■吉 紅 肖芬芬 邢君霞 李漢東

（西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西楊凌712100）

近20 年來，全球魚粉魚油產(chǎn)量總體呈波動下滑趨勢[1]。隨著全球?qū)λa(chǎn)品需求量的提高和水產(chǎn)動物集約化養(yǎng)殖模式的發(fā)展，日益增加的水產(chǎn)飼料需求量與魚粉、魚油供應(yīng)不足的矛盾愈發(fā)尖銳。據(jù)統(tǒng)計，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)消耗了約60.8%的魚粉和70.35%的魚油用于飼喂水產(chǎn)動物[2]。有鑒于此，開發(fā)可替代魚粉/魚油的新型飼料原料已成為確保今后水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。一些動物蛋白源（肉骨粉、雞肉粉、血粉）、植物蛋白源（豆科植物、油料種子和谷物蛋白）資源量豐富、價格穩(wěn)定且低廉，被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)飼料中，但因諸多不利因素限制了其在水產(chǎn)飼料中的添加量，如動物副產(chǎn)品氨基酸不平衡、飽和脂肪酸比例較高；植物蛋白源普遍存在抗?fàn)I養(yǎng)因子、適口性差、纖維素含量高等缺陷，長期使用會阻礙水產(chǎn)動物對營養(yǎng)的吸收利用并影響水產(chǎn)品的風(fēng)味[3]。與此同時，一些動物性油脂（豬油、家禽脂肪、油脂、下腳料油和牛羊油）和植物油（棕櫚油、豆油、玉米油、椰子油、菜籽油、葵籽油、亞麻籽油等）也被作為魚油替代源應(yīng)用于水產(chǎn)飼料中，但從水產(chǎn)動物對脂肪酸的需求及消費者健康的角度看，由于這些動、植物脂肪源普遍缺乏n-3 多不飽和脂肪酸（PUFA），動物脂肪含有較多的飽和脂肪酸，植物油如豆油含有較高水平的亞油酸，上述脂肪源并非理想的魚油替代源[4]。

微藻（Microalgae）是一群體型微?。?～60 μm）、能進行光合作用的低等植物的總稱，包括真核和原核兩大類[5]，其沒有真正的根、莖、葉的分化，主要以單細胞的孢子或合子繁殖，多為光合自養(yǎng)型，極少數(shù)為異養(yǎng)型和兼性營養(yǎng)型[6]。近年來，微藻資源因其富含蛋白質(zhì)、脂肪（n-3 PUFA）、多糖、維生素、抗氧化物質(zhì)、色素及微量元素等的特性，在新型水產(chǎn)飼料資源開發(fā)中備受關(guān)注。一方面，微藻作為PUFA 的原始生產(chǎn)者可為魚、蝦、貝類幼體或成體提供直接或間接的天然餌料；另一方面，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)從以往注重產(chǎn)量到如今追求品質(zhì)的逐步轉(zhuǎn)型，營養(yǎng)豐富且均衡的微藻符合健康養(yǎng)殖理念的升級和消費者的需求。此外，微藻生產(chǎn)對環(huán)境壓力小，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)占地面積少、適應(yīng)性強等方面，上述優(yōu)點為微藻緩解魚粉、魚油資源短缺問題提供了可行性。

目前，已有約20多個屬、40多種微藻用于蝦貝育苗、浮游動物營養(yǎng)強化或被用作水產(chǎn)飼料原料及飼料添加劑[6]。迄今為止，實現(xiàn)規(guī)?；囵B(yǎng)并應(yīng)用于水產(chǎn)動物養(yǎng)殖生產(chǎn)實踐的餌料微藻主要包括藍藻門[鈍頂螺旋藻（Spirulina platensis Geitler）、魚腥藻（Anabeana）、極大螺旋藻（S.maxima）]、黃藻門[異膠藻（Heterogloea sp）]，硅藻門[中肋骨條藻（Skeletonema costatum）、小新月菱形藻（Nitzschia closterium f.minutissima）、三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）、牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri）]、綠藻門[鹽藻（Dunaliellasalina）、亞心形扁藻（Platymonas subcordiformis）、雨生紅球藻（Haematococcus plutialis）、小球藻（Chlorella）、微綠球藻（Nannochloropsis sp.）]，金藻門[湛江等鞭藻（Lsochrysis zhanjiangensis）、等鞭藻（Isochrysis galbana Parke）、綠色巴夫藻（Pavlova viridis）]等[5-6]。

本文概述了可應(yīng)用于水產(chǎn)飼料生產(chǎn)的微藻的主要種類、營養(yǎng)特點、應(yīng)用方式和效果、存在問題及解決策略，旨在為其在水產(chǎn)飼料行業(yè)的開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 微藻的特征及其營養(yǎng)組成

1.1 微藻特征

微藻約占全球已知藻類的70%[6]，全球現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的微藻種類超過6萬種，其中6千余種被記載，涉及科學(xué)研究中的約幾百種，而應(yīng)用于生產(chǎn)實踐的僅有幾十種[5]。微藻具有分布廣、生物量大、生長周期短（對數(shù)生長期時間為3～5 d）、光合效率高、環(huán)境適應(yīng)性強和易于遺傳改良等突出特點[7-8]，可進行大規(guī)模培養(yǎng)。

1.2 微藻的營養(yǎng)組成

1.2.1 蛋白質(zhì)和氨基酸

生長環(huán)境、種類和培養(yǎng)基成分影響微藻蛋白質(zhì)的含量和組成，其中種類是決定性因素。一般被用作水產(chǎn)飼料蛋白源的微藻都含有大量蛋白質(zhì)，如小球藻、螺旋藻、柵藻(Scenedesmus)和微擬球藻（Nannochloropsis）的蛋白質(zhì)含量高達 40%～70%[5，9]。微藻氨基酸組成的種間差異較小，但含量相差較大[10]，在許多種類中，天門冬氨酸和谷氨酸含量最高，而含硫氨基酸、蛋氨酸和半胱氨酸含量則相對較低[11]。部分微藻的氨基酸組成平衡，優(yōu)于傳統(tǒng)的魚粉替代蛋白質(zhì)源，如玉米、豆粕等傳統(tǒng)植物蛋白源中賴氨酸為第一限制性氨基酸，而微藻中的賴氨酸含量可達0.57%～2.27%。小球藻和螺旋藻作為蛋白源最早應(yīng)用于水產(chǎn)飼料行業(yè)，小球藻的必需氨基酸總量與魚粉相似，且高于大豆餅、肉骨粉、玉米蛋白粉等常用魚粉替代源；螺旋藻氨基酸組成均衡且易于消化，能夠滿足水產(chǎn)動物的營養(yǎng)需求，顯著促進其健康生長，因此享有“最理想的高蛋白源”的美譽[6]。一些常見微藻的蛋白質(zhì)和主要氨基酸組成見表1。

1.2.2 脂類

微藻的生化成分和營養(yǎng)價值與脂類組成及含量有關(guān)[14]。微藻中的脂類主要是以甘油（含量最多）和脂肪酸酯形式存在，大部分是碳鏈為中長鏈的直鏈分子[15]。微藻脂類又可以分為非極性脂類（甘油三酯和游離脂肪酸）和極性脂類（甘油、磷脂和糖脂等）[13]，它們在維持生物正常的生理活動中發(fā)揮著重要的功能。人們對微藻中脂肪酸組成的深入研究始于1980年左右，微藻中含有豐富的多不飽和脂肪酸，部分微藻（如微綠球藻和裂殖壺藻）總體的脂肪酸組成與魚油相似，因此，微藻作為水產(chǎn)飼料中魚油的理想替代物的研究越來越受到關(guān)注。尤其是海洋微藻作為海洋食物鏈中多不飽和脂肪酸（PUFA）的初級生產(chǎn)者，含有大量對人體有益的n-3 LC-PUFA[16-17]，特別是二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）和二十二碳六烯酸（docosahexenoic acid，DHA）。n-3 LC-PUFA 不僅在治療心血管疾病、人類致盲性視網(wǎng)膜疾病、癌癥、糖尿病、老年癡呆等疾病方面具有突出療效[18]，還在動物能量供應(yīng)、細胞膜組分、調(diào)控脂質(zhì)代謝和免疫功能上發(fā)揮重要作用[19]。有研究表明，適量的n-3 LC-PUFA有節(jié)約飼料中的蛋白質(zhì)，調(diào)控魚體脂質(zhì)蓄積、提高魚體健康免疫和繁殖性能等積極作用，如飼料中添加0.52% n-3 LC-PUFA 可有效節(jié)約蛋白質(zhì)，調(diào)控草魚脂質(zhì)蓄積[20]；ARA能夠顯著降低草魚脂肪組織和肝胰臟PPAR-γ、FAS等基因的表達，同時降低血清中促炎因子 TNF-α和 IL-6 的濃度[21]；EPA 可通過調(diào)控LPL，PGC-1α等脂代謝基因的表達抑制草魚前體脂肪細胞的分化[22]，發(fā)揮降脂的作用；長期用n-3 LC-PUFA飼喂的草魚肝脾臟中非特異性基因TLR22 和MyD88的表達水平顯著上升[21]。

表1 部分微藻的蛋白質(zhì)和主要氨基酸占總氨基酸比例組成（%）[10，12-13]

一般認為，n-3 LC-PUFA 主要存在于魚油和某些微藻中。與魚油相比，微藻油產(chǎn)量不受季節(jié)波動，且不易受重金屬汞和持續(xù)性有機污染物的污染，因此微藻油的穩(wěn)定性、安全性更高。魚體需要利用磷脂尤其是膽固醇和甘油三酯來吸收飼料中的脂類，微藻油中甘油三酯型的DHA 相對于魚油的乙酯型DHA 而言，更有利于生物體吸收利用[23]。含有PUFA 的常見微藻種類有紅藻門的紫球藻及破殖壺菌科的裂殖壺藻和破囊壺藻（Thraustochytriumroseum）、硅藻門的小環(huán)藻（Cyclotella sp.）、三角褐指藻、菱形藻（Nitzschia sp.）；隱/甲藻門的隱鞭藻（Cryptomonadaceae）、綠藻門的細小微胞藻（Micromonas pusilla）、缺刻緣綠藻（Parietochloris incisa）[5]。雖然微藻中 PUFA 的積累受一些理化條件的影響，例如氮磷濃度、光照、溫度、微量元素、pH 值、鹽度等，但其脂肪酸組成仍保持著藻種特殊性[7，24]，比如：微綠球藻和新月菱形藻富含 EPA[25]；裂殖壺藻DHA 含量高達30%～40%以上[26]。表2 為幾種常見微藻與魚油中n-3 PUFA組成。

表2 常見微藻和魚油中重要的n-3 PUFA組成（總脂肪酸含量百分比）（%）[24，27]

1.2.3 碳水化合物

微藻的生物質(zhì)中儲存了光合作用合成的碳水化合物，主要以淀粉、纖維素等形式存在于細胞質(zhì)體內(nèi)和細胞壁中，內(nèi)層細胞壁主要是纖維素、半纖維素和其他物質(zhì)，外層細胞壁通常由各種多糖組成。微藻可消化物中碳水化合物的占比很大[13，28]，例如螺旋藻細胞壁以易于被生物體消化吸收的半纖維素為主[29]。微藻的總糖含量在5%～23%，其中單糖組成較為復(fù)雜且多帶硫酸化修飾，葡萄糖是最主要的單糖，占總含量的21%～87%，其次是半乳糖和甘露糖（1%～20%和2%～46%），剩余為阿拉伯糖、巖藻糖、鼠李糖、核糖和木糖（0%～17%）；酸性雜多糖是主要的微藻多糖，常見的有紫球藻多糖、螺旋藻多糖、鹽藻多糖、小球藻多糖和紅球藻多糖，因微藻多糖中的活性物質(zhì)具有抑菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老、提升免疫力等作用而備受水產(chǎn)行業(yè)的重視[30-31]。表3 展示了常見微藻多糖的組成和結(jié)構(gòu)特點。

表3 常見微藻多糖的組成和結(jié)構(gòu)特點[32]

1.2.4 色素

微藻含有豐富的色素，其類別主要分為三大類：藻膽蛋白、類胡蘿卜素、葉綠素，其中葉綠素和類胡蘿卜素等親脂色素構(gòu)成了干藻類生物量的3%～5%[33]。這些色素在藻類中主要起光保護劑、輔助光收集色素和親光性等作用，部分色素作為一種抗氧化劑，可保護細胞免受自由基的侵害，防止脂質(zhì)過氧化，保持光合作用的穩(wěn)定和功能。不同的藻種，所含色素的種類各異，例如：小球藻富含高達4%～6%的葉綠素a和b[34]；雨生紅球藻為天然蝦青素含量最高的一種微藻[35]；斜生柵藻（Scendesmus obliquus）可積累大量類胡蘿卜素[36]。藻膽蛋白主要包括藻紅蛋白（Phycoery thrin）、藻藍蛋白（Phycocyanin）、藻紅藍蛋白（Phcoerycyanin）和異藻藍蛋白（Allophycocyanin）四大類[37]。藻藍蛋白在螺旋藻和絲囊藻（Aphanizomenon）中含量豐富[38]。常見微藻所含色素如表4所示。

表4 常見微藻所含色素[13，33，37，39]

1.2.5 維生素與礦物質(zhì)

微藻也是維生素和礦物質(zhì)的良好來源，目前在微藻中發(fā)現(xiàn)的維生素主要包括維生素A、B、C、E、K、H、生物素、泛酸、葉酸、煙酸和肌醇等[40]。已有研究表明，螺旋藻、小球藻和柵藻中的維生素A、B1、B2、E 和煙酸的含量比菠菜和面包酵母還要高[41]。造成微藻維生素含量差異的原因除了環(huán)境因素外，與采集后的處理方式和干燥方法也有相當(dāng)大的關(guān)系。對于熱不穩(wěn)定維生素B1、B2、C 和煙酸等，它們的濃度在干燥過程中會有所降低。Brown 等[42]通過檢測扁藻、巴夫藻（Pavlova）、裂絲藻（Chaetoceros）、微擬球藻中維生素的含量發(fā)現(xiàn)，不同藻種間的維生素含量差值在2～4倍，具體見表5?？梢哉J為，水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用混合微藻餌料更有利于動物維生素需求的平衡。微藻含有豐富的礦物鹽營養(yǎng)素，包括：Ca、P、Mg、K、Na、Zn、Fe、Cu、S等[43]，這些存在于微藻中的天然礦物質(zhì)比人工合成礦物質(zhì)更易于生物的消化與利用。用富含礦物質(zhì)的微藻飼喂商品化鮭魚更健康、活力明顯增強，且魚肉的口感和品質(zhì)更佳[44]。微藻礦物鹽含量受其生理狀態(tài)、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)基種類以及檢測方法等因素的影響。這些礦物營養(yǎng)素在水產(chǎn)動物體內(nèi)的作用主要體現(xiàn)在作為細胞組織和酶等物質(zhì)的組成成分，調(diào)節(jié)滲透平衡，參與物質(zhì)運輸，肌肉收縮，參與營養(yǎng)物質(zhì)代謝等過程。研究發(fā)現(xiàn)，裂殖壺藻中含有大量的Ca、Mg、Fe、Na，少量的Mn、Al、Cu、Zn，微量的Pb，不含Se、Cd、As、Hg[45]。目前，已有微藻作為礦物質(zhì)添加劑取代水產(chǎn)動物餌料中常用的無機礦物鹽的研究，表明微藻在這方面具有很大的應(yīng)用潛力和市場空間。

表5 部分微藻的維生素組成及含量[42]

2 微藻資源作為水產(chǎn)動物飼料原料的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用方式及研究方向

從20 世紀(jì)50 年代至今，將藻類應(yīng)用于水產(chǎn)飼料的研究從未間斷。微藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用主要有兩種形式，一是作為活餌直接投喂幼體，等鞭金藻、巴夫藻、扁藻（Tetraselmis suecica）、奇異假等鞭金藻（Pseudoisochrysis paradoxa）、鈣質(zhì)角毛藻（Chaetoceros calcitrans）、中肋骨條藻和假微型海鏈藻（Thalassiosira pseudonana）、纖細角毛藻（Chaetoceros gracilis）等微藻已成功應(yīng)用于水產(chǎn)動物的苗種培育中。微藻能夠吸收幼苗排出的CO2和N、P元素，并通過光合作用轉(zhuǎn)化為O2，達到水體中“CO2-HCO3-”平衡，pH平衡的效果。多種微藻共同使用還可使水體中的菌相（菌類結(jié)構(gòu)與數(shù)量）處于穩(wěn)定狀態(tài)，有利于水生動物的生長健康[5]。二是以藻粉或藻油的形式用作制作配合飼料的原料，以提供蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)素，或作為著色劑、抗氧化劑和免疫增強劑等功能添加劑的來源[46-47]。一些經(jīng)加工提油后的脫脂微藻因蛋白含量高可作為優(yōu)質(zhì)的魚粉替代源，如脫脂小球藻、脫脂微擬球藻、脫脂雨生紅球藻的蛋白含量依次為49.22%、45.2%、40.3%[47-49]。還有一些微藻因其特有的營養(yǎng)特性添加于水產(chǎn)飼料中滿足水產(chǎn)動物特殊的營養(yǎng)需求，如集約化養(yǎng)殖造成水產(chǎn)品中n-3 PUFA 含量嚴重缺乏，用富含DHA的裂殖壺藻的飼料飼喂水產(chǎn)動物可有效提高生物體內(nèi)n-3 PUFA的蓄積量；雨生紅球藻可用于提升水產(chǎn)品體色。一般情況下，微藻主要是以藻粉、藻油和藻渣/藻粕的形式添加到水產(chǎn)飼料中，相關(guān)研究涉及替代魚粉魚油、功能性飼料添加劑和新型飼料原料的開發(fā)。

據(jù)2018 年4 月農(nóng)業(yè)部公告第22 號顯示，現(xiàn)已有10 種藻類及其加工產(chǎn)品被列入飼料原料目錄（見表6）。

2.2 微藻作為飼料原料應(yīng)用于水產(chǎn)飼料的效果

2.2.1 微藻對水產(chǎn)動物生長性能的影響

大量研究表明，微藻可成功應(yīng)用于水產(chǎn)飼料中且不會對水產(chǎn)動物的生長性能產(chǎn)生負面影響。一般來說，蛋白含量較高（40%～70%）的微藻可用于完全或部分替代魚粉。研究發(fā)現(xiàn)，螺旋藻可部分替代虹鱒(Oncorhynchus mykiss)（10%）、異育銀鯽（Carassiusauratus gibelio）（20%）日糧中魚粉，并對其特定生長率和飼料轉(zhuǎn)化率無顯著影響[52-53]，同樣的結(jié)果出現(xiàn)在用舟形藻（Navicula sp.）和微擬球藻替代魚粉飼喂紅姑魚(Sciaenops ocellatus)（10%）的試驗中[54]。在金頭鯛（Sparus aurata）日糧中以柵藻替代魚粉的結(jié)果表明，柵藻不會對魚類的養(yǎng)分利用效率產(chǎn)生負面影響[55]，三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）可成功取代6%的魚粉，而不會對大西洋鮭魚的消化率產(chǎn)生不利影響[56]。適量的微藻粉添加有利于魚體的生長，如羅非魚日糧中添加10 g/kg的螺旋藻可以顯著提高羅非魚（Oreochromis niloticus）的生長性能和存活率[57]；日糧添加10%螺旋藻顯著提高了鱘魚（Huso huso）和珊瑚鱒魚（Plectropomus leopardus）的生長性能[58-59]；螺旋藻可作為蛋白源加入到金色無須魮（Puntius gelius）的日糧中用以增加體重[60]；小球藻替代6%～8%的魚粉時，可以顯著提高羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）的生長率[61]。在關(guān)于微藻替代魚油的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微擬球藻完全替代魚油時，牙鲆（Paralichthys olivaceus）的生長性能和飼料效率均無明顯變化[62]；用微擬球藻和綠色巴夫藻替代50%～100%的魚油時對歐洲鱸魚(D.labrax)的生長性能和飼料利用率無不良影響[63]。Sarker 等[64]發(fā)現(xiàn)用裂殖壺藻100%替代飼料中的魚油會對羅非魚（Oreochromis niloticus）的生長和飼料利用起促進作用。

表6 飼料原料目錄中的藻類及其加工產(chǎn)品[50-51]

微藻脫脂后得到的藻渣也可用于水產(chǎn)飼料的配制，為飼料提供蛋白、脂質(zhì)或色素等有益成分，提高了微藻的資源利用率，如脫脂微擬球藻可替代歐洲鱸魚飼料中15%的魚粉，而不影響魚類生長性能以及前腸的微觀形態(tài)[48]；日糧中添加3%的脫脂雨生紅球藻粉可以促進南美白對蝦的生長，提高飼料效率，且可有效富集對人體健康有益的蝦青素[49]；使用脫脂眼點擬微綠球藻（Nannochloropsis oculata）替代羅非魚飼料中33%魚粉時，羅非魚生長性能與對照組無差別[65]。目前關(guān)于脫脂裂殖壺藻在水產(chǎn)上的應(yīng)用研究鮮有報道。本實驗室在框鱗鏡鯉日糧中添加不同水平裂殖壺藻渣（脫脂裂殖壺藻粉）的研究發(fā)現(xiàn)，50.7～101.5 g/kg的藻渣添加量不會對鯉魚的生長產(chǎn)生負面影響。此外，脫脂微藻更易被水產(chǎn)動物吸收利用，因為難以消化的微藻細胞壁會在加工過程中被破壞，使位于細胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)被釋放出來。

2.2.2 微藻對水產(chǎn)動物脂質(zhì)代謝的影響

研究發(fā)現(xiàn)，一些微藻在促進水產(chǎn)動物脂質(zhì)代謝，節(jié)約蛋白質(zhì)方面作用效果顯著[66]。早在1985年，Nakagawa 等[67]就發(fā)現(xiàn)在含有4%魚油的香魚（Plecoglossus altivelis）日糧中添加1%小球藻提取物，可顯著降低香魚肌肉中脂肪含量，抑制肌肉蛋白的耗竭，同時，血清蛋白和脂質(zhì)含量明顯下降，這可能與藻類添加物能顯著提高脂肪酸β-氧化關(guān)鍵物質(zhì)有關(guān)。使用裂殖壺藻粉和微綠球藻粉飼喂星斑川鰈（Platichthys stellatus）幼魚時發(fā)現(xiàn)兩組全魚粗脂肪均顯著下降；微綠球藻組血清中的甘油三酯（TG）顯著下降，肝臟中的脂蛋白酯酶（LPL）和總脂酶（TLP）的酶活力顯著升高，而脂肪酸合成酶（FAS）和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）均顯著下降。這說明微藻粉替代星斑川鰈幼魚飼料中的魚油在一定程度上可提高機體的脂肪代謝能力[68]。Van等[69]發(fā)現(xiàn)在用40%裂殖壺藻油替代魚油飼喂鱈魚（Scortum barcoo），可有效蓄積肌肉中的n-3 LC-PUFA，尤其是DHA的含量。在大西洋鮭上的試驗得出，用11%的裂殖壺藻粉替代魚油，魚肉中n-3 LC-PUFA含量與全魚油組無顯著差異，持久性有機污染物水平在藻粉組魚肉中最低[70]。本實驗室研究發(fā)現(xiàn)，裂殖壺藻油組對魚促生長性能優(yōu)于魚油組，裂殖壺藻油中的DHA 比魚油中的更高效地沉積在魚體中，節(jié)約了從頭合成DHA 所需的能量，促進了脂質(zhì)水解作用并抑制蛋白質(zhì)分解[71]。然而，研究表明，用裂殖壺藻粉喂養(yǎng)的大西洋鮭魚的日糧和肌肉中低含量的EPA 會降低其整體的營養(yǎng)價值[70]。因此，探索不同藻種的組合使用可能會更有效地改善水生動物的脂質(zhì)組成和質(zhì)量，全面提高魚體中n-3 PUFA的蓄積能力。

2.2.3 微藻對水產(chǎn)動物肌肉品質(zhì)的影響

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，以及人們消費水平的提高，水產(chǎn)品品質(zhì)與安全成為了水產(chǎn)行業(yè)的關(guān)注點。已有研究表明，由于含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪酸、氨基酸以及其他營養(yǎng)物質(zhì)，微藻能夠明顯改變水產(chǎn)品品質(zhì)。一些研究發(fā)現(xiàn)，微藻在提高肌肉蛋白質(zhì)，降低脂質(zhì)方面效果顯著，如三角鯉日糧中添加3%的螺旋藻可以提高肌肉中粗蛋白含量[72]；黃帶擬鲹（Pseudocaranx dentex）攝食添加5%的節(jié)旋藻（Arthrospira）的飼料，肌肉的脂質(zhì)含量顯著降低，肌肉的口感和質(zhì)地也有所提高[73]。羅非魚日糧中含有40 g/kg 的裂殖壺藻時肌肉中DHA水平顯著上升[74]。當(dāng)日糧中含有裂殖壺藻時可以刺激大西洋鮭魚肌肉或組織的發(fā)育[75]。在攝食小球藻提取物后的香魚，其魚肉口感和肉質(zhì)明顯得到改善，這可能與藻類中游離氨基酸和其他小分子化合物有關(guān)[67]。謝少林等[76]發(fā)現(xiàn)在改良鯽（Carassius auratus）日糧中添加1%的螺旋藻后，肌肉中的鮮味氨基酸和必需氨基酸含量均顯著提高。在河蟹飼料中添加0.35%的雨生紅球藻時，河蟹肌肉中的味氨基酸和味道強度值（TAV）顯著提高，這可能與蝦青素對某些物質(zhì)合成代謝調(diào)控有關(guān)。另外，河蟹肌肉中n-3/n-6脂肪酸比例、DHA和EPA含量也顯著提高，可能與蝦青素的強抗氧化能力有關(guān)，其阻斷了動物體內(nèi)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，防止不飽和脂肪酸的氧化[77]。Gong等[78]的研究表明，在低魚粉日糧中添加10%以上的柵藻可顯著提高大西洋鮭肌肉中n-3 PUFA 的含量。然而，Tibaldi 等[18]在歐洲鱸魚（Dicentrarchus labrax L.）日糧中以冷凍干燥的金藻（Isochrysis sp.）替代魚粉的研究中發(fā)現(xiàn)，可食性肌肉組織脂質(zhì)和能量消化率下降，n-3 LC-PUFA 含量有一定程度的降低。造成這種差異的原因有可能是養(yǎng)殖對象種類、大小以及所用的微藻種類以及加工方式不同。

2.2.4 微藻對水產(chǎn)動物體色的影響

水產(chǎn)動物的體色和肌肉顏色不僅能反映其健康狀況，還可決定其交易價格和消費者選擇。Khatoon等[79]指出，魚類的體色與日糧中類胡蘿卜素關(guān)系密切，而大多數(shù)動物包括魚類自身不能從頭合成類胡蘿卜素，必須從食物中獲取。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，為了獲得色澤鮮艷、健康的水產(chǎn)品，以謀求更大的經(jīng)濟效益，有必要在魚類飼料中添加類胡蘿卜素或富含類胡蘿卜素的物質(zhì)。微藻富含類胡蘿卜素、蝦青素、角黃素等色素，因此，水產(chǎn)飼料中添加微藻對改善水產(chǎn)動物著色具有廣闊前景。目前，微藻在改善水產(chǎn)動物著色方面的研究，涉及的養(yǎng)殖品種多集中于觀賞魚或具有高價值的水產(chǎn)品，例如南美白對蝦（L.vannamei）、彩虹鯛（Oreochromis sp.）、錦鯉（Cyprinus carpio）、中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis H.Milne-Edwards）等[49，80-82]。用于改善體色的微藻主要包括雨生紅球藻（蝦青素）、鈍頂螺旋藻杜氏藻（β-胡蘿卜素）、小球藻（角黃素和蝦青素）和螺旋藻（玉米黃質(zhì)和藍藻葉黃素）等。張飲江等[83]發(fā)現(xiàn)，中華絨螯蟹成蟹的體色隨著飼料中螺旋藻干粉的增加而加深。在關(guān)于黃尾鯛（Pseudotropheus acei）的實驗中，螺旋藻顯著增加了魚體的紅度，尾部紅度和黃度，且總類胡蘿卜素含量與微藻添加劑量呈正相關(guān)[84]。七彩神仙魚（Symphysodon haraldi）皮膚、鰭條、肌肉和肝臟中蝦青素含量隨著雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）添加量的增加而升高，各組織中蝦青素的含量在添加量超過6.66 g/kg 趨于穩(wěn)定[85]。南美白對蝦攝食脫脂雨生紅球藻后，體色顯著提高，所含游離和酯化蝦青素顯著高于對照組，這與微藻粉中的類胡蘿卜素可改善蝦體色素沉淀有關(guān)[49]。

2.2.5 微藻對水產(chǎn)動物健康的影響

近年來，由于抗生素耐藥性及濫用問題，尋找可以替代抗生素并調(diào)節(jié)動物免疫功能的新型飼料添加劑成為研究熱點[86]。有研究指出，5.0～10.0 g/kg 的螺旋藻補充劑有望成為羅非魚養(yǎng)殖中預(yù)防疾病替代抗生素的有效替代品[87]，日糧中添加1%的螺旋藻能提高羅非魚抑菌活性、吞噬活性和溶菌酶活性[88]。日糧中補充5%～10%的螺旋藻時，鱘魚的血清免疫球蛋白和溶菌酶活性均顯著提高，當(dāng)添加量為10%時可有效維持鱘的整體健康狀態(tài)[58]。添加10%螺旋藻可以改善珊瑚鱒魚（plectropomus leopardus）肝臟抗氧化狀態(tài)，增強其免疫能力和對V.harveyi感染的抵抗力[59]。5%～10%的杜氏鹽藻（Dunaliella salina）增強了斑節(jié)對蝦（Penaeus monodon）的免疫抗氧化因子如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等[89]。微藻增強水產(chǎn)動物免疫，促進水產(chǎn)動物健康的影響機制可能與以下三個方面有關(guān)：微藻中的類胡蘿卜素、n-3 PUFA和微藻可作為病原相關(guān)分子模式。微藻富含的類胡蘿卜素能夠提高水產(chǎn)動物抗應(yīng)激能力、抗氧化能力以及免疫能力。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機體受到疾病感染時，類胡蘿卜素具有提高蝦、魚以及其他甲殼類動物的存活率的作用[90]。其次，n-3 PUFA 也可能對水產(chǎn)動物的免疫力造成影響。中國鱟（Tachypleus tridentatus）在攝食金藻后免疫力得到改善，有研究者將原因歸結(jié)于金藻中高含量的EPA[91]。在南美白對蝦的研究中發(fā)現(xiàn)，飼喂含有大量LC-PUFA（DHA 和ARA）的藻粉，可顯著提高南美白對蝦的免疫參數(shù)，如血細胞總數(shù)、酚氧化酶活性、超氧化物歧化酶活性等，并且還提高了幼蝦對哈維氏弧菌的抗性[92]。另外，微藻細胞壁上大量的多糖可能作為病原相關(guān)分子模式，來激活機體模式識別受體，引起水產(chǎn)動物的免疫應(yīng)答，從而提高水產(chǎn)動物免疫能力。

3 微藻資源飼料化面臨的問題及對策

微藻作為新型飼料源在水產(chǎn)行業(yè)中的優(yōu)越性有目共睹，越來越多的微藻種類被應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中，有的甚至被列入飼料原料目錄。但總體來看，微藻資源在水產(chǎn)行業(yè)中的開發(fā)和利用還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

3.1 面臨問題

①生產(chǎn)成本高，開發(fā)規(guī)模小。目前，生產(chǎn)成本高成為制約微藻規(guī)模化生產(chǎn)的主要瓶頸問題之一。微藻的生產(chǎn)成本約占整個養(yǎng)殖成本的20%～30%，使用生產(chǎn)能力為100 t/a 的培養(yǎng)設(shè)施，每生產(chǎn)1 t 微藻的成本高達3 000 美元[93]。首先，用于生產(chǎn)微藻的原料成本高，CO2作為主要的微藻培養(yǎng)原料，產(chǎn)量少，回收成本高，生產(chǎn)1 t微藻生物柴油所花費的CO2回收處理費用就高達約5 400 元[94]。其次，微藻加工過程中的脫水和干燥也是成本和耗能較高的環(huán)節(jié)，干燥和己烷抽提占總過程能量的90%[95]。微藻培養(yǎng)的大多數(shù)技術(shù)依然停留在試驗規(guī)模階段，開發(fā)規(guī)模小，尚未形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

②采集困難，加工工藝不成熟。隨著水產(chǎn)集約化養(yǎng)殖的迅猛發(fā)展，除了要提高微藻的產(chǎn)量，還要改進加工工藝，以滿足水產(chǎn)飼料化的發(fā)展。微藻個體微小、采收困難、離心分離過程耗能大。富含類胡蘿卜素的微藻雖然在水產(chǎn)動物增色方面效果顯著，但其較厚的細胞壁影響了水產(chǎn)動物對微藻中色素的吸收和利用。一些微藻作為優(yōu)質(zhì)的開口餌料，鮮活狀態(tài)下會顯著提高水產(chǎn)動物的存活率和生長性能，所以需要提高微藻的活性保存技術(shù)。此外，微藻中熱不穩(wěn)定維生素（VB1、VB2、VC和煙酸等）的含量在干燥過程中會降低，對其營養(yǎng)價值有一定的影響。

③缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。飼用微藻類產(chǎn)品沒有相應(yīng)統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，難以對產(chǎn)品進行準(zhǔn)確的功效評價和質(zhì)量控制，導(dǎo)致微藻質(zhì)量參差不齊。微藻培育過程中常出現(xiàn)種質(zhì)混亂，容易受細菌、真菌、生物（鞭毛蟲等）污染的問題，這些因素都會降低微藻的質(zhì)量和品質(zhì)。

④缺乏系統(tǒng)的研究。現(xiàn)有的關(guān)于微藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究大多專注于應(yīng)用效果，對其作用機制的研究薄弱。例如，雖已確認一些微藻具有改善水產(chǎn)動物的健康狀況、免疫能力和繁殖能力的作用，但其改善水產(chǎn)動物的免疫機制、提高水產(chǎn)動物繁殖能力的具體原因尚不明確。除了缺乏對相關(guān)作用機制的研究，現(xiàn)階段對藻類的營養(yǎng)特點和生物活性物質(zhì)的特性、不同發(fā)育階段的水產(chǎn)動物飼料中各種藻種的適宜添加量的研究也較欠缺。

⑤存在安全性問題。一些微藻作為水產(chǎn)飼料的安全性有待考核確認。微藻中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，潛在毒素勢必會危害水產(chǎn)動物的健康。利用廢水、廢氣培養(yǎng)的微藻，易造成重金屬富集、細菌污染等問題，且不同的加工過程和分析技術(shù)也會增加微藻中有機溶劑殘留過量，這些污染物也會影響水產(chǎn)動物的健康，間接影響人類的健康。因此，加強微藻產(chǎn)品的安全性評估刻不容緩。

3.2 解決對策

以上問題制約了微藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖和水產(chǎn)飼料中的開發(fā)利用。若要實現(xiàn)微藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖和飼料中大規(guī)模應(yīng)用，需著重考慮以下方面的問題。

①降低成本。要篩選優(yōu)化生物量大或產(chǎn)油率高的藻種，通過提高單位面積產(chǎn)量來降低成本；強化工業(yè)化生產(chǎn)工藝，潛心鉆研微藻培養(yǎng)技術(shù)；運用基因工程技術(shù)調(diào)控微藻的代謝途徑，達到提高藻株產(chǎn)量和穩(wěn)定性的目的；調(diào)查市場需求，選擇性地培養(yǎng)商業(yè)價值高的藻種，以滿足水產(chǎn)飼料業(yè)的需求；可考慮適當(dāng)降低微藻在水產(chǎn)飼料中的添加比例或?qū)⑸a(chǎn)成本較高的微藻作為添加劑應(yīng)用于水產(chǎn)飼料中，這樣既能充分發(fā)揮微藻中的生物活性物質(zhì)（如類胡蘿卜素、免疫多糖等）對水生動物的有利作用，同時可降低其應(yīng)用成本。

②突破加工工藝瓶頸。通過生產(chǎn)設(shè)備的創(chuàng)新，減少微藻生產(chǎn)加工過程中的耗能，尤其加強在微藻的采集、分離、干燥、加工、破壁、保存等環(huán)節(jié)的工藝上的突破，力爭研制出環(huán)保節(jié)能、高效保質(zhì)的工藝和設(shè)備。

③制定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。微藻產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)專門針對飼用微藻制定一套完整全面的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，包括感官指標(biāo)、微藻生物量、藻油產(chǎn)率、高不飽和脂肪酸純度、菌落數(shù)量、重金屬含量等方面的指標(biāo)。

④加大研究力度。在未來的研究中，可運用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，深入探索微藻的脂肪酸、蛋白等合成和代謝途徑；根據(jù)微藻的營養(yǎng)特點和生物活性特性，開發(fā)其在水產(chǎn)飼料和養(yǎng)殖領(lǐng)域的潛在功能和價值；研究各種微藻產(chǎn)品在不同水產(chǎn)動物或水產(chǎn)動物不同的生長發(fā)育階段和作用機制以及適宜添加水平，為微藻在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用和推廣提供科學(xué)依據(jù)。雖然某些微藻的營養(yǎng)價值可與魚粉相媲美，但某些營養(yǎng)素含量不足的問題也依然存在，在水產(chǎn)飼料的應(yīng)用中，應(yīng)明確不同藻種的營養(yǎng)缺陷并予以針對性的補充，確保微藻資源在水產(chǎn)飼料中的高效應(yīng)用。

⑤加強安全性評估。首先要規(guī)范微藻培養(yǎng)的操作步驟，從源頭上遏制重金屬等污染源的問題，要完善微藻產(chǎn)品有機溶劑、重金屬等污染物含量的標(biāo)準(zhǔn)條例，以此加強微藻產(chǎn)品的安全性評估。其次，要檢測和評估微藻產(chǎn)品中存在的有可能損害水產(chǎn)動物生長和健康的成分，優(yōu)化加工工藝并提升動物的免疫力和耐受性，減輕或消除此類成分對水產(chǎn)動物的不利影響。

4 研究展望

微藻在水產(chǎn)飼料中綜合開發(fā)利用前景廣闊。為更好地利用微藻產(chǎn)品，必須深入了解不同藻種的營養(yǎng)特點和生物學(xué)功能，充分挖掘微藻資源的價值。在今后的研究和發(fā)展中，首先要對微藻產(chǎn)品進行準(zhǔn)確定位并細分，明確不同種類微藻的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、脂肪酸和色素的含量，實現(xiàn)精準(zhǔn)使用，系統(tǒng)評估不同形態(tài)微藻產(chǎn)品的應(yīng)用價值，注重其功能性的發(fā)揮。其次，隨著人們對水產(chǎn)品肌肉品質(zhì)和外形體色等品質(zhì)方面要求的提高，將微藻的特性與水產(chǎn)品品質(zhì)提升的需求相對應(yīng)就顯得極為重要，要努力打造“微藻生物質(zhì)→高附加值飼料原料產(chǎn)品→高品質(zhì)水產(chǎn)品”的新產(chǎn)業(yè)鏈條。最后，要使產(chǎn)學(xué)研有效融合，協(xié)同開發(fā)微藻應(yīng)用技術(shù)。應(yīng)聚焦多功能微藻產(chǎn)品的研發(fā)及生產(chǎn)，多方合作，系統(tǒng)深入地開展微藻產(chǎn)品的應(yīng)用效果評估和解決梳理瓶頸問題。此外，除了提高微藻資源的利用率，還要加大微藻生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物在飼料業(yè)的開發(fā)利用，增加微藻的利用價值。