叶元土教授：以可消化蛋白质为基础的水产低蛋白质饲料发展方向与技术分析

养殖环境下，养殖动物依赖日粮蛋白质的数量和质量满足生长、发育和动物生产的需要，动物对日粮蛋白质的需要包括了蛋白质数量和质量两个方面的营养需要。营养需要（nutrient requirement）是指：动物在维持正常生理活动、机体健康和达到特定生产性能时对营养素需要的最低数量，也称最低需要量（minimum requirement）。对于蛋白质而言，那就是最低蛋白质数量的需要，其质量应该是理想蛋白质的需要。理想蛋白质（ideal protein）是指：饲料中各种氨基酸之间的比例与动物营养需要的比例相一致的蛋白质，其实质是以氨基酸平衡模式为基础的蛋白质质量。饲料氨基酸平衡（amino acid balance）是指：饲料中各种氨基酸之间在数量和比例上与动物特定需要相协调的状态，而理想蛋白质的氨基酸平衡状态就是100%的氨基酸平衡。蛋白质氨基酸平衡状态如何数字化计算？可以用Excel中CORREL函数值（两组数值的相关系数）表示，即计算饲料蛋白质氨基酸组成、含量（一组数据）与动物需要的氨基酸组成、含量（另一组数据）之间的CORREL函数值（正相关的系数值为0~1、负相关的系数值为-1~0），CORREL函数值的绝对值越大表示相关性越强，例如理想蛋白质的氨基酸与动物需要的氨基酸的CORREL函数值为1。

因此，可以这样理解：蛋白质的营养作用本质上是氨基酸的营养作用；从动物“营养需要”的定义本身可知：就是满足动物正常生理活动、机体健康和达到特定生产性能时“蛋白质（氨基酸）的最低需要量”。这应该就是饲料“低蛋白质”的数量和质量基准。

需要注意的核心问题是：①饲料蛋白质最低需要量是基于“理想蛋白质”的质量基础，即“蛋白质的氨基酸组成和比例与动物所需蛋白质的氨基酸的组成和比例一致，从而使动物对理想蛋白质的利用率可达100%”。首先，我们是否准确掌握养殖动物的“理想蛋白质”及其需要量？其次，理想蛋白质中的氨基酸是以可消化吸收的氨基酸为基础计算，还是以饲料蛋白质“水解氨基酸”为基础计算？“水解氨基酸”是用盐酸（HCI）水解饲料样品并通过仪器分析得到的氨基酸，并不代表可消化吸收的氨基酸。从“理想蛋白质”的定义理解，理想蛋白质的氨基酸应该是动物可消化吸收的氨基酸种类、数量和比例。②动物对蛋白质（氨基酸）需要量与饲料蛋白质含量的关系问题。动物对蛋白质（氨基酸）等营养素的需要量一般是以动物个体、或单位体重为基准，在一昼夜（24 h）对蛋白质（氨基酸）的需要量；相应摄入的食物用“日粮”表示。动物日粮(daily ration)是满足单个养殖动物一昼夜（24 h）所需要的全部营养物质而采食的各种饲料总量，包括蛋白质（氨基酸）的量，可以表示为“每天需要多少克的营养素，即g/d”。而饲料（feed）是能提供动物所需营养素，促进动物生长、生产和健康，且在合理使用下安全、有效的可饲物质（GB/T 10647—2008 饲料工业术语），其中营养素的量一般用百分含量（%）表示。“饲料”与“日粮”中营养素数量的关系有一个关键指标，即“摄食量/采食量”。当用“饲料蛋白质含量”代替“日粮蛋白质量”的时候，一定要有“摄食量（率）/采食量（率）”指标。以蛋白质为例：摄食的饲料量×饲料蛋白质含量=日粮蛋白质量。陆生动物的采食量数据容易获得，而生活在水体中的水产动物，其摄食量数据难以准确获得，一般用“投饲量”代替了“摄食量”，投饲量=养殖动物群体重量×投饲率，而投饲率则依据养殖经验或试验方法获得。

2.1 水产动物种类多

以“渔业统计年鉴”统计的水产动物养殖种类为基准，包括了海水和淡水的鱼类、海水和淡水的虾蟹类，以及海参、鲍鱼、扇贝等海水无脊椎动物，还有淡水的龟鳖蛙等种类。如表1所示，在生物学分类中，“渔业统计年鉴”中的水产动物种类总计包括了17目、41科、66属。与陆生养殖动物比较，水产动物种类非常多，具体到种、亚种，将超过100种（亚种）；如果再分到品种上，那就更多。

水产动物还有一个重要特征，即都是变温动物，缺乏维持动物体温稳定的生理机制。体温随环境温度变化，机体代谢强度、代谢机制等随之发生显著变化。在中国从南到北、从东到西的水域生态环境有显著的差异，即使是同一养殖种类的营养需要、生理代谢等也有显著差异。

因此，要准确掌握水产动物精准的营养需要、所有养殖种类的营养需要将是一项非常艰巨的任务。在产业发展的巨大需求推动下，营养学基础研究和饲料技术也要进步。可以选择代表性种类展开系统性的、深入的营养与饲料研究工作。在“GB/Z 31812—2015 饲料原料和饲料添加剂水产靶动物有效性评价试验技术指南”的附录A中，给出了水产动物的鱼类（海水鱼、淡水鱼）、甲壳类（虾、蟹）、爬行类（龟鳖类）、两栖类（蛙类）的代表种类，见表2。可以依据这些代表种类开展低蛋白质饲料的研究工作。

2.2 水产动物饲料产品质量标准

目前已经发布的、现行有效的水产动物饲料标准中，推荐性国标（GB/T）有17项，见表3；农业（NY/T）和水产饲料（SC/T）推荐性行业标准有27项，见表4。

在国标（GB）和行业标准（NY或SC）中，有“/T”的标准均为推荐性标准，其作用在于：推荐性标准“一经接受并采用（如企业产品标准中采用），或各方商定同意纳入经济合同中，就成为各方必须共同遵守的技术依据，具有法律上的约束性”。

2.3 部分水产饲料推荐标准中设定了蛋白质含量范围

为了控制水产饲料蛋白质含量过高的问题，在新近制定或修订的国标和行标中，饲料蛋白质设置了范围值，见表5、表6，均为现行有效的标准。这些标准既规定了饲料中蛋白质的下限，同时也规定了蛋白质的上限，其作用在于：饲料蛋白质在此范围内的产品为合格产品，低于下限、高于上限的产品均为不合格产品。

3.1 饲料高蛋白质、低价格的市场竞争方式不宜长期化

水产养殖是水产饲料的主要市场，我国水产养殖业在经历快速发展时期后，目前进入了稳定调整时期，水产饲料年销量也基本稳定在2 500万吨/年左右，水产饲料企业之间的竞争多数情况下是饲料存量市场的竞争。

在我国水产饲料发展历程中，以饲料蛋白质含量确认饲料产品的质量和市场价格的情况是客观存在的现实，其结果导致饲料蛋白质含量高于水产动物对饲料蛋白质的实际需要量，且这种情况有愈发严重的趋势。主要表现为：一方面，如果将企业饲料产品标签值视为产品的企业标准，为了适应市场竞争的需要，饲料企业将特定水产动物饲料的蛋白质含量设置越来越高，体现在饲料产品标签中的蛋白质含量越来越高。以鲤鱼饲料为例，“GB/T 36782—2018鲤鱼配合饲料”对饲料蛋白质的要求为鱼苗饲料≥32.0%、鱼种饲料≥30.0%、成鱼饲料≥28.0%，部分地区将鲤鱼成鱼饲料标签值设定为≥35.0%，甚至38.0%。虽然“GB/T 36782—2018”由于制定时间早，没有设定饲料蛋白质上限，但企业标准中蛋白质含量高于推荐性国标最低蛋白质量达到7或10个百分点。另一方面，饲料标签中蛋白质含量设定值本来就很高，实际生产的饲料产品蛋白质含量还要高于饲料产品标签值，通常会高出饲料标签标识的蛋白质1~5个百分点。造成这类情况的主要原因是基于“蛋白质含量高、饲料质量高”的认知，并在水产养殖市场以“高蛋白质、低价格”作为企业饲料产品竞争的主要手段。这是忽视了蛋白质质量、片面追求饲料蛋白质含量的社会后果和产业后果，其本质是牺牲蛋白质含量来保障饲料蛋白质质量，造成了饲料原料、饲料蛋白质资源的浪费。同时，较多的含氮物质进入养殖水体，显著加重了水体的氮负荷，对养殖水产动物也造成负面影响。这类饲料可被视为“高蛋白质、低质量”的水产饲料，将导致饲料企业之间的恶性竞争、并可能将水产饲料产业引入歧途的水产饲料，是急需纠正的水产饲料产业发展趋势。

那么，如何才能做到饲料产品的“高蛋白质、低价格、高质量”呢？可以作一个基本的推演，如果28%蛋白质的鲤鱼饲料和另一个35%蛋白质的鲤鱼饲料市场价格一样，35%蛋白质的鲤鱼饲料如何作呢？只能是：①做全植物蛋白质饲料，至少是无鱼粉、无肉粉等优质动物蛋白质原料的饲料；②选择蛋白质含量高、价格低的饲料原料组成饲料配方，而这类原料多数为消化率低或非蛋白氮高的蛋白质原料。如羽毛粉、猪踢脚粉等蛋白质含量超过70%，但蛋白质的实际消化吸收率低于30%；包括味精渣、赖氨酸渣等发酵产物蛋白质含量超过50%，但非蛋白氮含量高、17个氨基酸总量占蛋白质比例低于70%。

“高蛋白质、低价格”饲料产品的应用效果如何呢？在实际生产中，如果仅仅考察水产动物的生长速度和饲料效率，这类饲料的表现效果还不错，但是最大的问题在于水产动物的生理健康，如抗应激和免疫防御能力显著下降、肝胰脏和肠道黏膜等可能观察到明显的结构损伤或病变，表现在发病率高、捕捞或运输过程中出现体色变化、出血、掉鳞、脱粘等，严重时出现高死亡率。水产动物越冬过程也是较为严重的应激过程，越冬后就可能出现发病率高、死亡率高的现象，且还找不到病原菌，这就是所谓的“越冬综合征”，给养殖业造成很大的危害。要避免出现上述情况的发生，就需要在养殖过程中增加投入品的种类和数量，除了投入光合细菌、EM菌等生物制剂外，还需要提高免疫力、提高营养的投入品与饲料混合后投喂。其结果是，如果仅仅考察养殖的饲料成本，“高蛋白质、低价格”的饲料或许有优势，而综合考察养殖过程的投入品的时候，则综合成本显著增加、养殖风险显著增加、对水域环境的氮负荷显著增加。

3.2 需要发展低蛋白质、高质量的水产饲料

相对于目前的“高蛋白质、低价格”水产饲料，以及“营养需要”的定义，满足水产动物蛋白质（氨基酸）营养需要的饲料就是低蛋白质饲料，且这种饲料是基于“理想蛋白质”条件的饲料。可以理解为满足水产动物生长、生理健康和生产性能对蛋白质和氨基酸的最低需要量，且可消化蛋白质数量、可消化氨基酸的平衡模式与水产动物需要的可消化蛋白质数量、氨基酸平衡模式基本一致的饲料；这是符合水产动物营养生理需要的、有科技含量的高质量饲料。因此，低蛋白质饲料也是有下限的，这个下限就是水产动物对蛋白质数量和质量（氨基酸平衡模式）的最低需要量。

3.3 急需构建水产动物对饲料原料蛋白质（氨基酸）消化率数据库

对于饲料产品，饲料可消化蛋白质量=饲料蛋白质含量×饲料蛋白质消化率（%）。但是，在设计饲料配方时，也是对饲料产品可消化蛋白质量的预设计过程，是基于饲料原料蛋白质（氨基酸）的消化率和饲料原料用量为基础进行预设计的过程，即：饲料可消化蛋白质量=∑[配方中原料添加量×蛋白质含量（%）×蛋白质消化率（%）]-饲料生产过程中损失的蛋白质或氨基酸量。因此，需要掌握进入饲料配方中的饲料原料的蛋白质和氨基酸的含量，更重要的是其消化吸收率，这也是目前最为缺乏的基础性数据。

水产动物种类多，要构建每种水产动物、不同生长阶段对不同饲料原料蛋白质、氨基酸的消化率数据库是难以在短期内实现的目标，可以选择水产动物代表种类（如表2中的代表物种）构建相应的数据库。一方面，作为公益项目应该由国家投资，大学或研究所、头部饲料企业等大协作才能实现目标；另一方面，饲料企业又急需这类数据库，可以收集国内外文献资料中不同水产动物对不同饲料原料蛋白质、氨基酸消化率的数据，逐年积累构建饲料企业自己的数据库，同时企业自己的研发机构也开展代表物种对主要饲料原料蛋白质、氨基酸消化率数据库的构建。

3.4 关于水产饲料可消化蛋白质的检测方法

饲料原料和饲料的可消化蛋白质量需要依据蛋白质消化率计算得到，而蛋白质消化率测定方法就是关键。

饲料营养组成消化率测定方法包括活体动物消化率测定方法和离体消化率测定方法。水产动物活体动物消化率测定方法可以参考“NY/T 2713—2015水产动物表观消化率测定方法”，是通过饲喂水产动物并收集动物粪便测定和计算蛋白质等营养素消化率的试验方法。活体动物消化率测定方法需要饲喂动物一定时间（一般要10周左右）且需要收集动物粪便，时间长、工作量大，可以作为水产动物对饲料原料蛋白质、氨基酸消化率数据库构建的主要试验方法。

如果需要测定饲料可消化蛋白质、氨基酸的数量，则可以采用离体消化率测定方法，其实质就是：依据一种规定的、标准化的试验方法条件下，测定饲料蛋白质、氨基酸的消化率，并计算饲料中可消化蛋白质、可消化氨基酸的数量。这是在规定条件下，对饲料可消化蛋白质数量的一种定量评价方法，也可以作为对饲料原料蛋白质可消化性鉴定（如鱼粉中掺入血粉、羽毛粉等将导致离体消化率下降）评价方法。注意的是，离体蛋白质、氨基酸消化率的测定结果并不一定要用于代替活体水产动物对同种原料、饲料蛋白质或氨基酸的消化率结果。离体消化率测定方法可以参考“GB/T 17811—2008 动物性蛋白质饲料胃蛋白酶消化率的测定 过滤法”，就是在该方法条件下测定饲料原料、饲料中蛋白质的消化率。

3.5 如何实现以可消化蛋白质为基础的低蛋白质水产饲料

基于水产动物营养理论和饲料产业技术发展的重要方向，如何提高水产饲料可消化蛋白质（氨基酸）的数量和质量？这既要考虑产业的发展与需求，同时还要综合考虑饲料资源合理利用与新技术、新资源的开发。

首先要明确的是，提高水产饲料可消化蛋白质（氨基酸）含量，不是简单多加鱼粉、虾粉、肉粉等动物蛋白质原料。这类资源量也是有限的，在水产饲料中应用的确可以显著提高饲料中可消化蛋白质含量、并具有很好的养殖效果。这类原料的使用方案是保障这类资源性原料在不同水产饲料中的最低用量即可，作为水产饲料质量保障的基础。

其次，重要的是充分利用工业化酶解技术和发酵技术，显著改善一些消化利用低的动物性和植物性原料的可消化性，这是提高常规原料质量，并开发新型饲料原料开发的重要方向。

一些酶解产品，尤其是一些酶解的浆状产品在水产饲料中推广和应用，并取得可以提高诱食活性、补充海洋生物特有的生理活性物质、增加饲料功能性物质（抗氧化肽、抗菌肽、免疫活性物质等）、促进动物生长、维护动物生理健康等很好的养殖动物表现效果。目前已经在水产饲料中大量应用的产品包括：酶解鱼溶浆、酶解鱼浆、酶解虾浆、酶解乌贼浆、多元海味素等；还有一些动物屠宰副产物的酶解浆也在水产饲料中应用，如酶解鸡浆、酶解肠黏膜浆、酶解血球浆、酶解鸡肝浆、酶解猪肺浆等。

部分植物蛋白质消化率不高，如果通过工业化酶解得到相应的酶解蛋白质粉或浆，则可以提高其消化率，提高这类蛋白质原料的营养价值和功能价值。表7显示了部分植物籽实的蛋白质含量，以及依据蛋白质溶解性分类的4类蛋白质的相对比例。植物籽实中蛋白质的组成按其溶解性可分为清蛋白（albumins）、球蛋白（glubulins）、谷蛋白（glutelin）和醇溶蛋白（prolamins）。清蛋白和球蛋白均是由单肽链组成的低分子量蛋白质，为代谢活性蛋白质。谷蛋白不溶于水和中性盐溶液、但溶于稀酸及稀碱溶液，是由多条肽链彼此通过二硫键连接而成。醇溶蛋白不溶于水和中性盐溶液，可溶于70%~90%的乙醇溶液、也可溶于稀酸及稀碱溶液，醇溶蛋白是由一条单肽链通过分子内二硫键连接而成。谷蛋白和醇溶蛋白主要存在于胚乳中，为贮藏蛋白。

不同谷物中蛋白质组成的差异可能影响到水产动物对其消化利用率。水产动物消化道内为水溶性体系，消化酶对蛋白质的酶解作用也是在水溶体系中完成。水溶性蛋白质可以较好地分散在水溶体系中，容易与消化酶接触并被酶解，而醇溶蛋白质、谷蛋白质不溶于水，其消化率受到影响。在玉米蛋白质中醇溶蛋白质比例达到50%~55%，大米蛋白质中谷蛋白质比例达到85%~90%。在大米淀粉、玉米淀粉提取过程中，可以得到大米蛋白浆（粉）和玉米蛋白浆（粉）。如果利用大米蛋白浆、玉米蛋白浆为原料，加入水解蛋白酶如中性蛋白酶进行工业化水解，则可以得到酶解的大米蛋白肽粉或浆、玉米蛋白肽粉或浆，其肽含量可以达到60%以上，其消化利用率则显著提高；同时，还可以产生一些功能物质如抗氧化肽等，这也是工业化、规模化提高植物蛋白质可消化性的主要技术发展方向。目前，市场上已经有酶解大米蛋白肽、酶解玉米蛋白肽、酶解大豆、酶解豆粕等原料产品。

在工业化开发新型蛋白质资源方面，较为典型的乙醇梭菌、酵母菌、甲烷球菌等微生物蛋白质资源，以及雨生红球藻、小球藻、裂殖壶菌等单细胞藻类。

在昆虫蛋白质和油脂新资源、新原料方面，黑水虻、黄粉虫、蚓蛆等昆虫蛋白质和油脂原料也是重要的蛋白质和油脂资源。

3.6 水产动物的理想蛋白质与氨基酸平衡模式

如何构建水产代表物种的理想蛋白质和氨基酸平衡模式？这是发展水产低蛋白质饲料重要的一个关键点，目前还没有水产动物理想蛋白质模型可以参考和使用。要依据饲料蛋白质可消化氨基酸的种类、数量及其比例关系来构建水产动物理想蛋白质模型，首先要知道水产饲料可消化蛋白质和可消化氨基酸的数量，这涉及到饲料原料蛋白质和氨基酸消化率数据库，有不少文献数据，但不完整。其次是水产动物需要的氨基酸平衡模式目前也没有。

氨基酸的模式一般采用单一氨基酸占氨基酸总量的百分比表示。采用盐酸水解法测定饲料氨基酸含量可以得到17种氨基酸的含量（组成蛋白质的20种氨基酸中，色氨酸被水解破坏、谷氨酰胺、天门冬酰胺均转化为谷氨酸和天门冬氨酸），单一氨基酸/17种氨基酸总量的百分比就可以得到一组17个氨基酸百分比的数据，这就是氨基酸模式。水产动物需要的17种氨基酸中，单一氨基酸/17种氨基酸的百分比也可以得到另一组17个氨基酸的百分比数据。如果将饲料的单一氨基酸/17种氨基酸的百分比与相应水产动物需要的单一氨基酸/17种氨基酸的百分比两组数据进行比较，例如计算得到两组数据的CORREL函数值，理想蛋白质的CORREL函数值就为1。另外，采用这种方法可以计算得到不同饲料配方、饲料可消化氨基酸的氨基酸模式，再与相应水产动物需要的氨基酸模式比较，可以得到不同饲料的CORREL函数值，CORREL函数值的正数（正数表示正相关、负数表示负相关）数值越大表明该种饲料配方所生产的饲料氨基酸平衡性越好，该方法通常用于判断所设计和所生产的饲料氨基酸平衡效果。

在动物营养学上，一般将动物肌肉氨基酸模式作为其营养需要的氨基酸模式，水产动物也可以采用这个方法，测定鱼体肌肉氨基酸组成，并得到肌肉的单一氨基酸/17种氨基酸的百分比，即为该种水产动物营养需要的氨基酸模式。而对不同氨基酸的营养需要量则需要通过系统的、规范的营养学试验得到，有文献资料可以参考使用，企业可以逐步建立水产动物代表物种的氨基酸需要量，并构建其理想蛋白质模型。这个过程较为漫长，但又是必须都持续坚持的路径。

参考文献及更多内容详见：

饲料工业，2024，45（16）：1-8

关注公众号   阅读好文章