综述：生物精炼厂衍生的脱脂微藻生物质作为可持续水产饲料的增值成分

《Food and Bioproducts Processing》：Biorefinery-derived defatted microalgal biomass as a value-added ingredient for sustainable aquafeeds

　　

**摘要**

脱脂微藻生物质（DMB）是微藻生物精炼厂在脂质提取过程中产生的残余副产品，正日益被认为是一种除生物燃料生产外具有增值应用前景的有希望的资源。与以往主要关注全细胞微藻生物质的综述不同，本综述对DMB作为生物精炼厂衍生的独特材料，从可持续水产饲料应用的角度进行了批判性评估。尽管脂质已被去除，DMB仍保留着大量蛋白质、必需氨基酸和残余生物活性化合物，同时表现出直接影响营养物质消化率和饲料性能的结构性特征。近期饲养研究表明，DMB在适度添加水平下可以部分替代鱼粉和大豆粉等传统蛋白质来源，而不损害生长性能，同时还能增强多种水产养殖物种的抗氧化反应、免疫功能和饲料利用率。然而，其更广泛的应用仍受到成分变异性、氨基酸不平衡、消化率有限和抗性细胞壁结构等因素的制约。酶预处理、挤压和蛋白水解等加工策略在提高营养物质生物利用度和利用率方面显示出相当大的潜力。从循环生物经济的角度来看，DMB的增值利用可以提高综合微藻生物精炼系统中的资源效率并减少废物产生。生命周期证据进一步表明，基于DMB的系统可能在环境影响方面低于传统蛋白质来源，特别是在全球变暖潜能、富营养化风险以及土地和淡水使用方面。总体而言，继续改进加工和生物精炼生产，可能使DMB成为一种实用的水产饲料原料，从而支持更加可持续和高效的养殖。

**引言**

随着水生食品需求的持续增长，水产养殖在全球粮食安全中变得日益重要。自20世纪60年代以来，全球对水生动物食品的需求扩展速度大约是人口增长速度的两倍（FAO，2024）。作为回应，水产养殖的水生动物产量从1980年的470万吨扩展到2024年的1.3亿吨，占水生动物总产量的53%（FAO，2026）。这一贡献预计将进一步增加，预计到2034年水产养殖产量将达到1.19亿吨，占水生动物总产量的56%（FAO，2026）。由于这些增长大部分来自配合饲料养殖，该行业的扩张需要相应增加配合饲料和高蛋白饲料原料的供给。

2023年全球水产饲料产量估计约为6940万吨（Tacon等，2026）。饲料约占水产养殖运营成本的50%至70%，使饲料原料的供应可用性和可负担性成为行业经济可行性的关键（Vassiliou等，2015）。鱼粉（FM）和大豆粉（SBM）仍是广泛使用的蛋白质来源，因为它们具有高蛋白含量、高消化率和良好的氨基酸谱（Jannathulla等，2019）。然而，通过持续依赖这些原料来增加水产饲料产量，引发了对资源可用性、价格稳定性和环境可持续性的担忧。

鱼粉的局限性尤为重要，因为全球90%以上的鱼粉产量被水产养殖业使用（FAO，2026）。其供应仍然部分依赖于野生捕捞鱼类，而捕捞渔业进一步扩展的潜力有限。尽管2010年至2022年间来自鱼类加工副产品的鱼粉比例从25%增加到约34%，但整鱼仍然是其主要原料（FAO，2025）。大豆粉有助于减少对鱼粉的依赖，但其大规模生产与土地使用变化、森林砍伐、温室气体排放和生物多样性丧失有关，特别是在热带和亚热带地区（Boerema等，2016；Smaling等，2008）。这些限制凸显了寻找替代蛋白质来源的必要性，这些来源能够支持水产养殖增长，而不会对海洋渔业或农业用地施加更多压力。

为确保水产养殖业的长期可行性，必须寻找营养充分、经济可行且环境可持续的饲料原料。在新兴替代品中，脱脂微藻生物质（DMB）正逐渐被认可为一种有前景但尚未充分利用的蛋白质原料（图1）。DMB是从生产生物燃料、营养保健品或药用产品的微藻中提取脂质后获得的残余生物质。将其掺入水产饲料中，可以从现有生物精炼厂副产品中回收价值，减少残余废物，并提高养殖微藻生物质的整体利用率（Kiron等，2016；Valente等，2019）。

尽管经过脂质提取，DMB可能仍保留大量蛋白质、必需氨基酸、矿物质、色素、抗氧化剂和其他生物活性化合物。然而，其成分会因微藻种类、培养条件和提取工艺而异（Sousa等，2024；Vidyashankar等，2015）。虽然微藻作为潜在的水产饲料原料已被广泛综述，但现有研究主要关注全细胞或富含脂质的生物质，主要涉及omega-3脂肪酸、色素和其他生物活性化合物（Ahmad等，2022；Barta等，2021；Shah等，2018）。然而，DMB与全细胞生物质不同，因为脂质提取改变了其营养成分、消化率、功能特性以及潜在膳食添加水平。以往关于DMB的研究分散在涉及不同微藻种类、提取工艺、养殖物种和配方策略的单独饲养研究中。现有综述尚未充分整合这些发现，也未专门将DMB作为一种生物精炼厂衍生副产品进行研究，其利用可提高资源效率并从微藻加工中产生额外价值。因此，其营养价值、对水产养殖性能的影响、实际限制以及对水产饲料环境可持续性和经济可持续性的贡献仍认识不足。

因此，本综述对DMB作为一种源自微藻生物精炼厂的增值原料，用于可持续水产饲料进行了集中评估。具体而言，本综述（i）检查了DMB与微藻种类和脂质提取工艺相关的营养和生化特性；（ii）评估了其对不同养殖物种生长性能、饲料利用率和健康的影响；（iii）评估了其在微藻生物精炼厂和废物增值系统中使用的环境和经济影响；（iv）确定了其更广泛应用的知识缺口和研究优先级。本综述阐明了DMB的潜力和局限性，确立了对将DMB整合到下一代水产饲料中的科学理解，并促进了可持续水产养殖发展的废物到价值路径。

**脱脂微藻生物质：从副产品到可持续饲料原料**

DMB是在从培养微藻中提取脂质用于生产保健品、生物燃料和其他高价值产品后产生的。其生产始于在光自养、异养或混养条件下培养选定的微藻菌株，具体取决于目标产品和生产系统。一旦达到所需的生物质浓度或脂质含量，细胞通过离心、过滤、絮凝或[其他方法]进行收获和浓缩。

**DMB在水产饲料中的应用**

DMB作为鱼粉和大豆粉的理想替代品受到了关注，大量饲养试验评估了其在多种水产养殖物种中的效果。表4总结了在水产饲料配方中测试的DMB物种。在大西洋鲑（*Salmo salar*）中，脱脂*Nannochloropsis oceanica*和*Desmodesmus*属已被用于部分替代鱼粉（Kiron等，2016；S?rensen等，2017）。脱脂*N. oceanica*的10%和*Desmodesmus sp.*的20%添加水平没有……

**促进消化率的加工技术**

尽管DMB是传统水产饲料蛋白的理想替代品，但其营养价值取决于脂质提取后剩余营养物质的可及性和消化率。预处理和脂质提取可能部分破坏微藻细胞，并通过去除脂质，增加残余生物质中蛋白质和结构性碳水化合物的相对浓度（Tibbetts等，2015）。然而，残余生物质可能保留或浓缩抗性细胞壁……

**环境影响**

将DMB纳入水产饲料相比传统蛋白质来源具有显著的环境可持续性优势（表5）。微藻培养所需耕地和淡水极少，可在沿海或非耕地利用富含营养的废水和捕获的工业CO?进行。这种闭环生物精炼模式减少了整体环境足迹，同时增强了碳封存和营养循环（Kumar等，2022；Tahir等，2024）。

McKuin等。

**挑战与限制**

尽管DMB作为鱼粉可持续替代品的兴趣日益增长，但在其商业水产饲料配方中的全部潜力得以实现之前，必须解决若干挑战。其主要限制之一是DMB的消化率相对较低，这源于许多微藻种类的刚性复杂细胞壁结构。例如，*Nannochloropsis*和*Desmodesmus*等物种的细胞壁富含纤维素、藻类和其他抗性聚合物，这些物质阻碍了酶解……

**未来方向与商业化路线图**

将DMB发展为商业可行的水产饲料原料，应遵循一条分阶段路径，在大规模部署之前解决主要的生物学、营养学、技术和监管不确定性。优先事项是确定合适的微藻菌株并建立可重复的DMB规格，因为起始生物质的特性决定了其营养价值、可加工性和安全性。一旦定义了一致的DMB产品……

**结论**

微藻生物精炼厂的DMB提供了一条废物到价值的路径，可提高资源效率并减少对传统水产饲料蛋白的依赖。其使用回收了脂质提取后剩余的富蛋白质生物质，并通过将生物精炼厂副产品转化为有价值的饲料原料，支持了循环生产。然而，其环境效益取决于所使用的培养、收获和提取方法，因此应通过生命周期评估予以确认。

**资助声明**

本研究由PETRONAS Research Sdn. Bhd.支持。

**未引用参考文献**
(Yadav等，(2020))

**CRediT作者贡献声明**
Wan Adibah Wan Mahari：撰写–审阅与编辑，可视化，验证，项目管理，数据整理，概念化。
Sylvia Ng Sin Ee：撰写–原稿，数据整理。
Naim Jakariah：撰写–原稿，数据整理。
Su Shiung Lam：撰写–审阅与编辑，验证，获取资助。
Sharifah Rahmah：撰写–审阅与编辑，验证。
Hanafiah Fazhan：撰写–原稿。
Khor Waiho：撰写–原稿，验证，监督，数据[整理]。

**利益冲突声明**
作者声明，他们没有已知的可能影响本文所述工作的竞争经济利益或个人关系。

**致谢**
我们感谢PETRONAS Research Sdn. Bhd.为该项目提供的财政支持。我们还要感谢Editage（www.editage.com）提供的英文语言编辑。

**利益冲突/竞争利益**
作者没有需要声明的利益冲突，这些冲突可能与本文内容相关。

Wan Adibah Wan Mahari | Naim Jakariah | Sylvia Ng Sin Ee | Niu Zeyao | Khor Waiho | Hanafiah Fazhan | Sharifah Rahmah | Fatin Alia M Bakri | Liyana Yahya | Noorazlenawati Borhan | Wong Chan | Su Shiung Lam
马来西亚登嘉楼大学（Universiti Malaysia Terengganu）热区水产养殖与渔业研究院（AKUATROP），杰出研究中心（HICoE），21030，吉隆努鲁，登嘉楼，马来西亚