼饵料中增加油脂,节约蛋白质的养殖效果试验
表6 各种饵料提取物中所含促摄饵物质
对鱼类促摄饵物质的应用时,应在仔鱼和幼鱼的饵料首先采用,引诱仔鱼和幼鱼的摄饵,促进和加速仔鱼和幼鱼对饵料摄取嗜好特性的形成,这对鱼的生长极为有利。如鱼已养成能良好摄饵习惯后,在饵料中就可少加或不加引诱的摄饵物质;如饵料配方中已含有较高的促摄饵物质,就无需在饵料中再添加促摄饵物质了。
对促使鱼类能引诱摄饵物质的功能和特性可分为四类:
①引诱性物质:具有吸引正在游离的鱼类重新游回饵料的物质;
②制动性物质:具有使游近饵料的鱼类产生停业游泳的物质;
③兴奋性物质:具有使鱼类产生兴奋并能做出摄饵行为的物质;
④刺激性物质:具有促使鱼类产生连续摄饵行为的物质。
实际上,以上四种功能是促摄饵物质协同作用下,使促摄饵行为具有连续性,使鱼类能获得较多的营养物质,来提高鱼的成活率。
在国外鱼饵料加工先进的国家,促摄饵物质研究和使用已有40余年以上的历史,而国内对饵料能引起鱼的视觉、味觉和嗅觉的刺激摄饵物质的研究亦有30余年的历史,但研究的深度和广度与国外相比,仍有不足之处。在饵料加工生产时,如何充分发挥鱼类引诱和促进摄食的嗜好性,提高鱼对饵料的摄饵量,现作如下讨论。
引诱和促进鱼类摄饵活性物质能对鱼类视觉、味觉和嗅觉产生刺激,激发了鱼摄取饵料的欲望。饵料的色泽是最常用和最有效的引起鱼视觉刺激,亦是良好的促摄饵物质。如虹鳟和鲤鱼等对蓝色有极强的敏感度和选择性,当饵料具有蓝色时,能提高虹鳟和鲤鱼等摄饵量;真鲷被糠虾中含有红色素-虾黄质强烈地诱饵;鲤鱼能被蚕蛹中含有的光色素所引诱和刺激;当波长为430~500 nm时,大量地吸收合成色素和荧光物质,就能强烈引诱真鲷来摄饵。当饵料内需添加的色彩引诱剂时,应采用天然色素或国家允许添加的人工合成的色素,在添加人工合成色素时,应注意安全添加量。饵料中添加色泽引诱剂后,不仅具有引诱摄食效果,而且还能改善鱼的色泽来提高鱼的商品价值。饵料中色泽促摄饵物质胡萝卜素的添加量通常为0.01~0.04 kg/t。
鱼的摄饵行动除了受饵料传来物理性的色彩刺激引起的感应外,还会受到饵料中溶出物气味引起的化学性刺激感应。鱼类味觉器对低浓度的各种氨基酸感觉较为灵敏。经试验鱼的味觉和嗅觉感应中,如氨基酸与甜菜碱同时添加时,使鱼类摄饵量具有相乘的叠加效应,获得较好的养殖效果。
从各种饵料提取物中的游离丙氨酸、甘氨酸和脯氨酸等对促摄饵物质的活性起着重要作用。因这类物质具有甜味,各种游离的结晶氨基酸溶于水中,再添加到饵料中将其均匀混合,就形成了具有促摄饵物质的饵料。如丙氨酸对虹鳟、鳗鱼、鰤鱼、真鲷、黑鲷、东方魨和鱂鱼等都具有良好的促摄饵作用。甘氨酸对虹鳟、鰤鱼和白氏银汉鱼等6种鱼均有良好的诱食效果。丙氨酸和甘氨酸的引诱效果的活性与浓度有关,活性分别从0.2 mmol/10 ml和0.4 mmol/10 ml增加到0.4 mmol/10 ml和0.8 mmol/10 ml,其活性呈最大。促摄饵物质(如:带有甜味的甜菜碱)有天然的,亦有人工合成,是鱼虾的理想的引诱物质,能使在应激状态的鱼迅速具有摄饵行为,就能增加摄饵量,其加入量为溶入水中,使水中促摄物质达10-4mol/l;75%浓度的甜菜碱添加量为0.3%时,鲤鱼增重可达41%~49%。
鱼的摄饵行动受饵料中溶出物气味引起的化学性刺激引诱,实际是鱼对溶在水里微量化学物质的气味感应,这种气味足以能引诱鱼迅速回游摄饵。如大蒜素、甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸和丙氨酸等在水中溶出物的气味,使罗非鱼孵化后5 d的仔稚鱼能嗅到,便开始回游摄饵。大蒜素为挥发性的无色液体或加载体制成粉剂,具有强烈蒜嗅味,对鱼具有良好的引诱摄食功能。经试验:大蒜素在鲤鱼和草鱼饵料中添加100 mg/kg,就强烈地引诱鲤鱼、草鱼摄饵,使鱼的成活率增加15%以上,增重提高13.3%。同时,大蒜素具有较强的抗菌作用,可预防鱼烂鳃、肠炎和出血等疾病的出现,对饵料有良好的防霉作用。所以,同时具有诱饵和抗菌的促摄饵物质是优先选用的诱饵剂,但不宜连续长期使用,以免肉质带蒜酸味。
含硫有机化合物DMPT(二甲基-β-丙酸噻亭)等是优良的促摄饵物质,对鱼类有良好诱食作用,经测定DMPT是能促使大多数的鱼嗅觉神经产生强烈的兴奋,而且安全性极好,可长期使用。在鲫鱼和鲤鱼饵料中加入1.0 mmol/l浓度的DMPT,使鲫鱼和鲤鱼摄食频率增加40%,真鲷饵料中添加5.0 mmol/l浓度的DMPT,18 d体重增加2.5倍,有明显的增重效果。所以,促摄饵物质具有良好的应用前景。
文中对鱼消化酶与饵料加工工艺讨论可知,鱼饵料的加工工艺设计应考虑各种鱼的生存环境温度和各种鱼的肉食性还是杂食性、草食性等因素来设计和配制符合鱼消化特性的加工工艺。鱼类对促摄饵物质的运用是促进鱼类的视觉、味觉和嗅觉的刺激,来增加鱼的摄饵量,提高鱼成活率,是饵料加工过程中应考虑的因素之一。随着高油脂饵料的添加工艺的运用,应尽量避免高油脂给饵料的加工、包装和储藏带来上述的不利因素。总之,鱼饵料加工工艺的设计比畜禽饲料的加工工艺考虑因素更多些,否则难以得到质优价廉的鱼饵料产品。