植物蛋白在鱼料中的应用

植物蛋白在鱼料中的应用
爱达荷州大学水产研究所 R.W. Hardy
肉食鱼和杂食鱼饲料中都含有鱼粉，鱼粉蛋白一直是成效最高的可用蛋白源，在鱼料中使用植物蛋白对全球粮食和油籽的需求和供应量产生的影响正日益加剧。

在之前的30多年，鱼粉价格一直保持在$350－$750/吨，价格变化与全球供需情况有关。

自20世纪80年代以来，鱼粉年产量达650万吨（mmt）/年。

在厄尔尼诺年份，由于秘鲁和智利产量出现下降而导致全球产量下降。

尤其在严重的厄尔尼诺年份，全世界产量能下降到500万吨以下，而在厄尔尼诺事件之后，产量增加到750万公吨。

但在2006年，鱼粉价格明显增长，超过$1500 /吨，且从那时开始，价格一直保持在$1100以上，这表明新的交易价格范围已经建立。

在2006年之前，使用可替代蛋白源替代水产料中部分鱼粉研究已经有了很大进展，鱼粉在三文鱼、鲑鱼、海鲤科鱼以及海鲈等所有食肉鱼料中的百分比已经降低到25-50％，变化范围取决于鱼的品种和生活史。

类似地，杂食鱼饲料中鱼粉百分比也降低，尤其在生长料中。

但是，因为水产业产量在不断增长，水产料部门鱼粉量也持续增加。

例如，在20世纪80年代，水产料中每年使用的鱼粉占鱼粉总量约10％。

到2005年为止，每年水产料用量占鱼粉产量的50％。

同期，家禽和猪饲料中鱼粉用量出现等量降低，因为有更便宜的可替代原料，如豆粕和玉米蛋白粉，这些替代原料用量在逐渐增加。

同样，在三文鱼和鲑鱼饲料中也使用豆粕和玉米蛋白粉部分替代鱼粉，但是用量很低。

尽管养殖鱼类饲料配制在逐渐发生变化，但是在2006年鱼粉价格出现急剧增长，且持续的高价交易促使饲料价格和生产成本进
一步增长。

水产业面临的最大问题是饲料成本，而且饲料公司在设计较便宜的饲料配方以降低单位增重成本维持鱼的有效增长方面存在很大压力。

传统看法是只能通过降低饲料中的鱼粉含量来达到目的。

使用可替代植物蛋白原料在一定水平上替代鱼粉相对比较容易，但是高水平替代存在困难。

在高水平替代时，维持鱼的生长速度和饲料转化率在可接受范围内还存在很多挑战。

首先是植物浓缩蛋白的成本。

直到最近，鱼粉蛋白还是比大豆或者小麦浓缩蛋白便宜一些。

因为大豆和小麦浓缩蛋白的蛋白含量和蛋白消化率等价于鱼粉，因此这两种原料被广泛使用。

这两种原料也用于人类食品，并在专用动物饲料如乳猪断奶料或者犊牛的代乳粉中添加使用。

因为植物浓缩蛋白相比鱼粉和其他蛋白成本比较高，因此在生长料中一般都不添加。

2006年后鱼粉价格增长导致这两种浓缩蛋白更具竞争价格，最近大豆和小麦价格增长再次改变了价格结构，使得这两种浓缩蛋白竞争比原来降低。

其他植物源蛋白原料，如羽扇豆和菜籽浓缩蛋白，已经被开发并作为潜在的鱼粉替代物被研究，但是除了大豆或者小麦浓缩蛋白外，其他可替代浓缩蛋白产量不高。

在过去两年所有农产品价格都显著增长，由于其在饲料、食品中的需求增加以及玉米作为乙醇生产原料。

例如，直到2007年为止，30年来玉米平均价格一直为$2 /蒲式耳，2007年玉米价格开始增长，超出常规交易范围。

去年，芝加哥二级玉米价格从$2.09/蒲式耳增加到$5.87 /蒲式耳。

大豆出现类似的增长，从$5.83/蒲式耳增加到2008年5月的$13.28 /蒲式耳。

小麦从$5.27/蒲式耳跳升到同期的$12.99/蒲式耳。

毫不奇怪，玉米、大豆和小麦浓缩蛋白价格也在增长。

在玉米蛋白粉（含60％粗蛋白）上，价格从$257 /吨增加到 $575/吨，而豆
粕（48％粗蛋白）价格从$179 增加到$335。

这些原料价格增长也导致了水产料价格出现增长。

但是，虽然这些原料价格增长迅速，但是单位植物蛋白成本仍然低于鱼粉蛋白，植物蛋白单位蛋白成本约为$7-10，而鱼粉为$14。

是什么导致粮食和油籽价格达到今天如此高的水平呢？从整体经济看，需求增长快于供应。

但是，是什么导致需求增长的呢？在美国，玉米作为种子贮备用来生产乙醇当然是一个因素。

当前，巴西、欧盟和美国生产全球90％的乙醇作为生物燃料使用。

生产一升的乙醇需要2.56kg玉米；当前美国乙醇生产量为71亿升，需要玉米6158万公吨玉米。

美国法律要求到2022年为止产量达360亿升。

2007年，美国种植9290万英亩玉米，比2006年增加1460万英亩，是自1944年以来最高的一年。

2007年所产玉米中，26.6％用来生产乙醇。

到2016年为止，美国将有109,226,040吨玉米被用来生产乙醇。

这种模式在世界其他地区正在被复制。

2007年全球粮食产量突破历史水平20,950亿吨，而供应量仍然不能满足需求。

这种供需关系部分是由于现在的玉米高价所致，加上美国农民减少大豆和小麦种植增加玉米种植面积，由于需求超过供应导致价格达到历史最高。

小麦价格增加也由于澳大利亚常年干旱产量降低所致。

其他一些因素也导致玉米、大豆和小麦价格增长。

如家畜饲料需求不断增加，尤其在中国。

当前中国养殖6亿只猪，而美国和欧盟分别为1.08亿和2.4亿。

中国每年肥猪数以8－10％的速率增长。

肥猪每年增加量接近美国一半的产量。

中国既没有水或者耕地生产足够的饲料供应肥猪，也不打算进口肉类，因此它已经称为并将继续称为大豆和粮食最大的进口国。

在过去15年水产产量急剧增加，水产料也同样增长，从1300万
公吨增长到3000多万公吨。

不过，每年水产料产量占据全球牲畜饲料产量不到5％。

作为商品贸易的投机买卖也驱使商品价格增长，尤其在未来会无限增长。

任何灾害破坏都可影响未来产量，如最近非洲出现的一系列新品种小麦锈病，现在正传播到中东，会导致未来价格增长。

当前植物蛋白的亮点是乙醇生产中产生的玉米蛋白的潜在回收和利用。

玉米淀粉降解生成葡萄糖，发酵葡萄糖则生成乙醇，生产乙醇最常见的方法是干法粉碎。

在干碾时，直接粉碎整粒粮食，然后与水混合，添加酶将淀粉转化成葡萄糖，蒸煮粉末以杀死病菌。

然后添加酵母将葡萄糖转化成乙醇和CO2，回收并售出。

乙醇通过蒸馏回收，然后进一步蒸馏提纯。

剩下的物质通过离心分为可溶物和固形物。

通过干燥含残留液（主要非发酵性碳水化合物）的粗物质（蛋白、纤维和灰份）制成干燥含残液烧酒糟（DDGS）。

1吨玉米产390升乙醇和295 kgDDGS。

1吨玉米平均含有96kg蛋白。

另一种乙醇生产方法，称为湿法碾磨。

在发酵之前分离玉米胚芽生成高回收的玉米油。

这个过程用来生产玉米蛋白粉。

发酵后的残留物含有纤维、蛋白、淀粉以及其他非发酵残留物，用来生产玉米黄浆饲料，一种较低蛋白的原料（含28％粗蛋白）。

当前美国乙醇生产量为71亿加仑，或270亿升，这需要6900万吨玉米，虽然实际收回会低一些。

不过，当前有大量高质量玉米蛋白被回收生成DDGS，这些蛋白也可以回收生成玉米蛋白粉，这不仅改变了乙醇生产经济性（副产物是很重要的收入来源，接近于乙醇的收入）而且可以用作植物蛋白原料添加到牲畜饲料和鱼料中。

如果在发酵前使用新的加工方法来提炼玉米和其他粮食，可以生成蛋白、纤维和淀粉部分，这样能产生更多可用物质。

水产业面临的第二个挑战是，水产业转向使用植物蛋白饲料替代较高量的鱼粉，但植物蛋白存在营养限制。

玉米蛋白粉是一个重要的可替代蛋白源，已经在水产料中广泛使用，但是玉米蛋白粉作为鱼粉替代物有限制性，主要是由于它的氨基酸模式。

玉米蛋白对鱼有很高的消化性，但是玉米缺乏赖氨酸，这样需要在使用玉米蛋白粉的饲料中补充添加合成赖氨酸。

将玉米蛋白粉和大豆或者小麦浓缩蛋白混合生产的饲料其氨基酸模式更适合鱼。

与油籽蛋白如大豆或者油菜籽不同，玉米浓缩蛋白不含限制其用量的抗营养因子。

相反，豆粕在三文鱼料以及其他品种鱼饲料中的用量是有限的，如果在这些鱼饲料中添加豆粕超过30％会导致动物发生肠炎。

而且，豆粕仅含有48％的粗蛋白，比鱼粉或者植物浓缩蛋白如大豆浓缩蛋白（含粗蛋白75％）或者小麦蛋白粉（含粗蛋白75％-80％以上）低。

豆粕相对较低的蛋白含量限制其在高能日粮中的用量，高能日粮配方几乎没有空间用来添加相对没有纯化的饲料原料。

换句话说，豆粕中含有的营养价值对鱼是有限的，而且高能日粮含有很高的油脂和蛋白，这种饲料原料高水平添加会导致最终饲料实际不可能配制到期望的蛋白和能量水平。

这个道理同样适用于DDGS。

传统DDGS 含有28－32％的粗蛋白，不足以考虑为浓缩蛋白。

目前正在使用新技术去除DDGS中的纤维，增加其蛋白到40％以上。

这样高蛋白DDGS 可以作为合适的饲料原料用于杂食鱼料，但是仍然不适合肉食鱼，因为肉食鱼需要高蛋白来维持最佳生长和健康。

最具前景的可替代蛋白源是大豆和小麦制成的高蛋白浓缩物。

大豆浓缩蛋白没有豆粕的抗营养特性，在三文鱼饲料中可以替代75％的鱼粉。

全世界每年生产约500,000吨大豆浓缩蛋白，其中大约70％用于人类食品；在宠物饲料和犊牛代乳粉中也会添加用来平衡养
分。

产量很容易加倍以满足当前和预期的需求，到2015年为止150-200万吨鱼粉替代物用于水产料是不够的。

但是，乙醇生产已经产生了意想不到的后果：导致美国大豆种植面积减少。

农民正在计划种植更多的玉米，减少大豆种植量。

因此，玉米生产乙醇正在加大对大豆产量的影响，还会导致成本增加。

小麦和油菜籽也是主要作物，其产量充足，可以作为潜在的浓缩蛋白源用于水产料。

油菜籽主要用来产油，剩下残留物可用于其他用途。

油菜籽浓缩蛋白已经作为鱼粉替代物进行评估，并获得相对较好的效果，正在考虑采取措施加强饲料适口性和减少葡糖醛酮对甲状腺的影响。

小麦浓缩蛋白已经被大量生产，并作为小麦蛋白粉出售，但是当前所有产量都用于人类食品。

目前，多方尝试使用水产料饲养食肉鱼，料中所有蛋白都由植物浓缩蛋白提供，结果显示虽然鱼能够存活且生长迅速，但是生长速率仍然低于饲喂含鱼粉料的鱼。

因此，水产料面临的第三个挑战是开发出植物蛋白为主的肉食鱼水产料，关注鱼粉中含有而植物浓缩蛋白中没有的一些未知养分和生物活性物质，这些要素对于鱼的生长和健康可能是必需的。

这个问题类似于20-30年前家禽饲料面临的问题。

那时，日常会添加少量鱼粉到禽料中，如果没有鱼粉家禽生长性能会下降。

据说鱼粉含有未知的生长因子，对于保持动物最佳生长和效率是必需的。

随着时间的流失，研究人员鉴别出了大量日粮要素，补充添加到家禽日粮中，这样配方制作人员可以减少鱼粉添加量甚至无需补充添加鱼粉。

未知生长因子一般都是微量和超痕量成分。

虽然水产料的情况是类似的，但是不一样的是鱼需要的未知生长因子不可能是微量成分而且更可能是胺，如牛磺酸，且可能是激素类，但还没有确定。

在所有植物饲料中，排除考虑常量和微量矿物元素的不平衡性。

相比植物蛋
白，鱼粉富含常量和微量元素。

此外，需要研究鉴别和测试鱼粉中所谓的“半必需”养分和其他生物活性物质。

随着研究发现允许更高的植物蛋白替代鱼粉添加到水产料中，可能会出现新的挑战。

这些挑战可能与产品质量、水产业的环境因素或者产品的经济性有关。

每个挑战都可能改变水产业的发展速度，水产料行业正在朝着使用含有少量更少量鱼粉的方向发展，鱼粉不再是肉食鱼料主要的蛋白原料，而是作为特殊的原料添加到饲料中以加强饲料的适口性，平衡氨基酸，提供其他必须养分和生物活性物质或者加强产品质量。