鳙慢沉性饲料加工及其蛋白营养需要研究

刘 磊 ，王辅臣，黄 峰 ，李建文 ，胡先勤 ，冯 伟，王 燕

(1.武汉轻工大学动物科学与营养工程学院,武汉430040; 2.湖北战友生物科技有限公司，湖北孝感 432016)

蛋白质营养是鱼类配合饲料中最重要、成本最高的成分[1]。饲料中适量的蛋白含量可使鱼类获得最佳生长效果。蛋白质含量过低，生长速度缓慢；含量过高，容易造成资源浪费。因此，有必要确定鱼类生长的适宜饲料蛋白质水平。

鳙(Aristichthysnobilis)因其具有食物链短、生长快、疾病少等优良的生物学特性而成为我国重要的淡水养殖品种之一[2]。鳙具有特殊的滤食器官，是典型的滤食性鱼类。在天然水域中，其食物组成以浮游动物为主，其次是浮游植物、有机碎屑和细菌。在养殖生产中普遍采用施肥培养水体中浮游生物的方式来养殖鳙[3]。但是施肥培育的饵料生物数量有限，制约了鳙的生长，使得其快速生长的潜能难以充分发挥出来[4]，而且随着市场需求的变化和养殖生产的发展，这种传统的施肥养殖方式容易导致池塘水质富营养化[5]，因此使用人工配合饲料养殖鳙已经成为必然趋势。本实验针对鳙的摄食特性及营养需求问题，研究了鳙慢沉性饲料的加工工艺，并在此基础上，制作不同蛋白质含量的配合饲料，探讨了鳙对饲料蛋白质的适宜需要量，旨在促进鳙人工饲料的开发利用，提高养殖产量，增加经济效益。

1 材料与方法

1.1 实验饲料

本实验采用单因素实验设计，以白鱼粉和酪蛋白为主要蛋白源，分别配制6个不同蛋白质水平(20%、25%、30%、35%、40%、45%)的饲料，调整物料水分含量、机筒温度、物料油脂含量和物料蛋白质含量等参数，使用双螺杆挤压膨化机，制得相应的实验饲料，分别标记为P20、P25、P30、P35、P40、P45。各组饲料的配方见表1。各组饲料风干后，粉碎，通过0.18 mm的分级筛，存放在-20 ℃冰箱里备用。

1.2 实验用鱼及饲养管理

实验鳙购自汉川市华严农场，运入武汉轻工大学动物营养与饲料科学湖北省重点实验室后，在暂养池(2 m×1.5 m×1.5 m)投喂基础日粮驯化两周，然后挑选体质健康，初始体重(6.00±0.02) g的实验鱼，随机分为6组，每组3个重复，每个重复45尾鱼，放入已消毒的室内18个圆形水族箱(直径80.0 cm，高60.0 cm)中，实验期为90 d。使用循环水过滤系统并24 h通气以保持水中DO>6 mg/L，NH3-N<0.2 mg/L，水温控制在25～30 ℃，pH为7.0～7.5，光照周期为12 h光照和12 h黑暗，每2 d换水一次，换水量约为1/4～1/3。每天投喂3次，时间分别为7∶30、12∶30和17∶30，采用适度过量投喂的原则。投喂饲料之前吸除未食用的饲料和粪便。

表1 养殖实验饲料配方及营养成分Tab.1 Formulation and proximate composition of experimental diets %

注：1.矿物质预混料(g/kg)：MgSO4·7H2O，745 g；FeSO4·H2O，125 g；痕量元素预混料，80 g；石粉，50 g.

*痕量元素混合物(g/kg)：CuSO4·5H2O，31.0；ZnSO4·7H2O，353；AlCl3·6H2O，10.0；KIO3，3.0；MnSO4·5H2O，162；COCl2·6H2O，1.0；石粉，440.

2.每公斤维生素预混料含:VA，700 000 IU；VD3，350 000 IU；VK3，3.5 g；VE，16 g；VB1，3.5 g；VB2，7 g；VB6，7 g；VB12，0.007 g；VC，35 g；生物素，0.03 g；叶酸，1.6 g；烟酸，35 g；泛酸钙，16 g；肌醇，35 g；淀粉，840.12 g.

1.3 饲料加工的参数设置

饲料质量受多方面因素的综合影响。在经过多次预备实验后，发现对饲料质量影响较大的工艺参数主要有：物料水分含量、脂肪含量、蛋白含量和机筒温度等四个，因此本实验对这几个参数设置不同的梯度，以饲料的糊化度、膨化度和下沉速度来评价物料水分含量、脂肪含量、蛋白含量和机筒温度对饲料质量的影响。

1.3.1 物料水分含量的设置

按照表1中的P35实验饲料配方，准确称取各种经过粉碎的原料，然后混合均匀，再分别加入不同量的水，使物料水分含量分别达到20%、25%和30%，再混匀。之后，设置螺杆转速为250 r/min、机筒温度(进料段→中间段→出料段)为90→115→130 ℃，制作饲料。

1.3.2 机筒温度的设置

根据表1中的P35实验饲料配方，准确称取各种经过粉碎的原料，然后混合均匀，加水将物料水分稳定在25%，混匀之后，设置螺杆转速为250 r/min，机筒温度(进料段→中间段→出料段)分别为T1、T2、T3，即90→90→90 ℃、90→115→130 ℃和90→130→145 ℃，制作饲料。

1.3.3 物料油脂含量的设置

依据表1中的P35实验饲料配方，准确称取各种经过粉碎的原料，然后混合均匀，调节物料油脂含量分别达到5%、7%、9%和11%，再混匀；加水，使物料水分达到25%，再一次混匀，设置螺杆转速为250 r/min和机筒温度(进料段→中间段→出料段)为90→115→130 ℃，制作饲料。

1.3.4 物料蛋白质含量的设置

依照表1中的P20、P35和P45实验饲料，准确称取各种经过粉碎的原料，混合均匀，加水，使物料水分达到25%，然后设置螺杆转速为250 r/min和机筒温度(进料段→中间段→出料段)为90→115→130 ℃，制作饲料。

1.4 饲料特性表达指标及检测方法

饲料膨化度:一般采用径向膨化度表示，即用游标卡尺测量样品的直径，每个样品测20个平行，取平均值为该样品的直径。样品的膨化度=颗粒直径/模孔直径。

淀粉糊化度的测定：根据文献[6]的方法测定淀粉的糊化度。用饲料中已熟化(糊化)淀粉与所含全部淀粉量之比的百分数表示。

下沉速度(SV)是指饲料颗粒在水中下沉的平均速度。根据赵建伟和金征宇等[7]的方法测量饲料的下沉速度。取一个1 000 mL的量筒，装1 000 mL水，竖直放置(水面距量筒底部的高度为300 mm)，用秒表测定1粒饲料颗粒从水面下沉到量筒底部的时间。测定20次，计算平均下沉速度(cm/s)。

1.5 生长和形体指标的测定

在实验开始及实验结束的前1 d停止投喂，禁食24 h，称鱼体重，计算增重率、特定生长率。饲养实验结束时，每个重复随机选取5尾鱼，麻醉后分别称体重、测体长，解剖分离内脏，称取其重量，计算肥满度和脏体比。

增重率(WG)=(Wf-Wi)/Wi×100%

特定生长率(SGR)=(lnWf-lnWi)×100%/t

肥满度(CF)=Wt/(Le)3×100

脏体比(VI)=Wo/Wt×100%

其中Wi和Wf分别表示鳙的初始均重和末期均重，Le为鳙的体长，t为试验天数，Wt为鳙的体重，Wo为鳙的内脏重。

1.6 肠道消化酶活性的测定

实验鱼饥饿1 d后，从每个缸中随机取5尾鱼，麻醉后于冰盘上解剖，取出肠道，剔除脂肪组织，将肠道内容物冲洗干净，吸干水分，称重，匀浆后，于4 ℃、12 000 r/min冷冻离心20 min，取上清液测定酶活性。

肠道蛋白酶活性的测定：采用Folin-酚法[8]，以2%酪蛋白为底物，在30 ℃、pH7.5的条件下，保温10 min，以1 min内1 g组织中蛋白酶分解酪蛋白产生1 μg酪氨酸为1个活力单位(μg·Tyr/(min·g))。

淀粉酶活性的测定：采用3，5-二硝基水杨酸显色法[9]，以1%淀粉为底物，反应条件为30 ℃、pH7.5。淀粉酶活性为1 min内1 g组织中的淀粉酶能完全水解淀粉产生1 mg麦芽糖为1个活力单位(mg·maltose/(min·g))。

1.7 统计与分析

本实验所得数据采用SPSS22软件进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，均值间的多重比较采用Duncan’s检验方法。表中数值为平均值±标准差，显著性差异水平为P<0.05。

2 结果

2.1 物料水分含量对鳙饲料特性的影响

从表2可知，物料水分对饲料的糊化度和下沉速度有显著影响。随着物料水分含量的增加，饲料淀粉糊化度显著提高，当水分含量达到30%时，糊化度最高，显著高于20%组，但与25%组无显著性差异。随着物料水分含量增加，下沉速度显著降低；膨化度则呈现先上升后下降的趋势，当水分含量为25%时，膨化度达到最高，但与20%和30%组均无显著差异。因此在饲料制作过程中，物料水分含量控制在25%，可以生产出糊化度高、下沉速度慢的鳙饲料。

表2 物料水分含量对饲料质量特性的影响Tab.2 Effect of moisture content on quality characteristics of the feed

注：同行数据的上标字母不同表示相互之间存在显著差异(P<0.05)。以下同。

2.2 机筒温度对鳙饲料特性的影响

从表3可以看出，机筒温度对饲料的糊化度和下沉速度有显著影响。机筒温度为90→115→130 ℃时，饲料的糊化度最高，显著高于机筒温度为90→90→90 ℃组，但与90→130→145 ℃组无显著性差异；随着机筒温度的增加，饲料下沉速度显著降低；饲料膨化度则呈现先减小后增大的趋势，但各组之间无显著性差异。因此在饲料制作过程中，将物料机筒温度控制在90→115→130 ℃时，可以生产出糊化度高，下沉速度慢的鳙饲料。

表3 机筒温度对饲料质量特性的影响Tab.3 Effect of barrel temperature on quality characteristics of the feed

2.3 物料油脂含量对鳙饲料特性的影响

由表4显示，随着物料中油脂含量的增加，饲料糊化度呈先升后降的趋势，物料油脂为7%时，饲料的糊化度最高，显著高于物料油脂含量为5%和11%组，但与物料油脂含量为9%组无显著性差异。随着物料中油脂含量的增加，下沉速度显著降低；膨化度则呈先上升后降低的趋势，当物料油脂含量为7%时，饲料的膨化度最大，但各组之间无显著性差异。因此，物料中油脂含量为7%～9%时，有利于加工制作出慢沉性鳙饲料。

表4 物料油脂含量对饲料质量特性的影响Tab.4 Effect of lipid content on quality characteristics of the feed

2.4 物料蛋白含量对鳙饲料特性的影响

由表5可知，随着物料蛋白含量的增加，饲料糊化度呈现先上升后下降的趋势，当物料蛋白含量为35%时，饲料糊化度最高，显著高于物料蛋白含量为20%和45%组；饲料膨化度则呈现先降后升的趋势，当物料蛋白含量为45%时，饲料膨化度最高，显著高于物料蛋白为20%和35%组；但物料蛋白含量的增加，对饲料下沉速度无显著影响。

表5 物料蛋白含量对饲料质量特性的影响Tab.5 Effect of protein content on quality characteristics of the feed

2.5 饲料蛋白质水平对鳙生长的影响

从表6可知，饲料蛋白质水平对鳙生长有显著影响。随着饲料蛋白质水平提高，鳙增重率呈现先上升后下降的趋势，其中P35组(34.24%)鳙增重率达到最高，与P40组(39.93%)差异不显著，但显著高于其他各组。当饲料蛋白质含量超过34.24%时，增重率略有下降，但P40组(39.93%)与P45组(46.00%)之间没有显著性差异。P20组(18.77%)的增重率显著低于其他各组。鳙特定生长率的变化趋势与增重率相似。饲料蛋白质水平对鳙的肥满度和脏体比无显著性影响。

采用表6的数据，分别以鳙的增重率和特定生长率两项指标为因变量，以饲料蛋白质水平为自变量，进行回归分析，并作二次曲线拟合，分析鳙的增重率和特定生长率与饲料蛋白质水平之间的关系，得到的回归方程分别为y=-0.154 3x2+11.32x-90.961(R2=0.831 0)和y=-0.000 4x2+0.027 9x-0.136 9(R2=0.860 3)。由上述数学表达式可以求得，当增重率、特定生长率取极大值时，对应的饲料蛋白质含量分别为34.65%、34.88%。因此，通过二次曲线回归模型分析，鳙对慢沉性粉状饲料蛋白质的适宜需要量为34.65%～34.88%。

表6 蛋白质水平对鳙生长性能的影响Tab.6 Effect of protein level on growth performance of bighead carp

2.6 饲料蛋白质水平对鳙肠道消化酶活性的影响

由表7可知，随着饲料蛋白质水平的增加，肠道蛋白酶活性呈现先上升后下降的趋势，但各组之间没有显著性差异，其中P30组活性最大。饲料蛋白质水平对淀粉酶活性无显著性影响。

表7 蛋白质水平对鳙肠道消化酶活性的影响Tab.7 Effect of protein levels on digestive enzyme activity of bighead carp

3 讨论

3.1 鳙饲料的加工工艺

天然水域中，鳙以滤食器官摄取浮游动物，投喂配合饲料时，饲料的悬浮性即慢沉性要符合该鱼的天然食性特征。本研究显示，物料的水分含量对饲料产品的淀粉糊化度和下沉速度有显著的影响。物料水分含量在25%～30%时，淀粉糊化度的增加程度趋于平缓，下沉速度明显降低。淀粉的糊化受很多因素的影响，在高温低水分的条件下难以充分熔融，对淀粉的糊化不利[10]；淀粉分子吸水膨胀程度，会影响饲料的糊化度。随着物料水分含量的增加，糊化度会提高，同时饲料的下沉速度会有所降低。当物料水分含量过高时，会减弱物料与螺杆之间的剪切作用，使物料在膨化腔内的停留时间变短，不利于淀粉糊化度的提高。物料水分的变化对饲料产品的膨化度也会产生影响。Ding等[11]认为，随着物料水分含量的增加，膨化度先增加后减小。因为水分具有润滑作用，物料所受剪切作用与物料对螺杆和机膛内壁的摩擦力减小，从而降低模板处物料所受压力，减小出模瞬间物料的汽化程度[12]。水分含量在20%时，水分的润滑作用较小，物料出模时，颗粒内部形成网络状结构，增加膨化度，减缓下沉速度；而当水分含量超过25%时，超出物料能接受的范围，水分会在膨化腔中充当润滑剂的作用，物料所受剪切力和摩擦力减小，出模物料所受压力减小，汽化程度降低，使膨化度降低[12]。

在饲料加工过程中，物料混合物中的淀粉团粒在温度升高时，氢键破坏，分子能量增加，加快了糊化反应的速度，短时间内就获得较高的糊化度[7]，同时淀粉会发生降解，分子内的1,3-糖苷键断裂，成为低分子量的麦芽糊精、麦芽糖和葡萄糖等[13]。本研究显示，随着机筒(进料段→中间段→出料段)温度从90→90→90 ℃升高到90→115→130 ℃时，饲料的糊化度显著增加，之后保持在较高水平。这是因为温度过高时，进一步增加了淀粉分子的降解程度，反而会使得能够发生糊化反应的淀粉数量相对减少[14]。此外物料在机筒腔内的停留时间有限，当温度超过130 ℃后，淀粉糊化度不随温度升高而继续增加。因此，随着机筒温度的增加，饲料的糊化度呈现先增加后略减小的趋势，当机筒温度为90→115→130 ℃时，饲料的糊化度最大。饲料产品的下沉速度似乎与饲料加工过程中的饲料糊化程度密切相关，但温度进一步升高，饲料的下沉速度则缓慢降低。

在挤压膨化加工过程中，物料的油脂具有降低物料粘度，限制膨胀的作用。本研究显示，随着物料油脂含量的增加，淀粉糊化度先增高至一定水平后再降低。在一定范围内，物料油脂含量增加可以提高物料在机筒内的润滑作用，糊化度有所增加；而当油脂含量继续增加时，由于物料内部摩擦力以及物料与膨化腔壁摩擦力减小，从而降低饲料糊化度。本研究还显示，随着物料油脂含量的增加，饲料膨化度呈先增高后降低的趋势，原因在于当物料中油脂含量低时，增加油脂含量，物料粘度适度降低，饲料的膨化度呈上升趋势；而当物料油脂含量继续增加时，由于游离脂肪的含量增加，脂肪与蛋白质和淀粉所形成的复合物达到最大值，不再增加，饲料的粘度下降，导致挤压熔融物料失去持水能力，从而丧失其膨化能力[15]。

本研究表明，饲料的蛋白含量从25%增加到45%时，淀粉糊化度呈现先增大后减小的趋势，膨化度则呈现先减小后增大的趋势，而饲料下沉速度则没有显著差异。可能是因为蛋白质受挤压机膨化腔内高温、高压及机械剪切力作用，使其表面电荷重新分布且趋向均一化。蛋白质分子结构发生伸展和重组，分子间的氢键、二硫键等部分断裂，导致蛋白质变性。变性的蛋白质分子之间发生疏水键和二硫键键合，产生组织化作用[16]，从而对饲料质量产生影响。另外，组成蛋白质的氨基酸在高温高压的挤压条件下，可与饲料中的一些还原糖或其他羰基化合物发生美拉德反应[16]，也会影响饲料的质量特性。

3.2 饲料蛋白水平对鳙生长的影响

蛋白质是动物必需的营养素，摄入的蛋白质不足通常会引起动物的生长受阻[17]。本研究显示，饲料蛋白质水平对鳙生长有显著性影响。随着饲料蛋白质水平的增加，鳙的增重率和特定生长率也提高，当饲料蛋白质水平为35%时达到峰值，超过这一水平的各组鳙增重率和特定生长率略有下降，但差异不显著。这种变化趋势与一些学者对罗非鱼(Oreochromisniloticus)[18]和宝石鲈(Scortumbarcoo)[19-20]等的研究结果一致。鱼类摄食蛋白质含量过高的饲料时，机体无法完全利用蛋白质，为了维持机体稳态，通过脱氨基作用消耗过量的蛋白质，同时消耗大量的能量，使鱼类用于生长的能量相对减少，反而使鱼类的生长下降[21]。以增重率和特定生长率为评价指标，根据二次曲线模型得出鳙幼鱼(6.00±0.02g)对饲料蛋白质的适宜需要量为34.65%～34.88%。这个结果高于草鱼(Ctenopharyngodonidellus)(22.66%)等草食性鱼类[22]，低于青鱼(Mylopharyngodonpiceus)(41%)[23]、南方鲇(Silurusmeridionalis)(41.1%～45.1%)[24]等肉食性鱼类。通过与不同食性鱼类蛋白质需要量的比较，说明滤食摄食方式的鳙，可以认为是一种杂食性偏肉食性鱼类。

一般来说，处于发育阶段早期的鱼对饲料蛋白适宜需求量要高于处于发育后期的鱼。Santiago等[25]研究初始重3.80 mg的鳙仔鱼时，指出鳙仔鱼的蛋白适宜需要量为30%，其结果是偏低。本研究所使用的鳙初始重为6.00 g，得到的适宜蛋白需求量高于Santiago等[25]的结果，其原因可能与饲料原料(饲料蛋白源)、投喂率等有关。另外，饲料中的粗纤维含量会影响鳙对食物的消化、吸收和利用；当粗纤维含量适宜时，有利于鳙消化机能的改善，但是当粗纤维含量过高时，又会妨碍鳙对食物的消化利用，从而影响生长。本研究中的P20和P25饲料，其纤维素粉配比相对较高，这在鱼类蛋白需求研究中是难以避免的，因为在实验过程中配制低蛋白质含量饲料时，需要使用纤维素当填充料，所以P20组和P25组鳙的生长速度较慢可能受到蛋白含量低和纤维素含量高的双重影响。因此，本研究所获得的鳙适宜的蛋白质需要量与Santiago等[25]的研究结果存在差别的原因可能是饲料蛋白源和粗纤维含量的高低所致。但总体来说，本实验得到的鳙幼鱼的适宜蛋白需求量为34.65%～34.88%是比较恰当的，也符合该鱼的天然食性特征。

消化酶的主要作用是分解消化道内的食物，其活性大小会影响鱼类对营养物质的消化吸收，从而影响鱼类的生长[26]。但是，消化酶活性又受到诸多因素的影响。在本研究中，蛋白酶活性呈先上升再下降的趋势，这可能与饲料蛋白质水平高低有关。当饲料蛋白由低水平向高水平增加时，会刺激肠道蛋白酶的分泌，使肠道蛋白酶的活性增加，但饲料蛋白质水平进一步增加，可能使肠道的消化负担加重，从而对消化酶的分泌产生负反馈调节，导致蛋白酶活性降低[27]。有研究显示，鱼类淀粉酶活性随饲料蛋白含量的变化而出现规律性变化，黄峰等[28]对南方鲇的研究时发现，实验后期(25 d以后)高、中蛋白饲料组的淀粉酶活性呈递增趋势，而低蛋白饲料组则呈明显的降低趋势。也有研究认为，鱼类淀粉酶活性与饲料中淀粉含量有关[29]。但本研究没有发现饲料蛋白质水平对鳙肠道淀粉酶活性的显著性影响。

致谢：在本论文成文之时，得到了余登航、刘军、刘立鹤等老师的大力帮助，也得到了淡水水产健康养殖湖北省协同创新中心的支撑，在此深表感谢！