16_海洋资源的替代：替代原料的影响及保持营养品质的策略.doc

16 海洋资源的替代：替代原料的影响及保持营养品质的策略上一版nrc的出版主要侧重于鱼类最佳生长的营养需求和病害防治（nrc，1993）。此后，人们关注的焦点发生了许多变化，在水产养殖上，人们除了关注鱼类及其他水产品的产量外，这些水产品的营养成分和营养品质对于消费者来说也是一个重要的考虑因素。消费者们对所吃食物和健康关系意识的增强在很大程度上加剧了这些变化。在发达国家，对于消费者来说极为重要的一点是，鱼类是n-3族或者是-3 长链不饱和脂肪酸(lc-pufa)、二十碳五烯酸(epa)、二十二碳六烯酸(dha)的独特且丰富的来源。这些长链不饱和脂肪酸已经被公认为有益于青少年神经系统的发育，并且有益于降低包括人类心血管疾病、炎症性疾病及神经系统疾病在内的许多疾病发生的可能性(brouwer et al., 2006; eilander et al., 2007; ruxton et al., 2007)。长链脂肪酸的这些益处已经被企业所接受，而这一点却使市场上的鱼类和其它水产品快速成为一种“健康”的选择，并且因为这些水产品可以提供重要的以-3脂肪酸为主的促进健康的特别因子而成为饮食的重要组成部分。“-3”脂肪酸对健康的益处几乎全部是由epa和dha产生的，因此对于养殖鱼类和其它水产品来说，重要的是这些脂肪酸在其体内的保持水平。此信息的传递是1993年以来，在水产养殖上发生的第二个主要变化。因此在饲料原料中主要提供epa和dha的两类原料鱼粉（fm）和鱼油（fo）迅速成为水产养殖生产增长的限制因素(naylor et al., 2009)。海洋生物资源的供应和利用-鱼粉和鱼油的限制因素随着全世界范围内渔业捕捞量的下降，目前水产养殖业供应越来越多比例的食用鱼，2006年，水产养殖业供应水产品的比例达到47%，同时2009年，世界粮农组织（fao）的统计表明，水产养殖业供应水产品的量以平均每年9%的速度增长，为增长最快的食品行业（fao，2009）。然而，奇怪的是，养殖肉食性海洋鱼类及甲壳类的饲料主要来自于海洋资源，特别是价值低廉的海洋中上层鱼类历来是主要的饲料成分。尽管，我们一直致力于在水产养殖上推广使用膨化饲料，但是在一些地区，主要是亚洲，这些鱼类直接被投喂给肉食性海洋鱼类，如石斑鱼，亚洲海鲈鱼，军曹鱼，笛鲷，金枪鱼等，这就是所谓的“垃圾鱼”饲料。然而，颗粒饲料历来以鱼粉和鱼油为主要原料，这些鱼粉、鱼油主要来源于工业的加工生产，即饲料级渔业（也称为减少渔业）对小型中上层鱼类，如，凤尾鱼、沙丁鱼、鲱鱼和鲭鱼的加工。减少渔业已经最大限度上达到了其可持续发展的极限，在过去的30年里，每年约20002500万吨的饲料鱼被捕获，而这么多的饲料鱼每年只能生产出约600700万吨的鱼粉和100140万吨的鱼油。1992年，水产养殖业大约分别消耗了全球鱼粉、鱼油供应量的15%和20% (tacon, 2005)。2006年，水产养殖业消耗了大约68%的可用鱼粉和几乎89%的可用鱼油（tacon and metian, 2008a）。未来鱼粉、鱼油产量的增加没有任何的现实前景，而且事实上，因为人类对这些小型中上层鱼类的直接消费，用于生产鱼粉、鱼油的饲料鱼的数量面临越来越严峻的竞争(tacon and metian, 2009a, b)。此外，环境影响，例如厄尔尼诺现象对这些鱼类的产量有严重的破坏作用，1998年，厄尔尼诺事件的发生将鱼油产量减少至80万吨以下。除了供应限制，现在消费者和政府对人类活动给环境影响带来的生态后果的意识越来越强。因此，使用海洋产品生产动物饲料已经引起了人们的焦虑，尤其水产养殖业被认为是过度开发海洋渔业的驱动力(naylor et al., 2000)。水产养殖活动直接将营养成分转化为人类食物的效率也受到了相当的重视，这种转化效率经常被计算为投入和产出的比值，其精确的计算方法常是一些辩论的主题（见kaushik and troell, 2010）。而且这场辩论也集中关注全球水产养殖业的巨大差异，因为鱼粉的消耗、尤其是鱼油的消耗，在经济发达国家的主要养殖鱼类上消耗是最大的，主要用于一些高价值、高营养级的肉食性鱼类的养殖(tacon et al., 2010)。因此，投入与产出的比值，尤其是在鲑鱼的养殖上，已经获得了相当的关注。虽然报道的数值往往是存在争议的，但是最近的一份报告估计，对于主要的肉食型鱼类包括鲑鱼、海水鱼类及虾类来说，投入与产出的比值大约在1.4至4.9的范围之间(tacon and metian, 2008a)。虽然投入与产出的比值呈现出下降的趋势，但是由于以上所述鱼粉、鱼油的有限供应产生的限制，意味着在水产养殖上继续大量使用海洋产品越来越被视为不可持续的发展及对自然资源的一种过度利用，这进一步增加了在水产养殖上降低对鱼粉、鱼油依赖的压力(naylor et al., 2009)。但是，应该指出的是，进行鱼粉、鱼油的替代同样会对环境产生影响。生命周期评估/分析（life cycle assessment/analysis，lca），对一个给定的产品或服务引起的或通过其存在的必要性带来的对环境影响的评价和调查，现在越来越多地被应用于鱼类饲料对环境影响的评价过程中（papatryphon et al., 2004）。评估范围包括原材料的提取；主要成分的生产和改造；饲料的生产；农场饲料的使用、运输和能源资源的生产和使用。对鲑鱼饲料的分析表明，海洋渔业资源的利用和农场中营养物质的排放是对环境造成潜在影响的主要因素（papatryphon et al., 2004）。消费者在食品和饮食习惯有关方面也具有较强的风险意识。各种潜在的食品安全风险与使用复合水产饲料有很大的关系，这是由于饲料原料的内源性污染物或因贮藏过程中的污染，如重金属、持久性有机污染物（pop）、沙门氏菌、霉菌毒素、兽药残留、农业和其他化学品及多余矿物质的污染等造成的(tacon and metian, 2008b)。其中的几个污染物，尤其是持久性有机污染物，与使用鱼粉、鱼油有关。具体问题主要指野生鱼类所含的重金属，及所谓的“油性”鱼，如鲑鱼肉中沉积着大量的脂肪，含有的脂溶性的pop污染物。因此，人们在吃鱼的时候已经产生了很大的自觉健康的恐惧，包括鲨鱼和箭鱼的汞含量以及养殖鲑鱼中pop污染物的含量(hites et al., 2004)。尽管养殖鲑鱼的pop含量被证明是远远低于所有国家和国际限制的（如美国食品和药物管理局、英国和欧洲食品安全局、世界卫生组织、欧盟）(bell and waagb, 2008)，但是负面的报道显著影响养殖鱼类的销售，而且可能影响消费者对养殖鱼类的看法。无论怎么对潜在风险进行科学的辩论，允许在动物饲料和人类食品中含有的污染物水平应该受到严格控制，并尽可能呈现出下降的趋势，继续减少养殖鱼类中污染物的含量是每一个从事鱼类生产的工作者应该首要考虑的问题。因此，严格限制的供应和不断上升的需求导致的鱼粉、鱼油的价格上涨、更可持续的资源利用带来的环境压力及在动物饲料中污染物含量的限制要求水产养殖业不得不继续开发鱼粉、鱼油的可持续的替代品。鱼粉的替代鱼粉替代物水产饲料中的蛋白质是唯一最重要和最昂贵的饲料组成成分，尤其是食肉/食鱼的鱼类和海洋鱼类，这些鱼类往往比淡水鱼有更高的蛋白质需求(wilson, 2002)。以前，鱼粉是主要的饲料蛋白质来源，通常占鱼饲料的2060%之间(watanabe, 2002)。优良品质的鱼粉是具有良好营养特性的一种原料。这种鱼粉极易被消化而且主要的必需氨基酸的含量高。鱼粉还包含了重要的必需或者条件必需营养物质，如n-3族lc-pufa和矿物质，并提供其他营养成分，这些营养成分有助于其作为鱼类饲料原料整体价值的体现。然而，严密的系统研究表明在饲料中加入一系列的补充物的前提下，经济饲料可以由低水平的鱼粉和鱼油配制而成。因此，在能量和必需营养成分充分满足鱼类需要及抗营养因子得到控制的前提下，除了鱼粉之外的其他蛋白源包括陆生动物产品、单细胞蛋白、植物蛋白也可以满足养殖鱼类对优质蛋白质的营养需求(glencross et al., 2007)。然而，不含鱼粉的水产饲料的成功生产需要使用深度加工得到的昂贵成分（大豆浓缩蛋白、油菜籽浓缩蛋白、陆生动物蛋白、磷虾粉、氨基酸、诱食剂）。目前为止，这些饲料的生产成本比含鱼粉饲料的生产成本还要高一些，但是随着鱼粉价格的上涨，再加上饲料级蛋白浓缩物的生产，已经解除了以前使用食品级浓缩蛋白的价格约束。然而，在鲑鱼和海洋鱼类的生长饲料（grower feeds）中使用少量的鱼粉（如5-20%），在生长阶段具有实际的经济意义。事实上，多种蛋白源，自从人工饲料创立以来，一直是鱼类饲料配方的一部分，因此目前的情况是增加替代蛋白源的使用量，而并非是一个根本性的变化(hardy, 1989; rumsey, 1993)。经过处理的动物蛋白成分（通常指陆生动物产品，或者是lap）如血粉、羽毛粉、肉骨粉及家禽的副产品，比起在鱼类饲料中使用的许多其它蛋白源，它们具有有利的价格优势。在蒸煮和干燥的条件下，lap的生产可以使用多种原材料。它们是鱼粉最直接相当的替代品，因为它们的氨基酸组成比起大多数植物产品更类似于鱼粉，同时，不同类型的产品还含有必需的矿物质、磷脂和胆固醇等。但是它们的营养成分组成变化通常非常大。20世纪80年代在英国爆发的牛海绵状脑病（bse）导致欧盟许多年都禁止在水产饲料中使用动物产品。尽管这一禁令已放宽对一些产品的限制，如血粉，但是在欧洲lap在水产饲料中的使用仍然受到限制，主要是由于消费者和零售商对包括动物饲料中的动物副产品在内的lap的知觉风险带来的阻力造成的。在水产养殖饲料中常用的各种植物蛋白源，包括油籽粉（大豆，菜籽/油菜籽，葵花籽，棉籽），谷物（小麦和玉米面筋），豆类（豌豆、蚕豆、花生和羽扇豆）。在配制植物蛋白含量高的饲料时，主要有两个因素需要考虑：能量密度，植物性饲料原料中碳水化合物的含量高（主要问题是非淀粉多糖），这些碳水化合物对食鱼性/食肉性的水产种类没有任何营养价值。氨基酸的组成，因为一些必需氨基酸，如赖氨酸和蛋氨酸，在植物蛋白源中普遍缺乏。此外，包括蛋白酶抑制剂，凝集素，皂甙，植酸在内的抗营养因子，广泛存在于植物性饲料中，对这些抗营养因子必须加以控制（(hardy and barrows, 2002; krogdahl etal., 2010)。脱脂豆粕比较容易获得而且符合成本效益，更重要的是，与许多其他的植物蛋白源相比，脱脂豆粕具有良好的氨基酸模式。无论是定性研究和还是定量研究，脱脂豆粕都被大多数鱼类普遍接受(watanabe, 2002)。然而，在世界一些地区，特别是欧洲，关于植物蛋白源，人们进一步关注的是转基因（gm）产品，特别是那些转基因得来的大豆，油菜籽，和玉米。投喂转基因产品和它们等值的非转基因产品对鱼类的性能并没有显著影响(hemre et al., 2004, 2007; li et al., 2008; sissener et al., 2009a, b)。然而，对大西洋鲑的研究表明，虽然在肠道组织中检测到转基因的短序列，而在肝脏，肌肉或脑中并没有发现转基因片段(sanden et al., 2004)。考虑到可用的植物性饲料种类繁多，融合各种植物蛋白源，是有可能取代鱼粉的一个可行的途径。饲料中的能量可以通过避免使用大量的低蛋白植物蛋白源来保持平衡：控制非淀粉多糖的比例；使用浓缩蛋白、调节氨基酸组成，各种氨基酸含量可以通过添加晶体氨基酸的方式保持平衡；通过热处理控制抗营养因子、植酸酶的处理以及对植物进行长期的遗传改良。这些问题已经在第四、六和十一章得到深入的讨论。鱼粉还提供大量的鱼油，包括胆固醇和磷脂，磷脂在鱼粉中的含量要高于鱼油中的含量。因此，在鱼粉中脂肪的含量占鱼粉重量的5-13%，甘油三酯（tag）与磷脂的比例约为2:1（de koning, 2005），随饲料配方和饲料中脂肪含量的不同，磷脂在以鱼粉为主的饲料中可以达到饲料总脂肪的5-25% (johnson and barnett, 2003)。植物蛋白源一般含有较低水平的残留磷脂，主要是由于原来的种子/豆类的磷脂含量比较低。全脂豆粕（full-fat soybean meal，ffsm）或者大豆粉中的磷脂水平最高，脂肪含量约为2025%，磷脂含量约为0.30.6%，主要是磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine，pc），磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine ，pe），磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol ，pi）和磷脂酸（phosphatidic acid，pa）。鱼粉中单磷脂类的组成反映出鱼体中磷脂的组成情况（pc、pe、pi、ps、pa和溶血磷脂）(tocher, 1995)。目前几乎没有其它植物蛋白源中脂肪、磷脂含量及组成情况的数据。胆固醇是动物体内主要的甾醇类，而植物产品无论是植物油还是植物蛋白中都几乎不含胆固醇，其胆固醇含量通常小于甾醇总量的5% (tocher et al., 2008)。因此，鱼粉、鱼油配制成的饲料在每千克饲料中将至少提供1克胆固醇。植物产品的替代将大大降低饲料中的胆固醇水平。相比之下，植物组织中却含量其他类甾醇（植物甾醇），包括-谷甾醇、菜油甾醇及少量的5-燕麦甾醇、豆甾醇和菜籽甾醇(padley et al., 1994)。鱼粉替代对鱼类生长的影响。在过去十年中，大多数种类的鱼类和虾类饲料中鱼粉的使用水平减少了约一半。虽然在鲑鱼和海水鱼中进行鱼粉替代比起在许多淡水种类中，如鲤科鱼类和罗非鱼，进行鱼粉替代具有更大的挑战性，但是在对鲑鱼生长性能、营养成分利用率及其健康无有害影响的情况下，可以完成鲑鱼饲料中鱼粉的大量替代(kaushik et al., 1995; rodehutscord et al., 1995; espe et al., 2006, 2007)。事实上，实验证明，将植物蛋白源或动物蛋白源混合使用时，无鱼粉饲料在支持虹鳟性能方面和鱼粉饲料的效果是相当的(leo et al., 2002; barrows et al., 2007)。然而，其他研究发现鱼粉的替代导致了鱼体生长性能的显著下降，尽管实验饲料的营养成分看上去是充足的。研究发现当投喂鲑鱼豆粕时，鲑鱼出现了健康问题，如肠道炎症或肠炎，同样给虹鳟投喂豆粕时，也发现了程度较轻的健康问题(baeverfjord and krogdahl, 1996; bureau et al., 1998)。饲料配方的不同和替代蛋白源选择的差异可能是导致不同结果的原因(kaushik et al., 1995; teskeredzic et al., 1995; medale et al., 1998 watanabe et al., 1998; glencross et al., 2004; morris et al., 2005)。实验周期的长短也可能是影响鱼粉替代结果的一个因素。例如，在一个为期6个月的实验中，尽管添加了了晶体氨基酸，替代75%以上的鱼粉导致虹鳟的生长降低，但是生长速度仅仅在3个月以后才受到了抑制，这一时间长度与许多营养实验的周期类似(de francesco et al., 2004)。这可能是由于一些未知的营养因子的用尽枯竭造成的，鱼粉替代中比较缺乏这些未知的营养因子。鲑鱼生长性能的下降，还可能是摄食量的降低和对肠道完整性影响的后果，而不是由于对蛋白质和氨基酸表观消化率的影响造成的(kaushik et al., 2004; espe et al., 2006)。一些研究似乎表明，饲料的适口性和物理性质的变化可能导致摄食量的减少，尤其是在实验的初期阶段(gomes et al., 1995; de francesco et al., 2004;kaushik et al., 2004;espe et al.,2006)。大西洋鲑鱼对高水平植物蛋白的忍受力低于虹鳟，虽然证据还不明确，但是这可能与消化能力及对抗营养因子的敏感性差异有关(refstie et al., 2000; glencross et al., 2004; mundheim et al., 2004; espe et al., 2006)。用玉米面筋粉和大豆浓缩蛋白完全替代鱼粉显著降低了欧洲鲈鱼的摄食量和生长(dias, 1999)。在12周的鲷鱼实验中，当用植物蛋白源替代5075%的鱼粉时，鲷鱼的增长只受到了轻微的降低，当完全替代鱼粉时，其生长降低了30%，这与摄食量的显著减少有密切的关系(gomez-requeni et al., 2004)。同样投喂给大菱鲆玉米面筋粉还是羽扇豆粉都降低了大菱鲆的摄食量。然而，用羽扇豆粉、小麦粉和玉米面筋粉同时添加晶体氨基酸，对大菱鲆进行12周的实验，其生长速度仅仅在替代水平在90100%时表现出降低的现象(fournier et al., 2004)。此外，对鲈鱼12周的实验表明，当给鲈鱼投喂98%的植物蛋白时，鲈鱼的自动摄食量和生长都没有表现出降低的现象(kanshik et al., 2004)。而且，对鲷鱼的长期实验表明，75%的植物蛋白含量并没有降低其生长速度(sitja-bobadilla et al., 2005)。也许未知营养因子的缺乏（如花生四烯酸ara、牛磺酸、胆固醇、磷脂、鞘磷脂）和饲料中可消化营养成分的差异是这些研究中的几个重要因素，特别是在欧洲进行的实验，在欧洲一些特定的饲料原料，尤其是lap的使用，已受到限制。最经济的替代饲料成分（例如：豆粕、玉米蛋白粉、油菜籽粕、肉骨粉、羽毛粉、动物脂肪）有很大的局限性，并不能单独以非常高的水平添加到大多数种类的鱼类饲料中。因此，制定成功的成本效益的饲料，减少对鱼粉、鱼油的依赖，不仅仅需要经济替代蛋白源的配合使用、需要对动物营养需求的完全理解，而且需要考虑其他几个因素，包括对抗营养因子的耐受性，营养物质之间的相互作用，以及成品饲料的适口性。因此，对营养成分的组成、获得性、各种饲料原料的变化性、局限性等更加深入的认识也是同等重要的。也许将植物蛋白源和其它替代蛋白源混合使用才能实现鱼粉的替代，而且在缺乏鱼粉的水产饲料中添加饲料添加剂，如氨基酸、诱食剂、植酸酶对保证养殖鱼类生长率、达到经济生产的目的来说是必须的(gatlin et al., 2007; webster et al., 2007)。满足动物对必需氨基酸的需求是至关重要的因素。事实上，最近的实验结果表明，在缺乏鱼粉的饲料中添加适当的氨基酸组分可以有效地使海洋鱼类塞内加尔鳎（solea senagalensis）进行生长(silva et al., 2009).。总之，研究表明，经济饲料可以由比较低含量的鱼粉或者不含鱼粉的成分配制而成，但必须注意的是配制过程。营养成分的缺陷、饲料中可消化营养成分的不同以及由于适口性的改变带来的摄食量的下降可以解释在许多研究中观察到的低鱼粉含量的饲料对鱼类带来的不良影响。鱼粉替代对鱼类营养成分的影响大量的文献描述了替代蛋白源代替鱼粉后对鱼类的影响，这些研究包括许多不同的替代蛋白源，不同的鱼类，不同的替代水平，但鱼粉替代对鱼类营养成分的含量或者是鱼肉的质量的研究监测相对较少。但是gatlin 等（2007）对植物蛋白源对鱼片质量影响的研究进行了综述，发现约有40%的研究报道植物蛋白源对鱼片的质量产生显著影响。虽然鱼片的颜色最容易受到蛋白质来源的影响，但是鱼片质地和风味也可能会受到影响，尤其是当鱼粉的替代水平比较高的时候。相反的是，也有一些研究表明当饲料中植物蛋白源在3060%的替代范围内时，消费者对鱼片的接受性没有什么变化。由此可见研究结果是存在冲突的。很显然，不同的蛋白源，包括植物蛋白源，在鱼类饲料中替代鱼粉对鱼类产生的影响，及其对鱼类产品营养和质量的影响，需要进一步地调查研究。鱼油的替代鱼油替代物脂类（油或脂肪）在饲料配方中主要起两个重要的作用，一是提供能量，二是提供必需脂肪酸（efa）。现有的鱼油的替代物一般可以非常有效的提供能量，但是这些替代物几乎都缺乏必需脂肪酸。因此鱼油在饲料中最独特的作用就是它是lc-pufa、epa和dha的来源，这些脂肪酸可以满足所有鱼类对必需脂肪酸的需求(tocher, 2003)。与鱼粉有限的供应相比，鱼油有限的全球供应是目前最严重的问题，主要有两方面的原因，首先，迄今为止，鱼油的短缺更加迫在眉睫，而且鱼油短缺已经引起水产饲料业的广泛关注，而鱼粉在未来几年内将不会受到限制(fao, 2009)。其次，如上所述，一些替代蛋白质源和替代策略，可以替代鱼粉，然而却没有理想的替代物可以替代鱼油提供lc-pufa。海洋鱼油的替代物在海洋生态系统中，lc-pufa由初级生产者合成，主要是浮游植物，脂类通过食物链进入到浮游动物体内，而后通过食物链进入鱼类的体内。有几种海洋鱼油的替代物，它们与鱼类处于同一个营养级水平上，包括鱿鱼油和海豹油，但是它们的产量非常少。它们不能当做鱼油的可持续的替代物而且与鱼粉一样面临相同的挑战性的生态问题。其他来源的海洋lc-pufa包括收获低营养级水平的动物，特别是浮游动物(olsen et al., 2010)。潜在的浮游动物种类，包括：桡足类，被认为是lc-pufa含量最丰富的；磷虾类，包括南极的南极磷虾（euphasia superba）、太平洋的太平洋磷虾（e. pacifica）和北极的北方磷虾（meganyctiphanes norvegica）以及端足类甲壳动物。收获浮游动物面临几个问题：用拖网捕捞小动物的技术问题、由此产生的高能量的需求对环境的影响以及快速的对捕获的浮游动物进行处理，因为浮游动物的稳定性非常低，在捕获后会迅速恶化(sather et al., 1986)。然而，从浮游动物中获取脂肪同样存在着生物学问题，因为随着浮游动物的种类、季节及生活史的变化，其体内的脂肪含量、组成及脂肪酸含量变化很大。哲水蚤类含有丰富的蜡酯，而不是tag，所以有可能面临脂肪醇含量太高的化学问题。其中，最大的缺点是生态问题。目前，浮游动物的收获量非常低，而且一般来说地方政府是不允许捕捞的，除非在非常低的生物量下进行试探性的捕捞。目前对浮游动物的生物量、年产量以及鱼类和海洋哺乳动物对浮游动物消耗量的认识有限，因此大规模的商业性收获并不能被证明是符合可持续发展的。然而，在现有的生物量和野生潜力的条件下，许多国家都开展了项目研究以获得对浮游生物生物量更好的估计，因此浮游动物在未来有可能被允许收获。海洋鱼油的另外一个潜在来源是中层鱼类，它们属于海洋的中上层生物类群，生活在水下100米的透光层和无光可见的1000米深的深海区之间。许多种类在晚上进行广泛的垂直迁移，迁移到上层区去捕食浮游生物。尽管中层鱼类有巨大的生物量（gjsaeter and kawaguchi, 1980），但是20世纪70年代对许多中层鱼类的捕捞却失败了。原因之一可能是，像哲水蚤类一样，这些鱼类往往含有丰富的蜡酯，而蜡酯不适合于人类的营养，因为它们是轻度泻药，并可能导致头发和皮肤损伤（皮脂溢出）（place, 1992）。然而，蜡酯是海洋环境中脂质的主要存储形式（lee et al., 2006），而且许多鱼类，包括大西洋鲑鱼，都可以有效利用桡足类的油脂。因此，含有丰富蜡酯的油可能有潜力成为有用的海洋脂质源（olsen et al., 2004）。海洋油脂的其他潜在来源包括渔业的副渔获物和副产品。副渔获物不是目的动物，因此被看做是废物，一般在海上被抛弃掉。这些副渔获物大概有700万吨，大约占全球捕捞量的8%（kelleher, 2005）。然而，在亚洲，目前低价值的副渔获物已被带回陆地，并用于动物饲料的生产。据估计全球有超过600万吨的“垃圾鱼”可用于水产养殖 (tacon et al., 2006)。产生丢弃物的主要渔业是虾（尤其是热带）的捕捞和底栖鳍鱼的拖网作业，由这两种渔业捕捞产生的废弃物占所有海洋渔业废弃物的50%以上。北太平洋地区的副渔获物的废弃率最高，占所有丢弃物的40%。远洋渔业副产品的加工，包括所有富含脂肪的鱼类，如鲑鱼、鲱鱼、鲭鱼和养殖鱼类的副产品的加工是鱼油的其它潜在来源。加工远洋鱼类产生废物的量在很大程度上依赖加工的类型，鱼片的生产大约带来50%的废弃物。2006年，大西洋鲱鱼、鲭鱼以及各种鲑鱼的渔获量分别为225、56、89万吨（fao，2009），具有潜在生产190万吨废物的能力，如果按平均20%的含脂量计算的话，可以产生38万吨富含lc-pufa的鱼油。据估计水产品加工产生的废弃物的量，在阿拉斯加可以达到100万吨(crapo and bechtel, 2003)，在挪威约有65万吨(rubin, 2007)，而全世界水产品加工产生的废物量相当于副渔获物的量。副产品价值的增加，结合利用这些资源的目的，表明副产品的利用性可能会增加。挪威在2007年，加工了近50万吨副产品，包括所有养殖鱼类产生的废弃物和一大部分商业性捕鱼带来的废弃物。副产品的利用也有很大的局限性，因为重复投喂（例如以鲑鱼为原料做成的饲料再投喂给鲑鱼）是不允许的，而且由于主要的淡水养殖鱼类如鲤鱼体内n-3 lc-pufa水平很低，这些淡水鱼类废弃物的加工利用非常有限。单细胞生物油和藻油海洋lc-pufa绝大多数起源于单细胞有机体，主要是微藻，如硅藻和甲藻，一些与藻类相似微生物和细菌。单细胞来源的油（sco），基本上是由各种细菌、真菌（含酵母菌）、异养及光合微藻类生产的微生物脂类。例如，各种含油接合菌具有潜在的医学或营养价值，这是由它们脂肪酸的具体组成情况决定的，包括lc-pufa，如由真菌高山被孢霉（mortierella alpina）产生的花生四烯酸ara (kendrick and ratledge, 1992; certik and shimizu, 2000)。 海洋真菌例如裂殖壶菌，海洋微型的异养菌，与不等鞭毛藻类具有相同的分类地位，可以用发酵的技术进行生产，从而产生相对较高的生物量和富含dha的油(bajpai et al., 1991; kendrick and ratledge, 1992)。用海洋真菌油替代饲料中的鱼油，在为期9周实验发现，大西洋鲑幼鱼的生长非但没有受到影响，而且其组织内dha水平得到显著增加(miller et al., 2007)。但是，海洋真菌油目前的生产规模及生产成本都不能满足替代鱼油的需求，所以海洋真菌油和/或生物体只能在特殊场合，如在海洋鱼类幼体饲料及浓缩饲料中使用。其它重要的藻油/藻粉的来源是海洋异养藻腰鞭毛藻类的隐甲甲藻crypthecodinium cohnii，这类藻可以产生富含dha的脂质，目前在鱼苗营养产品中以喷雾干燥的形式使用。利用光作为能量来源，在塑料生物反应器中生产自养型的（进行光合作用的）微藻，包括球等鞭金藻isochrysis galbana、微绿球藻nannochloropsis oculata、巴夫藻pavlova lutheri，目前仅限于为轮虫（轮虫属）和丰年虾（卤虫属）提供活饵料或为海洋鱼类和贝类的育苗提供所谓的“绿水”。因此，这些藻类的生产处于地方性、孵化为主的水平上，并没有大型的商业化生产。因此，目前海洋浮游植物的生产受到限制，因为目前的生物反应器系统的技术还不能使生产藻类的生物量达到替代鱼油的需求。所以，目前还没有良好的富含epa的单细胞生物油的来源。因此，如何提高生产系统的生产能力及对菌株的基因改造还需要进一步研究和开发。最后，目前人们对生产生物燃料的藻类和其他微生物有极大的兴趣。燃料的不同市场需求可能会以更快的步伐推动技术的进步，如果成功的话，可能发展成为一个大产业。根据生物体/物种的不同及培养条件的不同，从这个充满发展潜力产业的副产品中进行后续的油提取，如多孔材料（细胞材料），可能具有应用在水产养殖饲料中的有用的营养和/或脂肪酸组成。转基因生物生物体从微生物到脊椎动物，包括主要的初级生产者，微藻和高等植物，其lc-pufa合成的分子机制在过去10年中已取得了相当大的进展。基因和cdna的分离与克隆等分子机制，开辟了在具有合成油能力的生物体内，包括产油酵母和油籽植物，进行基因工程以提高这些生物体内n-3 lc-pufa (epa 和 dha)的合成能力。例如，产油酵母，解脂耶氏酵母yarrowia lipolytica，的油产量高达其干重的40%，但通常只产生18:2 n-6类型的pufa。经代谢工程修饰的一株产油酵母菌可以产生epa含量在50%以上的tag (zhu et al., 2009)。然而，目前，从微生物中大规模生产低成本的n-3 lc-pufa在生产系统中的需要一些技术进步，发酵与否及需要重要基础设施的发展。相比之下，油料生产加工的技术及基础设施已经是全球可用，转基因油菜籽可能最终提供最有效和最符合成本效益的解决方案。高等植物通常不合成lc-pufa（表16-1），但在过去15年里，大量的研究工作利用生物工程的手段去改变油籽作物的这种性状。早期的工作研究大豆和红花中各种6去饱和酶的表达，导致种子油中-亚麻酸（gla，18:3n-6）的含量高达总脂肪酸的70% (见damude and kinney, 2008)。然而，只有-3（15）去不饱和酶基因和6基因一起表达才可以产生十八碳四烯酸（sda，18:4 n-3）。最近，琉璃苣6和拟南芥arabidopsis中的-3去饱和酶基因在大豆种子的共同表达使大豆中sda的含量高达30%（eckert et al., 2006）。一种sda含量丰富的转基因大豆油已经研制成功，很可能是第一个含有n-3 pufa的转基因种子油，并有可能是第一个可以市售的含n-3 pufa的转基因种子油（monsanto, 2008）（表16-1）。在油籽中生产lc-pufa、epa和dha，有几种可能的策略，包括在植物中重建微生物或动物合成途径，或者重建如在一些海洋真菌发现的聚酮（pks）途径。重建微生物途径最初由齐等（2004年）证明，他们在拟南芥中表达了来自于微藻和真菌的三个基因，使拟南芥叶片中epa的含量达到了约3%的水平。随后，来源于被孢霉mortierella的6去饱和酶基因和来源于拟南芥及淡水水霉菌saprolegnia的n-3去饱和酶基因在大豆种子中的共同表达，实现了大豆生产epa的目的，使epa的含量达到了大豆种子脂肪酸含量的10%(kinney et al., 2004)。当用水霉菌的6去饱和酶基因替换被孢霉的6去饱和酶基因时，大豆中epa的产量可以达到脂肪酸含量的20%。当把来源于破囊壶菌thraustochytrium 的4去饱和酶一起转入大豆中表达时，大豆胚芽油中dha的含量则超过3% (kinney et al., 2004)。表16-1 主要植物油和动物脂肪的脂肪酸组成（总脂肪酸的百分比）aoil/fat 油/脂肪16:018:018:1n-918:2n-618:3n-3other significant acids其它重要脂肪酸borage琉璃苣1041836trb26(18:3n-6), 6(c20/22)buglossoides拟紫草属42711395(18:3n-6),18(18:4n-3)camelina亚麻荠属5212154719(c20 momos)coconut椰子8362076(sats16:0)corn 玉米11224581cottonseed棉籽23217520.2echium蓝蓟7416153211(18:3n-6), 14(18:4n-3)evening primrose月见草821168tr10(18:3n-6)linseed/flaxseed亚麻籽54201353olive 橄榄1127380.6palm 棕榈4443790palm kernel棕榈仁82162072(sats16:0)peanut 花生10245327(lc-sat/mono)perilla紫苏62121664rapeseed/canola 油菜籽32602012sda-soybean sda-大豆1241521117(18:3n-6), 26(18:4n-3)sesame芝麻9638450.6soybean大豆10423517sunflower向日葵6520660lard猪油2414411013(16:1)poultry家禽226372016(16:1)tallow牛油251936314(16:1)a padlev et al. (1986. 1994): gunstone and harwood (2007)btr=trace 微量实验证明硅藻三角褐指藻phaeodactylum tricornutum和真菌小立碗藓physcomitrella patens的基因转化亚麻（胡麻）也可以生产epa（2%），尽管gla和sda的合成能力也得到了加强 (abbadi et al., 2004)。这表明是由于“底物二分法瓶颈”造成的，具体指脂肪酸需要在用来去饱和反应的磷酸底物和用于延长反应的乙酰辅酶a池之间来回穿梭(napier, 2007)。因此来源于破囊壶菌的溶血酰基转移酶和一种n-3去饱和酶在芥菜种子中的共表达增加了芥菜种子中epa的产量，高达总脂肪酸的15% (wu et al., 2005)。此外，添加虹鳟的延长酶和破囊壶菌的4脱氢酶可以产生少量的dha（1.5%），这也证明动物源性的基因也可以使用。事实上，使用动物去饱和酶，其以乙酰辅酶a为底物被证明是一种避免底物二分法瓶颈的机制(domergue et al., 2005; robert et al., 2005)。因此，来源于斑马鱼的双功能酶6/5乙酰辅酶a去饱和酶和来源于线虫类秀丽隐杆线虫caenorhabditis elegans乙酰辅酶a延长酶在拟南芥中的共同表达，使拟南芥种子油中epa的含量高达2.5% (robert et al., 2005)。来源于巴夫藻的5延长酶和4去饱和酶在拟南芥中的重组表达后，在拟南芥种子油中只检测到到少量的dha（0.5%）。用多种酶装配lc-pufa的合成途径是非常复杂的(napier, 2007)。另一种方法是表达聚酮（pks）复合物，pks是epa或dha在一个单一的多肽合成时的活性中心。pks可以催化丙二酰辅酶a合成dha，来源于裂殖壶菌编码pks亚基的三个基因在拟南芥中的表达，使拟南芥种子中dha的含量达到了约1%的水平(metz et al., 2006)，而且随后的实验结果表明可以使拟南芥种子中dha含量达到约2.5%的水平(metz et al., 2007)。正如转基因可用于修饰饲料作物（转基因油籽），以适应鱼类的新陈代谢，它同样可以被用于修饰鱼类的新陈代谢，以适应现有的饲料。通过显微注射的方法给斑马鱼的单细胞胚注射来源于山女鳟oncorhynchus masou的6-脱氢酶样、5-脱氢酶样或延长酶样的基因获得稳定的转基因斑马鱼(alimuddin et al., 2005, 2007, 2008)。虽然在转基因斑马鱼中epa和dha的水平较低，但与野生个体相比，其合成量却显著增加。因此，可以改变水产养殖饲料行业的分子工具和技术已经迅速发展。然而，这些工具的应用将依赖于公众对分子技术的接受程度，目前世界各地差别很大，如欧洲的消费者，尤其反对在食物链中有转基因产品。动物油以吨数计的动物脂肪主要是牛/羊脂和猪油，这些脂肪在2008年的产量超过1600万吨（表16-2）。黄油的产量也约为700万吨。尽管全球家禽的生产和消费量都很高，但是几乎没有对家禽生产和消费量的数据记录，也几乎没有家禽脂肪/油生产量的数据记录，家禽脂肪/油主要是从动物加工工厂的副产品或者从家禽的废弃部分提取获得的。一般动物脂肪的脂肪酸主要由高饱和脂肪酸（高达50%）和单不饱和脂肪酸（表16-1）组成，但它们的组成相差颇大，在很大程度上取决于动物的饮食历史。例如，家禽脂肪可以包含高达20%的pufa，含有低水平的epa和dha，澳大利亚家禽脂肪中单不饱和脂肪酸的含量可以超过50%，主要是18:1n-9，这主要是由于饲喂油菜籽造成的(j. g. bell, personal communication, may 2009)。一般情况下，动物脂肪被视为缺乏n-3 lc-pufa。因此，虽然在饲料配方中添加适当水平的动物脂肪可以起到良好的提供能量的作用，但是高水平的饱和脂肪酸、低水平的pufa、缺乏lc-pufa、并存在反式脂肪酸（padley et al., 1986,1994; gunstone and harwood, 2007）决定了动物脂肪一般不被作为饲料中鱼油的很好的替代品，因为动物脂肪酸的组成不能满足大部分种类对脂肪酸的需求。牛油也许是共轭亚油酸（cla）的一个合理来源。植物油目前，上述的所有潜在的油源没有一种是鱼油理想的替代品。它们都有一个或多个生态、环境、技术、营养、可持续发展或其他方面的问题，限制了它们的供应和使用。相比之下，来自陆地植物的油，特别是生产植物油（vo）的油籽作物，几乎没有任何供应限制，尽管它们的生产和使用也分别面临环境和营养问题。2008年，全球鱼油的产量约为110万吨。而植物油的产量超过13500万吨，其中四大油籽作物油的产量超过总植物油产量的80%（表16-2）：棕榈油（4240万吨）、大豆油（3770万吨）、油菜籽油（1940万吨）、向日葵油（1010万吨）（gunstone, 2010）鱼油和植物油之间的主要区别是脂肪酸的组成，高等植物一般都不会产生碳链长度比c18更长的脂肪酸，因此植物油中不含有c20和c22这样的lc-pufa。虽然不同植物油中主要的脂肪酸不同，但是大部分植物油的脂肪酸主要由四种类型：16:0、18:0、18:1n-9和18:2n-6。因此，富含饱和脂肪酸的主要是棕榈油（16:0）；富含短链饱和脂肪酸或月桂酸（12:0）的主要是椰子油和棕榈仁油。富含单烯脂肪酸（18:1n-9）的主要是油菜籽油和橄榄油；亚油酸（18:2n-6）丰富的油包括大豆油、葵花籽油、棉籽油、玉米油、芝麻油（表16-1）。亚麻酸（18:3 n-3）在植物油中是很少见的，尽管亚麻籽（胡麻）油只占世界植物油产量的0.5%，但它是富含亚麻酸的唯一的主要植物油（表16-2）。其他含18:3n-3丰富的植物油，亚麻和紫苏油的产量非常低。大豆和油菜籽油中含有一定量的18:3n-3，其中18:2n-6与18:3 n-3的比例分别约为7和超过2。根据表16-1和16-2中的数据，通过各种脂肪酸在植物油中的比例乘以此种植物油的总吨数，就可以计算出单种脂肪酸的总体产量。结果表明全世界植物油的供应中，加氢后18:2n-6和18:3n-3的比例约为24:1。一些油籽表达6去饱和酶，因此一些植物油中含有6-不饱和脂肪酸，如琉璃苣油和月见草油中的18:3n-6、蓝蓟和bugglossoides油中的sda(18:4n-3)。表16-2 2008年世界油类和脂肪的产量aoil/fat 油/脂肪million tonnes(mt) 百万吨palm 棕榈42.4soybean 大豆37.7rapeseed/canola 油菜籽19.4sunflower 葵花籽10.1cottonseed 棉籽5.1palm kernel 棕榈仁4.9peanut 花生4.5olive 橄榄2.9corn 玉米2.4coconut 椰子3.1sesame 芝麻0.8linseed/flaxseed 亚麻籽0.6castor0.6total vegetable oil 总植物油134.5tallow 牛油8.6lard 猪油7.7butter 黄油7fish 鱼油1.1total animal fat/oil 总动物脂肪/油24.4a gunstone (2010).虽然在脂肪酸组成上具有局限性，植物油是目前唯一现成的，具有成本效益的和可持续的用于水产养殖饲料的替代油脂的来源。在过去的十几年中，学者们在水产动物饲料中进行了用植物油全部替代和部分替代鱼油的大量的研究。这些研究主要集中在淡水鱼类，如鲶鱼、鲤鱼、罗非鱼；鲑鱼类，包括大西洋鲑、虹鳟和北极红点鲑；海洋鱼类，包括金头鲷、欧洲鲈鱼、大菱鲆和鳕鱼(turchini et al., 2009)。最常用的植物油包括菜籽油、豆油、棕榈油、葵花籽油、玉米油、橄榄油、亚麻籽油和蓝蓟油(turchini et al., 2009)。虽然科学研究的发表量目前是数以百计的，但目前，文献综述还是比较有限的(g. bell et al., 2005; bell and waagb, 2008; tocher, 2009; turchini et al., 2009)。以下部分概括了最近大量文献中的许多实验结果，为植物油替代鱼油这一问题提供一个全面的参考基准 (turchini et al., 2010)。植物油替代鱼油对鱼类生长的影响也许令人惊讶的是，尽管研究的数量很多，但是用植物油替代鱼油对水产动物生长性能的影响尚不完全清楚。turchini 等（2009年）在最近的综述中提到“如果鱼类epa的需求得到满足，在几乎所有研究的有鳍鱼类中植物油都可以很大量(6075%)的替代鱼油。”也许替代鱼油的最大问题是，既然必需脂肪酸的需求得到了满足，为什么在所有种类中鱼油不能100%的被替代呢？替代实验的结果受许多因素的影响，除了受鱼的种类、替代油的脂肪酸组成和饲料的整体构成包括其他饲料成分（如鱼粉和其他蛋白源的水平）的影响外，还受实验时间、鱼的大小和环境条件的影响。鱼的种类是一个关键的影响因素。虽然鱼类可以根据生态习性分为几个大类，特别是根据生活水环境的温度（冷水性、温水性、暖水性）、食性（食鱼性与杂食性/食草性）（turchini et al., 2009），但是根据对必需脂肪酸的需求仅仅可以分为两大类：一类是那些需要lc-pufa的鱼类；另一类是那些可以通过c