廢棄貝殼在制備功能性飼料添加劑中的應用

袁焙嘉 宋文東

[摘要]隨著我國貝類養殖規模的不斷擴大，帶動國民海洋經濟增長的同時，廢棄貝殼直接遺棄，造成了嚴重的環境污染和資源浪費問題。本文以廢棄貝殼的回收利用為主，結合當前功能性飼料添加劑的研究現狀，對廢棄貝殼在功能性飼料添加劑領域中的應用進行敘述，

[關鍵詞]貝類養殖;飼料添加劑;無機礦物質;抗茵肽;低聚糖

[中圖分類號] S816.7

[文獻標識碼]A

1 貝類養殖發展現狀

近年來我國海洋養殖業發展勢頭迅猛，作為主導產業的海水貝類養殖產量更是占據著我國海水養殖總產量的85%左右，其中最為常見的品種有貽貝，扇貝和牡蠣。

我國是目前世界上最大的貽貝生產國家，年產約60萬噸，同時隨著國際市場對于貽貝需求量的不斷增加，貽貝出口幅度不斷提升，加之成熟的貽貝養殖條件和簡易的養殖環境，使得我國貽貝養殖產業蘊藏著巨大的經濟潛力。

相較正處于蓬勃發展階段的貽貝養殖業，扇貝和牡蠣養殖則仍處在起步發展階段，無法滿足國內市場的自銷需求，因此過度依賴澳大利亞、秘魯等國家的出口。同時隨著十三五規劃的提出，水產品關稅的降低，我國水、海產品消費需求量的增加，使得扇貝和牡蠣對外依賴性進一步加強。

貝類養殖業規模的空前發展，有力帶動了我國沿海經濟以及海鮮消費市場的迅速發展，不僅提高了人們對于日常食物的需求水平，同時也對海洋環境的保護起了一定程度的促進作用。據專家研究發現，貝類可大量吸收魚類所排出的廢物，從而改善其生存的周圍海域水質，并且可以吸附并消耗水體中的重金屬離子（銅，鎘等）、放射性物質（鈾，鐳）以及氨氮等富營養物質。此外，貝類養殖可以攝取水體中的懸浮顆粒有機碳，從而控制水體中懸浮顆粒有機物質，促進海洋碳循環的流動，進一步移除空氣中C02含量，緩解溫室效應。

貝類養殖的不斷擴張極大改善了人們的生活水平和消費需求，促進了沿海經濟的高速增長。但伴隨著大量廢棄貝殼的遺棄堆積，造成海岸線污染的不斷加劇，同時也造成了巨大的資源浪費和生態污染。我國目前對于貝類產品的加工僅僅只局限于其可食用部分，殼體部分則不再進行二次處理，直接進行遺棄。據不完全統計，舟山市嵊泗縣貽貝養殖年產量12萬噸左右，但是廢棄貽貝殼就占7萬噸左右，貝殼的利用率僅僅只有40%左右。受舟山島嶼面積狹小的制約，廢棄的貽貝殼只能長時間堆積在島嶼海岸線附近，不僅造成了海島土地資源的浪費，同時也會產生嚴重的環境污染。

2 貝殼結構以及成分分析

貝殼結構基本分為三層，最外層是由硬質蛋白組成的角質層（殼皮），用來防止碳酸和其余酸性物質的侵蝕;中層為棱柱層（殼層），由外層角質層分泌的方解石構成，提高貝殼的堅硬程度，中層和外層共同構建貝殼的外部輪廓;內層為珍珠層（底層），由文石和方解石按照一定比例組成，能夠提高貝殼的硬度和韌性。此外，碳酸鈣無機基質與有機基質依次有序交叉堆積成有序的層狀結構，多呈六邊形、菱形等構造分布，這種結構使貝殼殼體在接受外部沖擊時，通過裂紋偏轉等協同作用，大幅度提高殼體的韌性。

貝殼中的無機質成分主要為碳酸鈣，含量占據其組成部分總量的95-99.9%，并且以方解石、文石和球霰石三種形式存在，確保了貝殼整體的高強度和強韌性。而剩余的0.1%-5%則是以蛋白質、糖蛋白、幾丁質等有機質構成的有機相，這些有機質能夠控制無機礦物碳酸鈣的合成，從而間接控制貝殼生物礦化的進程。

此外，貝殼中含有鈣、鉀、鍶、鎂等30多種礦物活性元素，這些元素多為動物生長發育，提高自身免疫的必需物質，如鋅元素對神經干細胞的增殖、分化和誘導產生神經元細胞起著至關重要的作用;鍶元素能夠促進生物體骨骼和牙齒發育，同時也能降低心血管疾病的發生概率;硒元素則是對于生物體的免疫系統至關重要，微量的硒攝人能夠抗氧化，延緩衰老，同時對于癌癥也起了一定的預防功效。

3 功能性飼料添加劑研究現狀

隨著科學技術的不斷進步以及人們對于食品安全的高度重視，使得原先在飼料中廣泛實用的抗生素被不斷取締和嚴格管控。功能性飼料添加劑的出現恰好填補了抗生素的漏洞，同時越來越多的功能性因子被科研工作者開發和應用，并在畜牧業展現了良好的發展前景。

功能性飼料添加劑是一種通過飼料添加，進入動物體內發揮一定生物學功能（即增強動物保健功能）的添加劑，具有改善動物機體亞健康、提高其自身免疫力和抗應激能力、降低發病率等作用，同時功能性飼料添加劑可以在動物體內完全代謝或被充分利用，實現真正的無害化和綠色化。

功能性飼料添加劑當前普遍應用的種類主要有微生態制劑（如雙歧桿菌、活性乳酸桿菌等），抗菌肽（即一類特殊的小分子活性多肽），有機酸，低聚糖類和微量元素等。

常用的功能性飼料添加劑制備方法有以下幾種：1.從生物體內直接提取所需的添加劑原料，進行二次加工處理（芽孢桿菌）2.通過特定的化學方法進行初步合成（如氯霉素）3.利用微生物自帶的發酵功能進行提煉和生產（如半合成抗生素）。后面兩種方法仍處于研發階段和小規模生產。

目前，合成功能性飼料添加劑的原料主要來自于生物體內，通過相應的提取技術和再次處理，制備成性能更加完善的飼料添加劑。因此，對于原料的需求量是相對龐大的，雖然化工原料合成添加劑的技術在不斷完善，但是與之相比較，天然原料對于生物體本身具有更好的兼容性，而且生產成本低廉，制備方法簡單完善。

4 具體應用及性能比較

貝殼能利用的部分僅僅占據其本體的30%左右，對于貝殼殼體的利用程度基本為零，通常是直接進行遺棄堆積或回收部分作為建筑裝飾材料。然而，貝殼殼體含有微量元素以及多種功能性飼料添加劑的制備原料，直接遺棄無疑是對自然資源的浪費，如若對于廢棄的大量貝殼殼體進行研磨和提取，就能在很大程度上緩解功能性飼料原料緊張的現狀。

廢棄貝殼殼體的二次利用不僅是對自然資源的循環使用，也是對于飼料添加劑這一類產品的改進和創新。

4.1 無機礦物質及微量活性元素

直接使用碳酸鈣等無機礦化物作為飼料添加劑能夠在一定程度上改善動物的體質情況，但可能會因為其純度不夠，摻雜的其他雜質影響動物的生理健康。此外，無機礦化物的直接投放雖能釋放出鈣，鎂等離子，但也同時能夠解離出硫酸根，氯離子等具有負面影響的離子團（根），若是魚蝦等水產養殖，這些負面污染物會在體表不斷堆積，損害其體內的生命物質（蛋白質、酶等）。還有在添加劑制備過程中，加入的銅，鋅等離子會增加添加劑的毒性，并破壞動物體內的蛋白質和脂質的吸收。

使用從廢棄貝殼殼體提取的礦物活性元素能夠在很大程度上避免因濫用無機礦化物作為飼料添加劑帶來的弊端，同時貝殼中的礦物活性元素種類繁多，提取方法簡單，經濟效益高，1Kg原貝殼粉可以用來生產2.5Kg的飼料添加劑，轉化率為250%，制備過程中也實現了幾乎100%的利用率。

4.2 抗菌肽

隨著抗生素不斷退出飼料添加劑的市場，抗菌肽逐漸成為眾多科學團隊在飼料添加劑這一行業的研究方向和發展領域。飼料中添加少量的抗菌肽，能夠促進動物的消化吸收和生長，進而提高飼料的利用率，同時抗菌肽自身的免疫條件能力，對于引發病害的真菌、病毒以及原蟲有較強的殺傷力。利用抗菌肽天生的抗菌、殺菌作用，在飼料中添加可以提高動物的免疫能力和抗疾病能力。

抗菌肽當前的適用范圍仍舊局限于畜牧業，這是因為抗菌肽代替抗生素作為飼料添加劑的研究距廣泛規模的應用還有著很大的距離，同時也存在著許多難題：抗菌肽的種類繁多;如何挑選出性能更加優勢的抗菌肽;不同種類間的抗菌肽是否存在著相互抵制作用也有待進一步確定。此外，抗菌肽在動物體內含量少，而且天然庫存嚴重缺乏，導致目前還無法運用基因工程手段實現其大規模生產。

貝類天生缺乏特異的免疫防疫系統，因此需要抗菌肽等免疫因子抵抗外界病菌的侵襲，所以其體內含有的抗菌肽含量較高。此外貽貝素是目前貽貝中發現的種類最多、豐度最高、應用最為廣泛的抗菌肽家族，這也是當前天然抗菌肽的重要來源之一。通過相關研究發現，牡蠣，蛤蜊等其他種類的貝殼體內也存在多種抗菌肽，這為抗菌肽的大規模應用提供了充分的原料來源。

通過貝類提取的原生抗菌肽，并且通過基因工程進行改造和優化，使得抗菌肽相較于原先具有更加穩定的抗菌性能，同時對宿主無害。將其作為新型飼料添加劑，不僅能夠實現環境的無污染，也能提高畜牧業產品的質量。

4.3 低聚糖

低聚糖，別名稱為寡糖，是一種能夠替代蔗糖的新型功能性糖原，分為普通性低聚糖和功能性低聚糖兩類。普通性低聚糖因生物體內含有相應的分解酶存在，能夠被動物體直接消化吸收，如蔗糖和麥芽糖。功能性低聚糖則為腸內有益菌的增殖因子，可以促進動物體內的菌類平衡，增強其免疫能力。

功能性低聚糖現已在飼料領域中有了廣泛運用，因其能阻斷病原菌定殖，促進有益菌增殖，保護動物腸道健康，從而增強免疫功能和抗病能力，提高動物生產性能和飼料的利用率，使得人們對于功能性低聚糖的應用期待值越來越高。

低聚糖可以從天然食物中萃取，也可利用生化技術進行酵素反應，利用淀粉和雙糖合成，但都會對其生理活性產生一定影響。

貝殼的骨骼結構中含有少量的甲殼低聚糖，有著等同于其他低聚糖的促進有益菌增殖的能力，增強動植物生理活性，現已廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等多個領域。因此對于廢棄貝殼的二次回收利用，能夠提取數量相當可觀的天然低聚糖，從而促進低聚糖在飼料添加劑中的推廣程度。

5 總結

廢棄貝殼在功能性飼料添加劑中的應用仍處于初步階段，有著良好的發展前景。同時廢棄貝殼中含有種類繁多的制備飼料添加劑的原料，對其實施再次利用，不僅是對自然資源的最大利用化，也是對環境的最好保護。廢棄貝殼的科學化二次利用，定能給功能性飼料添加劑領域的發展和創新提供新的思路和契機。

[參考文獻]

[1]李海晏，陳濤，張海燕，等.中國貝類養殖對海洋碳循環的貢獻評估[J].海洋科學，2014 （05）.

[2]楊文葉.貝殼微粉的改性及其作為功能性填料在聚合物基復合材料中的應用[D].浙江大學，2017.

[3]李致寶，淺述功能性飼料添加劑的研究及其應用[J]中國禽業導刊，2002 （12）.

[4]姜禮燔，朱偉.貝殼礦物質在飼料添加劑中的應用[J].內陸水產，2006 （06）.

[5]楊婷婷，葉夢曉，尤仲杰，等，抗菌肽及其在貝類中的研究進展[J].基因組學與應用生物學，2012 （06）.

[6]吳金梅，陳麗穎，王艷玲抗菌肽的研究進展及應用前景[J].動物醫學進展，2005 （09）.

[7]宋雪瑩，李偉，王超，等.功能性飼料添加劑的研究進展及在動物生產中的應用[J].飼料博覽，2018.

[8]王良東，陳建文，吳嘉麟.功能性低聚糖制備[J].糧食與油脂，2008 （07）.

[作者簡介]袁焙嘉（1999-）.浙江紹興人，化學工程與工藝專業本科在讀。