Effects of different conditions on feeding biofloc of red swamp crayfish (Procambarus clarkii ) juveniles
-
摘要: 生物絮凝技术可以通过在养殖水体中调节碳氮比而维持良好水质，促进养殖品种健康生长，产生的生物蛋白可实现蛋白的多级利用，节约经济成本。实验从摄食环境(曝气、无曝气、水草)、摄食时间以及生物絮凝质量浓度等角度，探讨了克氏原螯虾 (Procambarus clarkii) 幼虾摄食絮凝的适宜条件。结果显示，絮凝质量浓度为500~600 mg·L–1可满足幼虾的摄食需求，并在摄食4 h之后幼虾肠道达饱和状态。相同摄食时间，絮凝曝气组幼虾摄食量最大，显著高于水草组(P<0.05)，但与无曝气组差异不显著(P>0.05)，比较幼虾肠道的充塞度，可见曝气组在摄食4 h后肠道食糜较多，肠道更为饱满，优于其他各组。综合生物絮凝培养条件、水化指标以及幼虾的摄食情况，认为生物絮凝技术应用到克氏原螯虾的养殖具有可行性。Abstract: Biofloc technology can maintain good water quality by adjusting the ratio of carbon to nitrogen in the aquaculture water, ensure the health of the cultured species, promote the multilevel utilization of microbial protein and save the cost of aqua-feed. We determined the suitable biofloc conditions for the red swamp crayfish (Procambarusclarkii) juveniles feeding by studying the feeding environment (aeration, no aeration and aquatic plants), feeding duration and biofloc concentration. The results show that 500–600 mg·L–1 biofloc could meet the demand of juveniles, and the intestines of the fed juveniles were saturated after 4-hour feeding. With the same feeding duration, the juveniles from the group with aeration had the highest food intake, higher than the group with aquatic plants significantly (P<0.05), but no obvious difference was found in comparison with the non-aerated group (P>0.05). Comparing the fullness rank of intestine in each group, the group with aeration had more chyme after 4-hour feeding. Considering the culture conditions of biofloc, hydrochemical index as well as the feeding situation, it is feasible to apply biofloc technology to the culture of red swamp crayfish.
-
Keywords:
- Procambarus clarkii /
- biofloc technology /
- juvenile shrimp /
- feeding
-
海藻是低等的海洋植物，在海洋中分布广泛、种类繁多，含有丰富的营养成分，故人们对其加工保藏特性十分关注。石莼(Ulva pertusa)名海白菜、海菠菜等[1]，是海藻中绿藻门石莼科的一属。它广泛分布于西太平洋沿海，是中国野生海藻类中极为丰富的资源。研究表明，干石莼含有丰富的粗纤维、碳水化合物、蛋白质及灰分，并含有少量的脂肪。然而，若贮藏环境空气的相对湿度(equilibrium relative humidity，ERH)大于石莼干品的水分活度(water activity，Aw)，石莼会吸湿变潮而易变质。近年来对石莼的研究和开发利用引起了国内外的广泛关注。由于石莼经过烤制会产生一种特殊的香气，因此，加工时经常将其烤制后进行贮藏和贸易。
目前，有关石莼等温吸湿曲线特点方面的相关研究还较少，国内食品等温吸湿曲线的研究多局限于蔬菜和谷类2方面，其中又以谷物为研究重点[2]。此文通过用计算机拟合石莼等温吸湿曲线建立起比较准确的数学模型，探讨了烤石莼等温吸湿曲线的特点，以及水分活度值与其干基含水量、环境温度的变化关系。该研究对于快速确定烤石莼的水分活度有重要的意义，同时也可为今后正确制定石莼的加工保藏工艺提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与设备
试验所用的烤石莼试样由福清海兴保健食品有限公司提供。新鲜原料来自福建福清海域(2006年3月采收)。试样到实验室后分装在密封的塑料袋内，在冰箱的冷冻室内保存。
主要实验仪器和设备有便携式水分活度仪(上海博鑫科技有限公司出品)；DH-JZX电热恒温干燥箱(厦门实验仪器厂出品)；FA1004电子分析天平(上海精密科学仪器有限公司出品)；217YB海尔冰箱(海尔电器公司出品)。
1.2 试验方法
1.2.1 不同干基含水量烤石莼试样的制备
试样开袋后，装入玻璃瓶中密封储藏。通过对原试样进行水分的吸附或解吸处理，获得了不同干基含水量的试样。试样水分吸附的原理是利用试样和环境的湿度差。操作步骤为，先将适量的蒸馏水置于干燥器底部，中间架上陶瓷支板，支板上放一个用自封袋装着的已知重量和含水量的烤石莼试样，将自封袋口打开，密封干燥器。每隔一段时间，就取出烤石莼试样，将袋口封好，称重。观察并记录试样重量的增量。当试样干基含水量每递增约3%时，就取样一次。每次取出约10 g吸湿后的试样分装到密封的玻璃瓶中进行水分平衡。吸湿处理后的试样须在瓶内密封平衡24 h以上。低于样品干基含水量试样的解吸处理步骤与吸附水分的操作步骤基本相同，只是将干燥器底部所装的蒸馏水换成硅胶干燥剂，当试样干基含水量每递减约3%，就取样一次并分别装瓶密封备用。由此获得符合各预定干基含水量要求的试样。试验中获得了干基含水量分别约为6%、14%、17%、20%、22%、26%、29%和32%的烤石莼试样。
1.2.2 烤石莼试样含水量的测定
从试样瓶中取出已平衡好水分的试样，按照GB/T 5009.3-1985《食品中水分的测定方法》进行测定[3]。每次至少测定平行试样3份，取其平均值作为最终结果，试样含水量以干基含水量表示。
1.2.3 烤石莼试样含盐量的测定
试样含盐量的测定采用硝酸银滴定法[4]。
1.2.4 烤石莼试样Aw的测定
将样品放入PS-40(40 mm深)的测量杯中，将测量杯(未盖盖子)直接放入带有传感器的测定罐中，盖紧测定罐。把测定罐放入预设温度的冰箱/恒温箱中，放置2~3 h后，即系统达到平衡后，测定该温度下试样的水分活度值。测定时先对便携式水分活度仪的主机进行预热，然后按“ENTER”键自动进入快速测量模式。当测定结束时根据仪器的提示读取相关的数值。此次研究分别测量了5、20、30和40℃ 4条等温吸湿曲线。
1.2.5 烤石莼等温吸湿曲线的绘制及回归方程的获得方法
应用Microsoft Excel 2003软件来处理和分析从1.2.4中获得的测试数据。先按顺序输入各个不同试样的干基含水量以及在不同温度下的Aw值，以Aw值为x轴、干基含水量为y轴作散点图。从理论上讲，物料的等温吸湿曲线都是过原点的(当干基含水量为0时，Aw也为0)，所以在图中添加一个假设数据(0，0)，以期得到更为理想的等温吸湿曲线。在作好的散点图上给数据的点添加趋势线，即回归曲线。然后选择曲线类型，并要求显示回归公式和R2值，即可得该烤石莼产品在各温度下的等温吸湿曲线及相应的曲线回归方程。R2是曲线的相关系数的平方值，用于表示回归曲线与数据点的拟合程度。R2值在0~1之间，R2值越趋近1，表示曲线拟合得越好。
2. 结果与讨论
2.1 烤石莼试样基本参数的测定结果
测定结果(表 1)表明，该烤石莼试样的含盐量≤0.6%，具有代表性，符合研究需要。此外，结果还表明，烤石莼试样的干基含水量为20%，30℃时的Aw为0.58。
表 1 烤石莼试样的含盐量测定结果Table 1. The content of NaCl in dried grilled U.pertusa试验组数
test group平均含盐量/%
the average content of NaCl标准偏差
standard deviation3 0.578 0.046 2.2 同含水量试样的等温吸湿变化规律与分析
从图 1可以看出，烤石莼的等温吸湿曲线大致在水分活度为0.2~0.5的区域，其对应的干基含水量的上升幅度显著慢于其它区域(该段曲线斜率较小)，呈经典的反S型。随着温度的上升，该段区域等温吸湿曲线的斜率显著增加，该反S型特性减弱。这表明在5~40℃范围内，烤石莼的等温吸湿曲线形状特征会随着温度的升高而发生显著改变。如烤石莼储藏Aw安全点(0.60)所对应的干基含水量从5℃时的约22%到40℃时的24%左右，增加幅度约为9%(图 1)。
![]()
图 1 烤石莼的等温吸湿曲线Figure 1. The isothermal moisture absorption curve of grilled U.pertusa2.3 烤石莼试样Aw随温度变化的特点
图 2表明，在含水量一定时，烤石莼试样的Aw在温度从5℃升至40℃时变化幅度不大，都在10%以内。出现这种现象可能与烤石莼干品中含水量低，而含有较多不溶于水的海藻多糖物质和可溶性物质含量较少有关。从图 2中还可以发现，干基含水量22%的样品在上述温度范围内其Aw值均已超过食品贮藏的Aw安全点(0.60)[5]。图 2也表明原试样(干基含水量20%)所代表的烤石莼产品在采取防潮措施后，则可以在市场上安全贮藏和流通，不会因为温度变化而出现霉变的现象。因此可以认为，为了避免在流通中发霉变质，烤石莼产品的干基含水量通常应控制在不超过20%为宜。
![]()
图 2 烤石莼水分活度值随温度变化曲线Figure 2. The relationship of water acitivity (Aw) and temperature in grilled U.pertusa2.4 等温吸湿曲线拟合方程的建立
通过计算机软件处理上述试验数据，获得了烤石莼试样在5~40℃温度4条等温吸湿曲线的回归方程(表 2)。在拟合等温吸湿曲线时发现，当多项式为3阶时拟合曲线较为符合“反S型”条件，其它阶数的拟合曲线皆不符合，故选择3阶函数来拟合等温吸湿曲线的回归方程。
表 2 烤石莼等温吸湿曲线的回归方程Table 2. Regression equations of the isothermal moisture absorption of U.pertusa温度/℃ temperature 回归方程regression equation R2 5 y=114.81x3－111.42x2+61.115x－0.2652 0.9944 20 y=130.91x3－123.8x2+62.758x－0.2924 0.996 30 y=116.45x3－91.655x2+49.179x－0.2635 0.9885 40 y=149.14x3－113.32x2+53.378x－0.2093 0.9785 注：x. 水分活度；y. 干基含水量
Note：x. Aw；y.dry-basis moisture content由于各拟合方程的R2值均大于0.97，因此可以认为其拟合程度比较好(该现象也可从图 1中看出)。这些回归方程可以应用于烤石莼产品的Aw与含水量的插值计算。
采用多个试验测定值与拟合方程计算值的比较验证结果表明，在该等温吸湿曲线拟合方程的基础上编写的插值程序，计算值与测定值之间存在的相对误差基本上都在12%以内。从表 2中可以看出，中低含水区(干基含水量小于22%)通过插值程序得到的计算值相对误差较小，都在8%以内，而高含水区插值计算值与测量值偏差较大。
3. 结论
对烤石莼等温吸湿曲线的研究结果表明：(1)烤石莼试样在5~40℃的等温吸湿曲线均呈现经典的反S型，且随着温度的上升，等温吸湿曲线的反S型特点逐渐减弱；(2)普通烤石莼(含盐量≤0.6%)安全的干基含水量通常应控制在不超过20%为宜；(3)利用3阶多项式拟合烤石莼的等温吸湿曲线可获得较佳的回归方程；(4)利用该数学方程，通过插值计算，能快速求出在一定条件下的普通烤石莼含水量或者水分活度值，并可在烤石莼的保藏和加工等方面参考使用。
-
![]()
图 1 培养稳定生物絮凝体1个月期间水体水化指标
图中数据为平均数±标准差(n=3)，后图同此
Figure 1. Hydrochemical indices of stable biofloc cultivation during one month
The data are average values and standard deviation of three replicates. The same case in the following figures.
![]()
图 2 培养稳定生物絮凝体一个月期间生物沉降体积和水体总悬浮颗粒物质量浓度
Figure 2. BFV and TSS mass concentration of stable biofloc cultivation during one month
![]()
图 3 幼虾摄食相同质量浓度生物絮凝不同摄食时间肠道饱满指数变化 (n=10)
图中柱形图数值为平均值，方柱上不同字母表示存在显著性差异(P<0.05)，后图同此
Figure 3. Intestine fullness index of juveniles fed at same biofloc mass concentration with different feeding durations
The data are average values. Values with different small letters are different significantly (P<0.05). The same case in the following figures.
![]()
图 4 幼虾相同摄食时间不同浓度生物絮凝肠道饱满指数变化
Figure 4. Intestine fullness index of juveniles fed at different biofloc mass concentrations with same feeding duration
![]()
图 5 对照组与絮凝组的肠道饱满指数 随摄食时间的变化 (n=8)
Figure 5. Change of intestine fullness index of the control and biofloc groups with different feeding durations
![]()
图 6 相同时间内对照组与不同摄食条件絮凝组的肠道饱满指数的变化
Figure 6. Change of intestine fullness index of the control and biofloc groups under different feeding conditions and with same feeding duration
表 1 不同生物絮凝浓度下幼虾的肠道充塞度
Table 1 Fullness rank of intestine of juveniles fed at different biofloc mass concentrations
生物絮凝质量浓度/mg·L–1
biofloc mass concentration摄食时间/h
feeding duration1 2 3 4 200~300 0~1级 1~2级 3级 3~4级 500~600 0~1级 2~3级 3级 4级 800~900 1级 2~3级 3~4级 4级 
下载: 导出CSV
表 2 不同摄食条件下幼虾的肠道充塞度
Table 2 Fullness of intestines of juveniles under different feeding conditions
不同条件组
group摄食时间/h
feeding duration1 2 3 4 饲料组 diet 0~1级 1级 2级 3~4级 无曝气组 biofloc without aeration 0~1级 2级 2~3级 3~4级 曝气组 biofloc with areation 1级 1~2级 2~3级 4级 水草组 biofloc with aquatic plants 0~1级 1~2级 2~3级 3~4级
下载: 导出CSV
-
[1] 王顺昌. 克氏螯虾的生物学和生态养殖模式[J]. 淡水渔业, 2003, 33(4): 59-61. [2] 田娟, 许巧情, 田罗, 等. 洞庭湖克氏原螯虾肌肉成分分析及品质特性分析[J]. 水生生物学报, 2017, 41(4): 870-877. [3] 农业部渔业政策管理局. 中国渔业统计年鉴[M]. 北京: 中国农业出版社, 2017: 24-25. [4] CRAB R, AVNIMELECH Y, DEFOIRDT T, et al. Nitrogen removal techniques in aquaculture for a sustainable production[J]. Aquaculture, 2007, 270(1/2/3/4): 1-14.
[5] 罗国芝, 朱泽闻, 潘云峰, 等. 生物絮凝技术在水产养殖中的应用[J]. 中国水产, 2010(2): 62-63. [6] 任信林, 凌武海, 纪翠萍. 环境因子对克氏原螯虾养殖的影响[J]. 水产科学, 2009, 28(11): 710-712. [7] 宋亮, 张建平, 韩晓磊, 等. 克氏原螯虾养殖现状及对策[J]. 常熟理工学院学报, 2011, 25(2): 85-87, 91. [8] AZIM M E, LITTLE D C. The biofloc technology (BFT) in indoor tanks: water quality, biofloc composition, and growth and welfare of Nile tilapia (Oreochromis niloticus)[J]. Aquaculture, 2008, 283(1/2/3/4): 29-35.
[9] QIU X, DAVIS D A. Effects of dietary phytase supplementation on growth performance and apparent digestibility coefficients of Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei[J]. Aquacult Nutr, 2016, 23(5): 942-951.
[10] AVNIMELECH Y. Carbon nitrogen ratio as a control element in aquaculture systems[J]. Aquaculture, 1999, 176(3/4): 227-235.
[11] WANG C, PAN L, ZHANG K, et al. Effects of different carbon sources addition on nutrition composition and extracellular enzymes activity of bioflocs, and digestive enzymes activity and growth performance of Litopenaeus vannamei in zero-exchange culture tanks[J]. Aquacult Res, 2016, 47(10): 3307-3318.
[12] AHMAD I, RANI A, VERMA A K, et al. Biofloc technology: an emerging avenue in aquatic animal healthcare and nutrition[J]. Aquacult Int, 2017, 25(3): 1215-1226.
[13] CUZON G, LAWRENCE A, GAXIOLA G, et al. Nutrition of Litopenaeus vannamei, reared in tanks or in ponds[J]. Aquaculture, 2004, 235(1): 513-551.
[14] 徐增洪, 周鑫, 水燕. 克氏原螯虾的食物选择性及其摄食节律[J]. 大连海洋大学学报, 2012, 27(2): 166-170. [15] 母红霞, 孙宝柱, 曹文宣, 等. 张氏鳖的食性分析[J]. 水生生物学报, 2011, 35(3): 373-378. [16] LONG L A, YANG J, LI Y, et al. Effect of biofloc technology on growth, digestive enzyme activity, hematology, and immune response of genetically improved farmed tilapia (Oreochromis niloticus)[J]. Aquaculture, 2015, 448: 135-141.
[17] WANG G J, YUA E, XIE J, et al. Effect of C/N ratio on water quality in zero-water exchange tanks and the biofloc supplementation in feed on the growth performance of crucian carp, Carassius auratus[J]. Aquaculture, 2015, 443: 98-104.
[18] 徐武杰. 生物絮团在对虾零水交换养殖系统中功能效应的研究与应用[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2014: 9-10. [19] 方金龙, 王元, 房文红, 等. 氨氮胁迫下白斑综合征病毒对凡纳滨对虾的致病性[J]. 南方水产科学, 2017, 13(4): 52-58. [20] 洪美玲. 水中亚硝酸盐和氨氮对中华绒螯蟹幼体的毒性效应及维生素E的营养调节[D]. 上海: 华东师范大学, 2007: 29. [21] MOULLAC G L, HAFFNER P. Environmental factors affecting immune responses in Crustacea[J]. Aquaculture, 2000, 191(1/2/3): 121-131.
[22] 孙国铭, 汤建华, 仲霞铭. 氨氮和亚硝酸氮对南美白对虾的毒性研究[J]. 水产养殖, 2002(1): 22-24. [23] 钟君伟, 朱永安, 孟庆磊, 等. 氨氮对2种规格克氏原螯虾的急性毒性研究[J]. 长江大学学报(自科版), 2013, 10(8): 55-59. [24] 钟君伟, 朱永安, 付佩胜, 等. 亚硝酸盐氮对克氏原螯虾成虾的毒性及其抗病因子的影响[J]. 长江大学学报(自科版), 2014, 11(2): 36-40. [25] 杨万喜, 赖伟, 堵南山. 日本沼虾行为研究[J]. 动物学杂志, 1997, 32(3): 51-54. [26] 丁张妮, 徐永健, 林建华, 等. 盐度对三疣梭子蟹摄食行为及生长特性的影响[J]. 生态科学, 2014, 33(5): 899-903. [27] SCHVEITZER R, ARANTES R, COSTODIO P F, et al. Effect of different biofloc levels on microbial activity, water quality and performance of Litopenaeus vannamei in a tank system operated with no water exchange[J]. Aquacult Eng, 2013, 56(3): 59-70.
[28] RAY A J, LEWIS B L, BROWDY C L, et al. Suspended solids removal to improve shrimp (Litopenaeus vannamei) production and an evaluation of a plant-based feed in minimal-exchange, superintensive culture systems[J]. Aquaculture, 2010, 299(1/2/3/4): 89-98.
[29] 陈勇, 李朝晖, 唐宁, 等. 饲料形状对克氏原螯虾摄食率和生长的影响[J]. 湖北农业科学, 2011, 50(9): 1859-1860. [30] 李泽健. 低氧胁迫对中华绒螯蟹能量代谢、呼吸代谢及抗氧化代谢的影响[D]. 保定: 河北大学, 2012: 2-3. [31] 谢文星, 董方勇, 谢山. 克氏原螯虾的食性、繁殖和栖息习性研究[J]. 水生态学杂志, 2008, 28(4): 63-65. [32] 但丽, 张世萍, 羊茜, 等. 克氏原螯虾食性和摄食活动的研究[J]. 湖北农业科学, 2007, 46(3): 436-438. [33] 叶奕佐, 韩育章, 王苹萍, 等. 沼虾、河蟹对栖息隐蔽物的选择性[J]. 水产科技情报, 1995, 22(6): 243-249. [34] 孙中勇, 李嘉尧, 杨筱珍, 等. 不同条件对中华绒螯蟹扣蟹摄食生物絮团的影响[J]. 生物学杂志, 2017, 34(6): 32-36.
计量
- 文章访问数:
- HTML全文浏览量:
- PDF下载量:
粤公网安备 44010502001741号
