飼料蛋白質水平對刺參生長、氮收支及營養(yǎng)成分的影響

■夏蘇東 尤宏爭 柏雨岑 李 楠 張 丹 尹 川

(1.天津農學院水產學院 天津市水產生態(tài)及養(yǎng)殖重點實驗室，天津300384；2.天津市水產研究所 天津300221；3.中國農村技術開發(fā)中心 北京100045）

仿刺參Apostichopus japonicas(Selenka)，又稱刺 參,屬棘皮動物門（Echinodermata），海參綱（Holothuroidea），刺參科（Stichopodidae），仿刺參屬（Apostichopus），是一種以沉積物為食的大型底棲無脊椎動物，為典型的溫帶種類[1]。刺參營養(yǎng)豐富，其體內特有的酸性黏多糖、海參皂苷、多肽等生理活性物質，使其成為一種兼具濃郁的海鮮風味及較高營養(yǎng)保健功效的海珍品[2]。由于環(huán)境污染與過度捕撈等因素，自然海域刺參產量無法滿足市場需求，為解決市場需求和自然資源保護問題，近年來我國刺參養(yǎng)殖產業(yè)發(fā)展迅速[3]。2017 年全國刺參養(yǎng)殖面積為21.91 萬公頃，產量達到21.99萬噸，經濟效益顯著，已成為我國北方海水養(yǎng)殖重要的支柱產業(yè)之一[4]。刺參養(yǎng)殖業(yè)形成工廠化養(yǎng)殖、池塘養(yǎng)殖、圍堰養(yǎng)殖以及淺海增養(yǎng)殖等多種養(yǎng)殖模式，但相關營養(yǎng)與飼料學基礎的應用研究相對薄弱。

蛋白質是水產動物配合飼料中必需的核心營養(yǎng)物質，蛋白質不足將影響其生長和免疫抗病能力，蛋白質過高不僅會增加飼料成本、影響代謝及生長，并且伴隨著氮排泄增加，造成水體污染加重[5]。所以刺參健康養(yǎng)殖及生態(tài)型營養(yǎng)飼料的研究與開發(fā)，亟需對刺參蛋白質營養(yǎng)需要進行基礎研究。本研究通過配制高、中、低蛋白質水平的飼料，投喂刺參進行養(yǎng)殖實驗，利用傳統(tǒng)營養(yǎng)與飼料學方法，研究了刺參在不同蛋白質營養(yǎng)條件下生長性能、氮收支方程和機體氨基酸組成的差異，旨在為刺參蛋白質營養(yǎng)需要量的確定、生態(tài)型營養(yǎng)與飼料的研究與開發(fā)提供重要的理論支撐，為水產動物營養(yǎng)與飼料研究提供新思路、新方法。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗刺參來源于山東鑫?？萍脊煞萦邢薰?，刺參體質健壯、無病無傷。

采用單因素隨機實驗設計，即3種飼料蛋白質水平（1%、11%、21%）處理。根據實驗設計和同質優(yōu)化方法，運用飼料配方軟件REF3000確定3種實驗飼料配方，見表1。飼料原料主要采用海泥、優(yōu)質魚粉、海藻粉、復合礦物質、復合維生素等。按照飼料配方將原料混勻、超微粉碎至75 μm以下。

1.2 方法

挑選同批次健康刺參分別暫養(yǎng)于水泥池中，暫養(yǎng)期間投喂混合飼料。馴化2 周后，將刺參饑餓48 h，挑選平均質量(5.0±0.1) g刺參180只隨機分到3個實驗組中，每組3個重復，每重復20只。實驗期60 d。實驗容器為75 L 塑料水槽，配備氣石，連續(xù)充氣，維持溶氧＞5 mg/l，水溫（15±2）℃，鹽度30±2。實驗期間，每天換水50%左右。按照海參重量的5%過量投喂相應蛋白質水平飼料，每天換水時收集殘餌糞便，記錄殘餌重量，糞便用蒸餾水沖洗后保存至-20 ℃冰箱，換水以后投喂飼料。實驗開始和結束時，稱量并記錄每個水槽中刺參的重量。實驗結束后，每個養(yǎng)殖容器取10只刺參，用濾紙輕輕吸干體表水分，稱重，置冰盤上解剖，然后將所測組織分別稱量。

表1 實驗飼料的組成（干物質）

實驗飼料營養(yǎng)成分含量采用常規(guī)方法測定：干物質用105 ℃烘干至恒重；粗蛋白質采用凱氏定氮法；粗脂肪采用索氏抽提法；粗灰分采用550 ℃灼燒法[6]。能值用PARR1281卡路里(PARR Instrument Company, USA)測定,總磷采用磷鉬藍分光光度法(AOAC, 1990)[7]測定。

1.2.1 生長指標計算

特定生長率（SGR，%/d）=（lnWt-lnW0）/t×100

攝食率（FR，%）=100×Fc/[t×(W0+Wt)/2]

餌料系數（FC）=Fc/（Wt-W0）

式中：Wt——實驗末體重（g）；

W0——實驗初體重（g）；

Fc——總攝食量（g）；

t——時間（d）[8]。

1.2.2 氮收支計算

刺參的氮收支方程為：CN=FN+GN+EN

式中：CN——攝食氮(g)；

FN——糞便氮(g)；

GN——生長氮(g)；

EN——排泄氮(g)[9]。

1.2.3 營養(yǎng)成分測定

粗蛋白質測定采用GB 5009.5—2010（半微量凱氏定氮法），氨基酸測定采用GB/T 5009.124—2003（日立L-8900 氨基酸分析儀），除了胱氨酸以過甲酸氧化法和色氨酸以4.2 mol NaOH水解法外，其余氨基酸測定均以HCl水解法（6 mol）[10]。

1.2.4 營養(yǎng)價值的評定

根據全雞蛋蛋白質的氨基酸模式(%, dry)與FAO/WHO建議的氨基酸評定標準模式(%, dry) ，按以下公式計算必需氨基酸指數(EAAI)、化學評分(CS)與氨基酸評分(AAS):

式中：n——分析的氨基酸數量；

aa——樣品氨基酸含量(%)；

AE…HE——全雞蛋蛋白質的必需氨基酸含量(%，dry)；

A…H——樣品蛋白質的必需氨基酸含量(%，dry)；AA(Egg)和AA(FAO/WHO)——分別代表全雞蛋蛋白質和FAO/WHO 下同種氨基酸含量(%)[11]。

氨基酸含量(mg/g·N)=（氨基酸含量/粗蛋白質含量）×62.5[12]。

F 值=(纈氨酸+亮氨酸+異亮氨酸)/(苯丙氨酸+酪氨酸)，F(xiàn)值為支鏈氨基酸與芳香族氨基酸之比[13]。

1.3 數據處理

數據表示采用“平均值±標準差”的形式。使用OFFICE 2003和SPSS 13.0軟件進行數據處理，對測定結果進行單因素方差分析（one-way ANOVA），達到顯著水平（P＜0.05）時，采用Duncan's法進行多重比較[14]。

2 結果與討論

2.1 飼料不同蛋白質水平對刺參生長性能的影響（見圖1～圖3）

飼料不同蛋白質水平對刺參特定生長率、餌料系數、攝食率影響顯著（P＜0.05）。刺參攝食11%蛋白質水平飼料時特定生長率最高（1.72%/d），顯著高于1%和21%蛋白質水平飼料組（P＜0.05）（圖1）。隨著蛋白質水平的升高，刺參攝食率顯著降低（P＜0.05）（圖2）。1%蛋白質水平飼料組攝食率最高（33.24%），21%蛋白質水平飼料組最低（13.79%）。刺參餌料系數隨著飼料蛋白質水平升高表現(xiàn)出降低趨勢，1%蛋白質水平飼料組餌料系數最大（23.53），顯著高于11%和21%蛋白質水平飼料組的1.42和1.85（P＜0.05）（圖3）。

圖1 飼料不同蛋白質水平對刺參特定生長率的影響

圖2 飼料不同蛋白質水平對攝食率的影響

圖3 飼料不同蛋白質水平對刺參餌料系數的影響

2.2 不同蛋白質水平條件下刺參氮收支方程(見表2)

由表2可知，不同蛋白質水平飼料對刺參氮收支影響顯著，刺參攝食蛋白質水平為11%時，生長氮占攝食氮的比例最大達到20.19%，顯著高于1%和21%蛋白水平飼料組。蛋白質水平為21%飼料時，刺參排泄氮占攝食氮比例最高為62.35%，顯著高于1%和11%蛋白水平飼料組。飼料蛋白質水平為1%時，刺參糞氮占攝食氮的比例最高為85.32%，顯著高于11%和21%蛋白水平飼料組（表2）。不同飼料蛋白質水平下，刺參的氮收支方程分別為：飼料蛋白質水平為1%時，100CN=85.32FN+8.44GN+6.24EN；飼料蛋白質水平為11%時，100CN=40.76FN+20.19GN+39.05EN；飼料蛋白質水平為21%時，100CN=29.64FN+8.01GN+62.35EN。

2.3 不同蛋白質水平條件下刺參體壁營養(yǎng)價值評價

表2 不同蛋白質水平下刺參氮收支參數及氮的轉化效率和代謝效率（n=3）

2.3.1 蛋白質及氨基酸

三組刺參體壁粗蛋白質含量見表3。其蛋白質含量從大到小順序為11%＞21%＞1%，從測定結果看，11%蛋白質水平飼料組刺參體壁粗蛋白質含量最高，與1%組差異顯著（P＜0.05）。

分析了三組刺參體壁中氨基酸種類及含量，結果顯示每個樣品中均具有18 種氨基酸，其中非必需氨基酸10 種、必需氨基酸8 種（表4）。谷氨酸均在各個樣品中含量最高，其中最高的蛋白質水平21%飼料組達5.76%。色氨酸均在各個樣品中含量最低，其中最低的為蛋白質水平1%飼料組和11%飼料組含量均為0.32%。鮮味氨基酸和總氨基酸量為蛋白質水平11%飼料組最高。必需氨基酸含量11%組和21%組相差不大，但高于1%組。三組樣品中鮮味氨基酸中含量最高的均為谷氨酸，其次為甘氨酸、天冬氨酸，丙氨酸最低。除谷氨酸、色氨酸、組氨酸、絲氨酸各組之間存在差異，其余氨基酸各組間差異不顯著。

表3 三組刺參體壁粗蛋白質含量（%）

2.3.2 鮮味氨基酸含量

水產動物的鮮美程度與鮮味氨基酸組成含量有著重要的聯(lián)系。鮮味氨基酸主要有丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸，其中呈鮮味的特征性氨基酸是谷氨酸和天冬氨酸，并且谷氨酸的鮮味最強。表5中列出了三組刺參體壁的鮮味氨基酸占比（44.72%～45.01%），其中蛋白質水平為1%飼料組最高、蛋白質水平為21%飼料組最低，從測定結果看與實驗用飼料的蛋白質添加量成反比。

2.3.3 必需氨基酸評價(見表6)

水產品營養(yǎng)價值的評價可以有很多項指標衡量，其中最重要的是人體必需的8 種氨基酸的組分比例。根據雞蛋蛋白質和FAO/WHO 評分模式和測定的氨基酸含量(mg/g·N)計算出必需氨基酸指數(EAAI)、F值、化學評分(CS)與氨基酸評分(AAS)。

由表6可知，兩種評分標準認為三組刺參體壁的第一限制性氨基酸為亮氨酸和色氨酸（表6），在生產刺參專用飼料時可添加一定比例色氨酸和亮氨酸成分。EAAI 是評價食物蛋白質營養(yǎng)價值的重要指標，三組刺參體壁的EAAI（59.54～63.45）進一步證明每組刺參均是必需氨基酸含量豐富的水產品。

3 討論

3.1 飼料蛋白水平對刺參的生長指標影響

蛋白質是水產動物配合飼料中必需的核心營養(yǎng)物質，飼料蛋白水平對養(yǎng)殖動物生長、代謝、水質、免疫等影響顯著,研究它的吸收和積累是水產動物營養(yǎng)學的主要內容。蛋白質不足，影響其生長和免疫抗病能力；蛋白質過高，增加飼料成本，影響代謝及生長，并且增加氮排泄，造成水體污染。本研究表明，隨著飼料蛋白水平的升高，刺參特定生長率隨著飼料蛋白水平的升高先升高后降低。該變化趨勢與朱偉等[15]、王際英等[16]研究相似。夏蘇東[17]在對魚類的研究中指出,研究魚類對某一營養(yǎng)素的需要量時,僅用生長指標來評估不一定全面。許多研究者建議,在采用生長指標的同時,應結合反映魚體對飼料利用率指標,如餌料系數等,以便對實驗結果進行綜合評價。從實驗結果來看，刺參的特定生長率、餌料系數均為11%組最佳，這進一步印證了在低消耗蛋白質的情況下，反而能帶來最佳的養(yǎng)殖效果。周瑋等[18]報道，飼料蛋白質水平為19.48%時，幼參的特定生長率最高和餌料系數最低，而本實驗得出的飼料蛋白水平為11%，這也為進一步減少刺參飼料的蛋白質添加量提供了理論依據。在以往的研究中，一般魚類對飼料蛋白質的需求量為30%～60%[19]，蝦、蟹類對飼料蛋白質的需求量為28%～60%[20]，而本實驗中刺參幼參對飼料蛋白質的需求量為11%，要低于魚類和蝦、蟹類，這種差異可能與

自然條件下刺參舔食海底沉積物的攝食習性有關。

表4 三組刺參體壁中氨基酸組成及含量（干樣，g）

表5 三組刺參體壁中鮮味氨基酸含量的比較（干樣，%）

表6 三組刺參體壁中的必需氨基酸構成評價（mg/g·N）

3.2 飼料蛋白水平對刺參的氮收支影響

氮是蛋白質結構的主要元素之一,其收支狀況與蛋白質的代謝過程關系密切，因此氮收支結果可作為評價飼料轉化效率和飼料質量的重要指標,反映了水產動物對蛋白質的利用特點[21]。攝食氮反映水產動物對飼料蛋白質的攝食水平，生長氮占攝食氮的比率為氮的生長效率,它受體重、溫度以及飼料質量等多種因素的影響[22],提高氮生長效率是水產動物營養(yǎng)學的重要課題。本研究發(fā)現(xiàn)刺參生長氮隨飼料蛋白質水平的升高先升高后降低，在11%蛋白飼料組達到最大值。該研究規(guī)律與中華稚鱉[23]、青海湖裸鯉[24]研究一致。由于品種的差異，中華稚鱉在蛋白水平為33%時氮生長效率達到最大值[23]；青海湖裸鯉在蛋白水平為40.57%時氮生長效率達到最大值[24]。當刺參飼料蛋白質含量過低時，蛋白質不能滿足基本生長、代謝需求；當飼料蛋白質含量過高時，水產動物排泄氮速度快，說明過多的蛋白氮未被充分利用，而排泄到體外。適宜的飼料蛋白水平能夠促進生長氮和排泄氮能保持相對平衡，提高氮生長效率。因此，刺參飼料適宜蛋白質需求的研究，在探討低蛋白質水平的飼料滿足生長、降低水體氮排放方面具有指導意義。

3.3 飼料蛋白水平對刺參體壁的蛋白質和氨基酸影響

采用不同蛋白水平的飼料投喂刺參，結果表明飼料蛋白水平在11%時刺參體壁蛋白質含量最高，1%組的體壁蛋白質含量最低，而21%的組則與二者差異不顯著。這說明飼料中不是蛋白質含量越高，刺參體壁的蛋白質含量越高，而是有一個最適添加量。筆者認為刺參攝食就像人吃飯一樣，不是補充的蛋白物質越多越好，過量的食入蛋白質還可能引起營養(yǎng)過剩的癥狀。同樣也有學者[17]認為過高的飼料蛋白水平會加重刺參的代謝負擔，大量消耗刺參體壁的能源物質，導致刺參體壁糖類以及蛋白質沉積率下降，使刺參體壁粗灰分含量增加，從而影響到刺參的品質。測定出的鮮味氨基酸含量和氨基酸總量同樣為蛋白水平為11%組最高，同樣證明了飼料的蛋白水平并不是越高越好。

4 結論

本實驗研究表明，刺參攝食蛋白質水平為11%飼料生長氮達到最大，鮮味氨基酸和總氨基酸含量最高，特定生長率最高，餌料系數最低。11%蛋白水平飼料對刺參的養(yǎng)殖效果最佳，今后要進一步開展蛋白質代謝機制的研究，為刺參蛋白質精準營養(yǎng)需要量的確定提供重要的參考依據。