鱼孵化场废物作为饲料在生产活饲料中的生物转化

摘要：紫色非硫细菌（PNSB），也称为光养细菌，广泛分布在淡水和海洋环境中，能够在各种基质中生长。在这项研究中，球状红杆菌菌株UMS2是一种淡水分离物，用于本研究中鱼类孵化场废物的利用。本研究旨在确定在鱼类孵化场废物中生长的生物加工产品的营养价值。最后，将废弃的生物转化产品用作饲料补充剂，以监测活饲料Tubifex spp 的生长性能。球状红杆菌接种物菌株 UMS2 是在 112 种合成培养基中开发的，并且在生物过程中在鱼类孵化场废物中使用了 30% (v/v) 接种物的 48 小时培养物。除总灰分 (%) 外，生物转化产品的营养价值在接种 30% (v/v) 球状红杆菌 UMS2 菌株时没有显着改善。用生物转化产品在红虫 ( Tubifex spp.) 中进行喂养试验 15 天，以监测活饲料的生长 (w/v)。Tubifex spp的初始增长 1.42 ± 0.001 g/L 存放在与循环系统相连的 15 × 75 × 15 cm 塑料托盘中。Tubifex spp。观察到喂食含有细菌的产品时（1.55 ± 0.12 g/L）比生长的（1.44 ± 0.15 g/L）更高Tubifex spp。喂入不含细菌的生物转化产物。细菌的接种量（30%）不足以支持球形红杆菌的生长，菌株UMS2在生物转化过程中提高了营养价值。然而，当用作饲料补充剂时，它提高了Tubifex spp 的生长性能。因此，球状红杆菌UMS2菌株具有在活饲料生产中用作饲料补充剂的潜力。

关键词

孵化场废物,生物工艺,微生物和活孵化场废物,生物工艺,微生物和活饲料生长

一、简介

鱼类孵化场产生的废弃物主要含有总氮的 7% - 32% 和总磷的 30% - 84% [ 1 ]。从长远来看，富含营养的废物如果排放，最终会导致富营养化问题。大多数孵化场设计用于在再循环系统中节约用水。循环处理废水的常规方法包括固体去除、氨氧化、曝气和消毒[ 1]。UMS 有鳍鱼孵化场产生的两种废物，可溶性废物和固体废物，它们既有有机的，也有无机的。UMS 有鳍鱼孵化场的废水在废物的质量和数量方面与生产养殖场的废水没有区别。UMS 有鳍鱼孵化场的废水不仅来自幼体饲养和鱼苗生产单元，还来自其他养殖单元[ 2 ]。与其他研究人员报告的结果相比， UMS 孵化场中溶解的无机养分浓度（例如 4.38 毫克/升的氨、硝酸盐（3.37 毫克/升）和 8.55 毫克/升的磷酸盐）的浓度观察到更高 [ 2 ]。]。营养丰富的非常规资源可以适当地转化为增值物质。因此，有必要开发将这种废物转化为增值产品的新研究应用，而不是使用不经济的常规方法进行处理。

光养生物中最大的紫色无硫细菌是潜在的将废物转化为增值产品的物种。废物的生物转化已被证明在增加培养基中的营养物质方面是有效的。紫色无硫细菌 (PNSB) 能够将农业工业废物生物转化为营养增值产品 [ 4 ]。这组细菌在废水中生长良好可以有两个好处：单细胞蛋白的产生和废水处理成本的降低。PNSB 细菌Rhodovulum sulfidophilum用于生产细菌生物质，同时处理沙丁鱼加工废水 [ 5]，Rhodocyclus gelatinosus 作为生物质生产的最佳底物，将金枪鱼冷凝物 1:10 (v/v) 稀释，对虾漂烫 [ 6 ]，Afifella marina菌株 ME (KC205142) 生产外聚合物 [ 7 ]，球形红杆菌菌株 UMSFW1 生产减少棕榈油厂流出物中化学需氧量的生物质 [ 8 ]，Rhodopseudomonas spp。用于生产合成糖废水中的生物质和类胡萝卜素 [ 9 ]、芽孢红杆菌和荚膜红杆菌，以减少猪废水中的污染物负荷 [ 10 ]]，家禽屠宰场废水 [ 11 ] 和混合光合细菌在处理农业工业废水中产生单细胞蛋白 [ 12 ] 中的 Rubrivivax gelatinosus 的生产已得到充分证明。此外，废弃的PNSB生物质含有丰富的粗蛋白，特别是可以作为饲养添加剂和养殖动物的饲料，以降低成本，为养殖动物提供更好的营养成分。自絮凝细菌Rhodovulum sp。不仅富含优质蛋白质，还含有大量的类胡萝卜素色素、生物辅因子和维生素，可促进鱼类的生长和存活[ 13]。生长在菠萝废水中的球状红杆菌和日粮中使用的木薯废物中生长的明胶红球菌细胞改善了红罗非鱼和花式鲤鱼的生长 [ 14 ]，鱼类生长激素基因转化为红杆菌。日粮中的菌株 NKPB0021 可加速鱼的生长 [ 15 ]，红螺菌与鱼粉可提高幼年淡水虾的生长和存活率 [ 16 ]，嗜硫红螺菌与商业罗非鱼饲料的组合可改善皮肤色素沉着和生长 [ 17 ]，R .具有Skeletonema costatum 的嗜硫杆菌支持从无节幼体到后期幼虫阶段饲养的斑节对虾幼虫更好的生长和存活[ 18] 并改善 R. sulfidophilum sp. 中亚洲鲈鱼幼虫的生长和存活。[ 19 ] 反映了 PNSB 在水产养殖业的用途。然而，关于使用紫色无硫细菌在生物过程中利用鱼类孵化场废物来提高生物质的营养价值以及作为水产养殖业活饲料生产中饲料补充剂的可能性的信息有限。水生蠕虫，Tubifex spp。是水族行业潜在的活饲料之一。到目前为止，这种活饲料来自不可靠、不充分、有许多寄生虫和疾病并且对于不健康的条件采集是危险的 [ 20 ]]。必须开发一种大规模生产 Tubificid 的技术，以便在受控环境中可靠地供应这种活饲料的不断增长的需求。没有关于使用活饲料 Tubifex spp 的信息。生长在生物工艺鱼类孵化场废物的衍生产品上。本研究旨在确定来自孵化场废物生物过程的产品的营养价值以及球状红球菌菌株 UMS2 的营养价值以及在活饲料生产中用作饲料补充剂的适用性。

2。材料和方法

2.1。鱼类孵化场废物的收集 (FHW)

鱼类孵化场废物 (FHW) 是从沙巴州马来西亚沙巴大学鱼类孵化场收集的。仅从该区域收集丢弃或丢弃的 FHW，例如淡水物种、罗非鱼和鲶鱼的水箱养殖。收集的 FHW 立即被运送到婆罗洲海洋研究所 (BMRI) 生物技术实验室进行进一步处理。然后将 FHW 放入烘箱中，在 70°C 下完全干燥 24 小时，然后研磨成细粉（小于 300 毫米）。干孵化废粉（HWP）用于生物转化过程。

2.2. 接种物的制备

紫色无硫细菌，球形红杆菌菌株UMS2取自婆罗洲海洋研究所（BMRI）培养物收藏品，该菌种是从马来西亚沙巴大学（UMS）校园优秀学院的泥浆中分离出来的。将细菌在 112 种合成培养基中培养以制备接种物。合成 112 培养基是用于紫色无硫细菌更好生长的特定培养基。112 种培养基的组成是酵母提取物（10 克）、硫酸氢二钾（1 克）和硫酸镁（0.5 克）。112 种合成培养基的所有成分在一升蒸馏水中充分混合，然后将 29 毫升分配到几个 30 毫升的通用瓶中。将瓶子在 121°C 高压灭菌 15 分钟以制备接种物。将 1 ml 原液培养物分配到 29 ml 先前高压灭菌的通用瓶中，该瓶含有 112 种培养基，并在 2500 lux 光照强度下在 30˚C ± 2˚C 下厌氧培养 72 小时。随后在 1 L Schott 瓶中开发接种物。以30 mL开发的接种物用于制备100 mL接种物，100 mL接种物培养48小时用于制备1 L接种物。

2.3. 孵化场废粉（HWP）的生物工艺

在 1 升 Schott 瓶中，将 20 g 先前干燥的孵化废粉 (HWP) 混合在 800 ml 112 合成培养基中。将来自 48 小时培养物的 30% 的球形红杆菌接种物接种到每个瓶中。瓶子在 30°C ± 2°C 下在 2500 勒克斯光照强度下有氧培养 6 天。在以 4000 rpm 离心 30 分钟后收集来自 HWP 生物过程的产物。将获得的生物质在 60°C ± 1°C 的烘箱中干燥至恒定的水分水平。将粉末生物质包装在密封塑料袋中并在室温下保存直至使用。

2.4. 使用 Bioprocess HWP 衍生产品在红虫 ( Tubifex sp.)中进行喂养试验

在喂养试验中使用了两种日粮。饮食 1 含有细菌（球形红杆菌）的 HWP 衍生产品和饮食 2 不含球形红杆菌的细菌。来源于生物转化产品的不含细菌（球形红杆菌）的日粮用作对照。两种饮食都被研磨并用于喂养Tubifex spp。 粉末形式。饲养试验在马来西亚沙巴大学的综合多营养水产养殖 (IMTA) 研究区进行。

2.5. 喂养试验中的其他实验方案

培养单位：Tubifex spp。在塑料托盘中，尺寸为 15 × 75 × 15 厘米，水深 10 厘米，带有封闭的循环系统。细沙用作沉降 Tubifex spp 的基质。

收藏： Tubifex 蠕虫是从当地市场购买的。它们被放置在烧杯中并随机取出用于放养。Tubifex spp的初始生长量为 1.42 ± 0.001 g/L，并以 2.5 mg/cm 2的速率在培养盘中放养。

喂食：每天两次（上午 8:00 和下午 4:00）给蠕虫喂食 10 克（干赖特）饲料。在进料期间停止水流20分钟。

培养条件：维持1.23±0.33 L/min的水流速，使溶解氧保持在5-6 mg/L之间。Tubifex 蠕虫的生产温度保持在 25˚C - 27˚C。

持续时间：实验在 2019 年 7 月进行了 15 天，重复了 3 次。在实验结束时平衡称取最终总重量（g/L）。

2.6. 分析参数

使用标准方法 [ 21 ]进行初始和生物加工产品的近似组成。粗蛋白 (%) 使用 KjeltecTM 2300 Auto-analyzer Unit 进行估算，粗纤维 (%) 使用 FibertecTM 1020 用强酸和碱水解后进行，粗脂 (%) 使用 Foss 的 SoxtecTM System 2043 Extraction Unit 在石油醚中提取Tecator，瑞典，粗灰分 (%) 使用马弗炉测定。

2.7. 统计分析

T 检验用于确定使用 SPSS 24 版饲喂两种饮食的红虫 ( Tubifex sp.) 的生长性能之间的显着性差异（5% 水平）。

3. 结果

灰分和粗蛋白是孵化场废料粉末 (HWP) 中获得的主要成分，用于生物工艺（表 1）。在第 6 天结束时，用球形红杆菌生物处理后收获的衍生产品除了灰分外几乎没有改善（表 2）。另一方面，粗纤维从 1.02% 减少到 0.03%，这与在有细菌和无细菌生物处理的衍生产品中观察到的相同。然而，生物过程 HWP 的近似组成增加了，除了粗纤维，而 PNSB 细菌球形红杆菌被用作接种物（表 2）。

在 15 天实验结束时，Tubifex spp 的平均最终重量。观察到喂食饮食 1（含有球形红杆菌的衍生产品）时显着高于喂食饮食2（不含球形红杆菌的衍生产品）。观察到饲喂日粮 1 和日粮 2 的活饲料的生长性能存在显着差异（F = 15.63；p = 0.00）（表 3）。

废物类型：

粗蛋白质 （％）

粗灰分 (%)

粗脂质 (%)

粗纤维 (%)

水分 （％）

孵化场废粉（HWP）

19.78

34.58

5.85

0.07

5.73

表 1。孵化场废粉 (HWP) 的近似组成。

球形红杆菌

粗蛋白质 （％）

粗灰分 (%)

粗脂质 (%)

粗纤维 (%)

水分

第 0 天

第 6 天

第 0 天

第 6 天

第 0 天

第 6 天

第 0 天

第 6 天

第 0 天

第 6 天

有细菌

19.78

20.90

34.58

89.52

5.85

5.90

1.02

0.32

5.73

4.65

无细菌

19.78

19.88

34.58

59.90

5.85

5.88

1.02

0.32

5.73

3.12

表 2。孵化场废粉 (HWP) 与球形红杆菌生物转化后衍生产品的近似组成。

饮食

Tubifex 初始重量 (g/l)

Tubifex 的最终重量 (g/l)

含有球状红杆菌的饮食 1 衍生产品

1.42 ± 0.001克/升

1.55 ± 0.12克/升

不含球状红杆菌的饮食 2 衍生产品

1.42 ± 0.001克/升

1.44 ± 0.15bg/L

表 3。饲喂两种日粮时活饲料Tubifex spp 的生长性能。

数值表示平均值±标准差，不同下标表示差异显着。

4。讨论

有鳍鱼废物的有机和无机成分的变化受某些因素的影响，例如养殖池的类型、养殖技术、物种的类型和物种的大小、饲料类型和饲料管理、循环和利用中养分的动态、养殖区的物种处理技术和其他物理化学环境[ 22]。水产养殖系统中营养物质的浓度随着过量使用未食用的饲料而增加，从鱼类排泄物的积累到细菌活动。在任何水产养殖系统中，由未食用部分的饲料以及鱼的排泄物产生的总固体逐渐溶解在水中，并增加了无机成分和营养物质。UMS 孵化场产生的固体在 75 - 82 mg/L 范围内，比其他研究人员报告的要高 [ 2 ]。UMS 孵化场中 DIN 的浓度较高，例如氨为 4.38 mg/L、硝酸盐 (3.37 mg/L) 和磷酸盐为 8.55 mg/L [ 2 ]。通常营养物质的浓度范围为 0.12 - 14.7 mg/L NH 4 -N, 0.02 - 1.5 NO2 -N mg/L、0.01 - 5.3 mg/L NO 3 -N 和 3.1 - 17.7 PO 4 -P mg/L [ 3 ]。此外，系统中的机会性微生物开始分解固体并转化为细菌生物质，同时降低水中的 DIN。营养成分对于进一步利用这些废物在生物转化过程中转化增值产品很重要。紫色无硫细菌 (PNSB) 因其生物转化特性而广为人知，因为它在广泛的自然居民中可用 [ 23 ] PNSB 也以其特有的有机转化特性而闻名 [ 24 ]。紫色无硫细菌球状红杆菌预计会增加孵化场废物的营养价值；以粗蛋白质、粗脂质、粗灰分等干生物质计；在 30˚C ± 2˚C 温度下，在 2500 勒克斯的光照强度下进行标准液态发酵 [ 25 ]。因此，UMS 鱼类孵化场流出物具有足够的养分来支持 PNSB 的生长，PNSB 可用作培养球状红杆菌菌株 UMS2 的底物，用于在受控环境中生产细菌生物质 [ 2 ]。在球形红杆菌的存在下，预计孵化场废物生物质的粗蛋白含量较高，但在目前的研究中几乎没有改善。这表明细菌无法在该生物过程系统中生长。接种的细菌可能会将一些孵化场废弃蛋白质或其他环境中可用的含氮化合物转化为细胞蛋白质，用于微生物生物质生产。蛋白质改善的低性能反映了其他机会性细菌的生长，这些细菌仍然存在于 HWP 中。本研究中使用的接种量为 30% (v/v)，可能不足以支持在生物转化过程中利用底物，无法将营养物质转化为生物质蛋白。30% (v/v) 的接种物不仅蛋白质，其他营养成分（如纤维和脂质）也没有达到理想水平。用 30% 的接种量 Afifella marina 菌株 ME 观察到 PNSB 细菌生物加工过程中蔬菜废物的营养价值更好。最高的粗蛋白为 18.95%，接种量为 30%。10%、20% 和 30% 接种物的粗脂质增加最高值分别为 1.70%、1.65% 和 1.49%。最大粗灰分产率为 32.55%，接种量为蔬菜废弃物生物处理中接种量 Afifella marina 的 30%。25 ]。接种物的最佳大小很重要，因为通常细菌种群具有很强的异质性，所有亚种群都需要时间来适应新的条件。很快等人。(2013) [ 26 ] 20% (v/v) Afifella marina 的接种量用于观察光强度和光周期对细胞外核酸产生的影响。Afifella marina 菌株 ME (KC205142) 的生长特性以及酶和核酸等外聚合物的产生已被记录 [ 7 ]。在细菌存在下观察到的粗蛋白的增加可能是由于更高水平的接种物的生物量增加[ 27]。接种的细菌可能会将环境中可用的一些废蛋白质或其他含氮化合物转化为细胞蛋白质，用于微生物大规模生产[ 28 ]。除了接种量外，目前研究中粗蛋白生产的最佳生物过程时间是第 6 天，比其他研究人员报告的要短 [ 28 ]，这表明在第 8 天和第 7 天收获最佳，以获得最大的粗蛋白产量。在孵育 48 小时记录了最佳蛋白水解活性，这也解释了第 4 天的高水平粗蛋白 [ 7]。此外，细菌胞外聚合物基质内的胞外蛋白酶在提供营养和改变胞外聚合物组成方面发挥着重要作用[ 7 ]。然而，在本研究中没有考虑到孵化的最佳时间，需要进一步研究。

Tubifex spp等活饲料的生长特征。取决于培养基或底物以及培养条件的其他环境参数。Tubifex spp的平均最终重量。在目前的喂养试验中，观察到在 15 天结束时，饲喂日粮 1（含有球状红杆菌的衍生产品）时的 1.55 g/L 显着高于饲喂日粮 2（不含球红杆菌的衍生产品）时的 1.44 g/L 。T. Tubifex生长缓慢，在最初的 28 天体重达到约 1.5 毫克；随后是对数生长期，持续 14 天；第 42 天后，最大体重稳定在 7.5 毫克左右 [29 ]。在这方面，目前观察到的增长似乎是令人满意的。生长的最佳参数是溶解氧浓度在 6 - 7 mg/L 范围内，pH 7.0 - 7.2，水温 27.5 - 28.0，流速为 200 至 250 ml/min [ 30 ]，也保持在目前的研究中。蠕虫选择性地在深处摄取淤泥和粘土颗粒并消化附着的微生物区系，主要是细菌。它们以生活在沉积物中的有机物质、藻类和细菌为食。Tubificid 以生活在沉积物中的有机碎片和细菌为食，但也以腐烂的蔬菜废物为食 [ 31]。一种能以污水污泥和牛粪等废弃有机材料为食的管状蠕虫。迄今为止，在培养基中使用有机肥料，包括鹌鹑、山羊和鸡肉的废物/粪便与不合格的面包和豆腐混合，因为使用有机肥料会影响T. Tubifex的生长性能和营养成分[ 32 ]。本研究中的生长性能表明，由紫色无硫细菌球状红杆菌组成的日粮比没有球状红细菌的日粮表现更好。在饲料中。饲喂腐烂蔬菜和酵母的 Tubifex 蠕虫的生长速度高于饲喂碎鱼和果冻，但饲喂腐烂蔬菜和酵母之间没有观察到显着差异 [ 31 ]。发酵有机物作为生产底物，提高了线虫的营养价值。发酵过程包括发酵糖蜜、水和益生菌活化剂的制备，这些细菌是酿酒酵母和乳酸杆菌。[ 32 ]。有机物的发酵已被证明对增加培养基的营养成分是有效的。在发酵过程中，有机物质很容易被消化并用于经历细菌的改变[33 ]。没有关于 PNSB 活饲料部门的益生菌作用的信息。然而，PNSB 在用作饲料添加剂时，它加速了水产养殖物种的生长和存活。光养细菌的营养价值清楚地表明它可以用作潜在的蛋白质补充剂。以 0.1% 的 PSB 并辅以商品饲料时，鲤鱼的成活率提高了 96.5% [ 13 ]。光养细菌细胞用于净化被浮游生物、鱼类用作食物的废水，也可用作卤虫（盐水虾）养殖的饲料。光养细菌有一些抗病毒化合物，可以抑制虾和贝类的病毒性疾病 [ 34]。在日本，通过在水箱中添加无氧光养细菌，可以完全预防对虾的鳃病[ 13 ]。添加 3 种 PNSB，如球形红杆菌、荚膜红杆菌和沼泽红假单胞菌，观察到在养成养殖期间增加对虾的体重，并在喂食光养细菌时改善水质，因为观察到氨氮显着降低 [ 35 ]。用四种红假单胞菌菌株的混合物喂养中国对虾的种子生产。显示虾的放牧能力。最引人注目的事实是比正常饮食的池塘更快变态（提前一天）[ 36]。此外，观察到在斑节对虾幼虫饲养期添加废弃的 PNSB 细菌嗜硫红酵母可改善水质[ 18 ]。然而，各种PNSB菌株在生产中的使用和提高活饲料的营养价值需要更多的研究。废物的分解已被证明可有效增加 Tubifex 培养物中的营养物质。Tubifex spp。在这种生物加工产品上生长的植物可能具有更好的感官特性和营养成分，这需要进一步研究。应该进行更全面和详细的研究，以评估孵化场废物作为活饲料生产的完整饲料的生物过程。

5. 结论

紫色无硫细菌球状红杆菌UMS2菌株在生物过程中对提高鱼类孵化场废弃物的营养价值具有显着的作用。只有在最佳接种量和孵化期、30% (v/v) 和 6 天孵化不适合增加营养价值的情况下，才能改善从鱼类孵化场废物中收获生物加工产品。基于目前的研究，球状红杆菌UMS2菌株在利用鱼类孵化场废物方面的能力是有希望的。在活饲料补充剂中使用生物工艺产品提高Tubifex生长性能的优势spp. 具有在受控环境中生产的潜力。这项研究的唯一限制是喂养试验的持续时间。最好连续生产Tubifex spp。为水产养殖物种获得足够的生物质饲料。该产品可能具有作为水产养殖活饲料行业补充剂或饲料添加剂的潜力。

致谢

这项研究是在马来西亚政府教育部拨款的帮助下进行的（拨款编号 FRGS 0481-2018）。作者还感谢来自马来西亚沙巴哥打京那巴鲁马来西亚沙巴大学婆罗洲海洋研究所的孵化场和实验室工作人员的支持。

利益冲突

作者声明与本文的发表没有利益冲突。

参考

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