16 海洋资源的替代：替代原料的影响及保持营养品质的策略

16海洋资源的替代：替代原料的影响及保持营养品质的策略上一版NRC的出版主要侧重于鱼类最佳生长的营养需求和病害防治（NRC，1993）。此后，人们关注的焦点发生了许多变化，在水产养殖上，人们除了关注鱼类及其他水产品的产量外，这些水产品的营养成分和营养品质对于消费者来说也是一个重要的考虑因素。消费者们对所吃食物和健康关系意识的增强在很大程度上加剧了这些变化。在发达国家，对于消费者来说极为重要的一点是，鱼类是n-3族或者是ω-3长链不饱和脂肪酸(LC-PUFA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)的独特且丰富的来源。这些长链不饱和脂肪酸已经被公认为有益于青少年神经系统的发育，并且有益于降低包括人类心血管疾病、炎症性疾病及神经系统疾病在内的许多疾病发生的可能性(Brouweretal.,2006;Eilanderetal.,2007;Ruxtonetal.,2007)。长链脂肪酸的这些益处已经被企业所接受，而这一点却使市场上的鱼类和其它水产品快速成为一种“健康”的选择，并且因为这些水产品可以提供重要的以ω-3脂肪酸为主的促进健康的特别因子而成为饮食的重要组成部分。“ω-3”脂肪酸对健康的益处几乎全部是由EPA和DHA产生的，因此对于养殖鱼类和其它水产品来说，重要的是这些脂肪酸在其体内的保持水平。此信息的传递是1993年以来，在水产养殖上发生的第二个主要变化。因此在饲料原料中主要提供EPA和DHA的两类原料鱼粉（FM）和鱼油（FO）迅速成为水产养殖生产增长的限制因素(Nayloretal.,2009)。海洋生物资源的供应和利用---鱼粉和鱼油的限制因素随着全世界范围内渔业捕捞量的下降，目前水产养殖业供应越来越多比例的食用鱼，2006年，水产养殖业供应水产品的比例达到47%，同时2009年，世界粮农组织（FAO）的统计表明，水产养殖业供应水产品的量以平均每年9%的速度增长，为增长最快的食品行业（FAO，2009）。然而，奇怪的是，养殖肉食性海洋鱼类及甲壳类的饲料主要来自于海洋资源，特别是价值低廉的海洋中上层鱼类历来是主要的饲料成分。尽管，我们一直致力于在水产养殖上推广使用膨化饲料，但是在一些地区，主要是亚洲，这些鱼类直接被投喂给肉食性海洋鱼类，如石斑鱼，亚洲海鲈鱼，军曹鱼，笛鲷，金枪鱼等，这就是所谓的“垃圾鱼”饲料。然而，颗粒饲料历来以鱼粉和鱼油为主要原料，这些鱼粉、鱼油主要来源于工业的加工生产，即饲料级渔业（也称为减少渔业）对小型中上层鱼类，如，凤尾鱼、沙丁鱼、鲱鱼和鲭鱼的加工。减少渔业已经最大限度上达到了其可持续发展的极限，在过去的30年里，每年约2000~2500万吨的饲料鱼被捕获，而这么多的饲料鱼每年只能生产出约600~700万吨的鱼粉和100~140万吨的鱼油。1992年，水产养殖业大约分别消耗了全球鱼粉、鱼油供应量的15%和20%(Tacon,2005)。2006年，水产养殖业消耗了大约68%的可用鱼粉和几乎89%的可用鱼油（TaconandMetian,2008a）。未来鱼粉、鱼油产量的增加没有任何的现实前景，而且事实上，因为人类对这些小型中上层鱼类的直接消费，用于生产鱼粉、鱼油的饲料鱼的数量面临越来越严峻的竞争(TaconandMetian,2009a,b)。此外，环境影响，例如厄尔尼诺现象对这些鱼类的产量有严重的破坏作用，1998年，厄尔尼诺事件的发生将鱼油产量减少至80万吨以下。除了供应限制，现在消费者和政府对人类活动给环境影响带来的生态后果的意识越来越强。因此，使用海洋产品生产动物饲料已经引起了人们的焦虑，尤其水产养殖业被认为是过度开发海洋渔业的驱动力(Nayloretal.,2000)。水产养殖活动直接将营养成分转化为人类食物的效率也受到了相当的重视，这种转化效率经常被计算为投入和产出的比值，其精确的计算方法常是一些辩论的主题（见KaushikandTroell,2010）。而且这场辩论也集中关注全球水产养殖业的巨大差异，因为鱼粉的消耗、尤其是鱼油的消耗，在经济发达国家的主要养殖鱼类上消耗是最大的，主要用于一些高价值、高营养级的肉食性鱼类的养殖(Taconetal.,2010)。因此，投入与产出的比值，尤其是在鲑鱼的养殖上，已经获得了相当的关注。虽然报道的数值往往是存在争议的，但是最近的一份报告估计，对于主要的肉食型鱼类包括鲑鱼、海水鱼类及虾类来说，投入与产出的比值大约在1.4至4.9的范围之间(TaconandMetian,2008a)。虽然投入与产出的比值呈现出下降的趋势，但是由于以上所述鱼粉、鱼油的有限供应产生的限制，意味着在水产养殖上继续大量使用海洋产品越来越被视为不可持续的发展及对自然资源的一种过度利用，这进一步增加了在水产养殖上降低对鱼粉、鱼油依赖的压力(Nayloretal.,2009)。但是，应该指出的是，进行鱼粉、鱼油的替代同样会对环境产生影响。生命周期评估/分析（Lifecycleassessment/analysis，LCA），对一个给定的产品或服务引起的或通过其存在的必要性带来的对环境影响的评价和调查，现在越来越多地被应用于鱼类饲料对环境影响的评价过程中（Papatryphonetal.,2004）。评估范围包括原材料的提取；主要成分的生产和改造；饲料的生产；农场饲料的使用、运输和能源资源的生产和使用。对鲑鱼饲料的分析表明，海洋渔业资源的利用和农场中营养物质的排放是对环境造成潜在影响的主要因素（Papatryphonetal.,2004）。消费者在食品和饮食习惯有关方面也具有较强的风险意识。各种潜在的食品安全风险与使用复合水产饲料有很大的关系，这是由于饲料原料的内源性污染物或因贮藏过程中的污染，如重金属、持久性有机污染物（POP）、沙门氏菌、霉菌毒素、兽药残留、农业和其他化学品及多余矿物质的污染等造成的(TaconandMetian,2008b)。其中的几个污染物，尤其是持久性有机污染物，与使用鱼粉、鱼油有关。具体问题主要指野生鱼类所含的重金属，及所谓的“油性”鱼，如鲑鱼肉中沉积着大量的脂肪，含有的脂溶性的POP污染物。因此，人们在吃鱼的时候已经产生了很大的自觉健康的恐惧，包括鲨鱼和箭鱼的汞含量以及养殖鲑鱼中POP污染物的含量(Hitesetal.,2004)。尽管养殖鲑鱼的POP含量被证明是远远低于所有国家和国际限制的（如美国食品和药物管理局、英国和欧洲食品安全局、世界卫生组织、欧盟）(BellandWaagbø,2008)，但是负面的报道显著影响养殖鱼类的销售，而且可能影响消费者对养殖鱼类的看法。无论怎么对潜在风险进行科学的辩论，允许在动物饲料和人类食品中含有的污染物水平应该受到严格控制，并尽可能呈现出下降的趋势，继续减少养殖鱼类中污染物的含量是每一个从事鱼类生产的工作者应该首要考虑的问题。因此，严格限制的供应和不断上升的需求导致的鱼粉、鱼油的价格上涨、更可持续的资源利用带来的环境压力及在动物饲料中污染物含量的限制要求水产养殖业不得不继续开发鱼粉、鱼油的可持续的替代品。鱼粉的替代鱼粉替代物水产饲料中的蛋白质是唯一最重要和最昂贵的饲料组成成分，尤其是食肉/食鱼的鱼类和海洋鱼类，这些鱼类往往比淡水鱼有更高的蛋白质需求(Wilson,2002)。以前，鱼粉是主要的饲料蛋白质来源，通常占鱼饲料的20~60%之间(Watanabe,2002)。优良品质的鱼粉是具有良好营养特性的一种原料。这种鱼粉极易被消化而且主要的必需氨基酸的含量高。鱼粉还包含了重要的必需或者条件必需营养物质，如n-3族LC-PUFA和矿物质，并提供其他营养成分，这些营养成分有助于其作为鱼类饲料原料整体价值的体现。然而，严密的系统研究表明在饲料中加入一系列的补充物的前提下，经济饲料可以由低水平的鱼粉和鱼油配制而成。因此，在能量和必需营养成分充分满足鱼类需要及抗营养因子得到控制的前提下，除了鱼粉之外的其他蛋白源包括陆生动物产品、单细胞蛋白、植物蛋白也可以满足养殖鱼类对优质蛋白质的营养需求(Glencrossetal.,2007)。然而，不含鱼粉的水产饲料的成功生产需要使用深度加工得到的昂贵成分（大豆浓缩蛋白、油菜籽浓缩蛋白、陆生动物蛋白、磷虾粉、氨基酸、诱食剂）。目前为止，这些饲料的生产成本比含鱼粉饲料的生产成本还要高一些，但是随着鱼粉价格的上涨，再加上饲料级蛋白浓缩物的生产，已经解除了以前使用食品级浓缩蛋白的价格约束。然而，在鲑鱼和海洋鱼类的生长饲料（growerfeeds）中使用少量的鱼粉（如5-20%），在生长阶段具有实际的经济意义。事实上，多种蛋白源，自从人工饲料创立以来，一直是鱼类饲料配方的一部分，因此目前的情况是增加替代蛋白源的使用量，而并非是一个根本性的变化(Hardy,1989;Rumsey,1993)。经过处理的动物蛋白成分（通常指陆生动物产品，或者是LAP）如血粉、羽毛粉、肉骨粉及家禽的副产品，比起在鱼类饲料中使用的许多其它蛋白源，它们具有有利的价格优势。在蒸煮和干燥的条件下，LAP的生产可以使用多种原材料。它们是鱼粉最直接相当的替代品，因为它们的氨基酸组成比起大多数植物产品更类似于鱼粉，同时，不同类型的产品还含有必需的矿物质、磷脂和胆固醇等。但是它们的营养成分组成变化通常非常大。20世纪80年代在英国爆发的牛海绵状脑病（BSE）导致欧盟许多年都禁止在水产饲料中使用动物产品。尽管这一禁令已放宽对一些产品的限制，如血粉，但是在欧洲LAP在水产饲料中的使用仍然受到限制，主要是由于消费者和零售商对包括动物饲料中的动物副产品在内的LAP的知觉风险带来的阻力造成的。在水产养殖饲料中常用的各种植物蛋白源，包括油籽粉（大豆，菜籽/油菜籽，葵花籽，棉籽），谷物（小麦和玉米面筋），豆类（豌豆、蚕豆、花生和羽扇豆）。在配制植物蛋白含量高的饲料时，主要有两个因素需要考虑：能量密度，植物性饲料原料中碳水化合物的含量高（主要问题是非淀粉多糖），这些碳水化合物对食鱼性/食肉性的水产种类没有任何营养价值。氨基酸的组成，因为一些必需氨基酸，如赖氨酸和蛋氨酸，在植物蛋白源中普遍缺乏。此外，包括蛋白酶抑制剂，凝集素，皂甙，植酸在内的抗营养因子，广泛存在于植物性饲料中，对这些抗营养因子必须加以控制（(HardyandBarrows,2002;Krogdahletal.,2010)。脱脂豆粕比较容易获得而且符合成本效益，更重要的是，与许多其他的植物蛋白源相比，脱脂豆粕具有良好的氨基酸模式。无论是定性研究和还是定量研究，脱脂豆粕都被大多数鱼类普遍接受(Watanabe,2002)。然而，在世界一些地区，特别是欧洲，关于植物蛋白源，人们进一步关注的是转基因（GM）产品，特别是那些转基因得来的大豆，油菜籽，和玉米。投喂转基因产品和它们等值的非转基因产品对鱼类的性能并没有显著影响(Hemreetal.,2004,2007;Lietal.,2008;Sisseneretal.,2009a,b)。然而，对大西洋鲑的研究表明，虽然在肠道组织中检测到转基因的短序列，而在肝脏，肌肉或脑中并没有发现转基因片段(Sandenetal.,2004)。考虑到可用的植物性饲料种类繁多，融合各种植物蛋白源，是有可能取代鱼粉的一个可行的途径。饲料中的能量可以通过避免使用大量的低蛋白植物蛋白源来保持平衡：控制非淀粉多糖的比例；使用浓缩蛋白、调节氨基酸组成，各种氨基酸含量可以通过添加晶体氨基酸的方式保持平衡；通过热处理控制抗营养因子、植酸酶的处理以及对植物进行长期的遗传改良。这些问题已经在第四、六和十一章得到深入的讨论。鱼粉还提供大量的鱼油，包括胆固醇和磷脂，磷脂在鱼粉中的含量要高于鱼油中的含量。因此，在鱼粉中脂肪的含量占鱼粉重量的5-13%，甘油三酯（TAG）与磷脂的比例约为2:1（deKoning,2005），随饲料配方和饲料中脂肪含量的不同，磷脂在以鱼粉为主的饲料中可以达到饲料总脂肪的5-25%(JohnsonandBarnett,2003)。植物蛋白源一般含有较低水平的残留磷脂，主要是由于原来的种子/豆类的磷脂含量比较低。全脂豆粕（full-fa