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本文聚焦水产养殖，阐述发酵成分替代鱼粉的研究进展。分析固态、液态发酵工艺，探讨影响发酵成分质量的因素，介绍植物、动物及单细胞蛋白源发酵产物的应用优势，提出推广策略，为可持续水产养殖提供参考。
1. 引言
水产养殖业近几十年发展迅猛，成为全球鱼类消费的重要来源。然而，其增长也带来挑战，饲料生产和可持续性问题尤为突出。配方饲料成本高昂，其中鱼粉作为主要蛋白源，因野生鱼资源有限，价格不断攀升，制约着行业发展。
发酵技术在动物营养研究中备受关注。它能将复杂营养物质转化为生物可利用的化合物，提高饲料消化率和营养吸收利用率，促进动物生长、增强免疫力。发酵饲料含有丰富的酶、益生菌和有机酸，可中和抗营养因子，提升饲料效率，在可持续水产养殖中有望发挥重要作用。
2. 发酵工艺类型
发酵饲料主要分为固态发酵和液态发酵两种类型。
2.1 固态发酵
固态发酵是在无游离水或低水分条件下，利用有益微生物发酵饲料原料的方法。它能提升饲料营养价值，成本效益较高。常用的微生物有真菌（如霉菌、根霉）、乳酸菌和芽孢杆菌等。青贮饲料就是固态发酵的典型例子，通过厌氧发酵玉米、草或豆类等作物制成，可长期保存。但固态发酵在大规模生产时，控制发酵条件（如温度、水分、通气）存在挑战，且缺乏标准化生产协议和质量控制措施。
2.2 液态发酵
液态发酵又称浸没发酵，以流动的液体底物为发酵培养基。该方法营养浓度均衡，发酵一致性好，适口性佳，能获得较高生物量，发酵时间短，适合生产单细胞蛋白饲料。不过，发酵过程中底物消耗快，需及时补充，且存在微生物污染养殖环境的风险。在水产养殖中应用液态发酵技术，需谨慎选择微生物和底物，优化发酵条件，做好过程监控和生物安全措施，开发高效的收获和下游加工技术。
3. 影响固态和液态发酵系统中发酵成分的因素
发酵成分的质量受多种因素影响，包括发酵底物（如发酵豆粕、虾壳粉）、微生物（如芽孢杆菌、乳酸菌、真菌）、发酵温度、时间等。发酵培养基的初始 pH 值等环境条件也至关重要，此外，发酵过程中短暂的氧气暴露会影响代谢产物。底物组成（碳氮比）、微生物群落相互作用（如乳酸菌 - 酵母菌共生）和过程动态（温度梯度、溶解氧波动）等关键因素协同决定发酵结果，产生多种生物活性产物，如细菌素、β - 葡聚糖、短链脂肪酸等，这些产物能提高水生生物的营养生物利用度、调节微生物生态和增强抗病能力。
4. 发酵成分中使用的蛋白质源类型
蛋白质源的选择对水产饲料成分的营养功效和功能特性影响重大。鱼粉虽长期主导水产养殖配方，但可持续性受限，促使人们探索替代蛋白来源，如植物性（大豆、小麦面筋）、动物性副产品（禽肉粉、鱼加工废弃物）和单细胞（酵母、微藻）来源。发酵可水解复杂蛋白质为可吸收肽，中和抗营养因子，丰富微生物代谢产物抑制病原体。不同蛋白质源发酵特点各异，合理搭配蛋白质底物和发酵方案对推进可持续水产饲料系统至关重要。
4.1 发酵植物蛋白源
鱼粉资源稀缺且价格昂贵，水产养殖需寻找替代蛋白源，植物蛋白源因氨基酸丰富、供应充足、成本低而受到关注。发酵植物蛋白用于水产饲料，在促进水生动物生长、提高饲料效率和保障健康方面效果显著，能提供平衡的氨基酸和必需维生素。然而，植物蛋白源含有抗营养因子（ANFs）和纤维，影响饲料适口性和营养消化，甚至抑制生长、导致肠炎和肝损伤。不过，针对性的生物加工，尤其是发酵，可有效改善植物蛋白的功能特性，提高其在水产饲料中的应用价值。常见的植物蛋白源有大豆粕、棉籽粕、玉米蛋白粉和小麦麸等，经微生物发酵后，能降低抗营养因子含量，提升饲料品质。
4.2 发酵动物蛋白源
动物蛋白源因高蛋白、高脂肪、氨基酸优质和适口性好，被视为鱼粉的理想替代品。发酵可提高动物蛋白源的消化率，改善氨基酸组成，对动物肠道微观结构有益，能促进肠道健康，增强机体抵御微生物感染的能力，且发酵产物水稳定性好，可减少水体污染。研究较多的发酵动物蛋白源有发酵禽副产品粉和羽毛粉等，发酵能降解羽毛粉中的角蛋白，提高其营养消化率，在水产养殖饲料配方中具有应用潜力。
4.3 单细胞蛋白源
微生物发酵可生产单细胞蛋白（SCP），通过培养细菌、酵母、真菌和藻类等微生物，将营养物质转化为蛋白质、脂肪、碳水化合物等成分。SCP 合成效率高，能利用多种低成本底物，包括农业和工业废弃物，既降低生产成本，又解决环境问题。研究表明，多种微生物平台可利用废水和沼气生产 SCP，替代鱼粉用于水产养殖，不仅减少对有限鱼粉资源的依赖，还能提升水生动物健康水平，在可持续水产养殖中发挥重要作用。
5. 发酵成分的应用优势
发酵成分替代鱼粉，有效缓解鱼粉短缺问题，减少对野生鱼资源的依赖，推动水产养殖的环境可持续发展。同时，降低饲料成本，提高小规模养殖户的盈利能力，减少抗生素使用，保障消费者安全。具体优势体现在以下几个方面：
5.1 增加采食量并促进生长
发酵饲料原料成本低、供应足，部分替代鱼粉可降低成本且不影响生长，不同水生动物对替代比例的耐受性不同。发酵能降解抗营养因子，水解蛋白质，刺激消化酶活性，提高营养吸收和生长速度，但替代比例需根据物种特性合理调整，以平衡代谢耐受和经济效益。
5.2 调节肠道上皮组织发育
发酵成分富含益生菌及其代谢产物，可直接调节肠道上皮发育。益生菌影响肠道组织学，肠道上皮的长度、厚度和绒毛高度等指标与动物健康和生长密切相关。研究发现，添加发酵大豆粕能增加尼罗罗非鱼的绒毛高度和杯状细胞数量，但过高比例的发酵大豆粕替代鱼粉可能产生负面影响，因此需平衡发酵水平以减轻残留抗营养效应。
5.3 调节肠道消化免疫
发酵成分作为免疫调节微生物的功能载体，能增强水生动物肠道消化效率和免疫稳态。乳酸菌和芽孢杆菌等益生菌通过多种机制抑制病原体，微生物代谢产物如短链脂肪酸和生物活性肽可调节免疫，有机酸能降低肠道 pH，促进消化酶分泌，抑制病原体生长。不过，发酵成分的免疫调节和消化益处存在剂量和物种特异性，需进一步研究优化。
5.4 调节肠道微生物屏障
肠道屏障是抵御病原体入侵的重要防线，发酵成分可通过调节黏膜免疫和微生物群落结构，增强肠道屏障功能。适量添加发酵成分能增加肠道杯状细胞密度，改善微绒毛结构，抑制病原体生长，但过量添加可能适得其反。乳酸菌等益生菌可与肠道上皮细胞结合，促进免疫反应，增强动物免疫功能，同时，发酵成分中的有益微生物产生的有机酸等物质也有助于维持肠道健康。然而，目前关于发酵成分对水生动物肠道屏障调节的研究相对较少，有待深入探索。
5.5 改善水体环境和质量
农业和工业废弃物的大量排放威胁环境，利用微生物发酵这些废弃物生产 SCP，既实现资源利用，又能提高饲料质量。发酵饲料稳定性好，能减少营养流失和水体污染，尤其适合摄食缓慢的甲壳类动物。此外，发酵成分还能提高水体氮去除效率，降低化学需氧量，减少粪便异味，有效改善养殖环境。
6. 发酵成分在水产养殖中的推广技术
目前，发酵成分行业存在一些问题，需要采取相应策略加以解决。
- 优化生产原料选择与配比：发酵成分行业缺乏标准化生产技术和产品基准，部分企业技术不足，产品质量参差不齐。应选用更多低成本固体原料，如酒渣、麦麸等，同时考虑原料的营养利用、成本效益和区域供应情况，优化原料选择和配比，提高产品质量和稳定性。
- 建立完善的评价体系：现有发酵菌株评价指标不全面，应增加益生菌活菌数、代谢产物、小肽、霉菌、霉菌毒素以及饲料蛋白质利用率和消化率等指标，并对发酵用细菌进行安全性测试，确保发酵成分质量。
- 精准筛选功能菌株：发酵成分生产常用细菌、酵母和丝状真菌，应根据原料特性选择合适菌株和配比。避免单一菌株发酵，对于易变质原料和青贮饲料，建议采用复合菌发酵，以提高发酵效果和饲料消化率。在水产动物饲料发酵中，要选择合适的起始培养物，控制发酵条件，促进有益微生物生长。
- 加强行业支持与推广：政府应加大对水产发酵成分企业的支持，提供资金和政策激励。加强专业培训，提升人员对微生物选择、发酵协议和质量控制的理解。企业要解决产品质量和成本问题，同时加强对养殖户的教育，宣传发酵成分的优势，促进其在水产养殖中的应用。
7. 结论与展望
全球水产养殖业对无合成饲料添加剂的饲料需求增加，微生物发酵成分成为研究热点。发酵成分，尤其是植物蛋白源发酵产物，在水产养殖饲料中具有成本效益和可持续发展潜力。但目前研究主要集中在蛋白源选择，对发酵机制和技术的探索不足，缺乏有效的应用和推广体系。未来应深入研究微生物发酵成分的作用机制，解决养殖过程中的问题，优化生产工艺，建立使用标准，确保产品质量和安全，推动可持续水产养殖发展。
