《Aquaculture, Fish and Fisheries》：Is Maize Gluten a Sustainable and Effective Aquafeed Protein?
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本研究以鲤鱼为模型，系统评价了玉米蛋白粉（MGM）作为主要饲料蛋白源的可行性。实验设计了六种等氮等脂饲料，通过不同比例替代鱼粉并补充晶体必需氨基酸（EAA），探究高比例MGM对鲤鱼生长性能、饲料利用及环境足迹的综合影响。结果表明，50%蛋白质替代时生长性能降幅有限，但75%替代会显著降低增重率；补充赖氨酸和精氨酸可部分恢复生长。结合生命周期评估（LCA），发现MGM-75配方的饲料环境负荷最低，但因饲料转化率（FCR）较高，其实际养殖排放负担增加。研究为植物蛋白源的水产应用提供了营养与环境协同优化的科学依据。
1 引言
水产饲料中鱼粉的使用因可持续性问题（如生物多样性影响、温室气体排放）备受争议。植物蛋白（如豆粕）虽可作为替代，但其大规模种植可能导致森林砍伐与碳足迹增加。因此，拓展饲料原料多样性、降低环境足迹成为行业关键需求。玉米蛋白粉是淀粉工业副产品，蛋白含量高（56.9%–76.2%）、抗营养因子低，但赖氨酸含量极低（0.1%–1.4%蛋白），限制了其在高比例替代中的应用。以往研究表明，鱼类可耐受中等水平MGM替代（<30%–40%蛋白替代），但更高比例会因氨基酸失衡影响生长。晶体必需氨基酸补充是纠正失衡的常用策略。同时，饲料及其原料对水产养殖环境足迹占主导地位，生命周期评估是量化其环境影响的标准化工具。本研究旨在通过营养实验与LCA相结合，系统评估高比例MGM替代鱼粉的可行性及其环境绩效。
2 材料与方法
2.1 饲料设计与生产
基于对照饲料（CTRL，动物蛋白与植物蛋白比例2:1），设计了六种等氮（40%粗蛋白）等脂（12%粗脂）实验饲料：
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CTRL：参考饲料。
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MGM-50：MGM替代50%饲料粗蛋白（即27.88% MGM），未补充EAA。
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MGM-75：MGM替代75%粗蛋白（41.26% MGM），补充L-蛋氨酸和L-苏氨酸至鲤鱼需求水平。
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MGM-75+lys.r：在MGM-75基础上补充L-赖氨酸（0.77%），使赖氨酸含量达到CTRL相对水平。
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MGM-75+lys.RD：补充L-赖氨酸（1.53%）至鲤鱼推荐水平（NRC, 1993）。
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MGM-75+lys.RD arg.：在上一配方基础上额外添加L-精氨酸（0.71%），以抵消潜在的赖氨酸-精氨酸拮抗。
饲料经挤出工艺制成颗粒，进行常规成分与氨基酸分析。
2.2 试验鱼、养殖设施与采样
选用初始均重约11.15 g的鲤鱼，在循环水系统中养殖9周，水温26±1°C，每日按体重3%分三次投喂。试验结束时取样进行体成分分析。
2.3 生长性能与饲料利用指标
计算特定生长率（SGR）、增重率、饲料转化率（FCR）、蛋白质效率（PER）和表观净蛋白利用率（ANPU）。
2.4 常规成分与氨基酸分析
按AOAC标准测定饲料与鱼体水分、粗蛋白、粗脂肪和灰分。氨基酸分析采用标准方法。
2.5 生命周期评估
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目标与范围：评估六种饲料配方及其养殖绩效（FCR）的环境影响，采用“摇篮到大门”系统边界，包括原料生产、饲料加工及养殖排放（图1）。
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功能单位：1 kg饲料生产的环境影响；1 kg鱼增重的环境影响（含养殖排放）。
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生命周期清单：基于饲料配方与养殖数据，结合Agri-Footprint、ecoinvent等数据库背景数据。L-精氨酸数据缺失，以发酵工艺相似的L-赖氨酸数据替代。
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生命周期影响评价：采用CML（v3.06）方法，包含全球变暖潜能（GWP）、酸化潜能（AP）、富营养化潜能（EP）、资源消耗等11项指标。
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营养盐排放模型：基于表观消化率系数（ADC）估算总氮、总磷和固体排放量，纳入富营养化潜能计算。
2.6 统计分析
采用单因素方差分析与Tukey事后检验，显著性水平设为p<0.05。
3 结果与讨论
3.1 生长性能与饲料利用
CTRL组生长最佳（SGR 3.01% day?1，增重178.17%），MGM-50组略低（SGR 2.65% day?1，增重166.95%）。MGM-75组生长显著下降（SGR 1.47% day?1，增重92.61%），补充赖氨酸与精氨酸后（MGM-75+lys.RD arg.）增重恢复至134.82%，但仍低于CTRL。FCR从CTRL的1.41升至MGM-75的2.70，补充氨基酸后改善至2.27。ANPU在CTRL为29.94%，MGM-75降至15.84%，补充赖氨酸与精氨酸后回升至24.93%。结果表明，高比例MGM替代导致赖氨酸缺乏及赖氨酸-精氨酸比例失衡，是生长受限的主因；补充晶体氨基酸可部分纠正失衡，但无法完全恢复至鱼粉对照组水平。
3.2 环境绩效
3.2.1 饲料配方
从饲料生产角度看（表4），CTRL配方在6项指标（如ADP、GWP、ODP）中环境影响最高，主要贡献来自豆粕与血粉。MGM-75配方环境负荷最低（8项指标最低），因植物原料比例高（80.2%）且动物蛋白与晶体氨基酸添加少。随着晶体氨基酸添加比例增加（如MGM-75+lys.RD arg.），化石能源消耗（ADPFF）、淡水生态毒性（FETP）等指标上升，氨基酸贡献达2%–14%。
3.2.2 饲料绩效
结合养殖FCR后（即1 kg鱼增重的环境影响），环境负担排序发生变化：MGM-75因FCR最高（2.70），实际养殖排放负担最大；CTRL与MGM-75+lys.RD arg.因FCR较低，整体环境影响最小。这表明，仅考虑配方原料的环境足迹不足，必须结合养殖效率进行综合评价。
4 结论
本研究通过整合营养实验与生命周期评估，揭示了玉米蛋白粉作为水产饲料蛋白源的潜力与局限：
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营养层面：50%蛋白替代对鲤鱼生长影响较小；75%替代需补充赖氨酸与精氨酸以改善生长性能，但无法完全匹配鱼粉饲料效率。
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环境层面：MGM-75饲料配方本身环境足迹最低，但因养殖效率低，实际排放负担增加；CTRL与补充氨基酸的MGM配方在生长与环境效益间取得较好平衡。
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综合启示：未来水产饲料开发需同步优化氨基酸平衡与养殖效率，并结合多指标LCA进行可持续性设计，以推动植物蛋白源的实际应用与行业绿色转型。
