水產動物微顆粒飼料加工工藝研究進展

劉峰 艾慶輝 劉春娥

雖然水產動物微顆粒飼料（MD）的發展潛力巨大，但要達到最終的技術完善還有相當長的路要走。與幼魚和成魚飼料相比，生產MD是既費時，又是具有相當難度的工作。原因在于仔稚魚相對不發達的消化系統對于飼料有著更高的要求。MD應具備高度的適口性和可消化性；同時，不可避免的是微小顆粒相對表面積大，營養成分水中溶失率相對高。這些都成為MD制作面臨的主要問題。

微黏合飼料、微包膜飼料和微膠囊飼料是微顆粒飼料研制初期定義的三種主要形式。隨著微顆粒飼料工藝研究的進一步深入，結合微囊化技術，每一種工藝形式都得到了補充、完善、融合和發展，并且細化出新的工藝形式。交聯蛋白壁膠囊（CLW）、脂壁膠囊、脂噴顆粒和復雜顆粒都是很有潛力的微顆粒飼料產品。MD的生產工藝尚沒有十分清晰的概念界定，本文對其進行了分類。

1 微黏合飼料(Microbound diet,MBD)

微黏合飼料沒有明晰的包壁物質，是通過加工黏合以矩陣形式使營養物質得到聚合，保持在相對水穩定的顆粒當中。通常，起到黏合作用的成分可以是蛋白質或淀粉等營養成分，也可以是以加強黏性為專門目的的黏合劑（褐藻膠、瓊脂、明膠和角叉藻聚糖等）。MBD中不同黏合劑的使用直接影響到顆粒的穩定性、營養物質的溶失、飼料的適口性和可消化性。一種黏合劑并不適合于所有的種類。Kanazawa等（1988）報道，星鰈和真鯛仔魚飼用角叉藻聚糖為黏合劑的微顆粒飼料得到較好的生長和存活率。Person等（1993）成功地以褐藻膠和玉米醇溶蛋白作為黏合劑生產的微顆粒飼料替代舌齒鱸(Dicentrarchus labrax)仔魚常規使用的生物餌料。相反，Partridge等（1999）的研究認為，褐藻膠和玉米醇溶蛋白黏合的微顆粒飼料不能被澳洲肺魚(Lates calcarifer)仔魚較好地消化利用，他們同時建議明膠或角叉藻聚糖更為合適。而在鱘魚微顆粒飼料的黏合劑研究中，發現角叉藻聚糖有較差的可消化性。2000年在大眼鰤鱸(Stizostedion vitreum)仔魚開口料的實驗中發現，有角叉藻聚糖存在的微顆粒飼料的攝食率低，可能該顆粒飼料適口性較差。

簡單地講，MBD的生產主要是通過飼料成分混合物和黏合劑之間的膠凝作用而黏結在一起，而后進行造粒，過篩，最后得到理想粒徑范圍的微顆粒飼料。在此理論制造方法的大框架內，很多種微黏合造粒工藝被應用。從生產和微粒成形過程來分，這些工藝被粗略地分為兩種：①后切割造粒法（Crumbled Feeds）。該類工藝是首先以機械手段將原料及黏合劑混合制造成丸狀、顆粒狀、片狀或塊狀，隨后再通過切割、碾磨或破碎，將大塊變為小塊顆粒，經篩分得到合適粒徑范圍的MD。這類方法，造粒設備參數、原料性質、不同破碎條件和物料濕度都會影響最后微顆粒飼料的物理性質，這方面研究報道很少。②控制顆粒范圍成形法（On-Size Feeds）。該類工藝和方法與前述手段主要區別就在于以最直接的手段，有效地生產指定粒徑范圍的MD（藥劑工業常采用）。微擠壓制粒機制粒（MEM）就是通過一種專門的設備，首先將物料擠壓成要求細度的面條狀，然后通過底部帶不同深度豁口的圓盤高速旋轉，而將細條進一步制成微顆粒。此法不僅能通過圓盤凹槽對物料傳遞能量而造型，而且可通過離心力調整微顆粒表面和核心的密度，以達到控制微顆粒物理性狀的目的。顆粒協助旋轉凝聚法（PARA）不需要擠壓成條的過程，而是將一定濕度的物料直接放入旋轉造丸機中，同時一種特殊形狀的惰性物體在其中參與旋轉，借此傳遞能量給物料以制造出微顆粒。此法中，飼料配方、濕度以及其他幾項工藝參數都會對造粒效果產生影響。噴霧造粒法（Spray Beadlets），是飼料混合物噴入某種液體介質或干燥室中，通過液體協助或干燥過程形成微細顆粒。

MBD具備制粒工藝簡單、生產成本低和所需添加成分安全等優點。多年來，主要的商業MD都是微黏合型，并且其在魚類育苗階段生產的實踐中已經成功地用于替代鮮活餌料。

雖然MBD還不能達到單獨作為海水仔魚育苗初期的餌料，以有效地滿足生長的需要，但是通過MBD促進了人類對仔稚魚營養需求的了解。目前，很多微顆粒飼料配方都是通過MBD得以選擇和確定的。很多研究發現，MBD與活餌聯合投喂取得了相當好的育苗效果。而MBD在水中的穩定性是其面臨的一個最為重要的問題。

近年來，幼體動物中水解蛋白的添加成為熱門話題，很多學者也支持海水魚仔稚魚MD中添加水解蛋白。作為低分子量的水溶性營養，水解蛋白在微顆粒飼料中迅速溶失，但上述研究都沒有對水解蛋白的溶失速度進行報道。此外，氨基酸也會從MBD中迅速溶失。López-Alvarado等學者1994年報道，僅僅浸沒在水中2 min，以褐藻膠、角叉藻聚糖和玉米醇溶蛋白為黏合劑的MBD就分別損失了游離氨基酸總量的81%、85%和91%。同樣，Baskerville-Bridges等（2000）報道，以角叉藻聚糖、玉米醇溶蛋白以及明膠為黏合劑的MBD浸入水中僅1 min，其中游離氨基酸就損失了60%。

針對MBD較高的溶失率，科學家和技術人員開始摸索MD穩定性的改進和提高的手段。

2 微包膜飼料(Microcoated diet,MCD)

微包膜飼料一般是指在微黏合飼料的基礎上，以提高微顆粒飼料穩定性為目的，對MD進行包膜，而得到的水穩定性較好的顆粒。近年來，MCD在商業飼料中有更為廣泛的應用，通常包膜物質選用脂類，如膽固醇、卵磷脂等。包膜后的微粒存在包被率的問題，因此，往往MCD中也存在包被不完全的微黏合飼料，所以MCD常被歸為微黏合飼料。

為了進一步控制MD物理性狀和提高穩定性，微顆粒飼料造粒工藝不僅開始借鑒藥劑學的技術，而且向世界上較為流行的微囊化技術方向發展。

3 聚合反應法造粒

該種造粒方法主要是通過化學反應形成囊壁，其中應用較多的是界面聚合法。交聯蛋白壁膠囊（CLW）是近些年MD研究領域較為流行的一種微粒，Jones等學者1974年首先應用該技術，制備尼龍蛋白壁膠囊微粒飼料，以其作為蝦蟹類幼體的餌料。雖然這種MD有著不錯的穩定性，但Teshima等1982年研究發現，該種微顆粒不能被真鯛初期仔魚較好地消化利用。微顆粒飼料領域中界面聚合技術與時俱進，進一步發展去除了尼龍等具有潛在毒性的化學物質。Yúfera等（2000）應用改進了的CLW較為成功地對金頭鯛早期仔魚進行了斷奶（替代活餌），并得出結論，海水仔魚早期有相當的消化能力可以利用MD，然而外界因素可能影響其消化道功能。

除了制粒工藝條件的影響，CLW的物理性質也受選用不同交聯劑所影響。CLW一般都較為穩定，然而好的MD要求達到穩定性、適口性和可消化性之間的平衡，往往過于穩定的微顆粒飼料其適口性和可消化性差。Kv?le等（2006）將2種MBD與CLW進行穩定性和鱈魚（Gadus morhua）仔魚攝食率比較，發現CLW穩定性明顯提高，水解蛋白溶失率顯著低于MBD。然而，僅有良好的穩定性不能說明此MD為適宜的飼料，在攝食率實驗中，發現仔魚對CLW的攝食率明顯低于2種MBD。

CLW的制備相對復雜，由于需要有機溶液以及化學交聯劑等物質的附加，使其生產制備需花費高成本。一些較為成功的MBD研究，對CLW的商業潛力提出了置疑。但仍然不能否認，這種微膠囊將成為消極攝食的水產動物幼體營養需求研究的重要工具。

4 相分離法造粒

相分離過程也稱為凝聚過程。該種微顆粒造粒方法主要是通過物理化學作用形成囊壁，其中應用較多的是復凝聚法。這種方法生產的微膠囊通常采用二次乳化技術，主要的乳化劑為脂質時，所得微顆粒被稱為脂壁膠囊（Lipid-walled microcapsules）。甘油三酯的混合物，包括軟脂酸甘油酯、甘油三油酸酯和魚油的混合物常被用作微囊飼料壁材。以軟脂酸甘油酯（熔點約為29℃）為壁材，需要加入魚油或其他低熔點的甘油三酯，起到軟化囊壁的作用。但過軟的囊壁也顯然不利于微囊飼料的穩定性。

Yúfera等（2005），進一步改進工藝條件，以植物油、卵磷脂及部分褐藻酸鈣作為包膜物質，最后以吐溫-80調整微囊均勻度，通過相分離技術得到內部黏合外部包膜的微顆粒飼料。以該微顆粒飼料對金頭鯛和塞內加爾舌鰨兩種完全不同攝食習性的仔稚魚進行養殖實驗，均得到了較好的生長和存活率結果。

脂壁膠囊顆粒往往脂壁物質含量偏高，造成氨基酸營養供應不足。但是，經過一定的工藝改進，可加以補充，甚至可結合氨基酸控釋技術，從而實現更佳的誘食效果。

5 物理機械法造粒

微囊化技術通過物理機械法實現，較為容易控制，并且易于規模化和產業化。其中噴霧法和流化床法是最有希望應用于微顆粒飼料行業的。脂噴顆粒（Lipid spray beads，LSB）就是通過飼料成分混合物同脂類物質壁材混合乳化，經噴霧干燥成形或噴入冷的乳化劑溶液使脂質固化包裹營養成分而游離成微粒。與脂壁膠囊相比，脂噴顆粒顯然容易準備，原理簡單，穩定性要好。

圖1 小型噴脂顆粒造粒設備

6 混合法造粒

將幾種制粒工藝相結合或融合，生產出多種物性同時存在的顆粒，這樣的微顆粒飼料通常被稱為復雜顆粒（Complex particles）。該MD類型通常由至少兩種顆粒類型組成。混合類型飼料可以在一定程度上滿足仔稚魚對不同營養素的綜合需要。然而，不同類型微顆粒混合也可能出現幼體攝食偏好性，這樣使設計的配方不能很好的發揮全面的營養作用。復雜顆粒的另一個缺點就是加工過程多步化，這樣可能后面的步驟會破壞前面的成粒。

7 小結

雖然水產動物微顆粒飼料的開發已經有30多年的歷史，但是大部分海水魚仔魚早期階段不能單獨依靠配合飼料而生存。在多年的開發過程中，微顆粒飼料的適口性、可消化性、穩定性等重要性狀已引起人們的重視，所以通過工藝技術方面的創新發展，微顆粒飼料領域將逐漸走向成熟，而對于仔稚魚消化生理的研究將成為MD開發品種多樣化和最關鍵技術環節掌握的重要理論指導。