水产动物微颗粒饲料加工工艺研究进展

刘峰 艾庆辉 刘春娥

虽然水产动物微颗粒饲料（MD）的发展潜力巨大，但要达到最终的技术完善还有相当长的路要走。与幼鱼和成鱼饲料相比，生产MD是既费时，又是具有相当难度的工作。原因在于仔稚鱼相对不发达的消化系统对于饲料有着更高的要求。MD应具备高度的适口性和可消化性；同时，不可避免的是微小颗粒相对表面积大，营养成分水中溶失率相对高。这些都成为MD制作面临的主要问题。

微黏合饲料、微包膜饲料和微胶囊饲料是微颗粒饲料研制初期定义的三种主要形式。随着微颗粒饲料工艺研究的进一步深入，结合微囊化技术，每一种工艺形式都得到了补充、完善、融合和发展，并且细化出新的工艺形式。交联蛋白壁胶囊（CLW）、脂壁胶囊、脂喷颗粒和复杂颗粒都是很有潜力的微颗粒饲料产品。MD的生产工艺尚没有十分清晰的概念界定，本文对其进行了分类。

1 微黏合饲料(Microbound diet,MBD)

微黏合饲料没有明晰的包壁物质，是通过加工黏合以矩阵形式使营养物质得到聚合，保持在相对水稳定的颗粒当中。通常，起到黏合作用的成分可以是蛋白质或淀粉等营养成分，也可以是以加强黏性为专门目的的黏合剂（褐藻胶、琼脂、明胶和角叉藻聚糖等）。MBD中不同黏合剂的使用直接影响到颗粒的稳定性、营养物质的溶失、饲料的适口性和可消化性。一种黏合剂并不适合于所有的种类。Kanazawa等（1988）报道，星鲽和真鲷仔鱼饲用角叉藻聚糖为黏合剂的微颗粒饲料得到较好的生长和存活率。Person等（1993）成功地以褐藻胶和玉米醇溶蛋白作为黏合剂生产的微颗粒饲料替代舌齿鲈(Dicentrarchus labrax)仔鱼常规使用的生物饵料。相反，Partridge等（1999）的研究认为，褐藻胶和玉米醇溶蛋白黏合的微颗粒饲料不能被澳洲肺鱼(Lates calcarifer)仔鱼较好地消化利用，他们同时建议明胶或角叉藻聚糖更为合适。而在鲟鱼微颗粒饲料的黏合剂研究中，发现角叉藻聚糖有较差的可消化性。2000年在大眼鰤鲈(Stizostedion vitreum)仔鱼开口料的实验中发现，有角叉藻聚糖存在的微颗粒饲料的摄食率低，可能该颗粒饲料适口性较差。

简单地讲，MBD的生产主要是通过饲料成分混合物和黏合剂之间的胶凝作用而黏结在一起，而后进行造粒，过筛，最后得到理想粒径范围的微颗粒饲料。在此理论制造方法的大框架内，很多种微黏合造粒工艺被应用。从生产和微粒成形过程来分，这些工艺被粗略地分为两种：①后切割造粒法（Crumbled Feeds）。该类工艺是首先以机械手段将原料及黏合剂混合制造成丸状、颗粒状、片状或块状，随后再通过切割、碾磨或破碎，将大块变为小块颗粒，经筛分得到合适粒径范围的MD。这类方法，造粒设备参数、原料性质、不同破碎条件和物料湿度都会影响最后微颗粒饲料的物理性质，这方面研究报道很少。②控制颗粒范围成形法（On-Size Feeds）。该类工艺和方法与前述手段主要区别就在于以最直接的手段，有效地生产指定粒径范围的MD（药剂工业常采用）。微挤压制粒机制粒（MEM）就是通过一种专门的设备，首先将物料挤压成要求细度的面条状，然后通过底部带不同深度豁口的圆盘高速旋转，而将细条进一步制成微颗粒。此法不仅能通过圆盘凹槽对物料传递能量而造型，而且可通过离心力调整微颗粒表面和核心的密度，以达到控制微颗粒物理性状的目的。颗粒协助旋转凝聚法（PARA）不需要挤压成条的过程，而是将一定湿度的物料直接放入旋转造丸机中，同时一种特殊形状的惰性物体在其中参与旋转，借此传递能量给物料以制造出微颗粒。此法中，饲料配方、湿度以及其他几项工艺参数都会对造粒效果产生影响。喷雾造粒法（Spray Beadlets），是饲料混合物喷入某种液体介质或干燥室中，通过液体协助或干燥过程形成微细颗粒。

MBD具备制粒工艺简单、生产成本低和所需添加成分安全等优点。多年来，主要的商业MD都是微黏合型，并且其在鱼类育苗阶段生产的实践中已经成功地用于替代鲜活饵料。

虽然MBD还不能达到单独作为海水仔鱼育苗初期的饵料，以有效地满足生长的需要，但是通过MBD促进了人类对仔稚鱼营养需求的了解。目前，很多微颗粒饲料配方都是通过MBD得以选择和确定的。很多研究发现，MBD与活饵联合投喂取得了相当好的育苗效果。而MBD在水中的稳定性是其面临的一个最为重要的问题。

近年来，幼体动物中水解蛋白的添加成为热门话题，很多学者也支持海水鱼仔稚鱼MD中添加水解蛋白。作为低分子量的水溶性营养，水解蛋白在微颗粒饲料中迅速溶失，但上述研究都没有对水解蛋白的溶失速度进行报道。此外，氨基酸也会从MBD中迅速溶失。López-Alvarado等学者1994年报道，仅仅浸没在水中2 min，以褐藻胶、角叉藻聚糖和玉米醇溶蛋白为黏合剂的MBD就分别损失了游离氨基酸总量的81%、85%和91%。同样，Baskerville-Bridges等（2000）报道，以角叉藻聚糖、玉米醇溶蛋白以及明胶为黏合剂的MBD浸入水中仅1 min，其中游离氨基酸就损失了60%。

针对MBD较高的溶失率，科学家和技术人员开始摸索MD稳定性的改进和提高的手段。

2 微包膜饲料(Microcoated diet,MCD)

微包膜饲料一般是指在微黏合饲料的基础上，以提高微颗粒饲料稳定性为目的，对MD进行包膜，而得到的水稳定性较好的颗粒。近年来，MCD在商业饲料中有更为广泛的应用，通常包膜物质选用脂类，如胆固醇、卵磷脂等。包膜后的微粒存在包被率的问题，因此，往往MCD中也存在包被不完全的微黏合饲料，所以MCD常被归为微黏合饲料。

为了进一步控制MD物理性状和提高稳定性，微颗粒饲料造粒工艺不仅开始借鉴药剂学的技术，而且向世界上较为流行的微囊化技术方向发展。

3 聚合反应法造粒

该种造粒方法主要是通过化学反应形成囊壁，其中应用较多的是界面聚合法。交联蛋白壁胶囊（CLW）是近些年MD研究领域较为流行的一种微粒，Jones等学者1974年首先应用该技术，制备尼龙蛋白壁胶囊微粒饲料，以其作为虾蟹类幼体的饵料。虽然这种MD有着不错的稳定性，但Teshima等1982年研究发现，该种微颗粒不能被真鲷初期仔鱼较好地消化利用。微颗粒饲料领域中界面聚合技术与时俱进，进一步发展去除了尼龙等具有潜在毒性的化学物质。Yúfera等（2000）应用改进了的CLW较为成功地对金头鲷早期仔鱼进行了断奶（替代活饵），并得出结论，海水仔鱼早期有相当的消化能力可以利用MD，然而外界因素可能影响其消化道功能。

除了制粒工艺条件的影响，CLW的物理性质也受选用不同交联剂所影响。CLW一般都较为稳定，然而好的MD要求达到稳定性、适口性和可消化性之间的平衡，往往过于稳定的微颗粒饲料其适口性和可消化性差。Kvåle等（2006）将2种MBD与CLW进行稳定性和鳕鱼（Gadus morhua）仔鱼摄食率比较，发现CLW稳定性明显提高，水解蛋白溶失率显著低于MBD。然而，仅有良好的稳定性不能说明此MD为适宜的饲料，在摄食率实验中，发现仔鱼对CLW的摄食率明显低于2种MBD。

CLW的制备相对复杂，由于需要有机溶液以及化学交联剂等物质的附加，使其生产制备需花费高成本。一些较为成功的MBD研究，对CLW的商业潜力提出了置疑。但仍然不能否认，这种微胶囊将成为消极摄食的水产动物幼体营养需求研究的重要工具。

4 相分离法造粒

相分离过程也称为凝聚过程。该种微颗粒造粒方法主要是通过物理化学作用形成囊壁，其中应用较多的是复凝聚法。这种方法生产的微胶囊通常采用二次乳化技术，主要的乳化剂为脂质时，所得微颗粒被称为脂壁胶囊（Lipid-walled microcapsules）。甘油三酯的混合物，包括软脂酸甘油酯、甘油三油酸酯和鱼油的混合物常被用作微囊饲料壁材。以软脂酸甘油酯（熔点约为29℃）为壁材，需要加入鱼油或其他低熔点的甘油三酯，起到软化囊壁的作用。但过软的囊壁也显然不利于微囊饲料的稳定性。

Yúfera等（2005），进一步改进工艺条件，以植物油、卵磷脂及部分褐藻酸钙作为包膜物质，最后以吐温-80调整微囊均匀度，通过相分离技术得到内部黏合外部包膜的微颗粒饲料。以该微颗粒饲料对金头鲷和塞内加尔舌鳎两种完全不同摄食习性的仔稚鱼进行养殖实验，均得到了较好的生长和存活率结果。

脂壁胶囊颗粒往往脂壁物质含量偏高，造成氨基酸营养供应不足。但是，经过一定的工艺改进，可加以补充，甚至可结合氨基酸控释技术，从而实现更佳的诱食效果。

5 物理机械法造粒

微囊化技术通过物理机械法实现，较为容易控制，并且易于规模化和产业化。其中喷雾法和流化床法是最有希望应用于微颗粒饲料行业的。脂喷颗粒（Lipid spray beads，LSB）就是通过饲料成分混合物同脂类物质壁材混合乳化，经喷雾干燥成形或喷入冷的乳化剂溶液使脂质固化包裹营养成分而游离成微粒。与脂壁胶囊相比，脂喷颗粒显然容易准备，原理简单，稳定性要好。

图1 小型喷脂颗粒造粒设备

6 混合法造粒

将几种制粒工艺相结合或融合，生产出多种物性同时存在的颗粒，这样的微颗粒饲料通常被称为复杂颗粒（Complex particles）。该MD类型通常由至少两种颗粒类型组成。混合类型饲料可以在一定程度上满足仔稚鱼对不同营养素的综合需要。然而，不同类型微颗粒混合也可能出现幼体摄食偏好性，这样使设计的配方不能很好的发挥全面的营养作用。复杂颗粒的另一个缺点就是加工过程多步化，这样可能后面的步骤会破坏前面的成粒。

7 小结

虽然水产动物微颗粒饲料的开发已经有30多年的历史，但是大部分海水鱼仔鱼早期阶段不能单独依靠配合饲料而生存。在多年的开发过程中，微颗粒饲料的适口性、可消化性、稳定性等重要性状已引起人们的重视，所以通过工艺技术方面的创新发展，微颗粒饲料领域将逐渐走向成熟，而对于仔稚鱼消化生理的研究将成为MD开发品种多样化和最关键技术环节掌握的重要理论指导。