水解鱼蛋白的营养特征及其在水产动物营养饲料中的研究进展

水解鱼蛋白的营养特征及其在水产动物营养饲料中的研究进展内容摘要：

水 第43 卷 第 10 期 2019 年 10 月 产 学 报 Vol. 43, No. 10 JOURNAL OF FISHERIES OF CHINA 文章编号: 1000-0615(2019)10-2060-14 Oct., 2019 DOI: 10.11964/jfc.20190811923 ·综述· 水解鱼蛋白的营养特征及其在水产动物 营养饲料中的研究进展 卫育良 1,2， 徐后国 1,2， 梁萌青 1,2* (1. 中国水产科学研究院黄海水产研究所，山东 青岛 266071； 2. 青岛海洋科学与技术国家实验室，海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室，山东 青岛 266237) 摘要：鱼粉短缺是当今水产饲料行业中亟待解决的难题，而水产品加工副产品占水产品 的总重量超过60%，因此，充分利用水产品加工副产品，提高其营养价值，是解决鱼粉 短缺的重要途径。水解鱼蛋白是水解水产品加工副产品而得到的富含游离氨基酸和不同 肽链长度的蛋白寡肽，目前，越来越多的研究证明，其对水产养殖动物的生长性能具有 重要的促进作用。本文从水解鱼蛋白的制备、营养特性及水产饲料中的研究和应用方面 展开综述，系统论述近年来水解鱼蛋白在水产动物营养相关领域的研究成果，并提出在 水产饲料中的进一步研究方向，以期为水解鱼蛋白在水产动物营养学研究及其在水产饲 料中的应用提供参考。 关键词: 水解鱼蛋白；营养；饲料；水产品加工副产品 中图分类号: S 963 1 文献标志码: A 引言 有的替代技术尽管能够降低某一养殖品种饲料 水产养殖依赖于水产饲料，特别是作为蛋 白源的鱼粉，2001—2016年间，全球水产养殖 的鱼粉使用量，但由于总的水产养殖产量不断 增加，使得全球性鱼粉短缺问题仍得不到有效 缓解。基于这一现实，一些学者提出，既然无 总量以平均每年5.8%的速率增长，但全球鱼粉产 法从根本上解决水产饲料对鱼粉等海洋性蛋白 量从1994年开始至今，保持在500~700万t [1] 。显 源的依赖，那么提高对现有蛋白源的利用效 然，如果未来水产养殖产量继续保持稳定的增 率，特别是占水产品总重超过60%的各类水产品 长，全球鱼粉产量终将无法满足水产养殖业的 加工的副产品或废弃物的利用效率，是解决鱼 需求。因此，解决水产饲料中鱼粉短缺仍然是 粉短缺另一种重要途径 [3-7] ，而且，从某种意义 当今水产动物营养学研究的热点与难点。 上讲，这一途径可能是可持续的，因为水产养 现有解决鱼粉短缺的措施主要是利用其他 殖产量越高，水产品加工副产品产量也会随之 的动植物蛋白源替代鱼粉，经过多年研究，大 提高。水解鱼蛋白便是基于此提出的，它是利 部分现有相关蛋白源的替代潜力已得到充分挖 用水产品加工副产品或废弃物作为原料加工得 掘，主要的养殖品种，包括淡水鱼类、海水鱼 到的蛋白质寡肽，由于其加工过程需要对其中 类、虾类和蟹类配合饲料的平均鱼粉使用量和 的蛋白质进行水解，因此不仅其自身蛋白质含 平均饲料转化率均有逐年降低的趋势，但遗憾 量有显著提高，而且富含游离氨基酸和不同肽 的是水产饲料总的鱼粉使用量并没有随之显著 链长度的混合多肽，从而实现水产品下脚料或 降低 。这表明随着养殖产量的进一步提高，现 废弃物变废为宝的目的 [8-10]。 [2] 收稿日期：2019-08-26 修回日期：2019-09-25 资助项目：国家自然科学基金(31972803，31902387，31672663)；中国博士后科学基金(2018M632751) 通信作者：梁萌青，E-mail：liangmq@ysfri.ac.cn http://www.scxuebao.cn 10 期 2 卫育良，等：水解鱼蛋白的营养特征及其在水产动物营养饲料中的研究进展 水解鱼蛋白的制备 缩液的形式保存，酶解获得的寡肽蛋白极易腐 水产品在加工过程中，会产生鱼皮、鱼 头、肌肉、内脏、肝脏、鱼排骨等下脚料，过 去这些下脚料部分被用于制作鱼粉，但由于下 脚料中骨骼占很大的比例，制成的鱼粉由于灰 分含量过高使得质量很差 [11]。而水解鱼蛋白是通 过水解的方法将其中的蛋白质水解为蛋白质寡 肽，既提高了下脚料中蛋白的回收效率，也提 高了蛋白质的营养价值 [12]。因此，开展水解鱼蛋 败变质，如果通过喷雾或冷冻干燥，得到的水 解鱼蛋白又非常容易吸潮，需要添加额外的载 体，但这样又降低了水解鱼蛋白的营养价值 [16-17]， 因此，解决水解鱼蛋白的保存和运输问题对于 水解鱼蛋白的应用也非常关键。根据现有的商 品酶及可用于水解的下脚料，研究者已进行了 不同鱼种酶解工艺参数的优化(表1[18-31])。 3 白制备方法研究及其在水产饲料中的应用，具 有重要的意义。目前，主要的制备水解鱼蛋白 的方法可以分为化学法和生物化学法两种 [13]。 2.1 化学法制备水解鱼蛋白 化学法制备水解鱼蛋白包括酸水解和碱水 解2种方法。碱水解由于会破坏除色氨酸以外的 大部分氨基酸，因此目前该方法很少使用 [14]。当 前，使用最多的制备水解鱼蛋白的化学法是酸 水解，它是一种简单便宜的方法，通过在下脚 料中加入有机酸如甲酸、丙酸等或有机酸与无 机酸的混合酸，使下脚料水解液的pH低于4，从 而阻止微生物繁殖，然后利用下脚料自身所含 有的来自内脏中的主要成分为胃蛋白酶等的酸 性水解酶类，水解下脚料中所含的蛋白质，而 对于下脚料中缺乏含有胃蛋白酶的胃时，为加 快水解的速率，通常会加入外源性酸性蛋白酶 从而加快水解 [15]。但是，酸水解同样会破坏色氨 酸、部分蛋氨酸，使谷氨酰胺和天冬酰胺分别 转变成谷氨酸和天冬氨酸，从而降低了水解蛋 白的营养价值 [12, 14]。 2.2 2061 生物化学法制备水解鱼蛋白 水解鱼蛋白的营养特性 水解鱼蛋白是通过水解水产品加工下脚料 得到的富含游离氨基酸和不同肽链长度的寡肽 蛋白，相比自然状态的鱼粉、豆粕等完整蛋 白，有其自身独特的组成特点。 3.1 水解鱼蛋白的化学组成特点 第一，在蛋白质组成和含量方面，由于大 部分水解鱼蛋白在制备过程中，需要经过过滤 和离心等步骤除去未水解的部分，因此其蛋白 质含量相对较高，一般为60%~90%，且主要是 小分子肽类和游离氨基酸 [3, 32-35] 。而在组成蛋白 质的氨基酸方面，水解鱼蛋白中亲水性氨基酸 含量较高，疏水性氨基酸含量则较低，具体到 每种氨基酸上，含量较高的有谷氨酸、天冬氨 酸、赖氨酸和亮氨酸 [36]，色氨酸一般含量很低。 第二，在含氮小分子化合物方面，水解鱼蛋白 本质上是属于动物性蛋白源，加之在制备过程 中通过水解作用的富集，因此，具有植物性蛋 白质所不具有或者含量很低的含氮小分子化合 物，目前，已知的有牛磺酸、羟脯氨酸、鹅肌 肽、肌肽等，这些小分子化合物被认为是水解 鱼蛋白能够促进鱼类生长的重要营养物质 [37-40] 。 生物化学法主要是指酶解法，它通常使用 在这些小分子含氮化合物中，牛磺酸由于在水 外源酶，相对于化学法具有反应条件更加温 解鱼蛋白中含量特别高，因而具有较高的研究 和、过程容易控制、水解速率快、对蛋白质的 价 值 ， 已 经 在 大 西 洋 鲑 (Salmo salar)、 大 菱 鲆 营养价值破坏小、蛋白回收率高等优点，被认 (Scophthalmus maximus)等肉食性鱼类中开展了初 为是当前最有效率的方法 。通常情况下，酶解 步研究 [41-45]。第三，在脂肪含量方面，大部分的 法的酶解反应过程可分为以下四个步骤：下脚 报道表明水解鱼蛋白的脂肪含量非常低，一般 料自身内源性酶的灭活、下脚料的水解、酶解 不超过5%，有的甚至低至0.1%，其原因主要是 的终止和酶解产物的干燥；相应的酶解参数主 在制备过程中包括脂肪在内不溶解于水的成分 要有4个方面：酶与底物的比例、反应的pH、反 已 经 被 离 心 去 除 掉 [3, 46]。 第 四 ， 在 灰 分 含 量 方 应温度和反应时间 [4]。但是，目前酶解法获得的 面，水解鱼蛋白的灰分含量从0.45%到27%均有 水解鱼蛋白在水产饲料上应用，仍然需要面对 报道，Chalamaiah等 [3] 认为这主要是因为水解过 一个非常棘手的问题，即如果水解鱼蛋白以浓 程需要加入酸或者碱来调节pH值，因此使骨骼 [10] http://www.scxuebao.cn 水 2062 表1 Tab. 1 鱼种 fish species 黑海鳇 Huso huso 斑点叉尾鮰 Ictalurus punctatus 金枪鱼 Thunnus sp. 鳗 Monopterus sp. 黄鳍金枪鱼 Thunnus albacares 大西洋鳕 Gadus morhua 金色小沙丁鱼 Sardinella aurita 喀拉鲃 Catla catla 波斯鲟 Acipenser persicus 沙丁鱼 Sardina pilchardus 黑等鳍叉尾带鱼 Aphanopus carbo 乌鲹 Parastromateus niger 鲔 Euthynnus affinis 尼罗罗非鱼 Oreochromis niloticus 产 学 报 43 卷 水解鱼蛋白的适宜水解条件 Parameters of optimized enzymatic hydrolysis 水解酶 enzyme 复合蛋白酶 酶浓度或活性 enzyme concentration/activity 27.41 AU/kg 酶解温度/°C Temperature 39.21 酸碱度 pH 参考文献 reference [18] 碱性蛋白酶 4 000 U/mL 50 9.5 [19] 碱性蛋白酶 1% 55 8.5 [20] 中性蛋白酶 1% 55 8.5 碱性蛋白酶 1.80% 55.76 9 [21] 碱性蛋白酶 28.3 AU/kg 50 8 [22] 风味蛋白酶 0.10% 50 7 [23] 中性蛋白酶 0.30% 50 7 碱性蛋白酶 727.26 U/g 50 8 [24] 碱性蛋白酶 1.50% 55 8.5 [25] 碱性蛋白酶 0.10% 55 8.5 [26] 复合蛋白酶 0.10% 50 8 [27] 碱性蛋白酶 0.10% 50 8 风味蛋白酶 0.10% 50 8 复合蛋白酶 0.5%~4% 50 7.5 [28] 胃蛋白酶、胰蛋白酶、 糜蛋白酶 碱性