1、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
2、 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
3、 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
4、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
5、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
6、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
7、，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
8、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)。
9、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
10、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。
11、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., 200
12、4)。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
13、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
14、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
15、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
16、，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
17、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,
18、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
19、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 Barn
20、ett, 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
21、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
22、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
23、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 a
24、l., 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
25、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
26、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
27、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
28、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。
29、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
30、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
31、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
32、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（Euphasi
33、a 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
34、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
35、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。
36、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
37、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，
38、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
39、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
40、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 ocu
41、lata、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
42、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
43、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
44、 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
45、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
46、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 16:0 18:0 18:1n-9 18:2n-6 18:3n-3 Other significant Acids其它重要脂肪酸Borage 琉璃苣
47、10 4 18 36 trb 26(18:3n-6), 6(C20/22)Buglossoides 拟紫草属4 2 7 11 39 5(18:3n-6),18(18:4n-3)Camelina 亚麻荠属 5 2 12 15 47 19(C20 momos)Coconut 椰子 8 3 6 2 0 76(sats16:0)Corn 玉米 11 2 24 58 1Cottonseed 棉籽 23 2 17 52 0.2Echium 蓝蓟 7 4 16 15 32 11(18:3n-6), 14(18:4n-3)Evening primrose 月见草8 2 11 68 tr 10(18:3n-6)
48、Linseed/Flaxseed 亚麻籽5 4 20 13 53Olive 橄榄 11 2 73 8 0.6Palm 棕榈 44 4 37 9 0Palm kernel 棕榈仁 8 2 16 2 0 72(sats16:0)Peanut 花生 10 2 45 32 7(LC-sat/mono)Perilla 紫苏 6 2 12 16 64Rapeseed/Canola 油菜籽3 2 60 20 12SDA-soybean SDA-大豆12 4 15 21 11 7(18:3n-6), 26(18:4n-3)Sesame 芝麻 9 6 38 45 0.6Soybean 大豆 10 4 23 51
49、 7Sunflower 向日葵 6 5 20 66 0Lard 猪油 24 14 41 10 1 3(16:1)Poultry 家禽 22 6 37 20 1 6(16:1)Tallow 牛油 25 19 36 3 1 4(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
