《Animals》：Can Seaweed Be a Sustainable, One Health Resource in Livestock and Poultry Diets?
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海藻是畜禽饲料中丰富但未充分利用的资源。其营养组成和消化率在海藻物种间、物种内以及不同地理来源间高度变异，并且其在海洋环境中生物富集多种有害有毒物质的能力可引起饲料与食品安全担忧。然而，许多海藻物种富含多种生物活性化合物和植物化学物，以纯化提取物形式提供益生元
海藻是畜禽饲料中丰富但未充分利用的资源。其营养组成和消化率在海藻物种间、物种内以及不同地理来源间高度变异，并且其在海洋环境中生物富集多种有害有毒物质的能力可引起饲料与食品安全担忧。然而，许多海藻物种富含多种生物活性化合物和植物化学物，以纯化提取物形式提供益生元（prebiotic）、抗氧化（antioxidant）、抗炎（anti-inflammatory）、抗菌（antimicrobial）和抗病毒（antiviral）特性，从而提高动物生产性能、健康及动物源食品品质。在红藻物种中高浓度存在的溴仿（bromoform；CHBr3）可作为有效的日粮减排策略，用于减少反刍动物（ruminants）肠道甲烷排放（enteric methane emissions, EME），进而降低肉和奶生产的环境影响。然而，海藻及其生物活性化合物的生产、生物加工和在动物日粮中的应用，涉及多种正负环境影响之间、动物健康获益与风险因素之间，以及肉、奶和蛋品质改善与潜在食品安全担忧之间的权衡，必须予以考虑。本综合评述旨在综合跨多个学科的大量科学信息中的不同线索，以帮助研究人员回答“海藻能否成为畜禽日粮中的可持续One Health资源？”这一问题。
1 引言
全球食品动物生产贡献11–17%温室气体（GHG），使用80%土地和20%淡水，扰动氮磷循环并促进抗生素耐药。海藻（macroalgae）不占耕地、淡水和肥料，可固碳并净化海洋。抗生素限制增加对天然抗菌、抗病毒、抗氧化、抗炎和免疫调节饲料添加剂的需求。本综述评估海藻在畜禽日粮中的可持续性和 One Health（OH）权衡。
2 材料与方法
基于 PubMed、Scopus、ScienceDirect 和 GoogleScholar 等，检索系统综述、范围综述、Meta分析和原创研究，使用超过55个关键词，涉及海藻生产、生物加工、化学成分、畜禽体内/体外试验和生命周期评价（LCA）。
3 全球海藻产业
2002–2022年全球海藻产量从11.9增至36.3百万吨，出口值39亿美元，97%来自养殖。海藻用于食品、水胶体、化妆品、药品、生物塑料、生物燃料和饲料。世界银行识别2030年可增118亿美元的市场，包括饲料和甲烷减排添加剂。主要挑战为供应与质量一致性、监管碎片化、标准缺乏和小生产者出口困难；建议统一标准、国际合作、投资研发、增值循环和供应链追踪。
4 海藻生产系统
4.1 地点和主要海藻物种生产：99%商业生产在亚洲；绿藻7934种、红藻7554种、褐藻约2220种，但商业养殖约12种，Laminaria/Saccharina、Kappaphycus/Eucheuma、Gracilaria、Porphyra、Undaria占主导。
4.2 可持续挑战：野生收获超80万吨/年，过度采收破坏海藻床；岸滩海藻需快速干燥以避免H
2S排放。集约化养殖易患病；气候变化、暖化和酸化改变产量和化学组成。需选址优化、遗传选育、杂交和修复型养殖。
4.3 生产与收获方法：包括自然收集、野生收获、近岸/离岸养殖、集成多营养水产养殖（IMTA）、陆基开放池和光生物反应器。离岸深水减少空间竞争；近岸成本低但劳动密集；IMTA循环利用鱼类/虾废物；陆基可控但蒸发和污染风险高，光生物反应器成本高。
4.4 新技术：无人机、传感器、人工智能/机器学习优化监测和收获；遗传工程和选育改善抗病、气候韧性、产量和生物活性；垂直堆叠提高碳封存和空间效率。
5 工业应用
海藻提供营养和生物化学物，用于食品、饲料、药品、化妆品、生物燃料、生物肥料、生物刺激剂、可降解塑料、包装和废物处理，与人用高值用途竞争。多数应用需专门破壁加工。海藻纤维、矿物质、蛋白、维生素和脂肪酸丰富，但高盐、难降解纤维和重金属限制动物日粮添加通常低于10%、常为1–2%。生物活性物提供抗菌、抗病毒、抗氧化和抗炎作用；溴仿等用于反刍动物甲烷减排。
6 海藻生物加工
提取多糖、多酚、矿物质、维生素、色素、纤维、蛋白、氨基酸、萜类、甾醇和多不饱和脂肪酸（PUFA）。提取物通常较完整海藻效果更一致，但干燥和提取方式影响活性。
6.1 采后加工：清洗和热水稳定去除碎片和碘，但损失水溶性营养；重金属仍留存。鲜海藻含水达90%，需干燥；晒干便宜但慢，热风干燥耗能并破坏热敏物，干燥可占加工成本80%。纤维细胞壁使研磨困难并产生摩擦热。
6.2 提取过程：提取方法决定化合物种类、数量和活性。先进方法包括超声、微波、脉冲电场、亚临界水/溶剂、加压液体、超临界流体和酶辅助提取等，提高产量和选择性、减少溶剂能耗。需标准化、自动化和法规合规。
6.3 发酵提高完整海藻营养价值：固态发酵用真菌、细菌和酵母增加蛋白、氨基酸、酶和酚类，降解抗营养因子。Aspergillus oryzae、A. niger、乳酸菌等可改善海藻或副产物饲用价值，减少病原菌并改善猪肠道健康。
7 海藻和提取物的化学组成
7.1 营养成分：物种、季节、地点、水温和光照导致变异。绿藻和红藻通常蛋白较高、矿物质较低。碳水化合物高，总碳水4–76%干物质（DM），膳食纤维可发酵产益生元。蛋白褐藻5.0–19.7%、绿藻3.2–29.8%、红藻0.67–45.0%，非蛋白氮高。脂质1–5%，以PUFA为主。灰分7–40%，可富集重金属；碘在褐藻中很高。
7.2 生物活性化合物：包括多糖、酚类、肽和色素，提供益生元、抗菌、抗氧化、抗炎和免疫调节。7.2.1 硫酸化多糖：岩藻多糖、藻酸盐、卡拉胶和琼脂等具有抗氧化、抗病毒、抗凝、抗炎和免疫调节活性，并作为可发酵纤维促进乳酸杆菌和双歧杆菌，抑制大肠杆菌和沙门氏菌。7.2.2 多酚：海藻富含酚类、萜类和溴酚，具抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎和抗甲烷活性。7.2.3 色素：类胡萝卜素、叶绿素和藻胆蛋白，具抗氧化、免疫调节、抗糖尿病、抗癌和抗炎特性。7.2.4 生物活性肽：海藻蛋白水解物和肽具抗氧化、抗炎、抗菌、抗肿瘤、抗凝、抗高血压和免疫刺激作用，但大规模分离和体内验证仍需发展。7.2.5 溴仿和其他多卤化合物：红藻 Asparagopsis 中溴仿（CHBr
3）抑制甲基辅酶M还原酶（MCR），1–2%添加可显著降低瘤胃甲烷；全海藻等效剂量减排比纯溴仿高36–40%。Bovaer含3-硝基氧丙醇（3-NOP）减排30–45%。但加工和运输能耗会抵消减排收益。
8 海藻化学分析挑战
复杂细胞壁、低溶解度、分子相似、天然变异和结构降解使分析困难。多糖提取效率2.5–14.2%，生物活性物5.3–27.1%。多酚、色素和复杂碳水干扰检测；N×6.25估算粗蛋白不准确。氨基酸水解破坏色氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸；维生素E、岩藻黄素和omega-3易氧化。需绿色分析技术和氨基酸分析参考方法。
9 海藻和提取物在反刍动物日粮中的效果
9.1 泌乳奶牛：反应可变。Porphyra和Ulva提供高可消化蛋白，Acrosiphonia、Alaria和Laminaria提供高瘤胃降解蛋白。Meta分析显示海藻补充降低DM采食量、乳蛋白、乳尿素氮和体细胞数，增加乳脂、乳糖和碘，降低甲烷排放。Himanthalia elongata或提取物降低浆液氨排放；犊牛补饲部分海藻增加先天免疫。9.2 肉牛：Asparagopsis taxiformis甲烷减排最大达65%，不影响干物质采食量和生长，可能改善饲料效率；组织溴仿通常未检出或风险可忽略。9.3 奶山羊和肉山羊：Asparagopsis taxiformis加phloroglucinol降低甲烷并增加乙酸和总挥发性脂肪酸（VFAs）；Gracilaria birdiae缓解热应激；A. nodosum提取物改善运输应激抗氧化和减少大肠杆菌。9.4 绵羊：研究有限，Asparagopsis taxiformis在肉牛中减排最大，但在奶牛和小反刍动物中不显著。9.5 体外甲烷研究：约60种褐藻中42项减排、63项无效；27种绿藻中9项减排、31项无效；约71种红藻中61项减排、58项无效。无响应可能因多卤浓度低、剂量低或方法不足。9.6 体内甲烷研究：32项体内研究。褐藻多无效，绿藻无体内数据，红藻 Asparagopsis taxiformis/armata 一致减排，其他红藻无或不一致。
10 海藻和提取物对猪的效果
10.1 繁殖：母猪妊娠后期至泌乳补饲海藻提取物可增强免疫和肠道形态，改变微生物，减少大肠杆菌并改善断奶后生长；对产仔数、窝重和奶产量结果不一，可能需覆盖整个繁殖周期。10.2 生长性能：断奶猪添加低于5%。褐藻 A. nodosum、Ecklonia cava 和 Laminaria 改善消化率；Laminaria 因层粘连蛋白和岩藻多糖常改善生长。10.3 健康：多糖作为益生元改变微生物，增加乳酸杆菌和双歧杆菌，减少大肠杆菌和沙门氏菌。褐藻和红藻具抗菌、抗炎和免疫调节作用，可部分替代氧化锌；对寄生虫效果不一。10.4 肉质：可增加omega-3，抗氧化色素和多酚改善肉色、感官和货架期，减少脂质和蛋白氧化；抗菌物减少病原。部分研究无胴体影响，部分见肉色、滴水损失或碘含量变化。10.5 总结：猪研究多集中于褐藻 Laminaria 和 Ascophyllum，绿藻、红藻和商业提取物/混合物研究较少。成分变异大，需验证可比替代来源。
11 海藻和提取物对家禽的效果
11.1 肉鸡：Meta分析显示改善日增重和饲料转化率，Ross 308、Arbor Acres及 Kappaphycus alvarezii、Chondrus crispus 效果较好。挑战包括供应距离、25–75% DM高纤维、加工成本和重金属。11.2 蛋鸡：产蛋和蛋品质结果变异，部分提高产蛋，部分无变化或降低；海藻补充可控制 Salmonella Enteritidis 攻击。11.3 其他家禽：11.3.1 鸭：Polysiphonis spp.在前期12%、后期15%不影响生长；Gracilaria parvispora等改善生长、胴体和繁殖；海藻多糖/酶解物改善肠道和免疫；Gracilaria废物改善血脂。11.3.2 鹅：3% Enteromorpha粉改善产蛋、蛋重、蛋黄颜色和抗氧化，降低采食量和饲料转化率。11.3.3 火鸡：1–2% A. nodosum改善日增重和饲料转化，但降低胴体重和腹部脂肪，并改变肌肉颜色。11.3.4 日本鹌鹑：Sargassum siliquastrum改善饲料转化和免疫；发酵 Ulva lactuca 1–2%改善生长、消化和微生物；Gracilaria birdiae缓解热应激；Gracilariopsis persica改善免疫、肉品质和omega-3；海藻改善产蛋、蛋壳、蛋黄和血脂。总体，海藻可改善家禽生产、蛋肉品质和免疫，但提取物更高效，纤维需发酵，盐和重金属需关注。
12 海藻饲料和食品安全危害
海藻解毒能力导致生物富集。重金属包括铝、砷、镉、汞、镍和铅；持久性有机污染物包括多环芳烃（PAH）、多氯联苯（PCBs）、二噁英、多溴二苯醚（PBDEs）和DDTs；病原体包括 Vibrio、产志贺毒素大肠杆菌、Listeria monocytogenes 和 Salmonella。生物毒素包括 palytoxin、domoic acid、ciguatoxins 和 kainic acid。还存在过敏原、微/纳米塑料、全氟和多氟烷基物质（PFAS）及放射性核素风险。监管多缺失或不一致，砷、镉、碘和沙门氏菌最受关注。
13 评估海藻和提取物在食品动物日粮中的环境和 One Health 影响
13.1 环境影响：饲料和粪便是主要环境足迹。全球饲料LCA数据库用于多目标配方。海藻LCA数据有限且变异大；作为营养源添加低于5%，贡献有限。干燥是主要能耗和气候影响来源。Asparagopsis可降低温室气体，但上游能耗和长距离运输会抵消。海藻可能减少氨排放，但需更多研究。13.2 One Health权衡：海藻不占耕地淡水，可固碳、去富营养化并吸收重金属、微塑料、PFAS和持久性有机污染物，但生物富集带来饲料食品安全风险。生物活性物改善动物健康和生产性能，降低环境足迹。溴仿与臭氧消耗和致癌性担忧相关。需风险/收益评估框架。
14 提高海藻在动物饲料中使用的策略
SWOT分析显示优势为快速生长、无耕地淡水需求、营养和植物化学多样、自然固定碳氮磷；劣势为LCA数据不足、干燥加工能耗高和成分变异；机会为需求增长、循环生物经济和多产品提取；威胁为规模化、毒性和经济可行性。策略包括连接供应链利益相关者、建立国际开放化学成分数据库、标准化分析方法、采用绿色非破坏性生物加工、商业固态发酵、优化溴仿提取、开展安全性和生理效应研究、LCA及风险/收益评估。
15 结论
海藻在小规模粗放养殖中可持续，但在中大规模集约化畜禽生产中未充分利用。土地淡水和化肥压力需要海藻资源。存在环境、健康、产品质量和食品安全多重权衡。溴仿短期减排但上游成本可抵消。海藻净化海洋却可富集污染物。生物活性物改善肉、奶、蛋营养和动物健康。需风险/收益框架量化海藻在畜禽生产中的可持续性和 One Health 价值。
