废弃贝壳在制备功能性饲料添加剂中的应用

袁焙嘉 宋文东

[摘要]随着我国贝类养殖规模的不断扩大，带动国民海洋经济增长的同时，废弃贝壳直接遗弃，造成了严重的环境污染和资源浪费问题。本文以废弃贝壳的回收利用为主，结合当前功能性饲料添加剂的研究现状，对废弃贝壳在功能性饲料添加剂领域中的应用进行叙述，

[关键词]贝类养殖;饲料添加剂;无机矿物质;抗茵肽;低聚糖

[中图分类号] S816.7

[文献标识码]A

1 贝类养殖发展现状

近年来我国海洋养殖业发展势头迅猛，作为主导产业的海水贝类养殖产量更是占据着我国海水养殖总产量的85%左右，其中最为常见的品种有贻贝，扇贝和牡蛎。

我国是目前世界上最大的贻贝生产国家，年产约60万吨，同时随着国际市场对于贻贝需求量的不断增加，贻贝出口幅度不断提升，加之成熟的贻贝养殖条件和简易的养殖环境，使得我国贻贝养殖产业蕴藏着巨大的经济潜力。

相较正处于蓬勃发展阶段的贻贝养殖业，扇贝和牡蛎养殖则仍处在起步发展阶段，无法满足国内市场的自销需求，因此过度依赖澳大利亚、秘鲁等国家的出口。同时随着十三五规划的提出，水产品关税的降低，我国水、海产品消费需求量的增加，使得扇贝和牡蛎对外依赖性进一步加强。

贝类养殖业规模的空前发展，有力带动了我国沿海经济以及海鲜消费市场的迅速发展，不仅提高了人们对于日常食物的需求水平，同时也对海洋环境的保护起了一定程度的促进作用。据专家研究发现，贝类可大量吸收鱼类所排出的废物，从而改善其生存的周围海域水质，并且可以吸附并消耗水体中的重金属离子（铜，镉等）、放射性物质（铀，镭）以及氨氮等富营养物质。此外，贝类养殖可以摄取水体中的悬浮颗粒有机碳，从而控制水体中悬浮颗粒有机物质，促进海洋碳循环的流动，进一步移除空气中C02含量，缓解温室效应。

贝类养殖的不断扩张极大改善了人们的生活水平和消费需求，促进了沿海经济的高速增长。但伴随着大量废弃贝壳的遗弃堆积，造成海岸线污染的不断加剧，同时也造成了巨大的资源浪费和生态污染。我国目前对于贝类产品的加工仅仅只局限于其可食用部分，殼体部分则不再进行二次处理，直接进行遗弃。据不完全统计，舟山市嵊泗县贻贝养殖年产量12万吨左右，但是废弃贻贝壳就占7万吨左右，贝壳的利用率仅仅只有40%左右。受舟山岛屿面积狭小的制约，废弃的贻贝壳只能长时间堆积在岛屿海岸线附近，不仅造成了海岛土地资源的浪费，同时也会产生严重的环境污染。

2 贝壳结构以及成分分析

贝壳结构基本分为三层，最外层是由硬质蛋白组成的角质层（壳皮），用来防止碳酸和其余酸性物质的侵蚀;中层为棱柱层（壳层），由外层角质层分泌的方解石构成，提高贝壳的坚硬程度，中层和外层共同构建贝壳的外部轮廓;内层为珍珠层（底层），由文石和方解石按照一定比例组成，能够提高贝壳的硬度和韧性。此外，碳酸钙无机基质与有机基质依次有序交叉堆积成有序的层状结构，多呈六边形、菱形等构造分布，这种结构使贝壳壳体在接受外部冲击时，通过裂纹偏转等协同作用，大幅度提高壳体的韧性。

贝壳中的无机质成分主要为碳酸钙，含量占据其组成部分总量的95-99.9%，并且以方解石、文石和球霰石三种形式存在，确保了贝壳整体的高强度和强韧性。而剩余的0.1%-5%则是以蛋白质、糖蛋白、几丁质等有机质构成的有机相，这些有机质能够控制无机矿物碳酸钙的合成，从而间接控制贝壳生物矿化的进程。

此外，贝壳中含有钙、钾、锶、镁等30多种矿物活性元素，这些元素多为动物生长发育，提高自身免疫的必需物质，如锌元素对神经干细胞的增殖、分化和诱导产生神经元细胞起着至关重要的作用;锶元素能够促进生物体骨骼和牙齿发育，同时也能降低心血管疾病的发生概率;硒元素则是对于生物体的免疫系统至关重要，微量的硒摄人能够抗氧化，延缓衰老，同时对于癌症也起了一定的预防功效。

3 功能性饲料添加剂研究现状

随着科学技术的不断进步以及人们对于食品安全的高度重视，使得原先在饲料中广泛实用的抗生素被不断取缔和严格管控。功能性饲料添加剂的出现恰好填补了抗生素的漏洞，同时越来越多的功能性因子被科研工作者开发和应用，并在畜牧业展现了良好的发展前景。

功能性饲料添加剂是一种通过饲料添加，进入动物体内发挥一定生物学功能（即增强动物保健功能）的添加剂，具有改善动物机体亚健康、提高其自身免疫力和抗应激能力、降低发病率等作用，同时功能性饲料添加剂可以在动物体内完全代谢或被充分利用，实现真正的无害化和绿色化。

功能性饲料添加剂当前普遍应用的种类主要有微生态制剂（如双歧杆菌、活性乳酸杆菌等），抗菌肽（即一类特殊的小分子活性多肽），有机酸，低聚糖类和微量元素等。

常用的功能性饲料添加剂制备方法有以下几种：1.从生物体内直接提取所需的添加剂原料，进行二次加工处理（芽孢杆菌）2.通过特定的化学方法进行初步合成（如氯霉素）3.利用微生物自带的发酵功能进行提炼和生产（如半合成抗生素）。后面两种方法仍处于研发阶段和小规模生产。

目前，合成功能性饲料添加剂的原料主要来自于生物体内，通过相应的提取技术和再次处理，制备成性能更加完善的饲料添加剂。因此，对于原料的需求量是相对庞大的，虽然化工原料合成添加剂的技术在不断完善，但是与之相比较，天然原料对于生物体本身具有更好的兼容性，而且生产成本低廉，制备方法简单完善。

4 具体应用及性能比较

贝壳能利用的部分仅仅占据其本体的30%左右，对于贝壳壳体的利用程度基本为零，通常是直接进行遗弃堆积或回收部分作为建筑装饰材料。然而，贝壳壳体含有微量元素以及多种功能性饲料添加剂的制备原料，直接遗弃无疑是对自然资源的浪费，如若对于废弃的大量贝壳壳体进行研磨和提取，就能在很大程度上缓解功能性饲料原料紧张的现状。

废弃贝壳壳体的二次利用不仅是对自然资源的循环使用，也是对于饲料添加剂这一类产品的改进和创新。

4.1 无机矿物质及微量活性元素

直接使用碳酸钙等无机矿化物作为饲料添加剂能够在一定程度上改善动物的体质情况，但可能会因为其纯度不够，掺杂的其他杂质影响动物的生理健康。此外，无机矿化物的直接投放虽能释放出钙，镁等离子，但也同时能够解离出硫酸根，氯离子等具有负面影响的离子团（根），若是鱼虾等水产养殖，这些负面污染物会在体表不断堆积，损害其体内的生命物质（蛋白质、酶等）。还有在添加剂制备过程中，加入的铜，锌等离子会增加添加剂的毒性，并破坏动物体内的蛋白质和脂质的吸收。

使用从废弃贝壳壳体提取的矿物活性元素能够在很大程度上避免因滥用无机矿化物作为饲料添加剂带来的弊端，同时贝壳中的矿物活性元素种类繁多，提取方法简单，经济效益高，1Kg原贝壳粉可以用来生产2.5Kg的饲料添加剂，转化率为250%，制备过程中也实现了几乎100%的利用率。

4.2 抗菌肽

随着抗生素不断退出饲料添加剂的市场，抗菌肽逐渐成为众多科学团队在饲料添加剂这一行业的研究方向和发展领域。饲料中添加少量的抗菌肽，能够促进动物的消化吸收和生长，进而提高饲料的利用率，同时抗菌肽自身的免疫条件能力，对于引发病害的真菌、病毒以及原虫有较强的杀伤力。利用抗菌肽天生的抗菌、杀菌作用，在饲料中添加可以提高动物的免疫能力和抗疾病能力。

抗菌肽当前的适用范围仍旧局限于畜牧业，这是因为抗菌肽代替抗生素作为饲料添加剂的研究距广泛规模的应用还有着很大的距离，同时也存在着许多难题：抗菌肽的种类繁多;如何挑选出性能更加优势的抗菌肽;不同种类间的抗菌肽是否存在着相互抵制作用也有待进一步确定。此外，抗菌肽在动物体内含量少，而且天然库存严重缺乏，导致目前还无法运用基因工程手段实现其大规模生产。

贝类天生缺乏特异的免疫防疫系统，因此需要抗菌肽等免疫因子抵抗外界病菌的侵袭，所以其体内含有的抗菌肽含量较高。此外贻贝素是目前贻贝中发现的种类最多、丰度最高、应用最为广泛的抗菌肽家族，这也是当前天然抗菌肽的重要来源之一。通过相关研究发现，牡蛎，蛤蜊等其他种类的贝壳体内也存在多种抗菌肽，这为抗菌肽的大规模应用提供了充分的原料来源。

通过贝类提取的原生抗菌肽，并且通过基因工程进行改造和优化，使得抗菌肽相较于原先具有更加稳定的抗菌性能，同时对宿主无害。将其作为新型饲料添加剂，不仅能够实现环境的无污染，也能提高畜牧业产品的质量。

4.3 低聚糖

低聚糖，别名称为寡糖，是一种能够替代蔗糖的新型功能性糖原，分为普通性低聚糖和功能性低聚糖两类。普通性低聚糖因生物体内含有相应的分解酶存在，能够被动物体直接消化吸收，如蔗糖和麥芽糖。功能性低聚糖则为肠内有益菌的增殖因子，可以促进动物体内的菌类平衡，增强其免疫能力。

功能性低聚糖现已在饲料领域中有了广泛运用，因其能阻断病原菌定殖，促进有益菌增殖，保护动物肠道健康，从而增强免疫功能和抗病能力，提高动物生产性能和饲料的利用率，使得人们对于功能性低聚糖的应用期待值越来越高。

低聚糖可以从天然食物中萃取，也可利用生化技术进行酵素反应，利用淀粉和双糖合成，但都会对其生理活性产生一定影响。

贝壳的骨骼结构中含有少量的甲壳低聚糖，有着等同于其他低聚糖的促进有益菌增殖的能力，增强动植物生理活性，现已广泛应用于食品、医药、化妆品等多个领域。因此对于废弃贝壳的二次回收利用，能够提取数量相当可观的天然低聚糖，从而促进低聚糖在饲料添加剂中的推广程度。

5 总结

废弃贝壳在功能性饲料添加剂中的应用仍处于初步阶段，有着良好的发展前景。同时废弃贝壳中含有种类繁多的制备饲料添加剂的原料，对其实施再次利用，不仅是对自然资源的最大利用化，也是对环境的最好保护。废弃贝壳的科学化二次利用，定能给功能性饲料添加剂领域的发展和创新提供新的思路和契机。

[参考文献]

[1]李海晏，陈涛，张海燕，等.中国贝类养殖对海洋碳循环的贡献评估[J].海洋科学，2014 （05）.

[2]杨文叶.贝壳微粉的改性及其作为功能性填料在聚合物基复合材料中的应用[D].浙江大学，2017.

[3]李致宝，浅述功能性饲料添加剂的研究及其应用[J]中国禽业导刊，2002 （12）.

[4]姜礼燔，朱伟.贝壳矿物质在饲料添加剂中的应用[J].内陆水产，2006 （06）.

[5]杨婷婷，叶梦晓，尤仲杰，等，抗菌肽及其在贝类中的研究进展[J].基因组学与应用生物学，2012 （06）.

[6]吴金梅，陈丽颖，王艳玲抗菌肽的研究进展及应用前景[J].动物医学进展，2005 （09）.

[7]宋雪莹，李伟，王超，等.功能性饲料添加剂的研究进展及在动物生产中的应用[J].饲料博览，2018.

[8]王良东，陈建文，吴嘉麟.功能性低聚糖制备[J].粮食与油脂，2008 （07）.

[作者简介]袁焙嘉（1999-）.浙江绍兴人，化学工程与工艺专业本科在读。