小議影響羽毛粉在水產養殖應用的因素范文
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1羽毛粉在水產養殖中的應用效果
目前，研究者在大西洋鮭（Salmosalar.L）（Bransden等，2001）、鯉魚（沈維華等，1993）、鮸狀黃姑魚（Nibeamiichthioides）（Wang等，2006）、虹鱒（Oncorhynchusmyriss）（Koops等，1982）、銀大馬哈魚（Oncorhynchuskisutch）（Hasan等，1997）、大鱗大馬哈魚（Oncorhynchustshawytscha）（Fowler，1990）和南亞野鯪（Labeorohita）（Hasan等，1997）等上均進行了羽毛粉的研究，研究結果顯示，用羽毛蛋白部分替代其他蛋白源是可行的，但替代水平因羽毛粉的品質、加工方法、試驗魚的種類、大小和養殖條件而存在差異。Tiews等（1979）研究指出，虹鱒飼料中添加50%羽毛粉是可行的。Bureau等（2000）研究報道，虹鱒飼料中添加15%羽毛粉（提供20%蛋白質）不影響其攝食和生長性能。然而，Roley等（1977）對大鱗大馬哈魚的研究發現，其生長性能和羽毛粉含量成負相關。沈維華等（1993）用常溫常壓處理的羽毛粉替代鯉魚飼料中0%、50%和100%的魚粉，試驗結果表明，羽毛粉替代鯉魚飼料中50%的魚粉，并不會引起氨基酸的消化率顯著下降，而100%替代會導致飼料氨基酸消化率的顯著下降。Brans-den等（2001）用水解羽毛粉替代飼料中40％的魚粉蛋白時，大西洋鮭的增重和蛋白質累積率顯著低于對照組。Wang等（2006）對鮸狀黃姑魚的研究發現，當飼料中添加3.5%的羽毛粉，對魚生長和飼料利用效率產生明顯消極影響。Li等（2009）研究指出，9.4%的羽毛粉替代飼料中25%的魚粉，不影響點帶石斑魚（Epinephelusmalabricus）的正常生長。Fowler（1990）報道，15%的羽毛粉替代飼料中48%的魚粉（對照飼料含39%的魚粉）對大鱗大麻哈魚生長、飼料效率及滲透壓的調節并無顯著影響。Hasan等（1997）用羽毛粉（在250℃下焙燒2.5h并水解處理）替代對照組中的25%、50%、75%和100%的魚粉蛋白，評價羽毛粉作為南亞野鯪飼料蛋白源的可行性。結果表明，當飼料中羽毛粉替代魚粉蛋白比例分別為25%和50%時，南亞野鯪的生長性能和飼料效率與對照組差異不顯著；75%和100%組顯著低于其他組，這可能是因為少量添加時，不會顯著影響飼料的適口性和氨基酸組成，不會抑制魚類的生長；但是添加量較高時，則會顯著降低飼料的適口性，改變飼料的氨基酸組成，從而嚴重抑制魚類的生長。由此可見，用部分羽毛粉替代魚粉是可行的，有利于養殖經濟效益的提高。
2.1與魚粉相比，羽毛蛋白質中10種必需氮基酸組成極不平衡，組氨酸為第一限制氨基酸，蛋氨酸為第二限制氨基酸、色氨酸、賴氨酸含量也很低（吳建開等，2000；榮長寬等，1994），所以很難被水產動物有效利用。但是異亮氨酸（4.21%）、亮氨酸（6.78%）和纈氨酸（7.23%）含量高于其他動物性蛋白，因此，羽毛粉是提高配合飼料中亮氨酸和纈氨酸的最佳飼料源。羽毛在加工過程中，持續的蒸汽，會使熱敏氨基酸受到破壞，如蛋白質在強烈的加熱處理時會發生交聯反應，生成氨基酸的衍生物像賴丙氨酸等，從而大大降低羽毛產品的生物學價值。Bureau等（2000）研究指出，當飼料中添加20%的羽毛粉時，會降低虹鱒的生長性能和飼料效率，可能是因為羽毛粉中賴氨酸或其他氨基酸含量不足。當飼料中羽毛粉的添加量逐漸升高時，其氨基酸的不平衡性表現得越來越明顯，影響蛋白質的合成，對生長的抑制作用也就越來越顯著。
2.2消化率低消化率的高低直接影響水產動物對羽毛粉的利用。羽毛蛋白結構中含有較多的二硫鍵分子，結構高度穩定，在一般條件下不易水解，也不利于被水產動物消化吸收。研究表明，虹鱒對蒸汽水解羽毛粉的消化率為77%～87%（Bureau等，2000；Sugiura等，1998）。張益奇等（2011）研究指出，未處理的羽毛樣品的胃蛋白酶體外消化率僅有10.5%，羽毛經過汽爆處理后，角蛋白的胃蛋白酶消化率大幅度提高。吳建開等（2000）研究報道，尼羅羅非魚對水解羽毛粉的蛋白質消化率為93.36%，與秘魯魚粉相近（92.21%），顯著高于尼羅羅非魚對羽毛粉的消化率（77%）。羽毛粉的消化率因加工工藝不同而不同。Barbour等（2002）研究報道，酶解羽毛粉的真可消化氨基酸（80.6%）明顯高于高壓水解羽毛粉（71.4%）。梁丹妮等（2011）研究得出，建鯉對膨化羽毛粉和酶解羽毛粉的粗蛋白質表觀消化率分別為66.51%和75.64%。林可椒等（1990）分別以綜合法、高溫高壓法、酸水解法制取的羽毛粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及秘魯魚粉作動物蛋白，進行消化率對比試驗。結果表明，白鯽對羽毛粉Ⅰ（71.36%）、Ⅲ（73.14%）的蛋白質消化率顯著高于羽毛粉Ⅱ（35.64%）和魚粉（63.49%）。尼羅羅非魚對賴氨酸和組氨酸消化率很低（吳建開等，2000），賴氨酸消化率較低是由于飼料原料在加工時，賴氨酸的ε-氨基同飼料原料中非蛋白質分子，如轉化糖、脂肪醛和游離棉酚等反應，形成在生物學上不能被利用的化合物（Wilson等，1981）。羽毛粉的消化率因實驗動物不同而不同。紀文秀等（2010）研究發現，花鱸對羽毛粉蛋白質消化率為86.09%，高于大西洋鱈（62.4%）（Tibbetts等，2006）、許氏平鱧由（Sebastesschlegeli）（79%）（Lee，2002）。
3改善羽毛粉應用效果的措施
3.1理化處理法
3.1.1高溫高壓水解法原理是采用高溫、高壓、蒸汽水解法，破壞羽毛蛋白中的二硫鍵和氫鍵，把羽毛蛋白質轉化為動物能消化吸收的可溶性蛋白。羽毛粉水解后營養物質平衡，含有大量易消化的粗蛋白質及必需氨基酸，同時水解羽毛粉中還含有大量生長因子。優點：工藝簡單、操作方便、反應周期短、無污染；缺點：能耗大，一次性投資大，持續過度的蒸汽加熱處理會破壞一些熱敏氨基酸（半胱氨酸、賴氨酸）等。張益奇等（2011）研究表明，汽爆技術可顯著提高羽毛蛋白的消化率以及溶解性，1.8MPa，60s時，大約92%的羽毛角蛋白能夠轉化為胃蛋白酶消化的形式。
3.1.2膨化法原理是利用高壓、高溫以及一定的催化劑在短時間內將羽毛蛋白內的二硫鍵斷裂，加工成具有多孔結構的產品。膨化具有水解、均質、脫水、殺菌等作用。原料經膨化后，可使蛋白質變性，結構變松散，提高蛋白質利用率。周興華等（2005）試驗結果表明，羽毛粉經膨化后，蛋白質含量增加，齊口裂腹魚腸道、肝胰臟對膨化飼料粗蛋白質的離體消化率上升41.09%，顯著高于非膨化飼料（25.84%）。膨化法的優點是設備少、投資低、加工成本低、氨基酸破壞少、消化率高、生產過程中無環境污染。
3.1.3酸處理法將一定量的羽毛與一定濃度、體積的酸混合加熱水解，再中和干燥。酸能使羽毛角蛋白的二硫鍵斷裂，將羽毛蛋白分解成多個氨基酸分子，大大增加了羽毛粉中氨基酸態氮的含量，使羽毛蛋白分解成可消化吸收的蛋白。該法成本低，操作簡便，但此方法生產的產品中鹽分較高，工藝較復雜，對環境污染較重，酸濃度太小，水解不完全，酸濃度過高，羽毛水解率越高，但氨基酸破壞越明顯。
3.1.4堿水解法堿液水解時，除色氨酸外，產生的大量游離氨基酸會因消旋而受到破壞，而大部分D型游離氨基酸無法被動物體消化吸收（沈同和王鏡巖，1990）。一般作為醫藥原料。堿水解法需消耗大量的堿，產品含鹽量過高，適口性差，且污染環境。
3.1.5經酶解后的羽毛粉蛋白質消化率較高，可消化蛋白質高達85%。目前普遍認為微生物角蛋白酶降解角蛋白的作用分為三個過程：變性作用、水解作用和轉氨基作用。已發現30余種微生物可分泌角蛋白酶，包括細菌（芽孢桿菌、溶桿菌屬和微桿菌屬）、真菌（黃曲霉）和放線菌（鏈霉菌屬）等。Lee等（1991）把微量的粗角蛋白酶混入磨碎的羽毛和市售羽毛粉中，兩種羽毛粉的消化率分別從30%和77%提高到66%和90%。徐墨蓮和殷秋妙（1994）研究報道，將高壓水解羽毛粉與復合酶（含胰蛋白酶、胃蛋白酶等）混合，在38～40℃下液化處理3h，底物可溶性蛋白由10.97%提高至29.72%。裴敏雅等（2007）研究結果表明，復合酶在一定的條件下（40℃，32h）可有效降解羽毛產生的多肽、寡肽和游離氨基酸。酶解殘渣中富含17種氨基酸，胃蛋白酶消化率大于80%，其粗蛋白質含量與胃蛋白酶消化率均高于進口魚粉。利用角蛋白酶或降解角蛋白的微生物對角蛋白進行分解，效果好，但生產成本高。
3.2微生物發酵微生物發酵過程中產生的角蛋白酶可以改變角蛋白的結構，促進角蛋白的降解，另外微生物發酵產品中富含對動物機體有益的微生物，其本身就是對蛋白質營養價值的補充，因此利用微生物發酵法，是提高羽毛的利用率的一種理想的方法。微生物發酵與其他方法相比有以下優點：（1）原料經發酵后產品苦味減少，具有特殊香味，適口性好；（2）微生物發酵可提高產品營養價值，并產生大量的角蛋白酶和其他酶系，能夠促進羽毛角蛋白分解為更多的小肽和游離氨基酸；（3）產生大量益生菌，調節動物機體胃腸道微生態平衡；（4）發酵過程中可產生多種水解酶，并富含B族維生素等。（5）微生物發酵減少了熱敏性氨基酸的損失。程福亮等（2008）研究結果表明，采用米曲霉和乳酸桿菌聯合發酵羽毛粉60h，聯合發酵后羽毛粉的胃蛋白酶消化率可達82%以上，與對照組相比提高了約8%。張昕（2010）研究發現，經枯草芽孢桿菌菌株發酵72h，羽毛降解率達到69.61%，羽毛角蛋白大量轉化為氨基酸、短肽和菌體蛋白，發酵液的氨基酸含量高達22.66mg/mL。Williams等（1990）研究報道，嗜熱地衣形桿菌（PWD-1株）能發酵羽毛并將其轉變為部分水解產物，營養價值和飼用大豆蛋白質相當。張鳳清等（2006）研究報道，經生物轉化后的羽毛粉氨基酸含量充足，蛋白質的表觀消化率高達91.08%，蛋白質的生物學價為83.79%。Sangali和Brandelli（2000）從厭氧消化系統中分離到一株羽毛降解菌Vibriosp.strainkr2，在25～30℃下，48h內該菌幾乎使羽毛完全降解。由此可見，利用微生物發酵法降解羽毛角蛋白，可顯著提高營養物質的利用率。
3.3添加晶體氨基酸或蛋白源混合搭配提高飼料氨基酸的平衡性蛋白質的營養實質是氨基酸的營養。氨基酸的平衡，尤其是賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸三大限制性氨基酸的平衡問題是影響動物生產水平的關鍵因素。羽毛粉缺乏組氨酸、賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸，但精氨酸、異亮氨酸和亮氨酸含量相對較高。Pfeffer等（1994）研究證實，向含有30%酸水解羽毛粉的飼料中添加賴氨酸，能夠顯著提高虹鱒生長性能及能量和蛋白沉積。夏忠國和胡宏海（1993）研究指出，如果將家禽屠宰副產品與羽毛粉按5.7∶4.3的比例混合，并補充所缺乏的賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸，可達到魚粉的飼喂效果。有報道表明，用含12%、25%、37%及50%羽毛粉的飼料飼喂牙鲆，發現12%羽毛粉組的體增重、飼料效率、蛋白質效率與魚粉對照組無明顯差異，并指出添加結晶氨基酸可提高羽毛粉的營養效價。與單一原料替代魚粉相比，羽毛粉和其他蛋白原料配合使用，可以發揮蛋白質的互補作用，達到必需氨基酸平衡，以保證飼料蛋白質具有較高的營養價值。這在對銀大馬哈魚（Hasan等，1997）、虹鱒（Steffens，1994）和點帶石斑魚（Wang等，2008）的研究中均得到證實。Guo等（2007）研究發現，將雞肉粉、肉骨粉、羽毛粉和血粉配合使用可提高其對鮸狀黃姑魚飼料中魚粉的替代水平。Nengas等（1999）報道，金頭鯛稚魚飼料中的魚粉蛋白可以被羽毛粉和肉粉（1∶3）全部替代，而對其生長未產生明顯影響。Bransden等（2001）對大西洋鮭的研究發現，用脫皮羽扁豆粉和水解羽毛粉混合物提供40%的飼料蛋白時，不影響其生長性能、免疫功能和血液成分。付閏吉等（2010）研究發現，在490～530g/kg飼料蛋白水平下通過添加雞肉粉、羽毛粉和血粉混合物將點帶石斑魚飼料魚粉含量降至200g/kg對魚生長性能和食物利用效率未產生明顯不良影響。
4展望
羽毛粉是一種利用價值較高的蛋白質資源，其作為蛋白源一方面可以降低養殖成本，另一方面可以減少魚粉的使用量，保護海洋漁業資源，符合水產養殖業可持續發展要求，然而，由于角蛋白具有不溶于水和抗分解的穩定性質，一般的蛋白酶很難有效地將其分解，限制了羽毛粉在水產飼料中的應用。通過理化處理和微生物發酵等手段，可以改善和提高羽毛粉的營養價值，這對提高羽毛粉在水產飼料中的添加量，緩解我國蛋白質飼料資源缺乏有重要意義。
作者：王裕玉于世亮石野楊雨虹劉大森單位：東北農業大學動物科技學院