■冷向軍

（上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海201306）

我國是世界水產(chǎn)飼料生產(chǎn)大國，水產(chǎn)飼料產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的一半。近年來，在快速發(fā)展的水產(chǎn)飼料品種中，尤以膨化飼料的發(fā)展最為迅速，成為水產(chǎn)飼料行業(yè)的一個(gè)亮點(diǎn)和增長點(diǎn)。然而，在膨化加工的條件下，原料選用、營養(yǎng)參數(shù)確定、配方設(shè)計(jì)、加工工藝、投飼技術(shù)等均與傳統(tǒng)顆粒飼料存在一些不同，但是，目前有關(guān)研究還很缺乏。本文結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室近年來在膨化飼料領(lǐng)域開展的一些研究，擬就膨化飼料生產(chǎn)、使用中所關(guān)注的幾個(gè)問題作一綜述，為膨化飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的合理應(yīng)用提供一些思考和指導(dǎo)。

1 膨化的原理

物料在套筒內(nèi)受螺桿推動(dòng)向前，在強(qiáng)烈的剪切力、擠壓力、摩擦力和外在加熱的作用下，產(chǎn)生高溫高壓，此時(shí)，淀粉糊化，物料呈熔化的塑性膠體狀；盡管此時(shí)溫度高于100℃，但壓力也很大(通常在20～30個(gè)大氣壓)，水分仍呈液態(tài)；物料以很高的壓力從模板噴出，壓力驟降為常壓，高溫水瞬間氣化，使顆粒體積擴(kuò)大，成多孔網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，即為膨化飼料，膨化機(jī)(Expander)由此得名。嚴(yán)格意義上講，應(yīng)該稱之為擠壓機(jī)(Extruder),但國內(nèi)已經(jīng)習(xí)慣稱之為膨化機(jī)，故本文仍以膨化機(jī)、膨化飼料指代這類飼料機(jī)械和飼料產(chǎn)品。

在擠壓腔末段，通過控制壓力、溫度(泄壓、降溫等措施)，或者調(diào)整配方，可控制飼料產(chǎn)品的密度，從而生產(chǎn)沉性、慢沉性的飼料產(chǎn)品，目前這種生產(chǎn)工藝已經(jīng)在蝦料、蟹料的生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

2 膨化對營養(yǎng)物質(zhì)消化利用率的影響

Booth等 (2002)比較了3種配方的飼料分別經(jīng)冷制粒、蒸汽制粒和膨化制粒后對銀鱸的作用效果，結(jié)果表明，在這3種配方飼料中，膨化飼料的干物質(zhì)和能量表觀消化率、蛋白質(zhì)效率顯著高于冷制粒、蒸汽制粒飼料，但蛋白質(zhì)表觀消化率無顯著差異；Venou等(2009)對金頭鯛的研究也表明了膨化飼料顯著提高了淀粉消化率、能量消化率和飼料轉(zhuǎn)化效率、蛋白質(zhì)效率，但對蛋白質(zhì)、脂肪消化率的改善不大。Venou等(2003)將小麥、玉米分別膨化后作為能量飼料配入飼料(用量分別為40.8%、37.4%)飼喂金頭鯛，較未膨化者顯著提高了飼料效率和營養(yǎng)物質(zhì)消化率，其中以膨化玉米組的改善幅度更為顯著。Cheng等(2003)以虹鱒為實(shí)驗(yàn)對象，測定了四種原料(豆粕、大麥、小麥和玉米蛋白粉)在膨化后的消化率，結(jié)果表明，經(jīng)膨化處理后，干物質(zhì)、粗脂肪、總能的表觀消化率顯著提高，但粗蛋白的表觀消化率在大麥、小麥和玉米蛋白粉組顯著降低(豆粕組未受影響)。

考慮到不同營養(yǎng)水平下，膨化加工對利用率的改善可能不同，本實(shí)驗(yàn)室配制了蛋白水平為25%、28%、31%的3種飼料，分別制成硬顆粒飼料、膨化飼料，飼喂平均體重8.0 g的羅非魚8周，結(jié)果表明，飼料蛋白水平為25%、28%時(shí)，膨化飼料組的蛋白質(zhì)效率較顆粒飼料組分別提高4.98%（P＜0.05）、7.72%（P＜0.05），能量沉積率也顯著高于顆粒飼料組（P＜0.05）；飼料蛋白水平為31%時(shí)，膨化飼料組和顆粒飼料組的蛋白質(zhì)效率、能量沉積率無顯著差異 (馬飛，2014)；在另一項(xiàng)研究中，羅非魚對油脂添加量為0%、2%、4%的顆粒飼料的蛋白質(zhì)消化率為80.6%、82.9%、79.9%，而同配方的膨化飼料的蛋白質(zhì)消化率均較顆粒飼料顯著提高(分別為82.1%、84.8%、82.4%)，同時(shí)蛋白質(zhì)效率、蛋白質(zhì)沉積率、能量沉積率、干物質(zhì)和粗蛋白表觀消化率均顯著高于顆粒飼料組(馬飛，2014)。

由上可知，膨化飼料主要是提高了淀粉和能量消化率，對蛋白質(zhì)消化率影響相對較小，可能是由于存在能量(碳水化合物)對蛋白質(zhì)的節(jié)約效應(yīng)，盡管蛋白質(zhì)的消化率改善不明顯(或絕對提高值不大)，最終也提高了蛋白質(zhì)的沉積效率。

此外，膨化加工工藝對營養(yǎng)物質(zhì)消化利用率的影響也是受到普遍關(guān)注的一個(gè)問題。S?rensen等(2002)研究了虹鱒在3種不同的擠壓(膨化)溫度(100、125、150℃)下對配合飼料主要營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，發(fā)現(xiàn)粗蛋白、能量及各種氨基酸的表觀消化率并不受擠壓溫度的影響；Frederic等(2007)比較了調(diào)質(zhì)與否、擠壓腔溫度(93、127 ℃)和物料在擠壓腔停留時(shí)間(18、37 s)對消化率的影響，發(fā)現(xiàn)調(diào)質(zhì)可提高虹鱒對有機(jī)物、碳水化合物和能量的表觀消化率，在沒有預(yù)調(diào)制的情況下，127℃時(shí)的有機(jī)物、碳水化合物和能量表觀消化率低于93℃，但在預(yù)調(diào)質(zhì)的情況下，127℃時(shí)的有機(jī)物、碳水化合物和能量表觀消化率高于93℃；脂肪的表觀消化率受各加工條件的影響不大。這些研究提示我們，沒有必要為追求膨化度而采用較高的溫度和壓力，在膨化加工中，預(yù)調(diào)質(zhì)是十分必要的。

3 膨化飼料和顆粒飼料對魚體生長性能作用效果的比較

在同等配方條件下，與顆粒飼料相比，膨化飼料在提高營養(yǎng)物質(zhì)消化利用率的同時(shí)，也損失了一些熱敏性營養(yǎng)素，如維生素、氨基酸等，存在降低魚體生長性能的可能，綜合這兩方面作用，其最終對生產(chǎn)性能的影響如何？在這方面存在著一些結(jié)論相反的報(bào)道。在同配方條件下，銀鱸攝食膨化飼料后，其增重率顯著低于蒸汽制粒飼料(Booth等，2002)；金頭鯛攝食膨化飼料后，其生長性能較顆粒飼料組并無顯著改善(Venou等，2009)；在Caballero(1999)的研究中，膨化飼料組金頭鯛的增重率則較顆粒飼料組高；在另一項(xiàng)金頭鯛的研究中，金頭鯛攝食含膨化小麥、或膨化玉米的飼料后，也較未膨化者顯著提高了增重率和飼料效率(Venou等，2003)。在羅非魚稚魚中的研究表明，魚粉用量10%，粗蛋白水平36%的膨化飼料對魚體生長性能的作用效果顯著優(yōu)于同配方的顆粒飼料(周燕等，2006)，并達(dá)到與含15%魚粉顆粒飼料組基本一致的水平。本實(shí)驗(yàn)室的研究表明，在25%、28%蛋白水平下，膨化飼料組的羅非魚生長性能顯著優(yōu)于顆粒飼料組，但在31%飼料蛋白水平下，膨化飼料組與顆粒飼料組的魚體生長性能基本一致。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因與魚體采食量密切相關(guān)，在銀鱸(Booth等，2002)、金頭鯛(Venou等，2009)的研究中，膨化飼料組的采食量均顯著低于顆粒飼料組，盡管飼料利用率提高了，但整體生長性能卻下降了，或基本保持不變。采食量的下降，可能來自于膨化飼料的漂浮特性、飼料可消化能的提高(動(dòng)物為能而食，可根據(jù)能量調(diào)節(jié)攝食量)，以及消化道排空時(shí)間的延長。在Venou等(2009)的研究中，金頭鯛攝食膨化飼料后的胃排空時(shí)間較顆粒飼料組延長約1倍(544 min VS 284 min),胃排空速率則顯著降低；在另一項(xiàng)研究中，金頭鯛攝食含膨化小麥、玉米飼料的胃排空時(shí)間也較未膨化者顯著延長(Venou等，2003)。而在本實(shí)驗(yàn)室對羅非魚的研究中，各處理組被保持在同一采食量水平下，因而飼料效率的提高，也意味著增重率的提高，這兩方面的表現(xiàn)是一致的。

在我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)中，如鯉魚、草魚、鯽魚等，普遍反映膨化飼料更能提高魚體生產(chǎn)性能，如生長速度更快，魚體較肥等，似乎很少出現(xiàn)國外研究中的生產(chǎn)性能下降現(xiàn)象，這可能與國內(nèi)外養(yǎng)殖的品種不同有關(guān)，我國常規(guī)養(yǎng)殖的魚類，可能在攝食調(diào)節(jié)上不敏感，這方面有待于進(jìn)一步研究。

另外，對于一些養(yǎng)殖魚類，如黃顙魚、斑點(diǎn)叉尾鮰等，攝食膨化飼料、顆粒飼料的差異，不僅體現(xiàn)在生長性能上，也體現(xiàn)在體色的差異上。如攝食膨化飼料的黃顙魚，通常會(huì)有一定數(shù)量的個(gè)體(20%左右)出現(xiàn)體色異常的現(xiàn)象；在斑點(diǎn)叉尾鮰的養(yǎng)殖生產(chǎn)中，也出現(xiàn)過類似現(xiàn)象，即飼喂顆粒飼料的鮰魚生長和體色正常，但同配方的膨化飼料，卻使部分個(gè)體出現(xiàn)肉色、體色異常的現(xiàn)象。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因，可能與膨化加工中的高溫高壓破壞了維生素等熱敏性營養(yǎng)素有關(guān)。在這種情況下，可加大熱敏性營養(yǎng)物質(zhì)的添加量，或?qū)⑴蚧暳吓c顆粒飼料搭配使用，二者間隔投喂，可在一定程度上解決這個(gè)問題。

4 膨化對蛋白質(zhì)、脂肪需要量的影響

飼料膨化后，提高了對主要營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪的消化率或利用率，這是否意味著魚類對膨化飼料中的蛋白質(zhì)、脂肪的需要量發(fā)生了改變？為此，本實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一系列不同蛋白水平、不同脂肪水平的配方，分別制成顆粒飼料和膨化飼料，以研究膨化加工對蛋白質(zhì)、脂肪需要量的影響(馬飛，2014)。

在實(shí)驗(yàn)一中，以豆粕、菜粕、棉粕和魚粉為蛋白源，配制粗蛋白水平為25%、28%、31%的3種飼料，分別以膨化機(jī)、平模顆粒機(jī)制粒，共6組飼料，投喂平均體重8.0 g奧尼羅非魚8周，結(jié)果顯示：在顆粒飼料組，隨飼料粗蛋白水平升高，魚體增重率、蛋白質(zhì)沉積率、脂肪沉積率、能量沉積率均呈升高趨勢，而飼料系數(shù)則隨飼料粗蛋白水平的升高而降低；在膨化飼料組，28%粗蛋白水平組比25%粗蛋白水平組具有更高的魚體增重率、蛋白質(zhì)沉積率、能量沉積率和更低的飼料系數(shù)，31%粗蛋白水平組具有與28%粗蛋白水平組基本一致的生長性能(也與顆粒飼料31%純潔蛋白組基本一致)，但蛋白質(zhì)效率、蛋白質(zhì)沉積率、脂肪沉積率顯著降低（P＜0.05）；在25%、28%飼料蛋白水平下，膨化飼料組的魚體生長性能顯著優(yōu)于顆粒飼料組，但在31%飼料蛋白水平下，膨化飼料組與顆粒飼料組的魚體生長性能基本一致。上述結(jié)果表明，羅非魚幼魚對顆粒飼料、膨化飼料適宜蛋白的需求量分別為31%、28%，飼料經(jīng)膨化處理后，降低了羅非魚對飼料蛋白質(zhì)的需求量。

在實(shí)驗(yàn)二中，以大豆油為脂肪源，在飼料粗蛋白水平28%的基礎(chǔ)飼料中，添加油脂0%、2%、4%，分別以平模顆粒機(jī)和膨化機(jī)制粒，共6組飼料，投喂平均體重8.0 g奧尼羅非魚8周，結(jié)果顯示：在顆粒飼料組和膨化飼料組中，油脂添加2%組的魚體增重率、蛋白質(zhì)效率、脂肪沉積率、能量沉積率、干物質(zhì)和粗蛋白表觀消化率均較0%組顯著提高，當(dāng)油脂添加量增加到4%時(shí)，上述指標(biāo)除干物質(zhì)表觀消化率和粗蛋白表觀消化率下降外，其余指標(biāo)與2%油脂添加組無顯著差異；隨飼料脂肪添加水平增加，魚體脂肪含量顯著增加。上述研究表明，在粗蛋白水平28%的膨化飼料和顆粒飼料中，適宜脂肪添加量均為2%，飼料經(jīng)膨化處理后，并未降低羅非魚對飼料脂肪的需求量。

5 膨化飼料中氨基酸的應(yīng)用

由于魚粉資源的緊缺和價(jià)格的不斷上漲，使得越來越多的廉價(jià)動(dòng)植物蛋白應(yīng)用于水產(chǎn)飼料中，為平衡飼料氨基酸組成，氨基酸類添加劑在水產(chǎn)飼料中的使用越來越受到重視。在膨化飼料中，有二個(gè)問題特別受到關(guān)注，一是高溫高壓對氨基酸的破壞，二是膨化飼料中添加氨基酸的作用效果。

在膨化加工的高溫高壓條件下，一方面使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，有利于蛋白質(zhì)的消化吸收；另一方面，也會(huì)產(chǎn)生美拉德反應(yīng)，導(dǎo)致有效氨基酸的損失，從而降低飼料的營養(yǎng)價(jià)值。美拉德反應(yīng)又稱為“非酶棕色化反應(yīng)”，是法國化學(xué)家L.C.Maillard在1912年提出的，是羰基化合物（還原糖類）和氨基化合物（氨基酸和蛋白質(zhì)）間的反應(yīng)，經(jīng)過復(fù)雜的歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質(zhì)類黑精或稱擬黑素，所以又稱羰氨反應(yīng)。牛化欣等(2013)將晶體、微囊賴氨酸(2%)、蛋氨酸(1.6%)加入實(shí)用飼料中，膨化機(jī)套筒加溫區(qū)溫度分別設(shè)置為常溫(不加熱)、90、120 ℃和150 ℃，經(jīng)膨化制粒后，晶體賴氨酸損失分別為6.43%、9.83%、18.74%和26.66%，晶體蛋氨酸損失分別為1.73%、7.89%、13.66%和15.20%，微囊賴氨酸損失分別為5.06%、6.68%、7.69%和8.35%,微囊蛋氨酸損失分別為0.57%、4.25%、5.14%和5.65%。這些氨基酸的損失，是來自于美拉德反應(yīng)及其他一些化學(xué)反應(yīng)的綜合結(jié)果?？梢姡S溫度的升高，晶體氨基酸損失量也顯著增加，而擠壓溫度對微囊氨基酸損失影響不顯著；在膨化制粒條件下，微囊氨基酸較晶體氨基酸更為穩(wěn)定。

在水產(chǎn)飼料中補(bǔ)充晶體氨基酸的作用效果，因魚蝦種類不同而異。通常的看法是鮭鱒魚類等能有效利用外源添加的晶體氨基酸，而蝦蟹類及一些無胃的鯉科魚類不能有效利用，其原因在于晶體氨基酸吸收速度快，與飼料中結(jié)合態(tài)氨基酸(完整蛋白)在吸收利用上存在一個(gè)時(shí)間差，但這樣的看法是建立在顆粒飼料基礎(chǔ)上的，那么在膨化飼料基礎(chǔ)上，補(bǔ)充晶體氨基酸是否還會(huì)產(chǎn)生同樣的結(jié)果呢？本實(shí)驗(yàn)室以豆粕、魚粉、棉粕為蛋白源，配制了缺乏蛋氨酸的基礎(chǔ)飼料(蛋氨酸含量0.48%)，在基礎(chǔ)飼料中分別添加晶體蛋氨酸和微囊蛋氨酸使其含量達(dá)到0.58%，分別制成顆粒飼料和膨化飼料，飼喂平均體重8.6 g建鯉8周，結(jié)果表明：在顆粒飼料中補(bǔ)充晶體蛋氨酸對魚體生長性能沒有改善，但補(bǔ)充微囊蛋氨酸提高了增重率11.4%，降低了飼料系數(shù)(P＜0.05)；在膨化飼料中補(bǔ)充晶體蛋氨酸或微囊蛋氨酸，均顯著提高了增重率(+11.0%、+11.9%)，并降低了飼料系數(shù)(單玲玲，2014)。為什么膨化飼料中補(bǔ)充晶體氨基酸會(huì)對魚體生長性能產(chǎn)生改善效果？其原因可能在于膨化加工使淀粉充分糊化，晶體蛋氨酸被糊化淀粉包被，使其在腸道中的吸收過程減緩，客觀上起到了緩釋作用，縮短了與結(jié)合態(tài)氨基酸的吸收時(shí)間差，從而達(dá)到與微囊氨基酸同等的效果。

6 膨化加工中維生素的損失

維生素是維持魚蝦正常生長、發(fā)育和繁殖所必需的微量小分子有機(jī)化合物，其化學(xué)性質(zhì)較為活潑，飼料加工、貯存中的溫度、水分、金屬元素、光線等，均會(huì)對其造成一定程度的破壞，特別是在膨化加工中的高溫、高壓條件下，維生素的損失更為巨大。

Frederic等(2008)比較了膨化前后的飼料維生素含量，發(fā)現(xiàn)存留率較低的維生素主要是VA、VB1，其在植物型飼料中的存留率分別是59%、44%，在魚粉型飼料中的存留率為11%、43%，VB6的存留率在植物型飼料、魚粉型飼料中差異較大(82%VS 44%，而其他的維生素存留率的變化范圍為74%～98%；在Anderson等 (2002)的報(bào)道中，葉酸、泛酸、核黃素、VB6在膨化后的存留率分別為48%、86%、86%、66%。張春艷等(2010)測定了膨化加工過程中的VC磷酸酯的穩(wěn)定性，在打包處檢測的三種VC磷酸酯產(chǎn)品的活性保留率為62.93%～71.32%，這種損失，來自于微粉碎、調(diào)質(zhì)、膨化及干燥等環(huán)節(jié)，其中膨化造成的損失最大，達(dá)11.90%～14.38%。

為補(bǔ)償膨化加工中的維生素?fù)p失，可以考慮增加維生素的添加量。Frederic等 (2008)按NRC(1993)的維生素標(biāo)準(zhǔn)，配制了全植物蛋白型和魚粉豆粕型飼料，并在此基礎(chǔ)上增加了40%的維生素添加量，飼料經(jīng)膨化制粒后，飼喂平均體重4.5 g的虹鱒15周，結(jié)果表明，NRC標(biāo)準(zhǔn)的全植物蛋白型飼料組和魚粉豆粕型飼料組的魚體增重分別為86.1、83.9 g，而維生素強(qiáng)化組的魚體增重分別為86.8、105.2 g，即在全植物蛋白型飼料中強(qiáng)化維生素添加量后，對生長性能并無改善，但在魚粉豆粕型飼料中強(qiáng)化維生素添加量后，顯著提高了生長性能。養(yǎng)殖生產(chǎn)中的虹鱒飼料多為魚粉豆粕型，而很少采用全植物蛋白型飼料，因此，后者更具有實(shí)際意義。

總體來看，在膨化加工中，較為敏感的維生素有VA、VE、VC、VB1、葉酸等，而其他的B族維生素如VB2、VB12、煙酸、泛酸鈣、生物素等相對較穩(wěn)定。在生產(chǎn)中，許多廠家生產(chǎn)膨化飼料時(shí)，通常是在顆粒飼料配方的基礎(chǔ)上，增加20%～50%的維生素添加量，實(shí)際上，這樣的后果是造成一部分維生素因過量而浪費(fèi)，一部分維生素因破壞嚴(yán)重而依然缺乏，維生素之間的不平衡現(xiàn)象嚴(yán)重，這可能是造成生產(chǎn)中使用膨化料后致使一些魚類體色發(fā)生異常的重要原因。在考慮經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的前提下，建議制作膨化飼料時(shí)，將維生素的用量總體增加1/4，另外再額外考慮增加VA、VE、VC、VB1、葉酸等。

7 膨化對礦物質(zhì)可利用性的影響

目前，有關(guān)膨化加工對礦物質(zhì)影響的研究很少。Cheng等(2003)以虹鱒為實(shí)驗(yàn)對象，測定了幾種原料在膨化前后的礦物質(zhì)表觀消化率，結(jié)果表明，經(jīng)膨化處理后，豆粕中的鐵、鋅，大麥中的磷、銅、鋅，玉米蛋白粉中的磷、銅、鐵、鋅，小麥中的鎂、磷、銅、鋅的表觀消化率均顯著降低。對于額外添加的礦物元素在膨化后的消化利用率，可能存在一定程度的降低，但目前尚未見有關(guān)報(bào)道，有待于今后進(jìn)一步研究。

總體來看，膨化飼料作為我國水產(chǎn)飼料中相對較新的品種，有關(guān)其營養(yǎng)需求，加工中營養(yǎng)物質(zhì)的變化和配方的調(diào)整等，均表現(xiàn)出與顆粒飼料有所不同的特點(diǎn)，但目前有關(guān)其研究還比較缺乏。今后，一方面要加強(qiáng)有關(guān)膨化飼料的基礎(chǔ)研究；另一方面，在研究尚不充分的現(xiàn)狀下，加大熱敏性營養(yǎng)物質(zhì)的添加量，或?qū)⑴蚧暳吓c顆粒飼料搭配使用，也不失為一種有效的使用方法。