飼料蛋白質(zhì)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(nóng)學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院 天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300384；2.天津市水產(chǎn)研究所 天津300221；3.中國農(nóng)村技術(shù)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(nèi)特有的酸性黏多糖、海參皂苷、多肽等生理活性物質(zhì)，使其成為一種兼具濃郁的海鮮風(fēng)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(chǎn)量無法滿足市場需求，為解決市場需求和自然資源保護(hù)問題，近年來我國刺參養(yǎng)殖產(chǎn)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(chǎn)量達(dá)到21.99萬噸，經(jīng)濟(jì)效益顯著，已成為我國北方海水養(yǎng)殖重要的支柱產(chǎn)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(guān)營養(yǎng)與飼料學(xué)基礎(chǔ)的應(yīng)用研究相對薄弱。

蛋白質(zhì)是水產(chǎn)動物配合飼料中必需的核心營養(yǎng)物質(zhì)，蛋白質(zhì)不足將影響其生長和免疫抗病能力，蛋白質(zhì)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(zhì)營養(yǎng)需要進(jìn)行基礎(chǔ)研究。本研究通過配制高、中、低蛋白質(zhì)水平的飼料，投喂刺參進(jìn)行養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)，利用傳統(tǒng)營養(yǎng)與飼料學(xué)方法，研究了刺參在不同蛋白質(zhì)營養(yǎng)條件下生長性能、氮收支方程和機(jī)體氨基酸組成的差異，旨在為刺參蛋白質(zhì)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(chǎn)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(shí)驗(yàn)刺參來源于山東鑫?？萍脊煞萦邢薰?，刺參體質(zhì)健壯、無病無傷。

采用單因素隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計，即3種飼料蛋白質(zhì)水平（1%、11%、21%）處理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計和同質(zhì)優(yōu)化方法，運(yùn)用飼料配方軟件REF3000確定3種實(shí)驗(yàn)飼料配方，見表1。飼料原料主要采用海泥、優(yōu)質(zhì)魚粉、海藻粉、復(fù)合礦物質(zhì)、復(fù)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(zhì)量(5.0±0.1) g刺參180只隨機(jī)分到3個實(shí)驗(yàn)組中，每組3個重復(fù)，每重復(fù)20只。實(shí)驗(yàn)期60 d。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)期間，每天換水50%左右。按照海參重量的5%過量投喂相應(yīng)蛋白質(zhì)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(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時，稱量并記錄每個水槽中刺參的重量。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)飼料的組成（干物質(zhì)）

實(shí)驗(yàn)飼料營養(yǎng)成分含量采用常規(guī)方法測定：干物質(zhì)用105 ℃烘干至恒重；粗蛋白質(zhì)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(lán)分光光度法(AOAC, 1990)[7]測定。

1.2.1 生長指標(biāo)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(shù)（FC）=Fc/（Wt-W0）

式中：Wt——實(shí)驗(yàn)?zāi)w重（g）；

W0——實(shí)驗(yàn)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(zhì)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(jù)全雞蛋蛋白質(zhì)的氨基酸模式(%, dry)與FAO/WHO建議的氨基酸評定標(biāo)準(zhǔn)模式(%, dry) ，按以下公式計算必需氨基酸指數(shù)(EAAI)、化學(xué)評分(CS)與氨基酸評分(AAS):

式中：n——分析的氨基酸數(shù)量；

aa——樣品氨基酸含量(%)；

AE…HE——全雞蛋蛋白質(zhì)的必需氨基酸含量(%，dry)；

A…H——樣品蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)表示采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式。使用OFFICE 2003和SPSS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對測定結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），達(dá)到顯著水平（P＜0.05）時，采用Duncan's法進(jìn)行多重比較[14]。

2 結(jié)果與討論

2.1 飼料不同蛋白質(zhì)水平對刺參生長性能的影響（見圖1～圖3）

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

圖2 飼料不同蛋白質(zhì)水平對攝食率的影響

圖3 飼料不同蛋白質(zhì)水平對刺參餌料系數(shù)的影響

2.2 不同蛋白質(zhì)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(zhì)水平飼料對刺參氮收支影響顯著，刺參攝食蛋白質(zhì)水平為11%時，生長氮占攝食氮的比例最大達(dá)到20.19%，顯著高于1%和21%蛋白水平飼料組。蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhì)水平下，刺參的氮收支方程分別為：飼料蛋白質(zhì)水平為1%時，100CN=85.32FN+8.44GN+6.24EN；飼料蛋白質(zhì)水平為11%時，100CN=40.76FN+20.19GN+39.05EN；飼料蛋白質(zhì)水平為21%時，100CN=29.64FN+8.01GN+62.35EN。

2.3 不同蛋白質(zhì)水平條件下刺參體壁營養(yǎng)價值評價

表2 不同蛋白質(zhì)水平下刺參氮收支參數(shù)及氮的轉(zhuǎn)化效率和代謝效率（n=3）

2.3.1 蛋白質(zhì)及氨基酸

三組刺參體壁粗蛋白質(zhì)含量見表3。其蛋白質(zhì)含量從大到小順序?yàn)?1%＞21%＞1%，從測定結(jié)果看，11%蛋白質(zhì)水平飼料組刺參體壁粗蛋白質(zhì)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(jié)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(zhì)水平21%飼料組達(dá)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(zhì)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(zhì)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(zhì)含量（%）

2.3.2 鮮味氨基酸含量

水產(chǎn)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(qiáng)。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(zhì)水平為1%飼料組最高、蛋白質(zhì)水平為21%飼料組最低，從測定結(jié)果看與實(shí)驗(yàn)用飼料的蛋白質(zhì)添加量成反比。

2.3.3 必需氨基酸評價(見表6)

水產(chǎn)品營養(yǎng)價值的評價可以有很多項(xiàng)指標(biāo)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(jù)雞蛋蛋白質(zhì)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(shù)(EAAI)、F值、化學(xué)評分(CS)與氨基酸評分(AAS)。

由表6可知，兩種評分標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)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(chǎn)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(zhì)營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)，三組刺參體壁的EAAI（59.54～63.45）進(jìn)一步證明每組刺參均是必需氨基酸含量豐富的水產(chǎn)品。

3 討論

3.1 飼料蛋白水平對刺參的生長指標(biāo)影響

蛋白質(zhì)是水產(chǎn)動物配合飼料中必需的核心營養(yǎng)物質(zhì)，飼料蛋白水平對養(yǎng)殖動物生長、代謝、水質(zhì)、免疫等影響顯著,研究它的吸收和積累是水產(chǎn)動物營養(yǎng)學(xué)的主要內(nèi)容。蛋白質(zhì)不足，影響其生長和免疫抗病能力；蛋白質(zhì)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(biāo)來評估不一定全面。許多研究者建議,在采用生長指標(biāo)的同時,應(yīng)結(jié)合反映魚體對飼料利用率指標(biāo),如餌料系數(shù)等,以便對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評價。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，刺參的特定生長率、餌料系數(shù)均為11%組最佳，這進(jìn)一步印證了在低消耗蛋白質(zhì)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(zhì)水平為19.48%時，幼參的特定生長率最高和餌料系數(shù)最低，而本實(shí)驗(yàn)得出的飼料蛋白水平為11%，這也為進(jìn)一步減少刺參飼料的蛋白質(zhì)添加量提供了理論依據(jù)。在以往的研究中，一般魚類對飼料蛋白質(zhì)的需求量為30%～60%[19]，蝦、蟹類對飼料蛋白質(zhì)的需求量為28%～60%[20]，而本實(shí)驗(yàn)中刺參幼參對飼料蛋白質(zhì)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(xí)性有關(guān)。

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(gòu)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(zhì)結(jié)構(gòu)的主要元素之一,其收支狀況與蛋白質(zhì)的代謝過程關(guān)系密切，因此氮收支結(jié)果可作為評價飼料轉(zhuǎn)化效率和飼料質(zhì)量的重要指標(biāo),反映了水產(chǎn)動物對蛋白質(zhì)的利用特點(diǎn)[21]。攝食氮反映水產(chǎn)動物對飼料蛋白質(zhì)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(zhì)量等多種因素的影響[22],提高氮生長效率是水產(chǎn)動物營養(yǎng)學(xué)的重要課題。本研究發(fā)現(xiàn)刺參生長氮隨飼料蛋白質(zhì)水平的升高先升高后降低，在11%蛋白飼料組達(dá)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(dá)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(dá)到最大值[24]。當(dāng)刺參飼料蛋白質(zhì)含量過低時，蛋白質(zhì)不能滿足基本生長、代謝需求；當(dāng)飼料蛋白質(zhì)含量過高時，水產(chǎn)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(jìn)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(zhì)需求的研究，在探討低蛋白質(zhì)水平的飼料滿足生長、降低水體氮排放方面具有指導(dǎo)意義。

3.3 飼料蛋白水平對刺參體壁的蛋白質(zhì)和氨基酸影響

采用不同蛋白水平的飼料投喂刺參，結(jié)果表明飼料蛋白水平在11%時刺參體壁蛋白質(zhì)含量最高，1%組的體壁蛋白質(zhì)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(zhì)含量越高，刺參體壁的蛋白質(zhì)含量越高，而是有一個最適添加量。筆者認(rèn)為刺參攝食就像人吃飯一樣，不是補(bǔ)充的蛋白物質(zhì)越多越好，過量的食入蛋白質(zhì)還可能引起營養(yǎng)過剩的癥狀。同樣也有學(xué)者[17]認(rèn)為過高的飼料蛋白水平會加重刺參的代謝負(fù)擔(dān)，大量消耗刺參體壁的能源物質(zhì)，導(dǎo)致刺參體壁糖類以及蛋白質(zhì)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(zhì)。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(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究表明，刺參攝食蛋白質(zhì)水平為11%飼料生長氮達(dá)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(shù)最低。11%蛋白水平飼料對刺參的養(yǎng)殖效果最佳，今后要進(jìn)一步開展蛋白質(zhì)代謝機(jī)制的研究，為刺參蛋白質(zhì)精準(zhǔn)營養(yǎng)需要量的確定提供重要的參考依據(jù)。