非粮新型蛋白源生物絮团粉的营养特性及其对水生动物的影响

■ 魏小芳 李 良 朱 瑞 李登来 孟思彤 王吟涛 刘思影 吴莉芳*

（1.吉林农业大学动物科学技术学院/动物医学院，吉林长春 130118；2.动物生产及产品质量安全教育部重点实验室，吉林长春 130118；3.吉林省动物营养与饲料科学重点实验室，吉林长春 130118）

随着水产养殖业产业化、规模化程度的不断提 高，对饲料粮和优质饲料的需求不断增加，在一定程度上，资源短缺仍是新时期制约饲料业发展的瓶颈[1]。但国内优质饲料蛋白源较为紧缺，鱼粉和豆粕等水产饲料常规蛋白源主要依赖进口。我国非粮蛋白质饲料资源丰富，种类繁多，但技术研发不足，限制其在水产饲料中的应用[2]。因此，合理开发非粮新型蛋白源对降低蛋白源的进口依赖度、促进水产养殖业的可持续发展和保障国家粮食安全具有重要意义。

生物絮团技术（biofloc technology，BFT）是近年来发展起来的新型养殖水体调控与循环利用新技术。是一种新型的生态养殖技术，具有养殖水质调控及底质改善；提高饵料效率，补充营养成分；生物防控等作用[3-5]。对水产养殖绿色养殖体系的构建与实践具有重要意义，已成为国际水产养殖业的研究热点[6-9]。生物絮团是生物絮团技术的核心，由细菌、藻类、原生动物和有机碎屑等通过生物絮凝的作用形成的絮状体，包含大量的益生菌和生物活性成分，如芽孢杆菌（Bacillus）和聚β-羟基丁酸酯等[10]。生物絮团已经被Avnimelech[11]和Bueford等[12]通过同位素13C和15N标记技术证实可以被罗非鱼（Oreochromis niloticus）和南美白对虾（Litopenaeus vannamei）摄食利用。水体中的絮团含量过高会影响养殖对象的存活，在养殖过程中需要及时清除。然而，实际生产过程中过多的生物絮团却常被当作废弃物处理。因此，合理开发利用养殖水体中过多的生物絮团，对水产养殖业健康稳定发展具有重要现实意义。

生物絮团粉是生物絮团技术的副产品，是生物絮团养殖模式下养殖水体中的生物絮团经过收集加工处理而得到。生物絮团粉必需氨基酸总量（∑EAA）与氨基酸总量（∑AA）的比值大于0.4，符合联合国粮农组织/世界卫生组织（FAO/WHO）对优质蛋白质的评分标准[13]。Yu等[14-16]研究发现，在洛氏鱥（Rhynchocypris lagowskiDybowski）的饲料中添加生物絮团粉对洛氏鱥的机体健康有促进作用。并且，在鲫（Carassius auratus）、刺参（Apostichopus japonicus）和野鲮（Labeo rohita）等研究中表明，生物絮团粉可成功替代部分鱼粉，是一种优质的饲料蛋白源[17-19]。因此，生物絮团粉作为一种非粮新型蛋白源，应用在水生动物配合饲料中，可降低水产饲料对粮食类饲料资源的需求，具有广阔的应用前景。文章在查阅国内外相关文献报道的基础上，概述了生物絮团粉的营养特性及其对水生动物的影响，旨在为合理开发利用非粮饲料蛋白源，节约鱼粉蛋白，优化水生动物饲料配方提供依据。

1 生物絮团粉的营养特性

研究发现，生物絮团可提供多种营养物质，包括蛋白质、脂肪、维生素和微量营养素等[20-24]。生物絮团粉的常规营养组成见表1，其干物质中粗蛋白含量为14.37%～49.00%，粗脂肪含量0.30%～9.90%，灰分含量为3.40%～40.55%，粗纤维含量为0.60%～16.60%。生物絮团中存在大量的限制性必需氨基酸，如缬氨酸、赖氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸[25]。同时，许多研究结果表明，生物絮团粉∑EAA/∑AA＞40%，符合联合国粮农组织/世界卫生组织（WHO/FAO）∑EAA/∑AA 的比值为0.4 左右的标准，可以作为一种优质的饲料蛋白源（表2）。此外，生物絮团粉中不仅含有丰富的生物活性成分，如类胡萝卜素、叶绿素、植物甾醇、多糖和聚β-羟基丁酸酯等；还含有大量益生菌，如芽孢杆菌和乳酸菌（Lactobacillus）等，对水生动物生长性能、消化吸收功能、免疫功能和肠道菌群等具有正面作用[17-18，26-27]。研究发现，不同培养条件下生物絮团粉干物质中粗蛋白、粗脂肪和灰分含量差异较大。养殖密度、碳水化合物种类、C/N、碳水化合物添加频率、光照、曝气强度和水质参数（溶解氧、温度和盐度）等的不同以及添加益生菌会导致生物絮团粉营养成分发生显著变化[4，21，28-35]。另外，不同的加工方法也会导致生物絮团粉营养成分的变化，如：冻干法和干燥法[36]。然而，关于生物絮团粉营养组成的影响机制尚无具体报道，有待进一步研究。

表1 生物絮团粉的常规营养组成（%）

表2 生物絮团粉的氨基酸组成(%）

2 生物絮团粉对水生动物的影响

2.1 生物絮团粉对水生动物生长性能的影响

研究表明，生物絮团粉作为非粮蛋白源，在水生动物配合饲料中，能够部分或全部替代鱼粉蛋白。Promthale 等[41]研究发现，饲料中鱼粉完全被生物絮团粉替代对斑节对虾（Penaeus monodon）生长性能无显著影响。Bauer 等[45]研究表明，南美白对虾饲料中的鱼粉可完全被大豆浓缩蛋白和生物絮团粉（2：1）混合替代。在对虾饲料中用生物絮团粉替代部分鱼粉和豆粕后，发现生物絮团粉可显著提高对虾增重率和特定生长率[42]。同时，Yu 等[15]研究表明,在洛氏鱥饲料中添加不同水平生物絮团粉可显著提高洛氏鱥生长性能和饲料效率，且在添加12%时末体质量、增重率、特定生长率达到最大值。Chen等[48]研究生物絮团粉替代藻粉对刺参生长性能的影响，结果表明，饲料中适宜水平（27.74%～30.75%）的生物絮团粉可提高刺参的生长性能和饲料利用率。在南美白对虾[38]、尖齿胡鲶（Clarias gariepinus）[39]和斑节对虾[43]的研究中也有类似发现。这可能是由于生物絮团不仅是补充营养的来源，而且提供大量的益生菌和生物活性物质，对改善水生动物的生理健康起着至关重要的作用。此外，生物絮团可促进肠道胞外酶的释放，进而促进水生动物对饲料的消化利用，最终提高生长性能。然而，Kuhn等[37]在对虾、Shao等[40]在南美白对虾的研究表明，生物絮团粉替代饲料中部分鱼粉时，对其生长性能无显著影响。造成这种差异的原因可能是养殖对象种类、大小以及不同培养条件下的生物絮团粉营养组成不同。

2.2 生物絮团粉对水生动物消化吸收功能的影响

研究发现，生物絮团粉在促进水生动物消化吸收功能方面效果显著。在刺参上的试验得出，饲料中添加15%生物絮团粉可显著提高刺参胰蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性[18]。同时，Chen 等[48]用生物絮团粉替代刺参饲料中的藻粉发现，随着饲料中生物絮团粉替代藻粉比例的增加，刺参胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶活性呈先上升后下降趋势，且在替代比例为30%时，刺参消化酶活性最高。与之相似的是，Anand等[43]研究表明，饲料中添加4%～8%生物絮团粉显著提高斑节对虾肠道和肝胰腺胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶活性。Yu 等[15]研究表明，饲料中添加生物絮团粉，提高了洛氏鱥肝胰腺和肠道蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性。Shao 等[40]研究结果表明，与鱼粉相比，生物絮团粉替代15%鱼粉对南美白对虾肝胰腺蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性无不良影响，且肝胰腺α-淀粉酶和胰蛋白酶mRNA 表达量无显著变化。上述试验结果表明饲料中添加适宜水平的生物絮团粉可提高水生动物消化酶活性。这可能是因为生物絮团粉含有大量益生菌，益生菌可提高水生动物消化酶活性，其次，生物絮团粉可刺激水生动物分泌更多的内源性消化酶；另一方面，生物絮团粉可改善水生动物肠道菌群，诱导消化酶的生成。

2.3 生物絮团粉对水生动物免疫功能的影响

正常的免疫功能是保证水生动物健康生长的关键。研究发现，生物絮团粉可提高水生动物的免疫功能。Lee 等[38]在南美白对虾饲料中添加0.5%和4.0%生物絮团粉可显著提高血淋巴中的氮蓝四唑（NBT）活性，而对免疫球蛋白（Ig）水平无显著影响，这表明摄食生物絮团粉之后，会刺激南美白对虾免疫功能。Promthale 等[41]研究表明，各生物絮团粉替代组斑节对虾总血细胞量（THC）、血细胞吞噬活性和酚氧化酶（PO）活性显著高于对照组，且25%生物絮团粉替代组斑节对虾免疫功能最佳；25%生物絮团粉替代组血淋巴中前酚氧化酶-I（proPO-I）和抗菌肽（PEN-4）mRNA 表达量显著高于对照组。在刺参上的试验得出，与对照组相比，饲料中添加20%生物絮团粉可显著提高刺参总一氧化氮合酶（T-NOS）、溶菌酶（LZM）、碱性磷酸酶（AKP）和酸性磷酸酶（ACP）活性及热休克蛋白70（HSP70）、热休克蛋白90（HSP90）和LZM mRNA表达量[18]。Kheti等[19]研究发现，野鲮饲料中添加4%生物絮团粉可显著提高血清中NBT、LZM和AKP 活性及肝脏和肾脏中干扰素-γ（IFN-γ）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、补体3（C3）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白介素-10（IL-10）mRNA 表达量。在洛氏鱥的研究中发现，饲料中添加12%生物絮团粉可显著提高鳃、脾脏、肾脏、肝胰脏和肠道中LZM、AKP、C3、补体4（C4）和免疫球蛋白M（IgM）水平及核转录因子-κB（NF-κB）、TNF-#、白介素-1β（IL-1β）、白介素-8（IL-8）、IL-10和转化生长因子-β（TGF-β）mRNA表达量[15]。Ekasari 等[39]报道，尖齿胡鲶饲料中添加20%生物絮团粉可显著提高LZM和血细胞吞噬活性。这可能是因为生物絮团粉不仅补充营养来源，还含有大量益生菌如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），可完善肠道菌群结构并通过代谢物或表面抗原刺激鱼的免疫系统，与有害细菌争夺营养和附着位点，增强机体免疫功能，保护水生动物不受病原体侵害；此外，生物絮团粉中还含有大量生物活性成分，如聚β-羟基丁酸酯，可通过促进机体免疫相关基因的表达来增强水生动物的免疫功能[49-50]。

2.4 生物絮团粉对水生动物抗氧化能力的影响

水生动物发生氧化应激反应时会产生大量活性氧（ROS）。机体具有复杂的抗氧化防御系统，可平衡细胞内ROS 的产生和清除，维持水生动物的健康生长，其主要通过相关酶调控，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）等[51-52]。在南美白对虾的研究中发现，饲料中添加6%生物絮团粉可显著提高南美白对虾GPX 活性[38]。Ekasari 等[39]研究发现，饲料中添加生物絮团粉显著降低尖齿胡鲶血清中丙二醛（MDA）含量。Chen等[18]研究表明，刺参SOD 活性随着饲料中生物絮团粉含量的增加而显著升高，生物絮团粉含量为20%时，刺参SOD 活性最高。相似地，在洛氏鱥的研究中发现，饲料中添加12%生物絮团粉时，洛氏鱥肝胰脏、肠道、肾脏和鳃中SOD、CAT、总抗氧化能力（T-AOC）和GPX 水平显著高于对照组，MDA 含量显著低于对照组[15]。Wang 等[17]研究表明，饲料中添加10%生物絮团粉可显著提高鲫肝胰脏SOD、CAT 和谷胱甘肽转移酶活性，降低MDA 含量，但添加水平超过10%时，鲫的生长和抗氧化能力显著下降。上述试验结果表明添加适宜水平的生物絮团粉可改善水生动物抗氧化能力。这可能与生物絮团粉中含有丰富的生物活性物质（胡萝卜素、叶绿素和聚β-羟基丁酸酯）有关，其中聚β-羟基丁酸酯可以通过提高抗氧化相关酶的活性来增强机体的抗氧化能力[49]。

2.5 生物絮团粉对水生动物抗病力的影响

病原菌攻毒后的存活率或死亡率通常作为评价水生动物抗病力的指标。目前，有关生物絮团粉对水生动物抗病力影响的研究较少。Kheti 等[19]研究表明，饲料中添加4%生物絮团粉提高爱德华氏菌（Edwardsiella tarda）攻毒后野鲮的存活率。Chen 等[18]研究表明，饲料中添加10%～20%生物絮团粉时，灿烂弧菌（Vibrio splendidus）攻毒后刺参的存活率显著高于对照组。Promthale 等[41]研究生物絮团粉替代鱼粉对斑节对虾抗病力的影响，结果表明，生物絮团粉分别替代25%和50%鱼粉时显著降低副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）攻毒后斑节对虾的死亡率。Lee等[38]研究表明，饲料中添加4%生物絮团粉时，哈维氏弧菌（Vibrio harveyi）攻毒后南美白对虾的存活率显著高于对照组。相似地，在通过注射传染性肌肉坏死病毒（IMNV）进行攻毒测试后，不同碳源生物絮团系统生长的对虾，其PO 和呼吸爆发（RB）活性水平均高于对照组，不同碳源生物絮团组对虾的存活率都显著高于对照组[53]。上述试验结果表明，生物絮团粉可提高水生动物的抗病力。这可能是因为生物絮团粉中含有的大量生物活性成分，可激活宿主的免疫系统；另一方面，生物絮团粉含有丰富的益生菌，可改善水生动物肠道菌群，增强对病原微生物的抵抗能力，进而提高存活率。同时，生物絮团粉中益生菌的细胞壁成分和代谢产物可以作为潜在的抗氧化来源来提高抗病能力[54]。

3 小结

生物絮团粉作为非粮新型蛋白源已被证实可被罗非鱼和南美白对虾摄食利用。同时，生物絮团粉应用于水产饲料中对水生动物的生长及健康状况有较好的促进作用。生物絮团粉在水产养殖业中具有广阔的发展前景，但仍存在一些问题需要解决，如：目前关于生物絮团粉的研究较少，研究对象更多地集中在虾类，鱼类报道较少；其次，生物絮团粉在收集、分离、干燥和加工等方面技术不成熟；另外，生物絮团粉中的活性成分组成复杂，含量也不尽相同，其在水生动物中的影响机制尚不明确。为更好地合理开发利用生物絮团这一蛋白资源，需要深入了解生物絮团粉的营养特点和生物学功能，在今后的研究和发展中需要聚焦在以下几点：对更多的经济水生动物开展评估，系统研究生物絮团粉在生产实践中的应用及其对不同水生动物、不同生长阶段的适宜添加水平；加强生物絮团粉加工技术方面的研究，提高其营养价值、节约生产总成本、提升饲料的适口性和提高饲料原料利用率，推动生物絮团粉向精深加工发展；开展生物絮团粉对水生动物蛋白质代谢、脂肪代谢和肌肉生成机制研究；开展生物絮团粉生物活性物质的分离提取、纯化、鉴定及测定其在生物絮团粉中的含量，并研究其单独或协同的作用效果，将有助于阐明生物絮团粉的作用机制。