Protein hydrolysates from animal processing by-products as a source of bioactive molecules with interest in animal feeding: A review
畜禽及鱼类的肉制品加工可产生大量固体或液体副产物,这些要么被销毁,要么用于制作堆肥、沼气或其他低附加值产品。但是,这些副产品是可以转化为高附加值产品的,如蛋白质水解物,这在动物饲料中有着广泛的应用前景。在水产饲料中添加少量动物蛋白水解物可提高养殖鱼类和甲壳类动物的生长速度和饲料转化率,同时还可以增强鱼类的非特异性免疫力。这些水解物还可以作为断奶动物优质的蛋白质来源。这些蛋白质水解物含有抗菌、抗氧化剂和阿片样生物活性分子,在宠物和生产动物上有着广阔的用途。因此,动物加工副产物是一种很有希望的生物活性肽来源。
有理论认为蛋白质水解产物包含有刺激胰岛素生长因子(IGF-I和IGF-II)产生的分子,从而导致鱼饲料中掺入鱼蛋白水解物能够促进生长、同时促进血浆IGF-I和肝IGF-I mRNA的表达。而植物蛋白部分或全部置换鱼粉将降低生产性能和采食量,同时降低血浆中IGF-I的水平。
由于鱼幼虫(larvae)不能有效地消化和吸收营养,所以微饲料的使用有许多限制。微饲料中含有蛋白质,与活生物相比其更难被消化和吸收,从而呈现出较低的促生长性能。在微饲料中用蛋白水解物替代一部分天然蛋白是克服鱼幼虫消化能力不足的一种有效选择,其可提高鱼体内消化酶的活性和消化速率,并促进肠道成熟。但是,蛋白水解物的添加量应该控制,高添加量有时会对鱼幼虫的生长带来负面影响。一般认为添加量在低于10-15%的时候能够提高鱼幼虫的生长性能和饲料转化率,当添加量高于20-25%的时候反而会降低生长性能和存活率。这可能是因为水解物中的肽会给饲料带来苦味和难闻的气味,从而对摄食产生负面影响,另外,高含量的游离氨基酸可能会抑制鱼幼虫胰腺细胞的成熟,不利于鱼成年消化模式的开启。
鱼蛋白水解物对幼鱼(juvenile)摄食量和生长性能的益处也有报道(表1所示),由于幼鱼消化饲料蛋白的能力强于鱼幼虫,在幼鱼日粮中加入蛋白水解物的好处要少于鱼幼虫。在幼鱼饲料中添加较低浓度的蛋白水解物时,生长性最好。
表1:动物蛋白水解物对水产养殖鱼类的正面效应:鱼幼虫(l)、幼鱼(j)。N.S.:未指明。在饲料中添加的最佳浓度表示为 g/100g干重。
某些氨基酸(牛磺酸、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸和丙氨酸)已被确定为摄食促进剂,这是饲料中添加蛋白水解物对虾生长产生积极作用的主要原因,如表2所示。
表2:动物蛋白水解物对甲壳类动物的正面效应:鱼幼虫(l)、幼鱼(j)、成年(a)。N.S.:未指明。在饲料中添加的最佳浓度表示为 g/100g干重。
饲料中只有适量水平的蛋白水解物才能促进虾的生长,这可能是因为大量游离氨基酸会改变胃肠道的吸收速度,其过早吸收会影响多肽链中氨基酸的吸收。
在高植物蛋白低鱼粉的虾饲料中添加蛋白水解物显得尤其重要,它将提高饲料的吸引力,促进虾的进食。蛋白水解物促进诱食现在已经得到大家公认,然而,要对虾的采食产生正面效应,保证其在饲料中的最低添加量(1-2%)是非常有必要的。
蛋白水解物对软体动物生长的影响报道较少,在最近的一篇论文中,Goosen表明,在鲍鱼日粮中添加低水平的商品鱼蛋白水解物(0.6%和1.8%),经5个月的饲养试验,日增重得到明显改善。然而,过量添加蛋白质水解物对鲍鱼生长没有益处,这点在鱼类和虾饲料中也观察到了。
研究表明,某些蛋白质水解物可以增强鱼类的非特异性免疫功能,是饲料用抗生素的理想替代物,如表3所示。
表3:动物蛋白水解物对水产养殖鱼类存活率的影响。*培养液中浓度(μg/ml),**腹腔注 射后体内效应(mg/kg鱼)。***在卤虫脂肪酸富集培养基中加入肽水解液(g/1000 ml)。
Bogwald等人1996年往大西洋鲑腹腔中注射鳕鱼肌肉水解物(分子量为500-3000 Da),结果该水解物刺激了头肾白细胞活性氧代谢物的产生。Gildberg等人(1996)发现在培养液中添加少量鳕鱼胃水解液,大西洋鲑肾白细胞呼吸活性增加。
Bui等人观察到在饲料中添加4%的南极磷虾水解液,红海鲷幼鱼中的超氧化物歧化酶活性显著高于对照组。另有报告称,在鱼饲料中添加4-5%的来自于南极磷虾、白虾或罗非鱼的水解物,养殖物存活率和总免疫球蛋白水平显著升高。此外,日粮中加入磷虾或罗非鱼水解物可提高鱼对致病菌Edwardsiella tarda的抵抗力。梁等人(2006)表明,幼鲈鱼日粮中添加15%的鳕鱼水解物,30~60d后,溶菌酶活性增强,60天后溶血(Ch50)的活力得到补充。
Lian,Lee,和bengtson(2008)在比目鱼幼虫中添加高水平的海鲜蛋白水解物(约73%),获得了最大的存活率。同样的,Day、Howell和Jones(2007)发现,在多佛比目鱼幼鱼饲料中添加26-80%的鱼蛋白水解物,其22天存活率与蛋白水解液的添加量呈正相关。
有关蛋白水解物对存活率的影响,文献之间并没有获得一致性的结论,但抛开差异,我们似乎能发现:低水平的蛋白水解物要比高水平的蛋白水解物更能提高养殖存活率,这可能是因为蛋白水解物会导致水溶性蛋白的流失,特别是当饲料颗粒在水中长时间存在时,另外,这还会刺激致病菌如Vibrio spp.的繁殖,从而提高鱼幼虫的死亡率。
最近,Nguyen、Perez-Galvez和Berge(2012年)在为期6周的太平洋白对虾饲养试验中发现,饲料中20%的金枪鱼头部水解物可以提高太平洋白对虾的生长性能和成活率。Goosen等人(2014年)报告称,鲍鱼饲料中添加低水平的商品鱼蛋白水解物(Actipal,0.6%),与对照组相比,血细胞吞噬活性提高了18%,从而显著提高了细胞免疫能力。
来自畜禽加工业的副产品同样也用于水产饲料的生产。但由于害怕朊病毒的传播,其在水产上的应用并不是很广。但值得强调的是:欧洲法律明确允许使用反刍动物的皮水解蛋白以及非反刍动物的明胶、胶原蛋白和水解蛋白来制备饲料。由此,我们判定随着鱼粉竞争压力和价格的不断增加,非海洋动物蛋白在水产饲料中的使用也会增加。
Fries等人(2011)发现在金鱼饲料中加入3%家禽内脏或猪肝水解物,饲料的生产性能和诱食性不受影响。Gisbert等人(2012)报告了类似的结果,同时他们还发现在锦鲤幼虫微饲料中掺入12%的猪血水解物,骨骼畸形发生率明显降低。最近,Lewandowski等人(2013)发现,在饲料中掺入6%的猪肝水解物可改善鲶鱼的体重、增重、长度和饲料转化率,同时不影响血液生化指标。