发酵植物蛋白替代鱼粉对水产动物的影响

■ 罗 悦 张蕉南 向 倩 王帅杰 陶 敏 贺妮莎 吴建军*

（1.武汉新华扬生物股份有限公司，湖北武汉 430074；2.福建省特种水产配合饲料重点实验室，福建天马科技集团股份有限公司，福建福州 350308；3.湖北大学生命科学学院，湖北武汉 430062）

自20世纪80年代末以来，野生鱼类的年捕鱼量一直保持在86～93 亿吨，远远不能满足人类对优质水产品日益增长的需求，预计到2030 年，全球鱼类供应需求预计达到186 亿吨，故需要更大规模的水产养殖来满足日益增长的需求[1]。许多养殖鱼类饲料的主要蛋白源为鱼粉，鱼粉因其富含多种有益氨基酸、必需脂肪酸、矿物质及水溶性维生素等营养物质，而被广泛应用于水产饲料[2]。然而，随着鱼粉需求量逐年上升，加上对自然资源的过度开发，其价格也一路飙升且供应不稳定，所以迫切需要寻求能够部分或者全部替代鱼粉的经济高效、生态友好和可持续发展的潜在植物资源。

替代鱼粉的植物蛋白原料，需要具有来源广泛、高性价比、高蛋白含量、丰富的氨基酸种类和适口性好等特性。豆粕、菜籽粕、棉籽粕和花生粕因具有以上特点通常被用来替代鱼粉，但由于它们含多种抗营养因子和不利于水产动物消化吸收的大分子物质，降低了它们在水产饲料中的利用价值[3-6]。因此，提高植物原料的利用效率，改善其营养价值，充分释放植物原料替代鱼粉的潜能，是国内外水产饲料原料开发的研究焦点。

近年来，随着发酵技术的迅速发展，通过微生物发酵对植物性饲料原料进行预处理已成为降低植物性饲料原料中的抗营养成分、提升其营养饲用价值的有效措施。大量的研究数据表明，植物性原料中的蛋白质、多糖、脂肪等营养成分在微生物的作用下能够降解成可溶性寡肽、寡糖、有机酸等小分子物质[7-8]。除此之外，微生物在生长发酵过程中还能够产生一些维生素、细菌素等未知因子，提高植物饲料原料的营养价值，并且其发酵后能形成一种独特的香味，可促进水产动物摄食，增强免疫能力[9-13]。鉴于发酵植物原料的饲用价值，不少研究者和饲料企业开始尝试采用发酵植物原料来替代水产饲料中的鱼粉，对不同水产动物进行试验，取得相当好的效果。文章对发酵植物原料作为鱼粉替代品在水产饲料中的应用进行综述，以期为其在水产饲料中的研究提供参考。

1 发酵豆粕替代鱼粉对水产动物的影响

1.1 发酵豆粕在水产饲料中替代鱼粉

豆粕是植物油粕饲料中产量最大、用途最广的一种，一直以来都是配合饲料生产中的首选植物蛋白原料，也是鱼粉替代的首选蛋白原料，但豆粕的适口性差，且存在抗原蛋白、凝集素和非淀粉多糖等抗营养因子，从而限制其在鱼粉替代方面中的广泛使用[11]。发酵后豆粕的营养品质得到较大幅度的改善[14]，且抗营养因子含量也有较大程度降低[15]，在鱼粉替代方面较普通豆粕具有更大的价值[16]。表1总结了发酵豆粕对不同种类水产动物饲料中鱼粉的替代情况，从中可以看出，在肉食性鱼类中，由于肉食性鱼类对饲料中蛋白质的数量和质量的需求都较高，采用发酵豆粕替代其饲料中的鱼粉时，发酵豆粕对鱼粉的替代量多在鱼粉用量的50%以下，鱼粉替代量过高时会造成养殖动物肠道和肝脏等组织器官的发育障碍和损伤[17-34]；而发酵豆粕替代鱼粉饲养杂食性鱼类时，可替代高达60%的鱼粉，并且不会对鱼类的生长造成损伤[36]。发酵豆粕替代鱼粉用来饲养虾、蟹、蛙和鳖的研究较少，其替代量为50%以下[42-48]。

表1 发酵豆粕对鱼粉的替代

饲料中发酵豆粕的替代鱼粉包括等蛋白替代和等比例替代两种方式，其中以等蛋白替代鱼粉时，发酵豆粕的使用量较大，当发酵豆粕以等比例替代鱼粉时，受蛋白含量的影响，发酵豆粕的用量不宜过大，鱼类一般不建议高于5%，否则会对生产性能产生负面效应[33，35]。

1.2 发酵豆粕替代鱼粉对水产动物的影响

1.2.1 发酵豆粕替代鱼粉对水产动物饲料利用的影响微生物发酵豆粕的过程中会分泌多种酶类，将豆粕中的大分子蛋白分解成小分子肽类和氨基酸等物质，提高水产动物的消化吸收率，从而提升发酵豆粕对水产动物的饲料利用[49]。Zhang 等[31]用豆粕和发酵豆粕分别等蛋白替代鱼粉饲养大菱鲆（Scophthalmus maximus L.），在鱼粉相同替代水平下，发酵豆粕替代组对饲料的利用率显著高于豆粕替代组。He 等[22]以同样的替代方式替代鱼粉饲养大口黑鲈（Micropterus salmoides），研究发现饲料中使用发酵豆粕替代30%鱼粉对大口黑鲈的饲料系数和肥满度没有影响；而使用发酵豆粕替代超过45%鱼粉组大口黑鲈的干物质消化率、蛋白质消化率和粗脂肪消化率显著低于对照组，饲料的蛋白质效率较对照组也显著下降。Wang等[30]以相同方式替代鱼粉饲养大黄鱼幼鱼（Larimichthys crocea）发现，发酵豆粕替代鱼粉在45%以下，幼鱼增重率和特定生长率与对照组无明显差异。

1.2.2 发酵豆粕替代鱼粉对水产动物生长性能的影响已有大量研究表明，使用发酵豆粕适量替代鱼粉并不会对水产动物的生长性能造成不良影响，而过量使用发酵豆粕替代鱼粉会对水产动物的生长性能产生负面效果。He 等[22]采用发酵豆粕等蛋白替代鱼粉饲养大口黑鲈，发酵豆粕替代不超过30%鱼粉对大口黑鲈的特定生长率和肝体比影响不显著。Hang 等[23]研究以相同的替代方式替代超过30%鱼粉饲养大口黑鲈时，其增重率显著降低。Zhang 等[31]过量使用发酵豆粕等蛋白替代鱼粉，大菱鲆的增重率和特定生长率显著降低。Novriadi 等[50]利用发酵豆粕替代鱼粉对鱼类生长性能和饲料系数的影响进行Meta 回归分析，结果表明，发酵豆粕在鱼类日粮中的添加量为15%～44%时，可提高鱼类的饲料系数水平，超过此范围会对鱼类的生长性能产生不利影响。

1.2.3 发酵豆粕替代鱼粉对水产动物机体健康的影响健康是动物可持续生长的基础，机体的免疫能力对于生活在复杂水环境中的水产动物至关重要。肠道是水产动物消化吸收、免疫和内分泌的重要器官，肠道中含有大量益生菌，其通过防御病原体、维持肠上皮细胞的健康和代谢其他难以消化的化合物，不断影响肠道稳态[51]。肠道健康是确保动物机体功能正常生长和发育的关键。发酵豆粕中不仅含有诸多有益微生物和促进肠道益生菌生长的底物，同时发酵过程中还会释放一些天然活性物质，如酚类和类黄酮等，这些物质可提高水产动物的抗病力，从而提高成活率[51-54]。饲料中发酵豆粕对鱼粉的适量替代可以在一定程度上有效抑制肠道有害细菌的增殖。然而，投喂较高水平的发酵豆粕，易致使鱼类肠道微生态系统遭到破坏，导致肠道感染，生长受到抑制。Zakaria等[28]使用发酵豆粕等蛋白替代饲料中25%鱼粉饲养非洲鲶鱼（Clarias gariepinus），其体内胆固醇、白蛋白、球蛋白和总蛋白水平均显著升高，且其体内的红细胞、白细胞、血红蛋白水平、平均红细胞血红蛋白浓度、红细胞分布宽度、血小板、平均血小板体积和血小板分布宽度在各处理间差异显著，较对照组显著提高；刘韬等[42]研究也同样表明发酵豆粕等蛋白替代凡纳滨对虾日粮中的适当比例鱼粉，可提高凡纳滨对虾相关免疫酶活性，上调免疫相关基因表达。

发酵豆粕过量替代鱼粉会对水产动物的血清生化、免疫和抗氧化指标等产生不利作用。He 等[22]研究表明发酵豆粕替代鱼粉比例超过60%显著降低大口黑鲈的血清总蛋白含量、胆固醇含量以及肠道绒毛宽度；Zhang 等[31]研究证明，与对照组相比，发酵豆粕替代45%鱼粉组大菱鲆肠绒毛高度和固有层宽度无明显变化，豆粕替代45%鱼粉组大菱鲆肠绒毛高度和固有层宽度变化显著，而且其凋亡相关基因和紧密连接相关基因mRNA 水平均显著低于对照组。陈明哲等[46]试验表明，随着发酵豆粕等蛋白替代牛蛙日粮中鱼粉比例的增加，其小肠绒毛固有层内产生大量的嗜碱性颗粒，绒毛高度显著降低。

2 发酵菜籽粕对鱼粉的替代及对水产动物的影响

2.1 发酵菜籽粕对水产饲料中鱼粉的替代

菜籽粕是菜籽油生产的副产品，其产量仅次于豆粕，菜籽粕含有33%～45%的粗蛋白，由于其氨基酸平衡良好，被认为是一种优质的蛋白质来源[55]。但菜籽粕中植酸、酚类化合物和蛋白酶抑制剂等抗营养因子，影响动物的消化率，从而限制其在水产动物饲料中的利用[56]。随着发酵技术的成熟，发酵菜籽粕中的抗营养因子如芥酸和硫代葡萄糖苷的水平逐渐降低，发酵菜籽粕在水产动物中替代鱼粉的比例显著增加[57-59]。发酵菜籽粕替代鱼粉同发酵豆粕一样包括等蛋白替代和等比例替代两种方式（见表2），采用发酵菜籽粕替代饲料中鱼粉时多采用等蛋白替代，如使用发酵菜籽粕等蛋白替代真鲷(Pagrus major)饲料中56.25%的鱼粉，和等蛋白替代尖吻鲈(Lates Calcarifer)饲料中50%的鱼粉时，不对其机体健康产生负面影响[58-59]。在虾类尤其是南美白对虾的研究中，发酵菜籽粕替代鱼粉比例建议不超过6.44%，否则会对机体生长性能造成损伤[60]。

2.2 发酵菜籽粕替代鱼粉对水产动物的影响

2.2.1 发酵菜籽粕替代鱼粉对水产动物饲料利用的影响

发酵菜籽粕与传统菜籽粕相比，其饲用价值显著提升、抗营养因子显著降低，适口性大幅改善，有效提高水产动物对菜籽粕的饲料利用[9]。Dossou 等[69]试验证明菜籽粕和发酵菜籽粕替代部分鱼粉的日粮饲养真鲷，对照组和鱼粉替代率50%的发酵菜籽粕组的鱼体饲料利用率显著高于替代率50%菜籽粕组；并且其成年后饲料转化率、蛋白质利用率、蛋白质表观消化率与对照组相比没有显著变化[58]。

2.2.2 发酵菜籽粕替代鱼粉对水产动物生长性能的影响

发酵菜籽粕中的有益微生物有助于水产动物的消化，有效提高水产动物的增重。菜籽粕发酵之后产生的不饱和脂肪酸，不仅可提高饲料的适口性，还可刺激水产动物的食欲，帮助水产动物良好生长，替代一定比例鱼粉对水产动物的生长性能不产生显著影响。Dossou 等[58]采用发酵菜籽粕等蛋白替代鱼粉饲养真鲷幼鱼，发酵菜籽粕可成功替代饲料中56.25%的鱼粉，且不会对幼鱼的最终体重、增重、特定生长率和摄食量产生负面影响；Jannathulla 等[60]试验使用菜籽粕和发酵菜籽粕等比例替代鱼粉饲养南美白对虾，其中75 g/kg发酵菜籽粕替代鱼粉的增重率与对照组相当，而添加高于25 g/kg菜籽粕组则有降低增重的趋势。

2.2.3 发酵菜籽粕替代鱼粉对水产动物机体健康的影响

菜籽粕发酵过程中产生的有益物质能够有效弥补菜籽粕直接饲养动物所带来的健康问题。Dossou等[59]研究表明发酵菜籽粕替代52.25%鱼粉日粮饲养真鲷幼鱼对幼年真鲷的肥满度、肝体比和脏体比以及消化道中的蛋白酶活性没有负面影响，也不影响成年真鲷的蛋白酶活性、鱼体指数和存活率；对比菜籽粕和发酵菜籽粕饲养真鲷，鱼粉替代率为50%的发酵菜籽粕组溶菌酶和杀菌活性都显著高于鱼粉替代率为50%的菜籽粕组，丙二醛和活性氧代谢产物显著低于鱼粉替代率为50%的菜籽粕组[69]。

3 其他发酵植物原料替代鱼粉对水产动物的影响

3.1 其他发酵植物原料对水产饲料中鱼粉的替代

植物性原料除了豆粕、菜籽粕之外，还有花生粕、棉籽粕和玉米加工副产品等植物饲料，它们来源广泛，数量多，成本低，在替代鱼粉生产水产饲料的应用中备受关注，但由于其在水产饲料中利用率低，应用效果并不显著。而通过发酵后植物性原料可有效提升其营养水平，提高在水产饲料中的利用价值[61-68]。使用发酵植物原料替代鱼粉且采用等蛋白替代方式，饲养杂食性鱼类时，发酵植物原料最高可替代饲料中约66.67%的鱼粉而不影响鱼类的正常生长[63]；饲养肉食性鱼类时，一般不建议替代超过10%的鱼粉[68]；而饲养虾类时，不推荐替代高于6%的鱼粉[60,64]。

3.2 其他发酵植物原料替代鱼粉对水产动物的影响

充分利用农作物资源，有利于实现植物蛋白的资源化利用，还能有效缓解鱼粉的短缺。发酵植物原料中抗营养因子显著降低，适口性增强，极大地促进水产动物对饲料的吸收利用，增强水产动物的生长性能。多项研究发现，发酵植物原料适量替代鱼粉后，水产动物的生理机能并未产生显著负面影响。Slotan等[67]研究发现用发酵葵花籽粕等蛋白替代罗非鱼（Acanthopagrus schlegelii）饲料中25%的鱼粉，鱼的终体重、增重、特定生长率、采食量最高，饲料转化率和蛋白质效率最好。He 等[65]试验表明用发酵大米蛋白替代鱼粉饲养杂交石斑鱼幼鱼（Epinephelus fuscoguttatus ♀×Epinephelus lanceolatus ♂），与对照组相比，鱼粉替代率为10%试验组的增重率、特定生长率和饲料系数没有显著差异，幼鱼存活率显著提高。Ktya 等[66]研究发现日粮中用发酵蘑菇副产物替代5%鱼粉对鲶鱼(Silurus asotus)的日增重、特定生长率和蛋白质效率无负面影响，各组间血清学参数无显著差异。

4 结论

发酵植物原料替代鱼粉不仅可提高水产动物对饲料的利用效率，还能有效增加饲料中有益活性物质，促进水产动物的生长性能和机体健康。但发酵植物原料替代鱼粉存在着诸多局限性：①当发酵植物原料替代鱼粉的比例较高时，来源于鱼粉的活性成分减少，从而导致水产动物的生长性能和免疫功能下降，还需要更多关于发酵植物原料替代鱼粉的研究，从而针对不同水产动物得到不同发酵植物原料替代鱼粉的最佳替代量；②在发酵植物原料替代鱼粉的应用试验中，评估指标目前比较单一，多集中评定水产动物的生长性能方面，有关水产动物机体健康方面的研究较少；③目前使用发酵植物原料替代鱼粉饲养水产动物的应用效果研究较少，尤其是在虾类、蟹类和鳖类的研究，还需对不同的发酵植物原料替代鱼粉饲养水产动物进行大量的应用效果分析并对相关机理深入研究。