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黑水虻虫粉在可持续水产养殖饲料中的使用:过去和未来需求

发布日期:2022-03-25 09:41:42浏览次数:105

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01

前言

在全球范围内,由于过度捕捞和人为活动,野生鱼类捕鱼量下降(FAO,2014)。水产养殖是主要的食品生产部门,需要大量的鱼粉和鱼油用于水产养殖。由于新需求、捕捞过剩、鱼油短缺和费用高昂等原因,水产养殖业需要一种替代蛋白质来源来替代鱼粉。


在鱼虾养殖中,用昆虫粉部分或完全替代鱼粉的研究报告很多。到目前为止,全球已报道了100万种昆虫。这些昆虫不仅用于水产养殖,还用于人类消费。昆虫主要由21% - 65%的粗蛋白质组成,类似于肉和鱼的蛋白质,并含有丰富氨基酸、维生素和矿物质。因此,昆虫粉在水产养殖中具有替代鱼类和豆粕的潜力。本综述主要论述BSFL作为水产养殖的替代蛋白质来源,在饲料中的可行性作用和可持续生产,以最大限度地提高饲料效率,及其在水产养殖业面临的挑战和优缺点。

02

黑水虻虫粉在水产养殖中的应用

2.1鲤科

2.1.1 斑马鱼

斑马鱼(Danio rerio)被广泛应用于生物医学研究中。黑水虻虫粉替代鱼粉在斑马鱼从鱼苗到成熟阶段的研究结果表明,黑水虻虫粉可以促进生长,并且研究肌发生相关基因表达发现其对斑马鱼生长不会造成任何负面影响。此外,有研究推荐用5日龄黑水虻幼虫作为鱼粉的替代。2021年一篇研究指出,在成年斑马鱼中添加全脂黑水虻虫粉饲料替代鱼粉,可以改善子代幼鱼的脂肪酸分布,不影响其肠道生长、脂质积累和健康状况。在另一项研究中,斑马鱼幼鱼部分补充黑水虻全脂预蛹粉也不会影响其生长。研究25%和50% 黑水虻饲粮对斑马鱼幼至成鱼生长性能影响的为期6个月的研究观察到鱼类生长减缓和脂质脂肪变性。然而,其肠道未显示任何炎症,应激和免疫指标也未观察到显著变化。在斑马鱼幼鱼饲粮中添加0%、25%、50%、75%和100%黑水虻虫粉对斑马鱼生长无显著影响,对斑马鱼幼鱼的生长和肠道健康没有不良影响。

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2.1.2 鲤鱼

鲤鱼又称普通鲤鱼,是一种淡水鱼栖息地,主要分布在欧洲和亚洲,年产量达300万吨,是重要的经济鱼类之一。添加黑水虻虫油(BSFO)与高不饱和脂肪酸(HUFA)的饲料饲喂鲤鱼可以显著提高其生长和免疫功能,增加n-3 PUFA的总量。此外,肝脏和头肾的基因表达研究表明,虫油添加量在50%以上的鱼炎症反应较少。此外,脱脂黑水虻充分添加量达50%时,显著提高了生长发育,且未发现任何不良反应,而75%黑水虻虫粉添加量组出现肠道损伤和饮食应激问题。此外,脱脂黑水虻虫粉是草鱼幼鱼替代豆粕的必需成分和蛋白质来源,其对鱼类生长和肠道微生物群落没有任何影响。在0、35、70、105和140 g/kg浓度下,用黑水虻虫粉替代鱼粉可显著提高建鲤的抗氧化活性。同样,用黑水虻虫粉完全替代鱼粉8周,对杂交韦氏高须鱼的生长、肝脏和肠道组织病理学没有不良影响。目前关于黑水虻虫餐对鱼类氨基酸谱、肠道菌群状态以及特异性和非特异性免疫应答影响的报道非常有限,未来的研究应着重于这些方面。

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2.2 鲑科

2.2.1 虹鳟鱼

虹鳟鱼是在北美河流中发现的本地鱼类,已经被引入世界各地的湖泊和水库。由于虹鳟鱼的经济重要性,它们的全球产量不断增加。不同浓度的黑水虻虫粉添加可提高生长性能和饲料效率,对虹鳟鱼的生理、生长和蛋白质利用均无不良影响,但会降低鱼片中omega - 3脂肪酸含量。黑水虻虫粉饮食不影响鱼片品质,改善血清生化指标,不引起炎症反应,增强免疫,对虹鳟鱼的肠道菌群有积极的影响,增加乳酸菌的产生,促进乙酸和乳酸的产生,可以作为替代现有植物和鱼粉蛋白质源的有效蛋白质来源。此外,研究人员指出,饲粮中添加脱脂黑水虻粉显著改善了虹鳟鱼的生长性能和肠道健康,但会影响肉质中多不饱和脂肪酸(PUFA)和单不饱和脂肪酸(MUFA)含量。使用0%、25%和50%的黑水虻粉饲喂78 天后,虹鳟鱼的肝脏、肠道和脾脏均无明显的负作用。迄今为止,关于黑水虻虫粉对虹鳟鱼的免疫反应、免疫基因表达和肠道微生物群落影响的报道有限,对肠道微生物群落的全面评价可为确定虹鳟鱼可能的免疫应答机制铺平道路。

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2.2.2 大西洋鲑鱼

由于海洋环境的变化,特别是在北美和欧洲,大西洋鲑鱼的数量在世界上急剧减少。目前,饲料制造业是鲑鱼养殖的主要投入之一。由于生产成本高和原料短缺,鱼粉的利用率大大降低,使用黑水虻虫粉取代鱼粉已引起广泛关注。鲑鱼饲粮中添加50 g/kg、100 g/kg和150 g/kg黑水虻虫粉作为鱼粉的替代品,在生长性能和蛋白质、脂质和氨基酸成分上并未显示出任何负面影响。在另一项研究中,对大西洋鲑鱼饲料中全脂黑水虻虫粉膳食添加量(6.25%、12.5%和25%)和全脂黑水虻充分糊剂(3.7%、6.7%)替代蛋白质进行了评价。结果表明,添加12.5% 黑水虻虫粉和6.7% 黑水虻虫糊均未显示出任何生长抑制问题。然而,饲料添加水平的增加显著降低了蛋白质和脂肪的水平。从幽门盲肠黏膜的角度来看,饲粮中添加黑水虻虫粉和虫糊可以显著改善肠道健康,抑制萨拉链球菌炎症,可改善其肠道微生物群落,提高其丰富度和多样性,不改变脾脏细胞免疫标记物。在黑水虻虫粉的研究中,关于其添加后鲑鱼对多种病原菌的免疫反应和病原菌抗性的研究还很有限。

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2.3 慈鲷科

2.3.1 罗非鱼

尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)通常被称为罗非鱼,原生淡水栖息地在非洲,也是世界各地养殖的重要经济鱼类品种,2017年和2018年的年产量为5.9万吨。在水产养殖中,黑水虻虫粉和黑水虻虫油作为鱼粉和鱼油的替代品有不断增加的趋势。利用黑水虻虫粉饲喂罗非鱼对尼罗鱼生长、先天免疫、鱼的血液学和血清谱参数没有影响。用黑水虻虫粉替代10%、20%、40%、60%、80%和100%鱼粉无任何不良反应。饲粮中添加黑水虻虫粉(0 g/kg、30 g/kg、50 g/kg和80 g/kg)的罗非鱼幼鱼的FW、WG、FCR和FI与处理组相比无显著变化。使用黑水虻蛹前油(BSO)不会改变血液学参数,但50%替代鱼油对罗非鱼的表观消化系数(ADC)有较高的影响。然而,尚需进一步研究黑水虻虫粉对饲养的尼罗鱼肌肉基本成分、脂肪酸和氨基酸水平以及免疫反应的影响。

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2.4 胡子鲶科

2.4.1 鲶鱼

鲶鱼是最大的淡水鱼群之一,有超过2000种。虽然鲶鱼分布在世界各地,但超过50%的鲶鱼品种原产于南美洲。用黑水虻虫粉替代鱼粉饲喂非洲鲶鱼60天发现,饲粮中添加172g/kg黑水虻粉对鱼的生长和健康状况没有影响。同样,对非洲鲶鱼饲喂0 g/kg、25 g/kg、50 g/kg和100 g/kg的黑水虻虫粉饲料6周,与对照组相比,添加25%和50% 黑水虻虫粉饲料组的鱼体生长有显著变化。此外,饲粮添加为100%组的鱼的生长、FI和蛋白质效率均有所下降。添加30%和70%的黑水虻虫粉显著提高了鲶鱼的生长参数和存活率。黑水虻虫粉对黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)的效果显示,添加25% 黑水虻虫粉组显著提高了黄颡鱼的生长性能和免疫能力。早期研究清楚地表明,使用黑水虻虫粉可以促进鲶鱼的生长。然而,为了进一步鉴定肌肉中氨基酸和脂肪酸组成,需要长期饲喂黑水虻虫粉饲料进行研究。

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2.5 尖吻鲈科

2.5.1 鲈鱼

欧洲鲈鱼是一种重要的海洋鱼类,生活在水深<100米的广盐和浅水环境,是欧洲经济上重要的鱼类养殖品种,主要集中在地中海和黑海地区。用25%、35%或50%的黑水虻虫粉替代部分鱼粉,对鲈鱼的生长、饲料利用率、存活率和血液指标均无显著影响,而饲料成本显著降低。同样,添加6.5%、13%和19.5%的黑水虻虫粉,部分替代鱼粉6天后,鲈鱼的生长和饲料利用率变化不显著,血浆代谢水平、消化酶无明显变化,胆固醇略有变化。然而,欧洲黑鲈幼鱼饲粮中添加19.5%(占总蛋白浓度的22.5%)的黑水虻虫粉可改善其生长性能。膳食中添加64%的黑水虻虫粉不改变生长性能,但却抑制了脂质在血液和肝脏中的沉积。与对照组相比,添加黑水虻虫粉对澳洲鲈幼鱼生长无显著影响,且显著提高了肠道和皮肤细胞因子表达和黏液分泌。同样,在不影响生长、营养成分和氨基酸水平的情况下,以28.4%的黑水虻虫粉替代鱼粉被认为是养殖的最佳浓度。另一试验以黑水虻虫粉替代鱼粉,进行60 天的饲料试验,发现可以增强欧洲鲈鱼的抗氧化和免疫抗性,提高鲈鱼在溶藻弧菌攻毒后存活率。此外,有必要深入研究探讨添加黑水虻虫粉后鲈鱼抗氧化和降脂作用的分子机制。

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2.6 鲟科

2.6.1 鲟鱼

西伯利亚鲟鱼(Acipenser baerii)是一种淡水鱼,分布于西伯利亚河流和东西伯利亚海等流域。由于若干风险因素,包括过度捕捞、气候变化和其他人为活动,导致鲟鱼数量持续减少。俄罗斯、中国、美国、台湾、意大利、韩国、日本和欧洲是西伯利亚鲟鱼的主要产地,2017年全球共计近2329个鲟鱼养殖场。以5%-30%的黑水虻虫粉替代鱼粉显著降低了饲料生产成本。10%和15%浓度的黑水虻鱼粉对西伯利亚鲟鱼的胃肠道发育和健康都有促进作用。同样,其他研究表明5% - 30%黑水虻虫粉改善了鲟鱼体重、SGR、FCR和PCR。此外,研究结果表明,BSFL可以作为鱼油和鱼粉的替代品。含18.5%和37.5%的脱脂黑水虻虫粉可以替代25%和50%的鱼粉。此外,18.5%的添加水平显著改善了西伯利亚鲟幼鱼的健康状况,对其肝脏和肠道没有任何不良影响。此外,添加水平为25%、50%和100%时,饲料利用率随添加水平的增加而降低。然而,在不影响鲟鱼生长性能、形态指标和条件因子的情况下,黑水虻鱼粉替代25%的鱼粉有较好的效果。因此,进一步研究黑水虻虫粉对鲟鱼消化酶分泌的影响、以及影响生长激素、抗氧化剂和免疫应答的分子机制具有重要意义。

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2.7 其他品种

一般来说,黑水虻虫粉可以不同浓度添加在各种鱼类日常饮食中。已经进行的几项研究证明了黑水虻虫粉在降低饲料成本和提高鱼片质量方面的有效性。在黄鳝饲粮中分别添加0%、2.5%、5%和7.5%的黑水虻虫粉,连续饲喂10周,可促进黄鳝的生长并维持其肠道菌群。此外,使用黑水虻虫粉作为鱼粉的替代品,也促进了鳗鱼的生长。饲料中添加10%、20%和30%的预蛹粉不会影响金头鲷的生长,鱼片颜色,可提高金头鲷低胆固醇和饱和脂肪酸含量。黑水虻虫粉则对金头鲷生长具有良好的促进作用。黑水虻虫粉可作为鱼粉的替代来源可作为龟壳攀鲈的蛋白质来源,且不产生任何负面影响。与对照组相比,添加黑水虻虫粉对小丑鱼的生存、生长、脂质代谢和应激反应没有负面影响。补充黑水虻活虫和虫粉可以降低观赏鱼和食用鱼的生产成本,并可作为一种良好的蛋白质来源。


在不影响杂交石斑鱼生长、FI和生存的前提下,将黑水虻从分作为替代鱼粉的蛋白质源,可以增强其消化能力。在另一项研究中,25%和50%的黑水虻虫粉作为鱼粉的替代蛋白质来源,可提高网纹观赏鱼的SGR和长度。以100、200和300 g/kg的黑水虻虫粉替代17%、35%和52%的鱼粉对银荚鱼没有任何不良影响。黑水虻虫粉蛋白也是大菱鲆饲养中替代鱼粉的可行选择。尽管大量的研究已经证明了黑水虻虫粉饲料在鱼类生长和存活率的作用,但是其对不同鱼类的免疫抗性及其机制的研究十分缺乏。这方面的研究可为更好地了解黑水虻虫粉饲料对鱼类养殖的影响提供数据依据。

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03

可持续性方法和未来方向

为在当地生产可持续粮食和饲料,全球粮食生产引入了一种利用农业-粮食垃圾生产昆虫的创新方法。例如,新加坡首创了一种利用居民食物垃圾的新方法,用于养殖黑水虻来喂养罗非鱼。因此,利用生物转化技术饲养昆虫是解决粮食安全问题的可持续方法之一。通过这种方式,农产品垃圾被认为是生产高质量黑水虻的重要资源流,这是对食品系统的一种回归,对环境产生了积极的影响,并减少了昂贵的蛋白质来源,包括大豆和鱼粉在水饲料中的使用。


在大多数情况下,水饲料行业主要依赖于鱼粉和鱼油作为主要的饲料原料,这给土地和水的使用带来了巨大的环境压力。与豆粕应用于水产饲料相比,黑水虻对环境的影响较小。在IQR(四分位差范围)上,其全球变暖潜势(GWP)为2.0 ~ 5.0,能源利用为54.4 ~ 128.0,水资源利用(m3)为0.98 ~ 3.49,土地利用(m2a)为2.71。这说明,与植物成分相比,黑水虻虫粉使用了更少的水和土地。因此,BSFL已被认为是一种潜在的蛋白质饲料替代品。从昆虫中提取油相对来说会受到水产饲料工业的重视。虽然黑水虻虫粉被认为是蛋白质的主要来源,其含有近11.3%-40.7%的脂质,可以替代鱼油,而鲑鱼、海鱼和虾类则需要鱼油才能生长。虫油在水饲料中仍处于初级阶段,目前只应用于少数物种,如鲤鱼、鳟鱼和鲑鱼。因此,黑水虻虫油是一种较好的替代鱼油用于水生动物生长的替代品。此外,生命周期评估的前景研究表明,在未来几十年里,黑水虻虫餐在减轻对土地利用的环境影响以实现可持续的水饲料生产方面具有良好的效果。


感谢原文作者的研究与分享

Kannan Mohan,Durairaj Karthick Rajan,Thirunavukkarasu Muralisankar,Abirami Ramu Ganesan,Palanivel Sathishkumar ,Nagarajan Revathi Use of black soldier fly (Hermetia illucens L.) larvae meal in aquafeeds for a sustainable aquaculture industry: A review of past and future needs https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2022.738095


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