我国水产饲料的发展及新型蛋白质源研究进展

刘乐丹，赵永锋

(中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，江苏 无锡214081)

中国海洋大学麦康森院士：水产动物营养与饲料的过去、现在与未来

做水产养殖行业首先要考虑养殖对象需要什么，需要多少营养素和能量；其次要了解饲料需求有哪些，可以用哪些。考虑哪些原料能用，需要考虑多方面限制元素，如受抗营养因子、污染物、加工参数、法律法规、社会接受度、成本等影响。这也是做配方的时候要考虑的，基础是营养饲料、原料数据库，经过这些思考，生产出产品，这就是营养饲料。

养殖动物需要的是营养素和能量，而不是饲料原料。从营养需要的角度来看，不管提供什么，只要提供足够、均衡的营养素和充足的能量，就可以满足动物的生长发育需要。营养需要分为定性需要和定量需要，定性就是要不要，定量就是需要多少。现在基本有这样几种关系，为“基本维持”“合适的需要量”及“达到过量”。所以人们应该了解养殖对象需要什么营养素，需要多少。人们需要解决的问题就是确定其最适需要量、用什么指标来衡量最适需要量。还有一个非常重要的就是原料。人们需要根据营养需要选择适合的原料做成饲料配方。从全球角度来看，原料主要分为水生原料、陆生动物原料、油料饼粕、豆科植物、谷物原料和非传统原料。

整个报告从营养需要、原料、饲料加工与饲喂过程三个方面进行介绍，并将每个方面分为三个阶段，2010年以前为过去，2010－2020年为现在，2020年以后为未来。

营养需要是饲料配方、饲料与饲喂的基础。从营养需要角度来看，过去人们往往考虑动物的维持和最大生长，现在需要考虑的是动物的健康、动物的抵抗力和动物的品质等，在评估需要量的时候可以用不同的指标，并以此为基础选择原料做饲料配方。产品的营养指标是由营养需要指标来决定的，是单位体重的养殖动物每天需要的绝对量，比如多少克或多少千卡，这与饲料产品里的营养指标(以百分比表示)不同。人们常说水产动物落后于陆地动物，其重要原因是水产动物比陆地动物更加多样，水产动物品种更加繁多，所以研究难度也相对较大。

从 过 去(2010年 以 前)、现 在(2010－2020年)、未来(2020年以后)分析水产营养饲料的发展，三个阶段的变化非常大。2010年以前，水产动物营养的研究集中在对营养素需求的研究，主要以苗种在最适实验环境中的需求作为实验对象，对实际养殖应用及鱼虾中成期的需求研究很少；过去也取得了很大的进步，如大幅度提高了饵料的饲料效率。2010－2020年，水产动物营养的研究集中在对鱼粉、鱼油的替代应用等方面，推动了对新型饲料添加剂的需求，同时也发现该时间段的水产养殖饵料系数没有再出现非常显著的下降，说明饲料不能无限制地提高转化效率。新的添加剂的出现，需要更进一步了解在新的情况下的营养，其中最主要的问题就是研究鱼粉、鱼油和非鱼粉、非鱼油之间的差距。过去十年，鱼粉的问题是最大的问题，尽管我国的水产养殖饵料系数在该阶段取得的进步不是十分显著，但这是该阶段在少用鱼油、鱼粉的前提下仍然取得的进步，这也是需要更多地考虑营养需要的因素和饲料利用的因素。现在除了这些问题，还要考虑环境等(溶氧、温度、盐度等)其他因素，过去十年无论国内还是国际，都取得了从实验室走向实际环境的巨大变化，过去十年还做了许多关于营养饲料模型的评估工作。由于大量的传统鱼粉、鱼油替代物的出现，在国内外出现了“功能性饲料”。所谓“功能性饲料”的出现也是因为鱼粉、鱼油替代物的使用，产生了一系列的问题，需要重新通过添加营养性和非营养性添加剂，使人们的饲料能够解决、弥补因使用鱼粉、鱼油替代物所造成的影响。未来水产养殖将面临海洋原料缺乏、养殖环境恶化、全球气候变化等诸多挑战，因此将带动“功能性饲料”进一步发展，这不仅是满足养殖动物的需要，还是满足人类的需要。所以未来的重点一定是怎么解决使用鱼粉、鱼油替代物后造成的问题，而非关注饲料系数的进一步降低。为了克服可能产生的问题，水产业提出了“精准营养、精准投食管理”要求。未来“功能性饲料”需要从养殖对象和消费者两个方面进行考虑。从联合国粮农组织来说，未来将赋予“功能性饲料”更多的意义。

从原料来看，原料未来的发展会呈现什么样的趋势？从过往数据可以看出，1990年之前全球的水产饲料不到500万吨，到2010年达到3 000万吨，2020年达到6 000万吨；全球的鱼粉、鱼油在水产养殖上的使用量于2005－2010年达到峰值，鱼油用量90万吨/年，鱼粉310万吨/年，2010年后再无增长，意味着无望再通过捕捞的方式获取原料，也表明资源的短缺必然导致价格的上升；鱼粉、鱼油用植物蛋白等取代在过去十年表现得十分明显，也间接说明了植物蛋白等比鱼粉、鱼油更具有可持续性。随着全球人口的增长，原料价格的上涨是不可阻挡的。未来需要提高鱼粉、鱼油的利用率。同时通过大数据来看，未来全球鱼粉来自加工副产品的占比将越来越高。未来饲料行业将面临十分激烈的原料竞争，现在人们就必须去寻找新型蛋白质源，使用更多非鱼蛋白来做水产饲料原料，这也将导致使用的添加剂会越来越多，进而未来水产饲料的配方也将越来越复杂。随着人口的增加，水产养殖将对满足全球食物蛋白质需求(质与量)起到越来越重要的作用，这也意味着饲料原料的可持续供应至关重要。但是随着未来可持续发展的要求越来越高，可持续性认证计划可能将减少或消除来自不可持续性来源的原料。同时人们还面临着过度捕捞、毁林、碳足迹、土地、水资源等问题，未来可供水产行业应用的原料就十分有限了，所以寻找可持续性非鱼蛋白源将是必经之路。

从饲料加工与饲喂过程管理来看，2010年以前，饲料来源经历了杂鱼、自配料到现代饲料工厂生产的饲料，现存投喂方式为手工投喂、机械化投喂以及少量的自动化投喂，现在(2010－2020年)得益于工程技术不断进步，对饲料的熟化、成形、膨化度、密度、水稳定性等有了更进一步的调控，膨化饲料的使用率不断增加；投喂管理也从基于经验的自动化慢慢向基于配方、环境、生长期、摄食节律、行为等因素建模决定投喂量与投喂频率的电脑程序化控制发展。

未来(2020年以后)需求主要集中在以下几点：养殖过程的监测和控制，以提高生产的可持续性、产量、质量和动物福利；严格的数据监测，减少浪费、营养损失、环境污染和总体碳足迹，提高饲料效率；深入理解动物采食量和生理调节点，以及生产系统系列生物的非生物因素对采食量和生理调节点的影响；开发低成本自动投喂系统、自主投喂系统，使投喂与动物需要相协调，降低劳动强度；人工智能(AI)和物联网(IoT)技术将在配方设计、饲料加工与投喂系统中逐步应用，越来越多地使用计算机中央控制系统、网箱(或池塘)传感器和摄像头系统；需要开发复杂的算法和人工智能系统，更精确地确定不同基因型、日龄、环境和摄食行为条件下的能量和营养需求。未来将会越来越关注应用精准养殖原理，将饲养管理从主要由经验驱动的过程转变为知识驱动的过程，使用实时信息技术，以监测鱼的摄食行为；将生物信息学和系统信息学相结合，提高水产养殖的精确控制。未来真正做到精准营养和精准养殖，也就真正地实现了智慧渔业。

中国科学院水生生物研究所解绶启研究员：水产新型饲料蛋白质源的研究进展

通过数据统计，人们发现水产品在人类食物供应中十分重要，预计到2050年其在人类食物中的占比将大幅度提高。水产养殖近年来发展非常快，特别是中国水产行业对国际水产的贡献很大。水产养殖在占地和温室气体的排放上都要优于畜禽和其他动物，也就是说水产养殖是相对环保的产业，国际上将其归为降低温室气体排放的产业。人类对蛋白质和脂肪的需求量非常大，预计到2030年水产养殖产量将有明显增加，可能达到1亿吨，而养殖产量的增加主要依赖于饲料产业的支持。从全世界看，如果6 000万吨的产量来自养殖，那就需要近2 000万吨蛋白质原料，但是全世界的蛋白质原料是有限的，尤其优质鱼粉更是非常少，可用于养殖的鱼粉就更少了。

近年来鱼粉、鱼油产量一直呈下降的趋势，其价格一直上升，导致鱼粉饲料面临成本上涨的问题，而且鱼粉饲料还面临着海洋污染等问题。世界上的油粕产量还是比较高的，但是用在水产养殖的豆粕是十分有限的，占比只有2%左右。同时，植物蛋白还存在一系列其他问题，如与人争粮、多用于陆生动物、与粮争地、抗营养因子、肉食性水产动物利用率差等。故而想要获取优质蛋白质源用于水产养殖，要积极开发研究新型饲料蛋白质源，从而可以更好地为水产养殖服务。故而基于“不与人争粮、不与粮争地”的原则，蓝色粮仓项目对水产新型饲料蛋白质源进行了相关研究，研究课题主要为水产动物新型高效非粮蛋白质源研发与评估、水产功能性饲料添加剂研发与应用、基于新型非粮蛋白质源的水产饲料加工技术、典型养殖模式下水产动物营养精准调控技术、水产动物品质和安全的饲料营养调控技术。从海水鱼、淡水鱼、肉食性、草食性和虾类等方面选取了大黄鱼、草鱼、大口黑鲈、凡纳滨对虾进行研究。养殖动物精准营养路线主要从原料、添加剂、加工、投喂、品质方面进行调整。针对原料，设置了新型高效非粮蛋白质源开发、营养卫生指标及抗营养因子快检与数据库构建、有毒有害物质系统消减技术、非粮蛋白质源品质综合评价等任务。

对于原料品质提升，选择乙醇梭菌蛋白、昆虫蛋白和藻类蛋白，通过系列工艺提升其品质。针对乙醇梭菌蛋白研发出了乙醇梭菌蛋白品质提升技术。对于藻类蛋白，以小球藻为研究对象，研发出了高产量的小球藻。另外还对新型蛋白质源中的重金属含量进行了分析，发现26种元素中有19种元素含量在不同原料品种中存在显著差异。

针对棉籽、豆粕建立了抗营养因子高效脱除技术：发酵脱除棉酚、发酵降解豆粕抗营养因子、发酵降解烷基酰胺和生物碱。针对浓缩棉籽蛋白有毒有害物质系统消减以及品质提升，首先筛选游离棉酚去除效果最佳的复合发酵条件及技术，在分别接种冻干乳酸菌(109)、植物乳酸菌(109)、米曲霉(109)、短小芽孢杆菌(108)、枯草芽孢杆菌(108)和酵母(109)发酵48小时后，棉粕中游离棉酚的去除率分别为65.62%、65.04%、26.85%、73.45%、64.12%和67.13%；还评价了Fe2+、活性炭和阿魏酸对棉酚的消减作用，饲料中添加0.2%FeSO4、1.5%活性炭或20毫克/千克阿魏酸(FA)均可显著缓解高棉粕饲料(HCM)中游离棉酚(400毫克/千克)对草鱼生长的抑制。固态发酵条件下，豆粕中抗营养因子实现98%以上脱除，有效减轻动物肠道不适等症状。发酵豆粕中小肽含量及酸溶蛋白含量增加，可提高营养吸收率。同时，还建立了不同蛋白质源的消化率数据库。

开发的水产专用蛋白酶抑制剂显著改善了养殖效果。蛋白酶PA1增强了草鱼对低氧应激的抵抗能力，水产专用茶树精油对自由基具有较好的清除作用。乙醇梭菌蛋白替代10%鱼粉显著降低了罗氏沼虾生产性能。100～200毫克/千克茶树精油可缓解低鱼粉的负面影响并提高氨氮应激后存活率。研发出水产专用复配植物精油，复配植物精油耐受80℃和110℃高温，稳定性好，适用于水产饲料加工。添加青蒿素可改善乙醇梭菌蛋白替代鱼粉引起的鲈鱼生长下降，青蒿素对嗜水气单胞菌具有抑菌作用，乙醇梭菌蛋白替代75%鱼粉可降低鲈鱼生长，0.125%青蒿素可缓解乙醇梭菌蛋白替代鱼粉对鲈鱼生长的负面影响。三丁酸甘油酯的添加可缓解乙醇梭菌蛋白替代鱼粉造成的大黄鱼生长下降，三丁酸甘油对嗜水气单胞菌具有抑菌作用，乙醇梭菌蛋白替代45%鱼粉显著降低大黄鱼生长，而0.05%三丁酸甘油酯可缓解乙醇梭菌蛋白替代鱼粉对大黄鱼生长的负面影响，达到鱼粉组水平的效果。水产专用丁酸梭菌可改善凡纳滨对虾的生长和健康，当棉籽浓缩蛋白替代30%的鱼粉蛋白时，饲料中添加丁酸梭菌可显著提高凡纳滨对虾血清抗氧化能力、免疫力和肠道消化酶活性；当饲料中添加0.12%的丁酸梭菌时，凡纳滨对虾取得最好的生长效果。添加壳寡糖可改善珍珠龙胆石斑鱼生长性能，棉籽浓缩蛋白替代45%鱼粉饲料中添加壳寡糖可改善珍珠龙胆石斑鱼的生长、肠道形态、微生物群组成、抗乳化能力和免疫反应，其最适添加量为0.45%。同时，还构建了不同蛋白质原料加工理化特性数据库，建立了蛋白质原料膨化加工特性数据库；并研究了乙醇梭菌蛋白替代鱼粉影响对虾饲料硬度和容重、基于鱼粉和棉籽浓缩蛋白质的调制参数与饲料硬度的关系，明确不同蛋白质源饲料的加工能耗和质量。

大黄鱼、大口黑鲈、凡纳滨对虾、异育银鲫对不同蛋白质源的利用都不同。不同蛋白质源在大黄鱼饲料中替代鱼粉，会导致硬度、弹性、咀嚼性、剪切力下降，黏附性升高。不同蛋白质源在主要代表种中替代鱼粉(或豆粕)的比例不同。不同蛋白质源组合可提高大口黑鲈、异育银鲫的生长性能。通过研究不同的投喂水平对大口黑鲈利用单一蛋白元的影响，发现通过提高投喂频率可提高鱼的生长，对饲料和PER的影响在不同蛋白质源之间存在差异；提高投喂频率可改善替代蛋白质源饲料在大口黑鲈上的生长性能。鱼粉和小球藻饲料交替投喂可以获得接近鱼粉的生长性能，不同的蛋白质源饲料溶失率存在差异。

初步探明新型蛋白质源对代表品种品质的影响及代谢基础。以草鱼为例，与对照组相比，新型蛋白质源替代豆粕对草鱼的末重、特定生长率、饲料系数无显著差异；乙醇梭菌蛋白30%、45%、75%替代组的末重、特定生长率显著高于100%替代组；新型蛋白质源对草鱼肌肉粗脂肪和水分均无显著影响，对粗蛋白质和粗灰分含量有一定的影响，其中黄粉虫蛋白和乙醇梭菌蛋白30%替代组肌肉粗蛋白含量显著高于对照组；棉籽浓缩蛋白75%肌肉粗蛋白含量显著高于对照组；乙醇梭菌蛋白75%替代组肌肉粗灰分显著高于对照组；新型蛋白质源对草鱼肌肉氨基酸组成与含量无影响；黄粉虫蛋白30%和100%处理组质构优于对照组，主要表现在黏附性和弹性方面；乙醇梭菌15%、30%、75%和100%处理组质构优于对照组，主要表现在硬度和黏附性方面；棉籽浓缩蛋白处理组质构优于对照组，主要表现在剪切力、黏附性和弹性方面；新型蛋白质源替代饲料豆粕未对草鱼肌肉肌纤维大小产生影响。

以大口黑鲈为例，棉籽浓缩蛋白70%、100%替代组肌肉咀嚼性、黏聚性和100%替代组肌肉剪切力显著低于对照组；脱脂黑水虻虫粉75%替代组有较高的肌肉硬度和弹性，对肌肉黏附性与内聚性无显著影响；乙醇梭菌蛋白替代鱼粉对大口黑鲈肌肉持水力没有显著影响，补充氨基酸后有降低滴水损失的趋势；棉籽浓缩蛋白对大口黑鲈肌肉蒸失水率、24小时滴水损失没有显著影响，12小时滴水损失随替代比例升高而增高；脱脂黑水虻虫粉对大口黑鲈肌肉持水力没有显著影响。

对于草鱼而言，黄粉虫、棉籽浓缩蛋白过量替代不会引起主要品质问题；但乙酸梭菌过量替代会导致肌肉剪切力降低。针对大口黑鲈，脱脂黑水虻虫粉过量替代不会引起主要品质问题，但是乙酸梭菌过量替代会导致肌肉水分增加，蛋白质含量和硬度降低；棉籽浓缩蛋白过量替代会引起肌肉回复性下降。对于大黄鱼，黄粉虫过量替代会促进大黄鱼黄色值、剪切力下降，呈味氨基酸和肌苷酸含量下降；乙酸梭菌过量替代会引起肌肉硬度、弹性和肌苷酸含量下降；棉籽浓缩蛋白过量替代会引起呈味氨基酸含量下降。对于大菱鲆，黄粉虫过量替代会引起肌肉质构变差，整体新鲜度下降，增重率下降。对于罗非鱼，棉籽浓缩蛋白过量替代会引起肌肉黏附性上升，而弹性及内聚性下降；黄粉虫过量替代会引起肌肉硬度、胶着性增加，而咀嚼性、内聚性和弹性降低。

思考与展望：饲料原料仍然是未来产业的重要需求；新型蛋白质源的品质仍有一定的提升需求；添加剂可缓解新型蛋白质源对水产动物的负面影响；替代鱼粉、豆粕的比例对不同养殖动物有一定的差别；新型蛋白质源的加工特性可影响饲料加工性能；新型蛋白质源替代在一定程度上影响养殖动物的品质，且养殖条件也会影响动物对新型蛋白质源的利用。