虾类对晶体氨基酸或微囊氨基酸利用效果的研究进展

魏 凯 孙龙生 安振华 王秀英

(扬州大学动物科学与技术学院，扬州 225009)

近年来，鱼粉价格持续走高，养殖成本增大。进一步改进饲料配方与加工技术、开发新型蛋白质源饲料已是大势所趋。在饲料中减少鱼粉用量，增加其他动植物蛋白质比例可以降低饲料成本，但可能会带来饲料中氨基酸不平衡、动物生长性能下降等不利影响，通过在饲料中补充合成氨基酸配制氨基酸平衡饲料仍然是目前最有效和实用的手段。有关在虾饲料中添加不同类型和处理氨基酸的应用研究已有不少报道，并取得了一定进展，本文现综述如下。

1 虾类对氨基酸的需求

1.1 虾类必需氨基酸(essential amino acid，EAA)研究现状

动物对蛋白质的需要实际是对氨基酸的需要，饲料蛋白质的氨基酸不平衡会降低蛋白质效率。研究者利用稳定同位素示踪技术研究日本对虾(Penaeus japonicus)、褐对虾(P.aztecus)、斑节对虾(P.monodon)、中国对虾(P.chinensis)、锯齿长臂虾(P.serratus)、凡纳滨对虾(又称南美白对虾，P.vannamei)的 10种 EAA为:赖氨酸(Lys)、蛋 氨 酸 (Met)、色 氨 酸 (Trp)、精 氨 酸(Arg)、组氨酸(His)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)、苏氨酸(Thr)和缬氨酸(Val)［1－2］。Deshimaru 等［3］认为对虾饲料中蛋白质的氨基酸组成应该与对虾组织中氨基酸组成相符。另有研究人员通过分析中国对虾和罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)组织中EAA组成，研究了中国对虾［4］和罗氏沼虾 EAA 的需要量［5］。目前，虾类EAA需要量的研究常采用以下2种方法，即:1)以酪蛋白、明胶为蛋白质源配制纯化或半纯化饲料进行养殖试验，根据虾体生长和代谢情况来研究EAA的需求量［6］;2)在分析基础饲料中氨基酸含量后，通过添加晶体氨基酸(crystalline amino acid，CAA)或微囊氨基酸(microencapsulation amino acid，MAA)，调整饲料中EAA的组成，使其与全卵蛋白质的氨基酸组成一致，然后改变EAA的含量，以此饲料来饲养试验虾，最后根据其生长、生理变化来研究EAA的需求量［7］。表1列出了主要养殖虾类EAA的需要量。

表1 主要养殖虾类EAA的需要量Table 1 EAA requirement of main cultured shrimps g/kg

1.2 虾类理想氨基酸模式的研究

动物理想蛋白质和氨基酸营养理论表明，理想蛋白质模式是饲料中组成蛋白质的氨基酸或肽之间的平衡关系。以理想蛋白质模式配制饲料不但可以提高动物的生长性能和饲料利用率，而且还可以充分利用饲料资源，降低饲料蛋白质水平，降低养殖成本、提高经济效益、减少氮排泄［8］。有关虾理想蛋白质模式的研究报道较少。颜立成等［9］以中国对虾体氨基酸含量与比例为标准配合饲料，试验虾的生长与饲喂鲜活蛤仔的虾无显著差异。曾虹［10］摘译了 Woodgate(1997)在文献中提出的一些动物理想蛋白质的推荐值，其中只列出了4种主要EAA，与猪和家禽相比，虾对EAA的需求量更高。Alam等［11］比较详细地研究了饲料氨基酸模式对日本糠虾生长性能的影响，他们根据虾卵、虾的幼体、幼虾、全虾、乌贼、短颈蛤和棕色鱼粉蛋白质的氨基酸组成与比例，通过添加包被CAA分别配制饲料进行试验，得出了幼虾和乌贼体组织氨基酸组成可以作为该虾饲料氨基酸模式的参考。对虾类理想氨基酸模式的研究使降低饲料鱼粉用量，合理利用动植物蛋白质等饲料资源成为可能，同时也推动了在虾饲料中添加合成氨基酸的研究。

2 虾类对CAA和MAA的利用效果

鱼粉所含的氨基酸与动物组织的氨基酸组成相似，氨基酸平衡性较好，是水生动物饲料的主要蛋白质源。为降低养殖成本，急需寻找适当的蛋白质源替代鱼粉，但由于替代蛋白质源往往含有抗营养因子、缺少部分EAA等，会限制或影响虾类的正常生长;此外，像蚕蛹粉、红虫粉、河蚌粉、磷虾粉等替代蛋白质源的饲料营养价值虽较高，但其原料来源不足、成本较高等致使此种替代蛋白质源无法推广使用［12］。基于动物理想蛋白质和氨基酸营养理论，只有当饲料中EAA含量与比例适宜，虾类才能获得最好的生长。因此，综合氨基酸平衡理论和替代蛋白质源的氨基酸组成特点，部分或全部使用替代蛋白质源的同时，在虾饲料中添加CAA或MAA以平衡饲料氨基酸含量与比例，是降低饲料成本、减少氮排泄、提高虾类生长性能的重要解决途径。

至今为止，关于虾饲料中添加CAA或MAA的研究，国内外已有诸多报道。Teshima等［13］和Fox等［14－15］研究表明，添加 CAA 可提高日本对虾或凡纳滨对虾对蛋白质的利用效率。Luo等［16］用家禽副产品粉替代南美白对虾饲料中0、25%、50%、75%、100%的鱼粉，并在100%替代组中添加0.16%的晶体DL－Met，结果显示各组存活率都高于80%，且各组存活率、结束体重、增重率、饲料转化率无显著差异，但均以75%替代组最高，添加晶体DL－Met组最低，作者认为可能是由于晶体DL－Met影响了虾体蛋白质的沉积，提出可用家禽副产品粉完全替代南美白对虾饲料中的鱼粉且无需添加晶体氨基酸。William等［17］用微生物絮状物和大豆蛋白浓缩物替代南美白对虾饲料中0、25%、50%、75%和100%的鱼粉，并分别添加0.15%、0.20%、0.25%、0.30%和0.35%的晶体DL－Met，结果显示各组结束体重、增重、饲料转化率、特定生长率和蛋白质效率无显著差异，作者认为添加晶体DL－Met缓解了鱼粉被替代后导致的饲料中Met的缺乏。而Teshima等［18］研究发现，添加有晶体Arg的饲料对日本囊对虾(Marsupenaeus japonicas)生长性能无显著提高。还有研究发现，在饲料中添加CAA对日本囊对虾［19］、龙虾［20］、中国对虾［21］生长性能无显著影响。迟淑艳［22］在饲料中分别添加晶体Met和不同壁材的微囊Met，结果表明，在养殖的前28天凡纳滨对虾对晶体Met的利用效率较高，取得了较好的生长性能;添加微囊Met可以改善凡纳滨对虾养殖后期的增重率和蛋白质利用效率;试验结束时，全虾体脂肪含量差异不显著。Chen等［23］研究表明，在饲料中补充邻苯二甲酸醋酸纤维素或单硬脂酸甘油酯包被的微囊L－Arg，与未添加CAA对照组和添加CAA组相比，明显加快了斑节对虾幼体的生长速率，降低了饲料系数，但未添加CAA组与添加CAA组差异不显著，邻苯二甲酸醋酸纤维素包被L－Arg组与单硬脂酸甘油酯包被L－Arg组差异不显著。Alam等［24］在45%大豆分离蛋白饲料中添加微囊或晶体Lys和Met替代日本囊对虾饲料中43.7%的鱼粉，结果表明，对照组(58.7%鱼粉)、未添加组(45%大豆分离蛋白饲料中未添加CAA或MAA)、添加CAA组的对虾生长性能无显著差异，但都显著低于添加MAA组。牛化欣［25］用肉骨粉替代饲料中 0、20%、40%、60%、80% 和100%的鱼粉，并添加不同梯度微囊Met配制饲料投喂凡纳滨对虾幼虾(0.91 g)55 d，结果表明，各组饲料系数、蛋白质效率、虾体成分、体氨基酸和蛋白质含量无显著差异，替代80%鱼粉组和替代100%鱼粉组增重率、特殊生长率显著低于其他各组，替代20%鱼粉组增重率和特定生长率高于未替代组、替代40%鱼粉组和替代60%鱼粉组，但各组之间无显著差异，随着替代水平的上升，饲料系数有升高趋势，而蛋白质效率有下降趋势;用10.5%的喷雾干燥血球蛋白粉替代15%的鱼粉，并补充微囊 Met，配制饲料投喂凡纳滨对虾(2.32 g)，结果发现对对虾生长和饲料利用效率没有产生负面影响;在不同蛋白质水平饲料中添加CAA和MAA投喂罗氏沼虾(0.15 g)，结果发现添加MAA可降低饲料蛋白质含量，改善罗氏沼虾生长性能，提高饲料利用率和机体氮沉积率，增强免疫力，但在24%蛋白质水平饲料中添加CAA和MAA都会对罗氏沼虾生长性能、饲料利用率、机体氮沉积和免疫力产生不良影响。Alam等［11，19，24］研究发现，添加 MAA 能显著提高日本对虾幼虾的饲料转化率，蛋白质利用效率和特定生长率，而添加CAA效果不明显，同时发现对虾体成分没有受到是否添加微囊Met或Lys的影响。葛莉莉等［26］在南美白对虾基础饲料中分别添加L－Lys盐酸盐和 L－Lys硫酸盐，结果显示二者都能提高南美白对虾生长性能和饲料养分表观消化率，且差异不显著;此外，添加L－Lys硫酸盐组还能显著提高南美白对虾增重率、特定生长率、蛋白质效率、干物质和蛋白质消化率。

综合分析，在虾饲料中添加MAA的效果要明显好于CAA，这可能与虾的摄食行为有关，较长时间的摄食会导致CAA在水中较高的溶失率，虾体对CAA吸收过快，与结合态氨基酸(protein－bound amino acid，PBAA)吸收不同步。

3 影响虾类对CAA和MAA吸收利用的因素

3.1 水中溶失率

CAA具有一定的溶水性，虾类作为底栖生活动物，其摄食水中饲料所需时间较其他动物长，故饲料中添加的氨基酸会因为摄食时间、环境温度、水流状况等而存在不同程度的溶失。Lim［27］研究表明，在海水中浸泡1 h后，添加CAA的饲料中Lys溶失率高达53.2%，Met的溶失率为27.5%，Arg的溶失率为20.1%，远高于基础饲料氨基酸的溶失率。Yufera等［28］研究表明，添加微囊 Lys的饲料在海水中的溶失率仅为1.4%，同时认为除了检测方法和颗粒的固有性质差异，溶失率还决定于溶液pH、温度、溶质浓度和颗粒直径等。Lopez－Alvarado等［29］研究发现，用脂肪包被 CAA 能将其溶失率降低至1.4%。由此可见，由于CAA在水中存在较高溶失率，虾对相应氨基酸的实际摄取量会减少，间接导致相应氨基酸的缺乏，饲料氨基酸原有的平衡状况被改变。Sadasivam等［30］认为，饲料氨基酸平衡的改变会影响在最低可消化蛋白质水平下实现最佳生长和生理效应，且饲料氨基酸的缺乏可能会影响鱼虾长期的摄食。

3.2 吸收是否同步

虾的消化系统分为前肠、中肠和后肠，前肠由口、食道、贲门胃、幽门胃构成。食物经口和食道进入，分别在贲门胃和幽门胃中被研磨和过滤，营养物质的水解首先在胃部发起，随后食物进入中肠被部分水解，最后进入肝胰腺憩室被水解为小肽、氨基酸、脂肪酸、甘油酯或游离甘油;虾胃不能分泌酸或酶，但由肝胰腺分泌的消化酶会通过中肠进入虾胃参与营养物质的水解，被虾吞食的动物体组织内的消化液也会参与营养物质的水解，肝胰腺是虾主要的分泌器官，营养物质主要在肝胰腺中被吸收［31］。饲料中的蛋白质首先要分解为小肽或氨基酸，才能被虾类吸收利用，相对而言，CAA会较先在前肠被吸收，与PBAA的吸收不同步，不能用于蛋白质的合成而直接被排泄或代谢掉。麦康森［32］通过放射性同位素标记法研究发现，饲料中游离氨基酸在进入对虾中肠以前，绝大部分已被中肠腺吸收，而PBAA则在消化分解后进入中肠，不能与游离氨基酸同步吸收。Rønnestad等［33］通过放射性标记的强饲试验发现，游离氨基酸比PBAA吸收更快，有更高的滞留率。Cowey等［34］研究表明，CAA和饲料中PBAA吸收不同步是一些水产动物不能有效利用CAA的主要因素。麦康森等［35］用放射性同位素研究了虾体对CAA的吸收情况，发现CAA大部分在胃、肝胰腺处被吸收，而PBAA大部分在中肠被吸收，二者不能被同步吸收用于体蛋白质合成，因而不能达到平衡互补的效果。而采用符合机体缓释的材料包被CAA，增加单位时间投饲频率可使CAA和饲料中PBAA在虾体吸收时间、消化系统、吸收部位上保持一致。目前暂无关于虾类摄食CAA或MAA后血液或组织中游离氨基酸变化规律和其生理机制等方面的深入研究。但Chen等［36］认为斑节对虾摄食添加有CAA的饲料后，血浆中的游离氨基酸浓度会迅速升高。同时有试验表明，鱼类摄食基础饲料后，血液氨基酸浓度会出现高峰，而添加 CAA 后，氨基酸吸收峰 值提前［37－39］。Bodil等［40］研究报道，用植物蛋白质源替代鱼粉后，饲料中碳水化合物含量增加，导致了虹鳟摄食后血浆中大部分EAA和非必需氨基酸(non－essential amino acid，EAA)的吸收峰提前。由此可见，CAA、MAA和PBAA存在吸收不同步现象，而且植物蛋白质源替代鱼粉后也会导致吸收不同步现象，从而影响虾体内氨基酸的利用和体蛋白质的沉积。

3.3 氨基酸浓度

Teshima等［18］将 5 个梯度(0、0.1%、1.5%、3.0%、6.0%)的14C标记晶体Arg盐酸盐添加到饲料中，研究日本囊对虾对晶体Arg的吸收利用情况，结果发现随着添加水平的提高，被虾体吸收用于合成机体蛋白质的Arg的量越来越低，而被排泄出的Arg的量越来越高，因此他们认为当饲料中添加Arg的水平过高时，虾体不能有效利用Arg来合成体蛋白质，从而对虾体的生长性能无显著提高。Liou等［41］在斑节对虾消化和排泄器官上安装瘘管装置，并且配制2组蛋白质水平为35%的试验饲料，试验组以明胶、酪蛋白、鱼粉等为蛋白质源，不添加氨基酸，对照组通过添加CAA配制等蛋白质平衡饲料，虾饥饿24 h后，同条件下投喂2种饲料，同时收集尿液并分析尿液中氨基酸后发现对照组尿液中总氨基酸、NEAA、EAA的浓度都极显著高于试验组，他们分析认为对照组血液中游离氨基酸的浓度超过了虾体重复吸收的最大限度，虾体产生中毒效应，从而血液中未被吸收利用的氨基酸通过尿液排泄掉，所以除了血液中高浓度的游离氨基酸会降低虾体对氨基酸的利用率外，经尿液排泄出大量氨基酸也是虾体对氨基酸的利用率低的另一个原因。

3.4 微囊壁材和其他

由于壁材种类、微囊制备工艺、饲料加工工艺参数的差异导致了虾类挤压饲料的膨化度、近似密度、颗粒饲料耐久性和水中稳定性的不同，从而虾类对MAA的利用效果也不同［22，25］。微囊壁材主要有:阿拉伯胶等植物胶、阿拉伯半乳聚糖等多糖、玉米淀粉等淀粉、羧甲基纤维素等纤维素、明胶等蛋白质、聚乙烯醇等聚合物、硬脂酸等类脂物和石蜡。迟淑艳［22］在低鱼粉、Met缺乏的等氮等能饲料中添加不同壁材的微囊Met，研究不同壁材的微囊Met对凡纳滨对虾生长的影响，结果发现，在第28天，树脂微囊Met组的增重率、蛋白质效率、特定生长率和饲料系数与棕榈油甘油酯微囊Met组无显著差异，但要显著优于邻苯二甲酸醋酸纤维素微囊Met组;在第50天，树脂微囊Met组、棕榈油甘油酯微囊Met组、邻苯二甲酸醋酸纤维素微囊Met组的增重率逐渐降低，且各组间差异显著，邻苯二甲酸醋酸纤维素微囊Met组和棕榈油甘油酯微囊Met组的蛋白质效率、特定生长率和饲料系数无显著差异，但都显著差于树脂微囊Met组。

不同形式氨基酸对相关酶活性影响不同也会导致其添加效果不同。迟淑艳［22］在低鱼粉、Met缺乏的等氮等能饲料中添加晶体Met和不同壁材的微囊Met，研究对凡纳滨对虾肝胰腺消化酶活性的影响，结果发现，在第14天，邻苯二甲酸醋酸纤维素微囊Met组总蛋白酶、树脂微囊Met组脂肪酶、晶体Met组淀粉酶活性均最高;在第28天，棕榈油甘油酯微囊Met组总蛋白酶、晶体Met组脂肪酶、树脂微囊Met组淀粉酶活性均最高;在第50天，棕榈油甘油酯微囊Met组总蛋白酶、晶体Met组脂肪酶、邻苯二甲酸醋酸纤维素微囊Met组淀粉酶活性均最高。

此外，虾体对CAA或MAA的利用效果还与氨基酸的构型与种类有关［42］。氨基酸绝大多数都有2种构型:L型和D型，只有L型氨基酸(包括D－Met)才能参与体内蛋白质合成［43］。游离氨基酸和蛋白质在肠道内对特定消化酶刺激能力上存在的差异性［44］、消化道的发育阶段也能够影响氨基酸的利用率［33］。

4 小结

虾类对饲料中CAA吸收速率较快，而且CAA存在较高的溶失率，导致不能与PBAA同步吸收用于体蛋白质的合成。MAA可有效降低溶失率和延缓虾体对氨基酸的吸收，从而改善虾类对氨基酸的利用效果。此外，摄取氨基酸的来源与浓度、MAA的壁材以及饲料加工工艺也影响虾体对氨基酸的吸收与利用。虾类氨基酸营养的研究对明确虾类的氨基酸需要量、充分利用蛋白质源饲料、实现精准营养具有重要意义。今后需重点关注:氨基酸吸收不同步机理;氨基酸在虾类消化道中吸收、转运基本规律和影响因素;虾类功能性氨基酸营养机理和理想氨基酸模型等。

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