■王彥波 張宇婷 李道君 欒銀銀 李毛毛 張 震 周志剛

（1.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，中國(guó)-挪威魚類消化道微生物聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100081；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

我國(guó)是世界上水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模最大的國(guó)家，2020年我國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量6 549.02 萬噸。其中，養(yǎng)殖產(chǎn)量5 224.20萬噸，同比增長(zhǎng)2.86%，捕撈產(chǎn)量1 324.82萬噸，同比降低5.46%，養(yǎng)殖量與捕撈量比例為79.8∶20.2[1]。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模上升，水產(chǎn)飼料的需求大幅增大，尤其使得飼料蛋白原料資源日趨緊張[2]。蛋白原料主要分為動(dòng)物源性蛋白原料、植物源性蛋白原料和單細(xì)胞蛋白飼料等。魚粉是水產(chǎn)飼料中常用的優(yōu)質(zhì)蛋白源，但由于資源有限、價(jià)格居高不下，因此植物源或其他低成本蛋白原料在水產(chǎn)飼料中廣泛使用。與此同時(shí)，水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)這些蛋白原料利用效率上還存在短板，主要原因是實(shí)際的飼料加工中并未將蛋白原料的部分缺點(diǎn)充分克服（包括含抗?fàn)I養(yǎng)因子、適口性差以及消化吸收率低等），未將利用潛能充分釋放，導(dǎo)致蛋白原料的浪費(fèi)。因此，充分提高現(xiàn)有蛋白原料和改善低成本新蛋白原料的利用效率，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)飼料原料的高值化利用，已成為水產(chǎn)飼料業(yè)亟待解決的共性問題。

研究發(fā)現(xiàn)，蛋白原料的生物酶解技術(shù)和微生物發(fā)酵技術(shù)是蛋白原料提質(zhì)增效的關(guān)鍵技術(shù)。與傳統(tǒng)飼料相比，酶解及發(fā)酵飼料具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于酶解，飼料蛋白原料經(jīng)酶解后含有更易利用的小肽與豐富的酸類等生物活性因子，不僅能使?fàn)I養(yǎng)成分更豐富，還可改善動(dòng)物腸道菌群結(jié)構(gòu)及機(jī)體的免疫性能，達(dá)到提高原料的吸收利用率和飼用價(jià)值的效果[3]；對(duì)于發(fā)酵，通過微生物的代謝作用可以降解原料中的蛋白質(zhì)、多糖、脂肪等成分，產(chǎn)生可溶性寡肽、寡糖、有機(jī)酸等小分子物質(zhì)。微生物在發(fā)酵過程中還能夠產(chǎn)生一些維生素、細(xì)菌素等未知因子，同時(shí)也能夠有效降解飼料中的一些抗?fàn)I養(yǎng)因子，如單寧、棉酚、凝集素等，提高了飼料原料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，飼料發(fā)酵后能形成一種獨(dú)特的香味，可促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物攝食，增加免疫能力[4]。

對(duì)于水產(chǎn)上應(yīng)用酶解及發(fā)酵飼料蛋白原料的功能研究，目前已有大量報(bào)道，包括抗生素替代、提高消化率、減少抗?fàn)I養(yǎng)因子等多種優(yōu)點(diǎn)，但尚未構(gòu)成體系。因此，針對(duì)這一關(guān)注熱點(diǎn)，文章總結(jié)和歸納了飼料蛋白原料的生物酶解技術(shù)與微生物發(fā)酵技術(shù)，闡述了其在水產(chǎn)飼料原料高值化利用中的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望了未來可能的發(fā)展趨勢(shì)，為酶解和發(fā)酵生物飼料更好地支撐水產(chǎn)綠色養(yǎng)殖提供依據(jù)。

1 酶解技術(shù)在水產(chǎn)飼料蛋白原料高值化利用中的應(yīng)用

酶解飼料蛋白原料是利用外源酶對(duì)蛋白原料等進(jìn)行有效的降解，處理后主要為飼料蛋白原料的降解產(chǎn)物。通常是對(duì)高蛋白含量的植物蛋白原料、動(dòng)物蛋白原料等進(jìn)行處理。酶解蛋白原料是改造蛋白質(zhì)、實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)功能多元化、提高蛋白質(zhì)附加值的最有效途徑之一。同時(shí)由于水產(chǎn)動(dòng)物的消化系統(tǒng)一般沒有畜禽的完善，內(nèi)源消化酶分泌不完全，限制了水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)飼料中營(yíng)養(yǎng)成分的消化吸收。而如果預(yù)先使用蛋白酶處理飼料蛋白原料，可以使大分子蛋白降解為小肽以及氨基酸，減少了對(duì)消化道的應(yīng)激并增加了對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，提高了飼料蛋白的利用效率。

1.1 酶的種類

飼料工業(yè)上常用的蛋白酶見表1，主要包括堿性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、胰蛋白酶及胃蛋白酶等，這些酶及其制劑產(chǎn)品來源于動(dòng)物、植物或微生物，它們可以單一使用或復(fù)合使用[5-6]。

表1 常用的酶解蛋白原料的蛋白酶

1.1.1 堿性、酸性蛋白酶和中性蛋白酶

多數(shù)水產(chǎn)動(dòng)物沒有胃，只存在消化道，無胃魚的消化道內(nèi)一般pH是中性或偏堿性的，因此在無胃魚的飼料中使用外源蛋白酶時(shí)，需選擇適宜中性或偏堿性的蛋白酶。而有胃魚由于存在胃酸的分泌，消化道內(nèi)pH較低，應(yīng)選擇使用酸性蛋白酶。堿性蛋白酶廣泛存在于植物莖葉果實(shí)、動(dòng)物內(nèi)臟以及微生物中。飼料中添加堿性蛋白酶對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖具有積極的應(yīng)用效果。Mamauag等[7]使用堿性蛋白酶對(duì)作為動(dòng)物蛋白原料的遮目魚內(nèi)臟進(jìn)行酶解，并進(jìn)一步通過養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)表明，與飼料中使用遮目魚內(nèi)臟相比，飼料中使用遮目魚內(nèi)臟水解物組的石斑魚（Epinephelus fuscoguttatus）的飼料轉(zhuǎn)化率、采食量和增重顯著提高。酸性蛋白酶的最適pH在2左右，中性蛋白酶的最適pH在7.0～8.0，中性蛋白酶與酸性蛋白酶是在飼料工業(yè)中應(yīng)用較多的蛋白酶。中性蛋白酶與酸性蛋白酶均具有提高飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率和魚體生長(zhǎng)性能等功能[8-9]。

1.1.2 木瓜蛋白酶

木瓜蛋白酶一般是用木瓜加工提取獲得，存在于番木瓜的根、莖、葉以及果實(shí)中，其中含量最高的部位是未成熟的果實(shí)，獲得的木瓜蛋白酶類是一種粗酶提取物，并不是純酶，不僅含有木瓜蛋白酶，還含有溶菌酶、纖維素酶、葡聚糖酶等。Mo等[10]研究表明，與魚粉組相比，木瓜蛋白酶處理的豆粕組顯著提高了平鯛（Rhabdosargus sarba）、橙 點(diǎn) 石 斑 魚（Epinephelus bleekeri）、卵形鯧鲹（Trachinotus blochii）3 種海水魚的增重率，降低了飼料系數(shù)，并且可以改善使用動(dòng)物類蛋白源魚粉引起的水質(zhì)污染。

1.1.3 菠蘿蛋白酶

菠蘿蛋白酶主要存在于菠蘿的果、莖、葉以及皮中，提取利用的主要是果酶和莖酶。獲得的菠蘿蛋白酶均是混合蛋白酶，果肉中的菠蘿蛋白酶，主要包括果菠蘿蛋白酶A（fruit bromelain A）和果菠蘿蛋白酶B（fruit bromelain B），而從莖中提取的菠蘿蛋白酶含有9 種組分（F1～F9），其中組分F4 和F5 是主要的成分，而組分F9的酶活最強(qiáng)[11]。Choi等[12]研究表明，與商品魚飼料相比，使用包含菠蘿蛋白酶與木瓜蛋白酶的混合酶處理食物殘?jiān)笞鳛轱暳贤段共蒴~，顯著提高了草魚的生長(zhǎng)性能和免疫性能。

1.1.4 胃蛋白酶和胰蛋白酶

胃蛋白酶是胃液中最重要的消化酶。胃蛋白酶是來源于動(dòng)物胃中作用最強(qiáng)的消化酶，以無活性的酶原顆粒的形式貯存在細(xì)胞內(nèi)，在蛋白激酶等的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘奈傅鞍酌浮Ｗ鳛橐环N肽鏈內(nèi)切酶，胃蛋白酶作用于酸性氨基酸和芳香族氨基酸所形成的肽鏈，從而分解蛋白質(zhì)，因此該酶可廣泛應(yīng)用于飼料原料的酶解[6]。胰蛋白酶是一種肽鏈內(nèi)切酶，屬于絲氨酸蛋白酶家族，對(duì)由堿性氨基酸（如精氨酸和賴氨酸）的羧基與其他氨基酸的氨基所形成的鍵具有高度的專一性。亦可以催化由堿性氨基酸和羧基形成的酰胺鍵或酯鍵[6]。另外，魚類肝胰臟蛋白酶最適pH為7.0～9.0，在中性和弱堿性范圍[13]。

1.1.5 風(fēng)味蛋白酶

風(fēng)味蛋白酶由米曲霉發(fā)酵產(chǎn)生，同時(shí)具備內(nèi)切酶和外切酶活性，是一種廣泛運(yùn)用的商業(yè)酶[14]。Ma等[15]研究表明，風(fēng)味蛋白酶可以顯著降低堿性蛋白酶酶解后大豆水解蛋白的苦味，并進(jìn)一步顯著提高其水解度。Zheng 等[16]研究表明，用酶法生產(chǎn)（堿性酶和風(fēng)味酶）處理的魚蛋白小分子量化合物水解液對(duì)日本牙鲆幼魚的生長(zhǎng)和飼料轉(zhuǎn)化率均有顯著的促進(jìn)作用。魚類膳食蛋白質(zhì)水解液可改善血漿胰島素樣生長(zhǎng)因子-I（IGF-I）水平，改善肝臟牙鲆IGF-I mRNA的表達(dá)[16]。

1.1.6 淀粉酶、非淀粉多糖酶和植酸酶

植物蛋白原料中除蛋白質(zhì)外，還存在淀粉、非淀粉多糖以及抗?fàn)I養(yǎng)因子等。淀粉酶是可以分解淀粉中的各種糖苷鍵、對(duì)淀粉有專門水解作用的一類酶的總稱[17]。目前，單一淀粉酶在畜禽動(dòng)物上的應(yīng)用較多，但在水產(chǎn)動(dòng)物上研究較少，大多是作為復(fù)合酶制劑的一種酶成分添加到飼料中使用[18]。非淀粉多糖（NSP）是植物源飼料原料中的多聚體，包括纖維素、半纖維素、果膠等，抗?fàn)I養(yǎng)作用較強(qiáng)，并且可以提高消化道中食糜的黏度，從而降低動(dòng)物對(duì)飼料養(yǎng)分的消化利用率。非淀粉多糖酶主要包括纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶和β-葡聚糖酶等，可以降解飼料中NSP，降低其抗?fàn)I養(yǎng)作用，從而提高飼料利用率[19]。植酸酶又稱為肌醇六磷酸水解酶，可催化肌醇六磷酸（鹽或酯）脫掉磷酸基團(tuán)，自然界中產(chǎn)植酸酶的微生物種類繁多。飼用植酸酶主要通過微生物發(fā)酵獲得，可以催化降解植酸及其鹽類變?yōu)榧〈己蜔o機(jī)磷，從而提高動(dòng)物體對(duì)飼料中磷的利用，減少磷的排泄量，減少環(huán)境污染[20]。

1.2 酶解技術(shù)

1.2.1 單一酶解技術(shù)

單一酶解是最基礎(chǔ)的酶解技術(shù)，即使用單一蛋白酶對(duì)蛋白原料中的蛋白質(zhì)進(jìn)行降解。單一酶解只能對(duì)飼料蛋白原料進(jìn)行簡(jiǎn)單地水解，得到小肽，有利于動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的吸收。單一酶解中一般常用酶包括木瓜蛋白酶類、菠蘿蛋白酶類以及胃-胰蛋白酶類。同一種原料使用不同的蛋白酶進(jìn)行酶解得到的產(chǎn)物也各不相同[21]。

1.2.2 復(fù)合酶解技術(shù)

與單一酶相比，復(fù)合酶包含多種具有不同識(shí)別序列和酶切位點(diǎn)的蛋白酶，多種蛋白酶能夠協(xié)同發(fā)揮作用，高效催化水解飼料蛋白原料中大分子蛋白質(zhì)。Beal 等[22]在20 世紀(jì)就開展了利用復(fù)合酶進(jìn)行豆粕和生大豆的酶解研究，發(fā)現(xiàn)酶解產(chǎn)物中分子量大于66 ku的蛋白質(zhì)分子的含量和比例都有所減少，顯示復(fù)合酶解技術(shù)能夠使部分高分子蛋白質(zhì)降解為較小的蛋白質(zhì)片段。李澤濤[8]以菜籽粕、豆粕為原料，確定了中性蛋白酶單酶酶解的最適條件，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合酶（中性蛋白酶、纖維素酶、脂肪酶）分步酶解獲得的小肽含量顯著高于單一蛋白酶（中性蛋白酶）作用。

1.3 應(yīng)用效果

動(dòng)物源性飼料蛋白原料酶解的研究大部分關(guān)注不同來源蛋白的水解。Houssem等[23]使用堿性蛋白酶和風(fēng)味蛋白酶處理生產(chǎn)金槍魚頭水解物，采用統(tǒng)計(jì)建模和雙目標(biāo)優(yōu)化來優(yōu)化操作參數(shù)，產(chǎn)生了理想分子量分布的魚蛋白水解物。Fonseca等[24]用不同的酶（堿性蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶和復(fù)合蛋白酶）水解軍曹魚肉和廢棄物，發(fā)現(xiàn)復(fù)合蛋白酶的水解肉類中游離酪氨酸含量最高，為6.47%，堿性蛋白酶和復(fù)合蛋白酶的水解廢棄物中游離酪氨酸含量最高，分別為8.46%和6.46%。金菲[25]以豬血球蛋白為原料，分別選用中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、復(fù)合風(fēng)味蛋白酶對(duì)豬血球蛋白進(jìn)行單一酶解，以水解度和可溶性蛋白含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶和復(fù)合風(fēng)味蛋白酶的酶解效果優(yōu)于木瓜蛋白酶；進(jìn)一步以最佳酶解條件獲得酶解血球蛋白粉制作飼料投喂鯽魚，結(jié)果表明酶解可以有效提高鯽魚對(duì)血球蛋白粉的利用率。徐歆歆[26]利用等比例復(fù)合酶（堿性蛋白酶、胰蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶和中性蛋白酶）制備酶解蠶蛹粉，用酶解蠶蛹粉分別替代框鱗鏡鯉飼料中的魚粉。結(jié)果表明，酶解蠶蛹粉在框鱗鏡鯉飼料中對(duì)魚粉的替代水平少于50%時(shí)不會(huì)影響魚體生長(zhǎng)及健康狀況。

植物源性飼料蛋白原料酶解后產(chǎn)生的活性肽類，不僅有營(yíng)養(yǎng)作用，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，而且能提高機(jī)體免疫力，增強(qiáng)抗病力。劉文斌[27]用木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和枯草蛋白酶酶解豆粕、棉粕、菜粕和花生粕，以基礎(chǔ)日糧為對(duì)照，將4 種餅粕酶解產(chǎn)物飼喂異育銀鯽，喂養(yǎng)61 d后發(fā)現(xiàn)各組異育銀鯽增重率均有提高，飼料系數(shù)下降，其中添加棉粕酶解物組增重率最高，提高32.13%；棉粕枯草蛋白酶酶解產(chǎn)物小肽數(shù)量和生物效價(jià)較高，進(jìn)一步養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)添加1.5%和3.0%的酶解產(chǎn)物的增重率分別提高33.19%和69.62%。夏薇等[28]以2%的酶解棉粕（使用枯草芽孢桿菌中性蛋白酶進(jìn)行酶解）分別等質(zhì)量替代飼料中魚粉或植物蛋白原料，投喂建鯉。結(jié)果表明，替代魚粉組或植物蛋白組建鯉的增重率和特定生長(zhǎng)率均顯著高于相應(yīng)的對(duì)照組，而且酶解棉粕可提高建鯉血清溶菌酶、堿性磷酸酶以及腸道內(nèi)蛋白酶的活性。王凱周[29]研究發(fā)現(xiàn)，酶解棉粕替代10%魚粉能夠促進(jìn)中華鱉稚鱉腸道絨毛發(fā)育及免疫基因表達(dá)，并提高腸道消化吸收酶活性。

2 發(fā)酵技術(shù)在水產(chǎn)飼料原料高值化利用中的應(yīng)用

2.1 菌的種類

自然界中微生物資源十分豐富，微生物菌種在飼料發(fā)酵過程中起著關(guān)鍵性作用。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2045 號(hào)公告及后續(xù)修訂公告匯總，截至2021 年9 月，飼料添加劑目錄中允許作為飼料添加劑的微生物菌種達(dá)到36種[30]。

2.1.1 乳桿菌

乳桿菌（Lactobacillus）是一類能發(fā)酵碳水化合物且產(chǎn)生大量乳酸的革蘭氏陽性細(xì)菌，常用作益生菌添加劑。Ximenes 等[31]利用乳桿菌（Lactobacillus futsaiiLAB06 和L.plantarumLAB14）發(fā)酵蝦頭廢棄物48 h得到發(fā)酵產(chǎn)物。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)蝦頭廢棄物的發(fā)酵物替代飼料中30%魚粉可以顯著提高尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)的生長(zhǎng)性能，表明了蝦頭廢棄物的發(fā)酵物可作為飼料蛋白原料，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，且有助于減少蝦類廢棄物處置不當(dāng)造成的環(huán)境污染。

2.1.2 芽孢桿菌

芽孢桿菌（Bacillus）是一種能產(chǎn)生芽孢的革蘭氏陽性細(xì)菌，是一類在水產(chǎn)動(dòng)物中應(yīng)用普遍的益生菌。目前在發(fā)酵飼料研究中應(yīng)用較多的有枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）等。Wang等[32]用枯草芽孢桿菌LCBS1發(fā)酵豆粕替代魚粉飼喂牛蛙，發(fā)現(xiàn)添加LCBS1菌可改善牛蛙的生長(zhǎng)和消化，減輕豆粕飼料引起的腸道結(jié)構(gòu)損傷和菌群失調(diào)。Shiu 等[33]研究了枯草芽孢桿菌E20發(fā)酵豆粕（FSBM）部分替代斜帶石斑魚飼料中魚粉的潛力，以魚粉為基礎(chǔ)對(duì)照組飼料，分別用10%、20%和30%豆粕替代魚粉，以及10%、20%、30%和40% FSBM 替代魚粉的7 種飼料飼喂84 d。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，20%豆粕替代魚粉時(shí)，石斑魚的生長(zhǎng)性能和飼料效率顯著降低，而當(dāng)FSBM 替代魚粉達(dá)30%時(shí)，石斑魚的生長(zhǎng)性能和飼料效率與對(duì)照組無顯著差異，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)以飼料效率為依據(jù)，石斑魚飼料中豆粕和發(fā)酵豆粕對(duì)魚粉的最大替代量分別為18.36%和29.32%，這表明發(fā)酵后的豆粕飼用價(jià)值顯著提升。

2.1.3 酵母菌

酵母（Yeast）是一類結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的真菌，廣泛應(yīng)用于食品和飼料工業(yè)。酵母生長(zhǎng)繁殖快、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，菌體或其提取的甘露糖蛋白具有顯著非特異性免疫調(diào)節(jié)和營(yíng)養(yǎng)功能。Dileep 等[34]以釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）固體發(fā)酵瓜爾豆和干椰子粉的混合原料，發(fā)現(xiàn)通過發(fā)酵顯著提高了原料中蛋白質(zhì)和氨基酸的含量，降低了抗?fàn)I養(yǎng)因子水平。進(jìn)一步通過羅非魚（Oreochromis niloticus）養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用發(fā)酵產(chǎn)物替代飼料中17.45%的魚粉時(shí)羅非魚生長(zhǎng)性能顯著提高，但替代比例超過25%時(shí)則會(huì)抑制羅非魚生長(zhǎng)。

2.1.4 霉菌

霉菌發(fā)酵主要可以降解植物原料中纖維素等成分，從而作為潛在的發(fā)酵劑應(yīng)用到發(fā)酵飼料中。杜健[35]在纖維素酶系組成、纖維素酶輔助因子和單酶組分性質(zhì)等方面研究了草酸青霉分泌的纖維素酶，并針對(duì)性提出提高其降解纖維素能力的策略。半纖維素是影響纖維素酶對(duì)纖維素的可及性與降解效率的重要因素。楊毅[36]的研究中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)黃青霉P33（Penicillium chrysogenumP33）能夠分泌完整且高豐度的半纖維素降解酶類。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，與商業(yè)纖維素酶相比，使用P33胞外酶系替換50%商業(yè)纖維素酶后，顯著促進(jìn)對(duì)脫木質(zhì)素玉米秸稈的水解，使還原糖的釋放量增加78.6%，葡聚糖和木聚糖的轉(zhuǎn)化率分別增加了37%和106%。

2.2 發(fā)酵技術(shù)

微生物發(fā)酵飼料蛋白原料的一般生產(chǎn)工藝為：原料→消毒→冷卻→接種→培養(yǎng)→干燥→包裝，其核心技術(shù)是原料的固態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵是一種在缺乏或幾乎沒有游離水的固體基質(zhì)進(jìn)行的發(fā)酵方式，但是需要底物（固體基質(zhì)）中含有一定的水分用于微生物生長(zhǎng)與代謝，在整個(gè)發(fā)酵過程中應(yīng)嚴(yán)格控制空氣流通和發(fā)酵熱量的釋放[4，37]。相比液態(tài)發(fā)酵，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)有著能耗低、成本低、環(huán)境友好、產(chǎn)生廢水少等優(yōu)勢(shì)。微生物固態(tài)發(fā)酵飼料在提高原料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率和降低抗?fàn)I養(yǎng)因子等方面展現(xiàn)出良好結(jié)果。陳龍[37]研究發(fā)現(xiàn)，與利用貝萊斯芽孢桿菌（Bacillus velezensis）157 單一固態(tài)發(fā)酵玉米秸稈相比，Bacillus velezensis157固態(tài)發(fā)酵玉米秸稈和豆粕的混合物，產(chǎn)生的纖維素酶、木聚糖酶、淀粉酶含量顯著上升，纖維降解效率提高。Shi等[38]利用黑曲霉、假絲酵母和枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵辣木葉粉，結(jié)果顯示發(fā)酵后辣木葉粉粗蛋白、小肽和氨基酸的濃度顯著增加，粗脂肪、粗纖維、總糖及單寧、植酸和芥子油苷等抗?fàn)I養(yǎng)因子含量顯著下降。

2.3 應(yīng)用效果

微生物發(fā)酵飼料的使用是促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖向綠色健康養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型的重要途徑之一。微生物發(fā)酵飼料在提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率，提高水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)性能基礎(chǔ)上，發(fā)酵飼料中含有的大量有益微生物及有益因子，能夠在魚蝦腸道內(nèi)與有害菌形成定植競(jìng)爭(zhēng)，抑制有害菌的生長(zhǎng)，也能夠改善魚蝦腸道環(huán)境，增強(qiáng)腸道菌群穩(wěn)定性，保護(hù)腸道黏膜，改善機(jī)體免疫機(jī)能等。由表2 可見，應(yīng)用微生物發(fā)酵豆粕、棉粕等飼料蛋白原料能夠消除原料自身限制使用因素，當(dāng)按一定比例替代魚粉或豆粕時(shí)能夠不影響或改善水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)性能，明顯降低使用未發(fā)酵原料時(shí)造成的負(fù)面效應(yīng)。綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，替代蛋白源經(jīng)過微生物發(fā)酵技術(shù)，飼用品質(zhì)明顯提升，在飼料中替代比例可以顯著提高。

表2 發(fā)酵飼料原料替代魚粉的研究和應(yīng)用效果

3 前景與展望

由于優(yōu)質(zhì)飼料蛋白原料資源的嚴(yán)重緊缺，加速推動(dòng)了水產(chǎn)飼料中植物源或其他低成本蛋白原料等替代蛋白源的開發(fā)，但是由于大多替代蛋白源的固有局限性（包括難以消化吸收、適口性差以及含抗?fàn)I養(yǎng)因子等），一般不能被水產(chǎn)動(dòng)物高效利用。因此采用生物酶解或發(fā)酵技術(shù)對(duì)飼料蛋白原料進(jìn)行處理，克服其應(yīng)用限制，提高其利用效率，是實(shí)現(xiàn)其高值化的重要途徑，有利于推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的綠色可持續(xù)發(fā)展。

生物酶解技術(shù)和微生物發(fā)酵技術(shù)均是提高飼料蛋白原料利用效率的關(guān)鍵技術(shù)，酶解技術(shù)對(duì)大分子蛋白質(zhì)降解為易于利用小分子物質(zhì)的專一性更強(qiáng)、效率更高；而微生物發(fā)酵技術(shù)不僅可以將飼料中的大分子蛋白質(zhì)、多糖等成分降解為易于利用的小分子物質(zhì)，也可以有效降解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，并能產(chǎn)生維生素、細(xì)菌素等未知有益因子。但目前酶解技術(shù)也存在處理原料單一、生產(chǎn)成本較高以及產(chǎn)品性能欠佳等問題，使其應(yīng)用推廣受到很大的制約。因此，為充分利用兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，菌酶協(xié)同發(fā)酵技術(shù)成為行業(yè)新的關(guān)注點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。菌酶協(xié)同發(fā)酵是在發(fā)酵原料中添加一定量的酶制劑來協(xié)同微生物發(fā)酵，結(jié)合酶解法和微生物發(fā)酵法的優(yōu)點(diǎn)，在提高原料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率、降解原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子、調(diào)節(jié)飼料苦味、改善飼料適口性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步解決單一微生物發(fā)酵產(chǎn)酶不足或酶解法口味不佳等問題。同時(shí)能夠縮短發(fā)酵周期，改善動(dòng)物腸道菌群結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)動(dòng)物免疫力，減少抗生素的使用[46]。趙小惠等[47]研究發(fā)現(xiàn)，金槍魚暗色肉（金槍魚加工后下腳料）經(jīng)枯草芽孢桿菌和中性蛋白酶協(xié)同發(fā)酵后，可將大分子蛋白質(zhì)有效降解，發(fā)酵體系內(nèi)小肽含量由28.89 mg/g 上升到185.59 mg/g，提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Wang 等[48]研究發(fā)現(xiàn)使用芽孢桿菌和嗜熱菌蛋白酶共同處理豆粕后，大豆蛋白降解為多種小肽。岳麗等[49]以產(chǎn)朊假絲酵母與黑曲霉為發(fā)酵菌株，協(xié)同木聚糖酶與纖維素酶發(fā)酵高粱秸稈，結(jié)果表明在優(yōu)化工藝基礎(chǔ)上，菌酶協(xié)同發(fā)酵可以顯著提高甜高粱秸稈的飼用品質(zhì)，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白含量達(dá)15.51%。

目前菌酶協(xié)同發(fā)酵相關(guān)的研究仍在初始階段，還需要繼續(xù)深入研究[3，50-51]。①在發(fā)酵菌株的開發(fā)上，存在發(fā)酵菌株性能不穩(wěn)定、耐受性低等問題，另外由于水產(chǎn)動(dòng)物腸道菌群結(jié)構(gòu)顯著區(qū)別于畜禽的特點(diǎn)，需要開發(fā)針對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的高效土著菌株資源；②菌酶協(xié)同機(jī)理上還缺乏深入研究，包括菌株之間、不同酶之間、菌與酶之間以及協(xié)同發(fā)酵產(chǎn)物與水產(chǎn)動(dòng)物間的相互作用；③菌酶協(xié)同發(fā)酵相比單酶解或單發(fā)酵技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，但目前集中在飼料蛋白原料的處理上，針對(duì)成分復(fù)雜的飼料原料或混合原料的發(fā)酵過程缺乏深入的研究，同時(shí)缺乏穩(wěn)定的效果評(píng)價(jià)和完善的應(yīng)用方案標(biāo)準(zhǔn)。此外，發(fā)酵全價(jià)料已經(jīng)開始應(yīng)用于飼料工業(yè)，同時(shí)由于潛在的明顯優(yōu)勢(shì)，菌酶協(xié)同發(fā)酵水產(chǎn)全價(jià)飼料同樣引起行業(yè)的極大關(guān)注，但目前還鮮有相關(guān)研究的報(bào)道，是未來一個(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)。隨著對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物飼料的酶解和發(fā)酵技術(shù)研究的不斷深入，會(huì)推進(jìn)這些問題的解決。在當(dāng)前推進(jìn)綠色可持續(xù)養(yǎng)殖的背景下，基于酶解與發(fā)酵技術(shù)的生物飼料必然會(huì)成為飼料行業(yè)的重要發(fā)展方向和新的增長(zhǎng)點(diǎn)，推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。