小球藻的營養價值及其在水產動物飼料中的應用

■ 熊斯微 范 澤 張海濤 王慶奎 王連生* 王世迪，4

(1.天津農學院水產學院，天津市水產生態與養殖重點實驗室，天津 300384；2.中國水產科學研究院黑龍江水產研究所，黑龍江省水生動物病害與免疫重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150070；3.廣東恒興飼料實業股份有限公司，農業農村部華南水產與畜禽飼料重點實驗室，廣東 湛江 524022；4.大連海洋大學水產與生命學院，遼寧 大連 116023)

隨著科研人員對藻類研究的深入，其營養價值逐漸被人們所重視。在21 世紀初期，我國開始加強對小球藻的研發與應用。小球藻屬綠藻門綠藻綱小球藻屬，含有多種蛋白質、礦物質和微量元素，具有凈化水體和改善水環境的作用，在魚類飼料方面的應用十分廣泛[1]。近年來，我國優質蛋白源缺乏，而魚粉價格居高不下且資源有限，限制了其在水產飼料中的使用[2]。相關研究表明，豆粕、菜粕、棉粕等大多數植物性蛋白源通常含有抗營養因子[3]、氨基酸組成失調[4]、可口性差[5]、消化率差等不利因素[6]，影響水生動物健康。作為水產養殖大國，我國對水產飼料蛋白源的需求量巨大，而小球藻是具有潛力的飼料蛋白源之一，近年來受到廣泛研究。其具有氨基酸組成均衡、多不飽和脂肪酸含量高、適口性好、促進營養物質消化吸收等優勢，具有廣闊的開發利用前景。鑒于此，文章就小球藻的營養價值及其對水產動物的生長、消化、免疫和體色的影響方面進行了綜述，旨在為水產飼料的研發和應用提供參考。

1 小球藻的營養組成

小球藻中含有豐富的生物活性物質、微量元素以及維生素，如蛋白質、多糖、糖蛋白、核苷酸聚肽、不飽和脂肪酸、氨基酸和肽。其主要成分見表1。這些物質可以直接激活機體的免疫反應，提高免疫力。小球藻的細胞壁主要由蛋白質組成，纖維素含量較低，有利于消化吸收并具有良好的誘食效果。

表1 小球藻主要成分(%)[7]

1.1 蛋白質及氨基酸

小球藻的蛋白質含量高達63.6%，接近魚粉(67.0%)[7]。其分布主要為：細胞壁約占20%，細胞基質約占50%，細胞內外遷移的蛋白約占30%[8]。蛋白質的營養質量取決于其氨基酸組成。小球藻中含有18種氨基酸，營養成分平衡，種類豐富。氨基酸總量為55.95%，其中包括10 種魚類必需氨基酸，含量為27.93%[9]，高于常用的魚粉替代源如棉籽蛋白和肉骨粉等，接近優質魚粉和玉米蛋白粉的含量，具體數據見表2。小球藻必需氨基酸占氨基酸總量的比值(0.42)達到了世界衛生組織和聯合國糧農組織提出的標準(0.40)[7]，能夠滿足動物生長所需。小球藻中亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和纈氨酸的含量與魚粉相比均有優勢，因此可以作為營養強化劑加入復合飼料中，以解決常用魚粉替代源蛋白質營養價值低的問題。然而，小球藻中蛋氨酸和胱氨酸的含量偏低，為第一限制性氨基酸；蘇氨酸含量略低，為第二限制性氨基酸[7]。因此，小球藻在作為飼料添加劑時，需搭配蛋氨酸和胱氨酸含量高的飼料，借助氨基酸的互補作用提高復合飼料的營養價值。

表2 小球藻粉與幾種主要蛋白原料氨基酸組成的比較(%)[10]

1.2 脂類

微藻的營養價值與其脂類組成及含量有關[11]，其中小球藻屬的脂類含量為14%～22%[12]。這些脂類主要由糖脂、碳氫化合物、磷脂和少量游離脂肪酸組成，由葉綠體合成，并分布在細胞壁和細胞膜上(如葉綠體膜和線粒體膜)。小球藻在特定的生長環境中油脂含量較高，并富含不飽和脂肪酸等多種功能性成分。其中，多不飽和脂肪酸(PUFA)對水產動物的生長至關重要。研究發現，小球藻中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的含量分別為51.93%、1.60%和46.47%[13]，其中包括棕櫚酸（C16∶0）、棕櫚烯酸（C16∶1）和油酸（C18∶1）[8]。不同種類的小球藻中不飽和脂肪酸含量不同，其中異養蛋白核小球藻的不飽和脂肪酸占總脂肪酸的比例最高，達到75%[14]。部分動物脂肪源（豬油、家禽脂肪和牛羊油）和植物脂肪源（棕櫚油、豆油、玉米油、菜籽油、亞麻籽油等）普遍缺乏n-3多不飽和脂肪酸[11]。而小球藻中n-3系列多不飽和脂肪酸含量豐富，特別是對魚類生長有益的二十碳五烯酸超過40%[15]，攝入n-3 脂肪酸能夠明顯降低養殖動物的應激反應和感染慢性疾病的風險。

1.3 碳水化合物

小球藻中碳水化合物的含量為12%～17%，以淀粉、纖維素、單糖和多糖的形式存在[11-12]。淀粉是小球藻中含量最豐富的多糖，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，在代謝過程中發揮重要作用，為細胞提供能量。結構性多糖如纖維素位于小球藻的細胞壁中，能增強細胞的穩定性和抗應激能力[8]。藻類多糖因具有消炎抑菌和抗病毒等生理活性，在水產養殖中備受重視，可以提高魚體的生長和養殖效益。

1.4 色素

微藻中含有多種天然色素，主要分為:類胡蘿卜素、葉綠素和藻膽蛋白。小球藻中的色素包括蝦青素、角黃素和葉綠素a、b[11]。蝦青素是海洋動物體內重要的類蘿卜素之一，主要由小球藻、衣藻(Chlamydomonas nivalis)和雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)產生，具有較強的抗氧化活性。其抗氧化能力分別是維生素E 和β-胡蘿卜素的100倍和10 倍[16]，能有效清除自由基，增強機體免疫力，預防癌癥。此外，研究表明在飼料中添加適量的蝦青素還能夠防止低密度脂蛋白氧化[17]。

1.5 維生素與礦物質

小球藻中的維生素包括β-胡蘿卜素(維生素A 的前體)，維生素C、E、K、B1、B2、B6、B12、煙酸、泛酸、葉酸、生物素、膽堿、肌醇、對氨基苯甲酸（Para aminobenzoic acid，PABA）[18]。豐富的維生素不僅可以滿足水產動物的需求，還能夠緩解生長中的應激反應、維持魚體內激素平衡[19]。此外，小球藻還含有磷、鉀、鎂、硫、鐵、鈣、錳、銅、鋅、碘和鈷等多種礦物鹽營養素[18]。天然礦物質更有利于消化吸收，能夠調節機體內的滲透壓平衡，提升魚體的活力和品質。

2 小球藻在水產飼料中的應用

小球藻可直接投喂幼體，也能以干粉形式與其他飼料復合使用[20]。它能為魚類提供蛋白質、脂質、碳水化合物、維生素和礦物質等營養素，或作為抗氧化劑、免疫增強劑和著色劑等功能添加劑，幫助魚體改善機能，提升抗氧化能力，并減少投喂過程中的飼料消耗，從而提高水產養殖的經濟效益。

2.1 小球藻對水產動物生長性能的影響

小球藻中含有豐富的營養成分，在飼料中使用有助于提高養殖魚類的生長和飼料利用率[21-22]。首先，小球藻可以作為輪蟲(Rotifera)、鹵蟲(Artemia)的天然餌料。研究發現，輪蟲在攝食小球藻后，其體內二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）和二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）的含量增加，再將其作為魚、蝦、貝類等飼料，可改善生物的生長發育。杜濤等[23]分別以酵母輪蟲和以小球藻粉、螺旋藻粉強化培育5 h 的輪蟲為餌料，進行尖吻鱸（Latescalcarifer）、卵形鯧鲹（Trachinotusovatus）和美國紅魚（Sciaenopsocellatus）的人工育苗試驗，比較不同方式強化培育的輪蟲對仔魚成活率的影響。結果表明：投喂酵母輪蟲仔魚的成活率為0～4.3%，而投喂小球藻和螺旋藻強化的輪蟲仔魚成活率顯著提高，分別為85.3%～97.3%和79.3%～94.3%。

其次，小球藻可作為添加劑用于水產飼料。在基礎飼料中添加0.8%～1.2%的小球藻粉，異育銀鯽(Carassius auratus gibelio) 的增重率為113.19%～113.22%，特定生長率為1.26%，相比對照組分別提升了20.6%～20.7%和4.5%[24]。張寶龍等[25]用含有小球藻的飼料飼喂黃顙魚（Pelteobagrus fuluidraco），結果顯示，各試驗組魚的平均體質量均高于對照組，最佳添加量3.20%。魚類生長性能的提高與采食量增加有關，虹鱒（Oncorhynchus mykiss）幼魚的養殖試驗表明，試驗組（添加5%小球藻）較對照組的采食量和增重率分別提高了19.3%和17.3%[26]，可能是小球藻中的礦物質、氨基酸、維生素和多不飽和脂肪酸改善了飼料的適口性。Rahimnejad 等[27]配置了4 種等氮日糧，結果表明，飼料補充10%～15%的小球藻粉時，牙鲆（Paralichthys olivaceus）的增重率與特定生長率顯著提高。此外，高蛋白的小球藻還可替代部分魚粉。在斑馬魚（Danio rerio）的研究中，當小球藻粉替代魚粉的比例為80%時，斑馬魚的體質量顯著增加，生長性能顯著優于對照組[28]。小球藻中高含量的氨基酸有助于提高飼料利用率。在大口黑鱸（Micropterus salmoides）的飼料中，以15.03%～15.43%的小球藻粉替代31.7%～32.6%的魚粉時，飼料效率呈線性增長[29]。但當藻類的補充水平超過15%可能會降低部分魚類的生長率[26]。如尼羅羅非魚（Oreochromis nilotica）飼料中添加30%的小球藻粉會降低魚體增重率并出現不良生長反應[30]。使用小球藻粉（47.45%）替代魚粉（40%）導致大口黑鱸生長遲緩并引發細胞凋亡和肝臟損傷[29]。生長性能明顯下降可能是由于微藻的低消化率。研究證實，包括藻類在內的大多數水生植物含有40%或更多的碳水化合物[31]，其中很大一部分由結構性碳水化合物組成，這類化合物具有復雜的結構以及高度穩定性，對動物的消化吸收能力有一定的限制。綜上，小球藻中大量的營養素和生物活性成分可改善水產飼料的應用，但飼料中微藻的含量與魚類的生長性能并不成正比，添加適量的小球藻可對魚體質量和生理活性產生積極影響。

2.2 小球藻對水產動物腸道消化能力的影響

小球藻中豐富的維生素和礦物質可以調節魚類腸道菌群，提高消化酶的含量[32]。對半刺厚唇魚（Acrossocheilius hemispinus）[33]的研究表明，添加5%的小球藻粉能顯著提高魚體的淀粉酶和胰蛋白酶活性。小球藻中大量的游離氨基酸，能夠刺激腸道微生物的產生，使體內生成更多的內源性消化酶，如飼料中添加50% 的小球藻粉，使羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶水平分別提高了28.3%、12.9%和13.1%[34]。劉力源等[35]發現，飼料中添加5%的小球藻粉，處理組淀粉酶活性均高于對照組，降低了皺紋盤鮑（Haliotis discus hannai）稚鮑內臟囊中弧菌和細菌的數量。用小球藻投喂草魚（Ctenopharyngodon Idella），各添加組脂肪酶和胰蛋白酶活性明顯升高，當添加量為0.50%時，淀粉酶活性顯著低于對照組[36]?？赡苁怯捎诖藭r魚體吸收蛋白質和脂質作為營養來源，而非碳水化合物提供能量。添加小球藻提高了虹鱒近端腸道的絨毛高度和肌肉層厚度，改善了腸道的屏障完整性，并增加乳酸菌、減少不動桿菌的數量，使腸道微生物群更加健康[37]。此外，小球藻堅硬的細胞壁可能會限制消化酶對細胞內成分的獲取，從而阻礙了細胞膜內營養物質的消化吸收，因此小球藻需經過破壁粉碎工藝增加吸收利用率。綜上，小球藻作為一種營養豐富且具有改善消化能力的蛋白源，對酶的分泌、魚類消化系統的發育及生理性能起著重要作用

2.3 小球藻對水產動物免疫能力的影響

水生動物體內有益的腸道菌群與小球藻細胞壁作為一種共生菌相互作用，可以促進腸道產生有機酸[38]。已證實有機酸能改善胃功能，提高礦物質的溶解度。這使小球藻具有較強的抗氧化能力，能夠清除自由基，改善機體活性。超氧化物歧化酶(SOD)和溶菌酶(LZM)在機體防御系統中發揮重要作用，可以保護細胞和組織免受氧化應激[39]。在異育銀鯽的實驗中，SOD、過氧化物酶(POD)和LZM 等隨小球藻粉添加量的增多而升高，且魚體血液中的免疫球蛋白含量也隨之提高[24]，表明小球藻含有調節魚類免疫反應的生物活性物質。Safari 等[38]觀察到小球藻能增加克氏原螯蝦（Procambarus clarkia）的酚氧化酶（PO）活性和免疫反應，激活多種細胞的防御反應，并能促進其對生物脅迫的抵抗力。魚體白細胞在免疫反應中起重要作用，淋巴細胞是虹鱒中最常見的白細胞，在飼料中添加小球藻粉，觀察到其白細胞數量的增加，可以促進虹鱒細胞的抗感染能力[40]。Galal 等[41]發現小球藻粉的添加顯著上調了尼羅羅非魚肝臟、脾臟的腫瘤壞死因子α（TNF-α）和白細胞介素1β（IL-1β）等免疫反應基因表達。微藻中分離出來的β-1、3-葡萄糖，是一種有效的免疫刺激劑，可以降低血脂，增加羅氏沼蝦的總血細胞數和對嗜水氣單胞菌的抗性[31]。而在牙鲆幼魚飼料中添加2%～4%的小球藻粉對白細胞水平無顯著影響[20]。同樣，0.5%的小球藻粉對許氏平鮋（Sebastes schlegelii）的血液參數無有利改善[42]。需要指出的是，小球藻粉添加水平過高時會抑制水產動物的免疫機能。Xi 等[29]發現小球藻粉過量替代（75%）魚粉使大口黑鱸肝臟caspase-9 和caspase-3 的相對表達量顯著上調，推測可能是小球藻內高膳食物質（35.6%～47.45%）增加了碳水化合物的含量，從而引起葡萄糖不耐受，導致魚類肝臟損傷。

腸道及肝臟結構受損會影響相關功能的發揮，不利于營養物質的消化吸收。攝食含3.3%的小球藻飼料后，尼羅羅非魚的肝細胞形態正常，松散，且胞漿空泡化，未見明顯變性及炎性細胞浸潤，表明小球藻的添加不影響魚體的消化吸收[43]。

微藻具有強大的抗氧化性能，可能與以下幾方面有關：小球藻中的酚類和類胡蘿卜素能夠減少氧化應激并抵抗細菌感染，增強脊椎動物抵抗不良環境的能力[44]；小球藻可為水生動物提供n-3 不飽和脂肪酸，調節水生動物的脂肪代謝，提高免疫力[19]；此外，小球藻細胞壁上具有高度保守的分子結構如多糖，可直接激活機體識別受體，加強魚類免疫應答，從而提高機體免疫能力[11]。

2.4 小球藻對水產動物體色的影響

體色反映水產品的質量，魚體體色變灰會影響水產養殖的經濟價值。類胡蘿卜素是改善魚體色素的補充劑，能幫助肌肉增色，提高魚肉品質，魚類無法自身合成，只能從飼料中攝取[32，45]。小球藻是常用的改善體色的微藻，類胡蘿卜素的濃度高達0.4%（干重），其中80%是潛在的紅色誘導色素（角黃素和蝦青素，游離和成酯形式）[46]。攝食小球藻后，大口黑鱸肝臟和背肌中的葉綠素含量成正比增長，并增加了背體、腹體和背肌的黃度值（b*）[29]。另有研究表明，在不影響肌肉纖維發育的情況下，小球藻增強了大口黑鱸的皮膚亮度（L*），改善了肌肉品質[47]。

3 小球藻作為水產飼料原料的應用前景

小球藻不僅能作為飼料原料和添加劑，還可以調控水質，對重金屬有極強的耐受性和吸附率，能在較短的時間內達到吸附平衡[48-49]；天然的抗菌成分還能殺滅病原菌，抑制細菌繁殖，增強疾病防控，是優質的水產飼料原料，對水產養殖業有良好的促進作用。

3.1 自身安全性及營養價值

小球藻屬無毒級物質，對細胞無誘變作用，其中含有的鉛、砷、汞、大腸桿菌和沙門氏菌符合CB 13078—2017《飼料衛生標準》，組織學和血清分析均未發現引起心臟、腎臟或肝臟毒性[50]。小球藻培養不占用耕地且生長速度快，是一種高蛋白、低脂、低糖的藻類，不僅能改善水產動物的健康水平，還可以提供色素、抗氧化劑、維生素和生長因子等大量營養素和生物活性成分，對提高動物的免疫力具有重要意義。

3.2 面臨的問題及應對措施

大規模使用藻類生物質作為飼料補充劑的先決條件是廉價的生產成本。而小球藻面臨生產成本高、工業化生產工藝不夠成熟的問題。藻類的最佳生長需要提供二氧化碳作為光合作用的碳源，但大多數市售的CO2產量少、價格高昂，占總養殖成本的60%[32]。其次，生產過程中脫水和干燥環節耗能較高，大多數技術處于試驗階段，未能形成產業化規?；l展。在后續開發中應通過生產設備的創新，加強小球藻在工藝環節上的突破，減少生產耗能，并充分利用我國南方陽光充足的優勢條件，通過提高單位面積產量來降低成本。

雖已有研究表明小球藻能夠改善動物的生長性能，但針對其作用機制的研究較少，大多專注于應用效果，且飼喂量并非越多越好。小球藻細胞壁過厚會導致魚體對營養物質利用不足，降低蛋白質消化率，較高的核酸含量（4%～6%）會引起痛風等不利影響[9]。過量補充小球藻還會導致飼料碳水化合物偏高，引起葡萄糖不耐受、代謝異常等[29]。不同魚體、不同發育階段的適宜添加水平研究欠缺，在肉食性魚類飼料中加入高水平的小球藻仍具有挑戰性。因此需深入挖掘小球藻的脂肪酸、蛋白質等合成和代謝途徑，確定小球藻在不同水產動物飼料中的最適添加量，探究其在水生動物健康中的廣泛作用和未開發的功能。