引言

　　我國(guó)是肉禽生(shēng)産和消費大(dà)國(guó)，2022 年(nián)全國(guó)家禽總出欄量161.4 億隻，較2021 年(nián)增長了2.5%。羽毛是家禽的屠宰副産物，占家禽體(tǐ)重的5%-7%，我國(guó)每年(nián)羽毛産量超過100 萬噸^[1]。禽類羽毛屬于角蛋白(bái)類，蛋白(bái)質達到85%左右，具有極高的飼用潛力^[2]。羽毛粉（FeM）是家禽羽毛經過除雜、高溫高壓處理(lǐ)、滅菌和幹燥等加工(gōng)工(gōng)藝制得(de)的淺黃(huáng)色、淺灰色的粉狀産品^[3]。研究表明，羽毛粉用作(zuò)飼料原料，對于羽毛資源化利用及緩解魚粉資源供應不足的現狀具有重要意義^[4]。

　　1 羽毛粉的營養價值與物理(lǐ)性質

　　羽毛粉蛋白(bái)質含量在85%以上，由動物難以利用的角蛋白(bái)和纖維蛋白(bái)組成[2]。氨基酸含量豐富，除Met、Lys、His、Trp 4 種氨基酸含量較低外，其他(tā)氨基酸含量均高于魚粉，表1 中比較了羽毛粉和魚粉的營養組成和氨基酸組成。尤其是胱氨酸，在所有飼料原料中含量最高。此外羽毛粉中的維生(shēng)素B12 的含量很高，礦物質元素硫更是高達1.5%，是所有飼料原料中含量最高的^[5]。

　　組成羽毛粉的角蛋白(bái)具有緻密的三維網狀結構，角蛋白(bái)的外周分(fēn)布大(dà)量的疏水性氨基酸，肽鍵及蛋白(bái)質骨架的内部包裹少量親水性氨基酸及基團，肽鏈之間形成許多二硫鍵，呈索狀結構，物理(lǐ)化學性質極其穩定，在水、鹽酸及稀鹽酸溶液中完全不溶解，也很難被常見(jiàn)的酪蛋白(bái)酶、胰蛋白(bái)酶等動物來(lái)源的酶降解^[6]。因此，要想将羽毛作(zuò)爲飼料原料，必須先用特殊的加工(gōng)方式對其進行處理(lǐ)。

　　2 羽毛粉的加工(gōng)方式及對品質的影(yǐng)響

　　爲了提高羽毛粉的飼用價值，必須通過特殊的加工(gōng)方式，破壞其中的二硫鍵，形成富含容易消化的可(kě)溶性多肽或寡肽，進而提高在動物體(tǐ)内的消化利用率[7-8]。羽毛粉常用的加工(gōng)處理(lǐ)方法有高溫高壓水解、酸堿化學水解、擠壓膨化、微生(shēng)物發酵和酶解法等。

　　2.1高溫高壓水解法

　　高溫高壓水解法根據主要設備及供熱(rè)方式的不同分(fēn)爲兩種：一種是蒸汽高溫高壓水解法，羽毛經過清洗、除塵，裝入水解罐中，利用鍋爐産生(shēng)的熱(rè)蒸汽對水解罐中的物料進行加熱(rè)，蒸汽壓力爲0.45 MPa，持續時間爲60 min，經過烘幹、粉碎、化驗，最後包裝爲成品；另一種是導熱(rè)油高溫高壓水解法，利用導熱(rè)油對水解罐中的物料進行加熱(rè)，在罐中水解和烘幹一次性完成，而後粉碎爲成品，加工(gōng)參數爲74 min/30 kPa^[6]。

　　目前該法在小型羽毛粉加工(gōng)企業中應用較廣泛。高溫高壓的條件(jiàn)徹底破壞了角蛋白(bái)空間結構，打破了二硫鍵，使其轉變爲可(kě)溶性多肽或寡肽。高溫高壓條件(jiàn)下，羽毛降解率可(kě)達90%以上^[9]。但(dàn)高溫高壓水解條件(jiàn)會破壞對熱(rè)敏感的氨基酸，使蛋氨酸和胱氨酸含量減少，而且工(gōng)藝流程耗能巨大(dà)，對生(shēng)産設備的安全性能要求很高，同時産生(shēng)廢氣、廢液污染環境。随着機(jī)械化水平的不斷進步，蒸汽閃爆技術(shù)逐漸成爲研究熱(rè)點，張益奇^[10]研究證實，經1.6 MPa，1 min 蒸汽閃爆處理(lǐ)，羽毛胃蛋白(bái)酶消化率和蛋白(bái)質溶解度分(fēn)别提升到85%和35%。

　　2.2酸堿化學水解

　　将一定量的羽毛、一定濃度和體(tǐ)積的酸（或者堿）混合煮沸，并不斷攪拌使羽毛受熱(rè)均勻，煮至待處理(lǐ)羽毛既保持原有色澤又可(kě)輕輕拉斷。撈出榨取膠液，用清水沖洗酸（或堿）或者用堿（或酸）中和，最後烘幹、粉碎過篩即得(de)成品[6]。目前，關于酸或堿溶液的選擇方面， 主要集中在氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鉀（KOH）、氫氧化鈣[Ca（OH）₂]、亞硫酸鈉（Na₂SO₃）、鹽酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄） 和磷酸（H₃PO₄）等試劑。

　　強酸、強堿溶液破壞角蛋白(bái)中的二硫鍵和肽鍵，從(cóng)而破壞其空間結構，将其降解爲遊離(lí)氨基酸。此法常用于工(gōng)業制取胱氨酸，但(dàn)缺點是強堿對氨基酸破壞嚴重。實際生(shēng)産中常用鹽酸和硫酸對羽毛進行水解，但(dàn)該工(gōng)藝對設備耐腐蝕性要求高，涉及強酸的安全管理(lǐ)，要求嚴格，産物廢水排放(fàng)量大(dà)，幹燥成本高。這些缺點限制了該工(gōng)藝的應用^[1]。

　　2.3酶解法

　　酶解法主要是采用現代水解酶工(gōng)程技術(shù)，通過多種酶及催化劑分(fēn)步低溫低壓催化，然後經過規定的高壓高溫水解滅菌，再按照(zhào)科(kē)學整合的加工(gōng)工(gōng)藝，經過一系列添加劑的添加，形成優質高效複合型酶解蛋白(bái)質原料。酶解羽毛的蛋白(bái)酶主要有角蛋白(bái)酶、堿性蛋白(bái)酶、中性蛋白(bái)酶、胰蛋白(bái)酶、木瓜蛋白(bái)酶等。郝魯江等^[11]采用角蛋白(bái)酶酶解羽毛粉，羽毛分(fēn)解率達到50.5%，酶解液可(kě)溶性蛋白(bái)含量爲225.7 mg/L，胃蛋白(bái)酶體(tǐ)外消化率達到23%；單春喬等^[12]先采用高溫和強堿預處理(lǐ)，在此基礎上采用角蛋白(bái)酶進行酶解，所得(de)羽毛粉不僅肽含量高，而且約有70%的肽分(fēn)子質量臆2 000u；朱珈琪等^[13]采用堿性蛋白(bái)酶制備羽毛多肽，最終制得(de)羽毛粉的羽毛多肽含量達到80.68%，可(kě)溶性蛋白(bái)含量達到92.02%。陳明等^[14]通過實驗證實，加酶條件(jiàn)下的水解羽毛粉蛋白(bái)質降解率比普通水解羽毛粉降解率顯着提高。

　　用酶解法加工(gōng)溫度低，生(shēng)産的羽毛粉熱(rè)敏氨基酸基本不會被破壞，效果較好而且穩定，因此在實際生(shēng)産中應用廣泛。

　　2.4微生(shēng)物發酵法

　　微生(shēng)物發酵法利用微生(shēng)物對羽毛進行降解。1988 年(nián)，研究人(rén)員(yuán)發現馬爪甲團囊菌能分(fēn)解角蛋白(bái)。分(fēn)解羽毛粉角質蛋白(bái)的微生(shēng)物在自(zì)然界普遍存在，主要來(lái)自(zì)包括細菌、真菌和放(fàng)線菌在内的30餘種微生(shēng)物，這些微生(shēng)物可(kě)以分(fēn)泌大(dà)量高效降解羽毛的降解酶。周童娜等^[15]篩選出的金黃(huáng)色節杆菌經過72 h 發酵，對羽毛角蛋白(bái)的降解率可(kě)達75%。劉标等^[16]篩選出的1 株凝結芽孢杆菌對豬毛角蛋白(bái)降解率爲77.3%。

　　楊剛等^[17]通過測定蛋白(bái)酶活力和羽毛中可(kě)溶性蛋白(bái)含量評價米曲黴和枯草芽孢杆菌對羽毛的降解效果，結果表明，米曲黴和枯草芽孢杆菌均可(kě)對羽毛粉起到降解作(zuò)用，其中米曲黴的降解效果更爲明顯。楊可(kě)心^[18]篩選出可(kě)3 天降解羽毛、産可(kě)溶性蛋白(bái)的菌株貝萊斯芽孢杆菌NLG1，羽毛發酵液上清液中可(kě)溶性蛋白(bái)含量達到32.76 mg/mL。

　　微生(shēng)物發酵法可(kě)以提高羽毛粉的消化率和氨基酸的平衡率，改善其适口性。

　　3 在水産飼料中的應用

　　3.1對水産動物生(shēng)長的影(yǐng)響

　　目前，關于水解羽毛粉在水産動物中的研究結果表明，适量的羽毛粉可(kě)替代魚粉爲水産動物提供蛋白(bái)，且不會對魚體(tǐ)造成影(yǐng)響。對牙鲆、三文魚、胡子鲶、歐洲鲈等的研究表明，羽毛粉替代一定比例的魚粉不會對生(shēng)長産生(shēng)影(yǐng)響^[19]。吳桐強等^[20]研究發現黃(huáng)颡魚飼料中羽毛粉替代7.5%的魚粉不會對生(shēng)長造成影(yǐng)響，但(dàn)是超過7.5%的替代水平則會抑制黃(huáng)颡魚生(shēng)長。在彭澤鲫中研究表明全水解羽毛粉蛋白(bái)替代15%-45%魚粉蛋白(bái)對彭澤鲫生(shēng)長無顯着影(yǐng)響，而替代比例達到60%時，魚的生(shēng)長被顯着抑制^[21]。水解工(gōng)藝處理(lǐ)的羽毛粉容易造成氨基酸不平衡，賴氨酸含量較低，則會影(yǐng)響動物生(shēng)長。曹素會^[5]和劉興旺等^[22]在異育銀鲫和大(dà)菱鲆中的研究顯示，在添加羽毛粉的飼料中補充晶體(tǐ)賴氨酸和蛋氨酸對水産動物的生(shēng)長指标有一定改善作(zuò)用。劉峰等^[23]在黑(hēi)鲷的研究中發現，飼料中添加5%的酶解羽毛粉或膨化羽毛粉用于替代魚粉，對黑(hēi)鲷的生(shēng)長性能無顯着影(yǐng)響，而5%酸解羽毛粉和高溫高壓水解羽毛粉替代黑(hēi)鲷飼料中的魚粉則顯着降低了黑(hēi)鲷幼魚的SGR 和FCR 等生(shēng)長性能指标。筆者認爲黑(hēi)鲷作(zuò)爲肉食性魚類對氨基酸需求較多，酶解羽毛粉與膨化羽毛粉中氨基酸含量充足，而酸解羽毛粉和高溫高壓水解羽毛粉加工(gōng)過程中對氨基酸的破壞性大(dà)，導緻适口性、限制性氨基酸含量以及消化率等變差，因此替代魚粉後對黑(hēi)鲷幼魚的生(shēng)長性能帶來(lái)負面影(yǐng)響。因此，飼料中添加羽毛粉對生(shēng)長的影(yǐng)響可(kě)能與羽毛粉的加工(gōng)方式、水産動物種類及其生(shēng)長所需營養條件(jiàn)有關。

　　3.2對免疫及抗氧化能力的影(yǐng)響

　　目前，水産養殖集約化程度越來(lái)越高，魚類固有的行爲、營養、生(shēng)理(lǐ)等生(shēng)物學需求受到嚴峻挑戰，極易受到環境因子、飼料、飼養管理(lǐ)等方面的影(yǐng)響發生(shēng)應激。大(dà)量研究證明：在衆多應激中，氧化應激是尤爲重要的一種方式。GPX、CAT、SOD是水生(shēng)生(shēng)物中3 種主要的抗氧化酶。劉峰等^[23]在黑(hēi)鲷的研究中發現，5%的高溫高壓水解羽毛粉組與酸解羽毛粉組替代魚粉，羽毛粉組的SOD 活性顯着低于對照(zhào)組，可(kě)能是替代魚粉對黑(hēi)鲷的免疫系統有一定的影(yǐng)響。同時還(hái)發現高溫高壓水解羽毛粉組與酸解羽毛粉組轉氨酶活性顯着高于對照(zhào)組，說(shuō)明這兩種羽毛粉替代魚粉可(kě)能會對肝髒造成一定損傷。陳秀梅等^[24]在異育銀鲫飼料中添加羽毛粉部分(fēn)替代10%的魚粉，發現與對照(zhào)組相(xiàng)比，羽毛粉組的異育銀鲫肝胰髒和腸道抗氧化酶SOD、CAT 和GSH-Px 活力顯着下降，MDA 含量顯着上升。這表明，羽毛粉的直接添加對異育銀鲫造成了一定程度的應激。而添加200-400 mg/kg 的角蛋白(bái)酶，對異育銀鲫的抗氧化能力無不良影(yǐng)響。曹宏忠^[21]測定腸道血清中抗氧化酶的活性，結果表明45%和60%的全水解羽毛粉蛋白(bái)替代魚粉蛋白(bái)後，彭澤鲫的血清、肝髒和中腸組織的消化、免疫和抗氧化指标及組織形态結構受到顯着影(yǐng)響。而Campos 等^[19]發現添加12.5%水解羽毛粉替代76%魚粉飼喂歐洲海鲈幼魚不影(yǐng)響免疫功能。綜上，用羽毛粉産品飼喂水産動物時會因羽毛粉種類、用量等不同而導緻免疫及抗氧化能力不同。

　　3.3對水産動物品質的影(yǐng)響

　　肉質和體(tǐ)色是評價水産品品質的重要指标之一。影(yǐng)響魚肉品質的因素衆多，包括魚的生(shēng)長環境、營養獲取量、魚的貯藏方式、魚的健康狀況、魚的屠宰方式等。在彭澤鲫研究中，肌肉的硬度、内聚性和咀嚼度随着全水解羽毛粉蛋白(bái)替代魚粉蛋白(bái)比例的上升而呈上升趨勢。因此推測全水解羽毛粉蛋白(bái)可(kě)能會通過影(yǐng)響彭澤鲫肌肉細胞的發育來(lái)影(yǐng)響彭澤鲫肌肉的肉質，但(dàn)具體(tǐ)的原因還(hái)需後續實驗進一步探明^[21]。祝焱彬^[25]在凡納濱對蝦的研究中發現，2%-8%的水解羽毛粉替代魚粉對凡納濱對蝦肌肉脂肪酸的組成無顯着影(yǐng)響。當水解羽毛粉替代魚粉蛋白(bái)添加水平爲4%時，凡納濱對蝦肌肉的嫩度、系水性及蒸煮損失均無顯着變化，但(dàn)添加水平升高到8%時，其肌肉品質顯着下降，嫩度、系水性及蒸煮損失均有顯着變化^[26]。當羽毛粉代替魚粉的比例超過25%時，可(kě)以提高黃(huáng)颡魚肌肉硬度、膠黏性，表明水解羽毛粉有助于黃(huáng)颡魚肌肉品質的提升^[20]。水産動物的體(tǐ)色一方面直接受到飼料源中色素物質的影(yǐng)響，另一方面也會間接受到外界環境、飼料營養與機(jī)體(tǐ)健康狀況的影(yǐng)響。對黃(huáng)颡魚來(lái)說(shuō)，黑(hēi)色素細胞和黃(huáng)色素細胞及相(xiàng)關色素體(tǐ)在體(tǐ)色形成中的作(zuò)用最爲重要，當羽毛粉替代魚粉水平爲5%時，對魚體(tǐ)黑(hēi)色素合成能力會産生(shēng)不利影(yǐng)響。随着HFM 水平的升高，葉黃(huáng)素含量會出現先下降後上升的趨勢，且在替代水平爲5%時，黃(huáng)颡魚葉黃(huáng)素含量最低，且與對照(zhào)組差異顯着。可(kě)能是由于當HFM 替代水平爲5%時，黃(huáng)颡魚消化率較低，營養素吸收效率較低，導緻飼料葉黃(huáng)素攝入不足，魚體(tǐ)葉黃(huáng)素沉積減少。在中華鼈中，飼料中添加酶解羽毛粉可(kě)以影(yǐng)響中華鼈的腹部a* 值（紅(hóng)度），然而對于背部體(tǐ)色無顯着影(yǐng)響^[26]。目前關于羽毛粉對體(tǐ)色的相(xiàng)關影(yǐng)響機(jī)制還(hái)不完全清楚，有待今後做進一步研究。

　　4 展望

　　羽毛粉是一種利用價值較高的蛋白(bái)質資源，在水産飼料中應用潛力巨大(dà)。不同的加工(gōng)方式對羽毛粉的營養成分(fēn)和品質影(yǐng)響很大(dà)。合理(lǐ)地将各種加工(gōng)方法有機(jī)結合，找到一個更高效、穩定的方式，将成爲今後羽毛粉蛋白(bái)研究的熱(rè)點方向。羽毛粉由于适口性差、氨基酸不平衡等原因對水産動物的生(shēng)長、抗氧化性能及品質都(dōu)有一定影(yǐng)響，與其他(tā)蛋白(bái)源混合或者添加包被晶體(tǐ)氨基酸，可(kě)以改善其适口性和氨基酸平衡，從(cóng)而使羽毛粉廣泛應用于水産飼料中，進一步降低水産動物對魚粉的依賴。