目前,世界范围内养殖的甲壳动物大约20多种,但已进行营养研究的不足15种,迄今尚未有一种甲壳动物获得了完善的营养需求数据,而且甲壳动物的营养需求研究又主要集中在海水虾类。其中营养需求研究较多的海水虾类主要为斑节对虾(Penaeus monodon)、凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)、日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)、中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)、印度明对虾(Fenneropenaeus indius)、细角滨对虾(Litopenaeus stylirostris)、白滨对虾(Litopenaeus setiferus)、长毛明对虾(Fenneropenaeus penicilatus)和墨吉明对虾(Fenneropenaeus merguiensis)等种类。随着世界范围内对虾类集约化、规模化养殖业的迅速发展,海水虾类营养生理和营养需求研究不断深入,海水虾类饲料工业也随之得到了建立和发展。特别是近几年,作为虾类商品化饲料产品研制开发的基础,海水虾类的消化生理、营养生理和营养需求以及其饲料加工工艺研究发展迅速,并取得了一系列有理论价值和应用意义的成果。
二、国内外海水虾类营养与饲料加工研究现状
自从20世纪50年代美国成功地生产商品渔用颗粒饲料以来,世界各国先后开展了虾类消化生理、营养生理和营养需求研究,虾类饲料生产也逐渐进入工业化生产,至今已成为了一个重要的产业,有力地促进了虾类养殖业的发展。迄今,国内外海水虾类营养与饲料加工研究的主要成果有如下几方面:
1. 对部分海水虾类的消化生理进行了研究,特别是对虾类消化酶的研究比较深入。在20世纪60年代末70年代初开始至今,国内外科技工作者先后开展了斑节对虾、日本囊对虾、中国明对虾、白滨对虾和凡纳滨对虾等虾类消化酶的种类及其性质、活力大小的研究;个体发育不同阶段消化酶活力的变化模式以及饵料、饥饿、温度、盐度和pH等环境因素对虾类消化酶活力的影响等研究工作。近几年,对凡纳滨对虾和细角滨对虾消化酶的研究更为全面系统,已经开展了营养素影响虾类消化酶基因表达的研究。开展虾类消化酶研究工作,不仅可以为虾类人工育苗和养殖的合理投饵以及人工系列配合饲料的研制提供指导,还可为甲壳动物幼体与成体的消化生理、营养生理和生化研究积累基础资料。
2. 探明了斑节对虾、日本囊对虾、中国明对虾和凡纳滨对虾等主要养殖虾类不同生长发育阶段的蛋白质和部分氨基酸、脂类及脂肪酸、碳水化合物,以及部分维生素和几种微量元素等的营养需求和配合饲料的主要营养参数,为实用饲料的配制提供了理论依据。特别是近几年对亲虾和幼体的营养进行了较为全面的研究,为开发亲虾配合饲料和幼体开口饵料提供了科学依据。
3. 建立了虾类饲料的质量检测技术体系,并制定了饲料生物学综合评定技术标准,使虾类饲料工业逐步走上了正规化、标准化。
4.研制开发了一系列虾类饲料添加剂及其预混料,开发了各种饲料酶制剂、益生素、氨基酸与微量元素络合物,水中稳定型的维生素C衍生物、维生素E酯以及早期幼体生物饵料的营养强化剂等。
5. 虾类饲料加工工艺方面也取得了长足进展,特别是国外对虾的微囊饲料、微颗粒饲料的加工工艺较为完善,早已能生产出优质定型的产品。
三、我国与世界在海水虾类营养与饲料加工领域技术发展水平的比较、存在的问题及差距
我国虾类营养与饲料加工研究起步较晚,到20世纪80年代才从真正意义上开展了虾类消化生理、营养生理和营养需求的研究,1988年福建省首先发布适用于长毛明对虾和中国明对虾养成的配合饲料地方标准(FDB/SC 2099-88)带动了加工工艺进步,但是人力和物力的投入相对较少,在虾类消化生理、营养生理、营养需求参数和饲料加工工艺等基础理论和应用基础研究方面与国外先进水平仍有较大的差距。综观国内外虾类营养研究现状,可以看出我国虾类营养与饲料加工研究与国外先进水平相比主要存在的差距在:基础研究薄弱,实验设施和仪器、设备条件较差,科研经费投入不足。此外,我国虾类营养的研究方法和操作规程尚存在不合理之处。为此,应从全国大局出发,组织各级研究所、大学和有关企业协同攻关,发挥各自的优势,以增强我国对虾营养与饲料研究力度,加强基础理论和应用基础研究,同时引进和消化国外对虾营养研究的新成果、先进的饲料加工技术和设备,推动我国虾类营养与饲料加工业的持续发展。
四、今后海水虾类营养与饲料加工研究的趋势
目前,世界各国海水虾类营养与饲料加工发展的趋势主要表现在如下:
1 进一步深入研究海水虾类的消化生理、营养生理、营养需求、代谢规律
研究各海水虾类所需各类营养素的生理功能、相互作用、代谢规律和适宜营养需求量,特别是微量营养素(如必需氨基酸、必需脂肪酸、磷脂、胆固醇、维生素和微量元素等)的功能、代谢规律、相互作用和适宜营养需求量等,为不断修正营养需求参数和配制各种低成本高效实用饲料提供可靠的理论依据。近几年,各国水产科技工作者对凡纳滨对虾和细角滨对虾在不同饲养条件及养殖模式下的消化生理、营养需求和各微量营养素相互作用开展了较多的研究,取得了一系列成果,但系列化研究尚不够,有待于进一步深化。
2 强化海水虾类营养与自身免疫关系的研究
营养与免疫之间存在着许多相互作用关系, 运用营养调控技术提高海水养殖虾类自身的免疫力和抗病力是实现其健康养殖和可持续发展的有效途径。研究表明,许多微量营养素如维生素A、维生素E、维生素C、维生素B6、铜、锌、免疫多糖等具有增强对虾自身免疫功能的作用,但一般给出的营养推荐量是其最低需要量,故在养殖海水虾类处于应激状态下,它就完全不能保证其健康生长,容易被病原体感染。为此,研究能增强海水虾类自身的免疫功能的微量营养素适宜添加量,以达到提高其免疫抗病力的目的,这对生产出绿色虾类产品,意义重大。
3 积极探讨海水虾类营养与内分泌之间的相互关系
近几年,国内外学者对海水虾类的内分泌进行了有益的探讨,取得了许多成果。研究表明,海水虾类的内分泌系统在其生长发育和繁殖过程中发挥着重要的作用,激素能调节海水虾类的新陈代谢,且虾类体内激素水平每天呈现出周期性的变化规律,由此推测,虾类饲料吸收和内分泌功能之间关系密切,深入全面地探讨虾类营养与内分泌之间的关系,将有助于深层次理解虾类的营养生理,然而至今尚未见到虾类内分泌激素如何调节其营养素消化吸收和利用等方面的报道。深入系统地研究虾类激素如何调节营养素的利用,对指导养殖虾类饲料配方、科学投喂,以及研究外源激素在虾类饲料中应用的可能性及可行性,均具有十分重要的理论意义和应用价值。只有加强这一领域的基础与应用基础研究,才能在虾类营养与内分泌之间的相互关系研究方面取得有价值和有突破性的成果。
4 深入探讨海水虾类营养与环境的相互关系
不同的环境条件下,虾类的生理状况和营养需求会发生变化,同时海水虾类饲料的营养又影响其养殖环境,深入研究对虾营养与环境之间的相互关系,生产出绿色环保型饲料,将有助于虾类养殖业健康持续发展。研究虾类营养和生态环境的关系形成了一门新的分支学科—虾类生态营养学。开展虾类生态营养学研究,不仅要全面了解对虾的消化生理、营养生理和营养需求,研究饲料营养对养殖环境的影响,通过优化饲料配方,改进饲料加工工艺,开发出虾类低污染饲料,减轻养殖自身污染;还要深入探讨环境条件变化对虾类代谢的影响进而对营养需求的改变以及养殖模式对虾类营养需求的影响,最终开发出环境友好型虾类配合饲料。
5 深入研究营养对养殖海水虾类品质的影响
虾类的品质,首要的问题是要安全、卫生,要求虾类体内不残留有毒有害成分和有害微生物;其次要改善养殖虾类肉质品质,这就需要深入探讨饲料营养、饲料添加剂(特别是药物添加剂)对养殖虾类产品质量的影响。养殖虾类保持野生天然肉质和风味,可以提高养殖其市场价格;而虾类人工养殖一般总是在高密度、短的时间和快速生长的经济效益驱使下进行的,需大量投喂含有各种添加剂的人工配合饲料,有可能对养殖产品质量带来不利影响。这就需要进一步研究饲料的营养平衡和微量营养成分在饲料中的作用以及深入探讨确保对虾保持良好肉质风味的各种营养素的适宜需求量及比值。
6 深入研究营养对对虾生殖性能的影响
研究表明,虾类亲体的营养状况与其性成熟、性腺发育、配对、生殖力、受精率、孵化率以及早期幼体的质量和存活率等均密切相关,增加对生殖期亲体营养需求知识的认识将有助于大规模生产高质量的虾类幼体。今后应加强生殖期虾类亲体营养生理和生殖生理方面的基础和应用基础研究,深入系统地探讨各营养素在生殖期亲体体内的代谢规律、生理功能、适宜营养需求量以及各营养素的相互作用,同时深入系统地研究亲体的营养状况是如何影响卵子、精子的数量和质量以及早期幼体的质量,为科学研制能满足亲体生殖需求的全价配合饲料提供科学依据,以繁育出量足质优的对虾苗种。
7 在加强海洋虾类幼体饵料生物培养的同时,加大其幼体人工饵料的开发
饵料生物在海水虾类育苗生产中占有的重要地位,天然饵料生物培养是虾类育苗规模化、产业化发展的制约因素,实际育苗生产过程中常常因为饵料生物培养与育苗生产需要不同步而严重影响虾类育苗生产,为此虾类育苗者非常关注天然饵料生物的培育和营养强化。与此同时,研制代替饵料生物的人工微粒配合饲料也受到更广泛的关注。研制营养平衡、易被消化吸收、不污染水质和在水中保持与天然饵料生物相似物理和化学特性的虾微囊饵料,仍将是今后研究的重点和方向。国外在对虾开口期的营养需求和开口人工饵料的加工工艺学方面均已取得了长足的进展,能生产出优质的开口饵料,我国在这方面还比较落后,再加上我国的育苗体系和国外有很大差别,所用人工开口饵料也应该有所差别,为此,加强这方面的研究,开发优质人工微胶囊或微颗粒饵料,对推动对虾育苗产业发展有着非常重要的意义。
8 开发新的饲料源,降低对虾饲料生产成本
由于鱼粉等优质蛋白源日益缺乏,价格上扬,新蛋白源的开发成为一个热门的研究领域,如单细胞蛋白、植物蛋白源的开发利用以及动物加工下脚料的开发等。采用遗传改良、发酵、基因工程和膨化技术等措施将可大大加快新饲料源的开发步伐。
9 改进对虾饲料加工工艺
自20世纪90年代以来,膨化制粒技术成为了国际上海水虾类饲料加工工艺的热点,特别是近几年,挤压膨化技术与装备日臻完善。与其他类型的水产饲料相比,挤压膨化技术生产的饲料在对环境污染、营养平衡、饲料利用率上均具有其他类型饲料无法比拟的优势,这些优势主要表现在:1). 利用率高,膨化过程中不仅使原料的质构发生变化,如其中的一部分淀粉发生降解转化为糊精、麦芽糖等低聚糖。挤压后的淀粉和蛋白质均易受酶作用而消化,提高了利用率,减少了粪便的排泄。2). 稳定性好,挤压膨化技术能保证淀粉充分糊化,提高了饲料的稳定性,减少饲料在水中的溃散、营养素的流失。3). 安全性好,卫生水平高,易保存。膨化饲料加工过程短,原料水分含量一般较低,不利于微生物繁殖。从原料到产品,生产工艺简单,流水线短,基本上无污染机会。挤压过程中的高温高压能破坏某些饲料原料中存在的抗营养因子、毒素,杀死微生物。4).利于养殖管理。根据要求,可以通过工艺参数的调整来调节膨化饲料的比重,制成沉性饲料。5).营养成分损失少,挤压膨化过程是高温短时的加工过程,由于原料受热时间短,饲料中的营养成分损失少,如维生素B1、B2、B3几乎没有损失。6).生产效率高,原料浪费少,能耗低。
五、要解决的主要科学问题
1 主要养殖海水虾类的营养需要量重新评定和新的养殖虾类营养需求研究
随着养殖环境的改变、品种的改良和养殖模式的改变,已有养殖品种的营养需求已发生了相应的变化,有必要研究在现有养殖环境条件下这些品种的适宜营养需求量,而且必须开展系列研究,不能以阶段营养需求代替整个生长期的营养需求。此外,对新开发对虾养殖品种,要深入全面地开展其营养需求研究,为制定和完善饲料配方、提高饲料效率提供依据。
2 饲料配方优化及其相关技术研究
饲料的利用效率很大程度上是由饲料的配方设计和生产工艺所决定。优质水产饲料的生产对原料选购、配方设计、生产工艺和成品储存、运输、使用等均有较高的要求。如何在饲料中添加无毒、无害、无残留的新型绿色饲料添加剂来提高饲料的利用率,以避免或尽量少使用药物或激素,减低对水环境的污染,同时增强水产动物自身的免疫力和抗逆性,达到改善改善水产品品质的目的,是今后要解决的一个重要问题。此外,新原料、新技术在虾类配合饲料中应用存在的问题和解决措施也需要加强研究。
3 海水虾类养殖水体可持续精养的营养战略研究
运用虾类养殖综合配套技术,开发出适应低水体交换精养池塘的低蛋白、低磷、高能量饲料配制技术以及减轻养殖水体富营养化饲料添加剂,降低虾类应激的饲料添加剂,以提高饲料的利用效率。对虾类配合饲料在池塘精养及其它集约式养殖体系中的投喂与水体自净控制技术,池塘混养补充饲料投喂与水体自净控制技术等进行综合研究,以找到一条虾类营养与健康管理和保护水体环境的可持续养殖道路。目前,海水虾类养殖品种众多、养殖环境多样和养殖模式各异,为此应该通过生态营养学的研究,开发出满足不同品种、不同养殖环境和养殖模式的全价配合饲料,以提高饲料效率,降低养殖饲料成本和减轻对养殖环境的污染。
4 人工微粒饲料技术的改进研究
研究模拟饵料生物的人工微粒配合饲料的设备、工艺技术。通过研究解决人工微粒饲料在营养物质消化吸收、水中稳定性和水质保持上仍然存在的技术问题,使人工微粒饲料能有效代替饵料生物,供大规模对虾育苗用,以推进虾类育苗产业健康稳定和可持续发展。
5 新型绿色海水虾类饲料添加剂的应用基础研究
对复合酶制剂、微生态制剂、中草药制剂、免疫多糖、氨基酸络合物以及微量营养饲料强化剂等添加剂的作用机理、适宜需求量等进行深入系统的研究,以促进虾类的生长发育,增强对虾的自身免疫功能;同时深入研究营养饲料中添加天然有效活性成分,以改善虾类的体色和肉质,提高对虾的商品价值。
6 深入开展海水虾类的摄食行为和摄食促进物质研究
摄食行为的深入研究可为虾类饲料颗粒大小的确定和加工工艺的改进以及投饵方式的选择提供科学数据。在植物蛋白使用量日益增大的前提下,为提高饲料的适口性、降低植物原料中抗营养因子的负面作用,有必要大力研究和开发诱食促消化物质。
7 开发出新的饲料原,以缓解蛋白质饲料的短缺
综合应用新技术开发出新型优质蛋白质饲料原料,同时应用新的基础理论研究成果,开发高能低蛋白饲料,节约蛋白质饲料的使用,采用可消化蛋白和可消化能的合理比例进行配方改良,最基本的研究是降低饲料蛋白质水平, 提高饲料能量水平到最佳平衡。在精确控制可消化必需氨基酸平衡基础上, 尽可能提高饲料可消化能量含量, 即提高可消化能量与蛋白比值。
8 海水虾类营养研究方法的规范标准化
规范研究方法和操作规程,使不同研究者、不同研究对象的研究结果更可靠,并且可比性更强,提高虾类营养饲料的研究水平,对生产实践具有更大的指导意义。