饲料蛋白质水平对刺参生长、氮收支及营养成分的影响

■夏苏东 尤宏争 柏雨岑 李 楠 张 丹 尹 川

(1.天津农学院水产学院 天津市水产生态及养殖重点实验室，天津300384；2.天津市水产研究所 天津300221；3.中国农村技术开发中心 北京100045）

仿刺参Apostichopus japonicas(Selenka)，又称刺 参,属棘皮动物门（Echinodermata），海参纲（Holothuroidea），刺参科（Stichopodidae），仿刺参属（Apostichopus），是一种以沉积物为食的大型底栖无脊椎动物，为典型的温带种类[1]。刺参营养丰富，其体内特有的酸性黏多糖、海参皂苷、多肽等生理活性物质，使其成为一种兼具浓郁的海鲜风味及较高营养保健功效的海珍品[2]。由于环境污染与过度捕捞等因素，自然海域刺参产量无法满足市场需求，为解决市场需求和自然资源保护问题，近年来我国刺参养殖产业发展迅速[3]。2017 年全国刺参养殖面积为21.91 万公顷，产量达到21.99万吨，经济效益显著，已成为我国北方海水养殖重要的支柱产业之一[4]。刺参养殖业形成工厂化养殖、池塘养殖、围堰养殖以及浅海增养殖等多种养殖模式，但相关营养与饲料学基础的应用研究相对薄弱。

蛋白质是水产动物配合饲料中必需的核心营养物质，蛋白质不足将影响其生长和免疫抗病能力，蛋白质过高不仅会增加饲料成本、影响代谢及生长，并且伴随着氮排泄增加，造成水体污染加重[5]。所以刺参健康养殖及生态型营养饲料的研究与开发，亟需对刺参蛋白质营养需要进行基础研究。本研究通过配制高、中、低蛋白质水平的饲料，投喂刺参进行养殖实验，利用传统营养与饲料学方法，研究了刺参在不同蛋白质营养条件下生长性能、氮收支方程和机体氨基酸组成的差异，旨在为刺参蛋白质营养需要量的确定、生态型营养与饲料的研究与开发提供重要的理论支撑，为水产动物营养与饲料研究提供新思路、新方法。

1 材料与方法

1.1 材料

实验刺参来源于山东鑫海科技股份有限公司，刺参体质健壮、无病无伤。

采用单因素随机实验设计，即3种饲料蛋白质水平（1%、11%、21%）处理。根据实验设计和同质优化方法，运用饲料配方软件REF3000确定3种实验饲料配方，见表1。饲料原料主要采用海泥、优质鱼粉、海藻粉、复合矿物质、复合维生素等。按照饲料配方将原料混匀、超微粉碎至75 μm以下。

1.2 方法

挑选同批次健康刺参分别暂养于水泥池中，暂养期间投喂混合饲料。驯化2 周后，将刺参饥饿48 h，挑选平均质量(5.0±0.1) g刺参180只随机分到3个实验组中，每组3个重复，每重复20只。实验期60 d。实验容器为75 L 塑料水槽，配备气石，连续充气，维持溶氧＞5 mg/l，水温（15±2）℃，盐度30±2。实验期间，每天换水50%左右。按照海参重量的5%过量投喂相应蛋白质水平饲料，每天换水时收集残饵粪便，记录残饵重量，粪便用蒸馏水冲洗后保存至-20 ℃冰箱，换水以后投喂饲料。实验开始和结束时，称量并记录每个水槽中刺参的重量。实验结束后，每个养殖容器取10只刺参，用滤纸轻轻吸干体表水分，称重，置冰盘上解剖，然后将所测组织分别称量。

表1 实验饲料的组成（干物质）

实验饲料营养成分含量采用常规方法测定：干物质用105 ℃烘干至恒重；粗蛋白质采用凯氏定氮法；粗脂肪采用索氏抽提法；粗灰分采用550 ℃灼烧法[6]。能值用PARR1281卡路里(PARR Instrument Company, USA)测定,总磷采用磷钼蓝分光光度法(AOAC, 1990)[7]测定。

1.2.1 生长指标计算

特定生长率（SGR，%/d）=（lnWt-lnW0）/t×100

摄食率（FR，%）=100×Fc/[t×(W0+Wt)/2]

饵料系数（FC）=Fc/（Wt-W0）

式中：Wt——实验末体重（g）；

W0——实验初体重（g）；

Fc——总摄食量（g）；

t——时间（d）[8]。

1.2.2 氮收支计算

刺参的氮收支方程为：CN=FN+GN+EN

式中：CN——摄食氮(g)；

FN——粪便氮(g)；

GN——生长氮(g)；

EN——排泄氮(g)[9]。

1.2.3 营养成分测定

粗蛋白质测定采用GB 5009.5—2010（半微量凯氏定氮法），氨基酸测定采用GB/T 5009.124—2003（日立L-8900 氨基酸分析仪），除了胱氨酸以过甲酸氧化法和色氨酸以4.2 mol NaOH水解法外，其余氨基酸测定均以HCl水解法（6 mol）[10]。

1.2.4 营养价值的评定

根据全鸡蛋蛋白质的氨基酸模式(%, dry)与FAO/WHO建议的氨基酸评定标准模式(%, dry) ，按以下公式计算必需氨基酸指数(EAAI)、化学评分(CS)与氨基酸评分(AAS):

式中：n——分析的氨基酸数量；

aa——样品氨基酸含量(%)；

AE…HE——全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量(%，dry)；

A…H——样品蛋白质的必需氨基酸含量(%，dry)；AA(Egg)和AA(FAO/WHO)——分别代表全鸡蛋蛋白质和FAO/WHO 下同种氨基酸含量(%)[11]。

氨基酸含量(mg/g·N)=（氨基酸含量/粗蛋白质含量）×62.5[12]。

F 值=(缬氨酸+亮氨酸+异亮氨酸)/(苯丙氨酸+酪氨酸)，F值为支链氨基酸与芳香族氨基酸之比[13]。

1.3 数据处理

数据表示采用“平均值±标准差”的形式。使用OFFICE 2003和SPSS 13.0软件进行数据处理，对测定结果进行单因素方差分析（one-way ANOVA），达到显著水平（P＜0.05）时，采用Duncan's法进行多重比较[14]。

2 结果与讨论

2.1 饲料不同蛋白质水平对刺参生长性能的影响（见图1～图3）

饲料不同蛋白质水平对刺参特定生长率、饵料系数、摄食率影响显著（P＜0.05）。刺参摄食11%蛋白质水平饲料时特定生长率最高（1.72%/d），显著高于1%和21%蛋白质水平饲料组（P＜0.05）（图1）。随着蛋白质水平的升高，刺参摄食率显著降低（P＜0.05）（图2）。1%蛋白质水平饲料组摄食率最高（33.24%），21%蛋白质水平饲料组最低（13.79%）。刺参饵料系数随着饲料蛋白质水平升高表现出降低趋势，1%蛋白质水平饲料组饵料系数最大（23.53），显著高于11%和21%蛋白质水平饲料组的1.42和1.85（P＜0.05）（图3）。

图1 饲料不同蛋白质水平对刺参特定生长率的影响

图2 饲料不同蛋白质水平对摄食率的影响

图3 饲料不同蛋白质水平对刺参饵料系数的影响

2.2 不同蛋白质水平条件下刺参氮收支方程(见表2)

由表2可知，不同蛋白质水平饲料对刺参氮收支影响显著，刺参摄食蛋白质水平为11%时，生长氮占摄食氮的比例最大达到20.19%，显著高于1%和21%蛋白水平饲料组。蛋白质水平为21%饲料时，刺参排泄氮占摄食氮比例最高为62.35%，显著高于1%和11%蛋白水平饲料组。饲料蛋白质水平为1%时，刺参粪氮占摄食氮的比例最高为85.32%，显著高于11%和21%蛋白水平饲料组（表2）。不同饲料蛋白质水平下，刺参的氮收支方程分别为：饲料蛋白质水平为1%时，100CN=85.32FN+8.44GN+6.24EN；饲料蛋白质水平为11%时，100CN=40.76FN+20.19GN+39.05EN；饲料蛋白质水平为21%时，100CN=29.64FN+8.01GN+62.35EN。

2.3 不同蛋白质水平条件下刺参体壁营养价值评价

表2 不同蛋白质水平下刺参氮收支参数及氮的转化效率和代谢效率（n=3）

2.3.1 蛋白质及氨基酸

三组刺参体壁粗蛋白质含量见表3。其蛋白质含量从大到小顺序为11%＞21%＞1%，从测定结果看，11%蛋白质水平饲料组刺参体壁粗蛋白质含量最高，与1%组差异显著（P＜0.05）。

分析了三组刺参体壁中氨基酸种类及含量，结果显示每个样品中均具有18 种氨基酸，其中非必需氨基酸10 种、必需氨基酸8 种（表4）。谷氨酸均在各个样品中含量最高，其中最高的蛋白质水平21%饲料组达5.76%。色氨酸均在各个样品中含量最低，其中最低的为蛋白质水平1%饲料组和11%饲料组含量均为0.32%。鲜味氨基酸和总氨基酸量为蛋白质水平11%饲料组最高。必需氨基酸含量11%组和21%组相差不大，但高于1%组。三组样品中鲜味氨基酸中含量最高的均为谷氨酸，其次为甘氨酸、天冬氨酸，丙氨酸最低。除谷氨酸、色氨酸、组氨酸、丝氨酸各组之间存在差异，其余氨基酸各组间差异不显著。

表3 三组刺参体壁粗蛋白质含量（%）

2.3.2 鲜味氨基酸含量

水产动物的鲜美程度与鲜味氨基酸组成含量有着重要的联系。鲜味氨基酸主要有丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸，其中呈鲜味的特征性氨基酸是谷氨酸和天冬氨酸，并且谷氨酸的鲜味最强。表5中列出了三组刺参体壁的鲜味氨基酸占比（44.72%～45.01%），其中蛋白质水平为1%饲料组最高、蛋白质水平为21%饲料组最低，从测定结果看与实验用饲料的蛋白质添加量成反比。

2.3.3 必需氨基酸评价(见表6)

水产品营养价值的评价可以有很多项指标衡量，其中最重要的是人体必需的8 种氨基酸的组分比例。根据鸡蛋蛋白质和FAO/WHO 评分模式和测定的氨基酸含量(mg/g·N)计算出必需氨基酸指数(EAAI)、F值、化学评分(CS)与氨基酸评分(AAS)。

由表6可知，两种评分标准认为三组刺参体壁的第一限制性氨基酸为亮氨酸和色氨酸（表6），在生产刺参专用饲料时可添加一定比例色氨酸和亮氨酸成分。EAAI 是评价食物蛋白质营养价值的重要指标，三组刺参体壁的EAAI（59.54～63.45）进一步证明每组刺参均是必需氨基酸含量丰富的水产品。

3 讨论

3.1 饲料蛋白水平对刺参的生长指标影响

蛋白质是水产动物配合饲料中必需的核心营养物质，饲料蛋白水平对养殖动物生长、代谢、水质、免疫等影响显著,研究它的吸收和积累是水产动物营养学的主要内容。蛋白质不足，影响其生长和免疫抗病能力；蛋白质过高，增加饲料成本，影响代谢及生长，并且增加氮排泄，造成水体污染。本研究表明，随着饲料蛋白水平的升高，刺参特定生长率随着饲料蛋白水平的升高先升高后降低。该变化趋势与朱伟等[15]、王际英等[16]研究相似。夏苏东[17]在对鱼类的研究中指出,研究鱼类对某一营养素的需要量时,仅用生长指标来评估不一定全面。许多研究者建议,在采用生长指标的同时,应结合反映鱼体对饲料利用率指标,如饵料系数等,以便对实验结果进行综合评价。从实验结果来看，刺参的特定生长率、饵料系数均为11%组最佳，这进一步印证了在低消耗蛋白质的情况下，反而能带来最佳的养殖效果。周玮等[18]报道，饲料蛋白质水平为19.48%时，幼参的特定生长率最高和饵料系数最低，而本实验得出的饲料蛋白水平为11%，这也为进一步减少刺参饲料的蛋白质添加量提供了理论依据。在以往的研究中，一般鱼类对饲料蛋白质的需求量为30%～60%[19]，虾、蟹类对饲料蛋白质的需求量为28%～60%[20]，而本实验中刺参幼参对饲料蛋白质的需求量为11%，要低于鱼类和虾、蟹类，这种差异可能与

自然条件下刺参舔食海底沉积物的摄食习性有关。

表4 三组刺参体壁中氨基酸组成及含量（干样，g）

表5 三组刺参体壁中鲜味氨基酸含量的比较（干样，%）

表6 三组刺参体壁中的必需氨基酸构成评价（mg/g·N）

3.2 饲料蛋白水平对刺参的氮收支影响

氮是蛋白质结构的主要元素之一,其收支状况与蛋白质的代谢过程关系密切，因此氮收支结果可作为评价饲料转化效率和饲料质量的重要指标,反映了水产动物对蛋白质的利用特点[21]。摄食氮反映水产动物对饲料蛋白质的摄食水平，生长氮占摄食氮的比率为氮的生长效率,它受体重、温度以及饲料质量等多种因素的影响[22],提高氮生长效率是水产动物营养学的重要课题。本研究发现刺参生长氮随饲料蛋白质水平的升高先升高后降低，在11%蛋白饲料组达到最大值。该研究规律与中华稚鳖[23]、青海湖裸鲤[24]研究一致。由于品种的差异，中华稚鳖在蛋白水平为33%时氮生长效率达到最大值[23]；青海湖裸鲤在蛋白水平为40.57%时氮生长效率达到最大值[24]。当刺参饲料蛋白质含量过低时，蛋白质不能满足基本生长、代谢需求；当饲料蛋白质含量过高时，水产动物排泄氮速度快，说明过多的蛋白氮未被充分利用，而排泄到体外。适宜的饲料蛋白水平能够促进生长氮和排泄氮能保持相对平衡，提高氮生长效率。因此，刺参饲料适宜蛋白质需求的研究，在探讨低蛋白质水平的饲料满足生长、降低水体氮排放方面具有指导意义。

3.3 饲料蛋白水平对刺参体壁的蛋白质和氨基酸影响

采用不同蛋白水平的饲料投喂刺参，结果表明饲料蛋白水平在11%时刺参体壁蛋白质含量最高，1%组的体壁蛋白质含量最低，而21%的组则与二者差异不显著。这说明饲料中不是蛋白质含量越高，刺参体壁的蛋白质含量越高，而是有一个最适添加量。笔者认为刺参摄食就像人吃饭一样，不是补充的蛋白物质越多越好，过量的食入蛋白质还可能引起营养过剩的症状。同样也有学者[17]认为过高的饲料蛋白水平会加重刺参的代谢负担，大量消耗刺参体壁的能源物质，导致刺参体壁糖类以及蛋白质沉积率下降，使刺参体壁粗灰分含量增加，从而影响到刺参的品质。测定出的鲜味氨基酸含量和氨基酸总量同样为蛋白水平为11%组最高，同样证明了饲料的蛋白水平并不是越高越好。

4 结论

本实验研究表明，刺参摄食蛋白质水平为11%饲料生长氮达到最大，鲜味氨基酸和总氨基酸含量最高，特定生长率最高，饵料系数最低。11%蛋白水平饲料对刺参的养殖效果最佳，今后要进一步开展蛋白质代谢机制的研究，为刺参蛋白质精准营养需要量的确定提供重要的参考依据。