《Journal of Applied Phycology》：High-solid loading alkaline autoclaved-processed Codium tomentosum as a sustainable feed ingredient for juvenile european seabass (Dicentrarchus labrax)
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【推荐语】为解决水产饲料对鱼粉等传统原料的依赖及大型藻类营养利用率低的问题，研究人员首次将高固载量碱法高压蒸汽预处理技术应用于绿藻Codium tomentosum，并评估其作为欧洲海鲈饲料原料的效果。研究发现，30分钟预处理能显著提高蛋白质和氨基酸的表现消化率，改善生长性能和饲料利用率，为该藻类在水产饲料中的可持续应用提供了技术支持。
在当今世界，水产养殖承担着全球超过一半的鱼类供应重任。然而，这个快速发展的产业正面临着一系列严峻的挑战。饲料成本占据了运营成本的“半壁江山”，而饲料配方严重依赖于鱼粉和豆粕等少数几种原料，这不仅给野生鱼类资源和农业土地带来压力，也增加了水产饲料的环境足迹。寻找经济且环保的替代原料，已成为行业可持续发展的关键。
大型藻类，特别是那些在综合多营养水产养殖（Integrated Multi-Trophic Aquaculture, IMTA）系统中生产的藻类，因其富含矿物质、维生素和生物活性物质而备受关注。然而，它们的复杂多糖结构和相对较低的蛋白质含量，尤其是对肉食性鱼类而言，常常会阻碍营养物质的消化吸收，限制了其作为饲料原料的大规模应用。为了“解锁”藻类中的营养宝藏，科学家们尝试了各种预处理方法，如物理、化学或生物处理，以破坏细胞壁，释放被“困”在细胞基质中的营养物质。
在这种背景下，一种名为Codium tomentosum的海洋绿藻进入了研究人员的视野。这种藻类在IMTA系统中已有生产，含有中等水平的蛋白质和脂质，并富含抗氧化、抗炎等生物活性化合物。但迄今为止，它作为水产饲料原料的潜力尚未被探索。同时，一种名为“高固载量碱性高压蒸汽预处理”的新技术展现出潜力。与传统低固载量处理会产生液、固两相，导致下游处理复杂和营养损失不同，这种新技术在最小用水量下产生单一的浆状水解物，简化了流程，可能更具可持续性和成本效益。
此前有研究表明，该预处理能降低C. tomentosum的纤维含量，增加可溶性蛋白。那么，将其应用于欧洲海鲈（Dicentrarchus labrax）——地中海地区一种重要的商业化海水鱼——的饲料中，能否提升其营养价值并改善鱼类生长呢？为了回答这个问题，一组研究人员在《Journal of Applied Phycology》上发表了他们的研究成果。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，对干燥的C. tomentosum进行高固载量碱法高压蒸汽预处理，使用1N NaOH调节至75%湿度，在121°C下分别处理30分钟（COD30）或60分钟（COD60），处理后干燥粉碎。其次，以此制备了四种等氮等脂的实验饲料：不含藻类的对照饲料、含7.5%未处理藻粉（COD）的饲料、以及含7.5%经30分钟或60分钟预处理藻粉的饲料（COD30和COD60）。研究通过两个独立试验进行评估：一是使用初始体重63克的欧洲海鲈进行的消化率试验，通过收集粪便并利用铬（III）氧化物（Cr2O3）作为外源指示剂计算表现消化系数（Apparent Digestibility Coefficient, ADC）；二是为期11周、使用初始体重38克幼鱼的生长饲喂试验，评估生长性能、饲料利用、体成分、消化酶活性及血浆生化指标。
研究结果
1. 表现消化率
与对照组相比，包含未处理C. tomentosum（COD）的饲料提高了干物质和能量的表现消化系数。然而，经过30分钟碱性高压蒸汽预处理的藻粉（COD30）表现更为突出。COD30饲料的蛋白质表现消化系数显著高于对照组。此外，多种必需氨基酸（如精氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸）的表现消化系数在COD30组也显著高于对照组。值得注意的是，将预处理时间延长至60分钟（COD60）并未带来额外益处，其蛋白质和部分氨基酸的消化率数值上反而有下降趋势。脂质和中性洗涤纤维的表现消化系数在各组间无显著差异。
2. 生长性能与饲料利用
在11周的生长试验中，所有饲料均被鱼类良好接受。饲喂COD30饲料的鱼表现出最佳的生长性能：其末重、增重和日增长指数均显著高于对照组和COD60组；其体长也大于对照组和COD组。在饲料利用方面，COD30组的饲料摄入量高于COD60组，其饲料效率和蛋白质效率比均显著高于对照组和COD组。这表明30分钟的预处理不仅没有影响摄食，反而显著提升了饲料的转化效率。而COD60组的生长和饲料利用效率则回落至与对照组相当的水平。
3. 体成分与器官指数
各实验组鱼体的全鱼组成（干物质、蛋白质、脂质、灰分）没有显著差异。然而，与对照组相比，COD组和COD60组鱼的肝体指数显著降低。COD60组的脏体指数也显著低于对照组。这些变化可能反映了藻类摄入或预处理对能量储存和器官代谢的影响。
4. 消化酶活性
在消化酶活性方面，COD30组鱼的前肠胰蛋白酶活性显著高于COD组和COD60组。相反，其总碱性蛋白酶活性却低于对照组和COD组。α-淀粉酶、脂肪酶和糜蛋白酶的活性在各组间无差异。这种特异性的蛋白酶活性变化，可能与预处理后饲料蛋白质更易被特定酶解有关，而非消化能力整体下降。
5. 血浆生化参数
测定的血浆指标（总蛋白、白蛋白、葡萄糖、胆固醇、甘油三酯）均处于欧洲海鲈的正常参考范围内，且各组间无显著差异。这表明，在7.5%的添加水平下，无论是否经过预处理，C. tomentosum的摄入均未对鱼体的这些基础代谢血液指标产生不良影响。
结论与讨论
本研究得出结论，采用高固载量碱性高压蒸汽对C. tomentosum预处理30分钟，是一种能有效提升其作为欧洲海鲈饲料原料营养价值的方法。该处理通过破坏藻类细胞结构，显著提高了蛋白质和氨基酸的生物利用率，进而转化为更优的生长性能和饲料效率。这很可能归因于预处理后藻粉中可溶性蛋白增加，以及单相浆状水解物形式保留了可能在其他处理中流失的可溶性营养物质。
然而，预处理并非时间越长越好。延长处理至60分钟反而可能导致蛋白质因过度热加工而发生交联或美拉德反应，降低其消化率，并可能影响饲料适口性，导致摄食量和生长性能下降。这强调了预处理工艺参数优化的至关重要性。
此外，尽管预处理藻粉的灰分含量因残留NaOH而无洗脱步骤而升高，但在本研究的添加水平下，并未对整体营养利用产生负面影响。包含未处理藻类的饲料也显示出一定的干物质消化率提升，但未能转化为生长优势，突显了预处理的关键作用。
这项研究的意义在于，它首次将高固载量预处理技术与C. tomentosum相结合，并验证了其在水产饲料中的应用潜力。这种方法不仅提升了藻类的营养价值，其本身“高固载量”、“单相处理”的特点也意味着更少的水耗、更简化的工艺流程和潜在的更低能耗，符合可持续生产的原则。它为利用IMTA系统中生产的大型藻类开发新型、环保的水产饲料原料提供了切实可行的技术方案和科学依据。当然，研究人员也指出，未来需要评估更高的藻类添加水平，以探索其效益的极限和对鱼类健康的长期影响，并将该技术拓展至其他藻类物种。
