少女哔哩哔哩视频在线看_今天的高清视频在线观看高清_中文字幕在线免费看线人_天香天堂免费观看电视剧

水產前沿網 | 網聚全球水產華人

標題: 在綜合多營養水產養殖系統中種植人類食用的紅海藻 [打印本頁]

作者: 緣木魚 時間: 2019-5-9 15:47
標題: 在綜合多營養水產養殖系統中種植人類食用的紅海藻
　　Tyler C. Bianchine, Megan Davis, Paul S. Wills and M. Dennis Hanisak

　　概述

　　絕大部分由海藻組成的水生植物的種植在世界范圍內迅速發展，目前已在50個國家形成規模（FAO 2018年）。在過去十年中，栽培海藻產量增加了近50％，全球對海藻的需求超過了目前的供應量。 2016年，全球海藻市場的價值為117億美元，相當于3000萬噸活畜重量。在此產量中，養殖了97％的海藻。海藻是食品工業中廣泛使用的商品，用于動物飼料、肥料、藥品和化妝品。

　　紅海藻Gracilaria spp. 占全球海藻總產量的14％（420萬噸活畜重量）（FAO 2018）。 Gracilaria的普及是由于它對全球瓊脂市場的貢獻，尤其是來自印度尼西亞和中國，這兩個國家是最大的生產國（Porse和Rudolph 2017）。 2015年，全球瓊脂市場價值為2.46億美元（17美元/公斤），產量為14,500噸，估計繼續以每年2％增長（Porse和Rudolph 2017）。瓊脂在食品工業中廣泛使用，用于藥品和化妝品以及化學和科學研究。Gracilaria，也被稱為Ogo、Ogonori和海苔，在美國作為食材越來越受歡迎。它被用作沙拉蔬菜，在夏威夷和亞洲國家被作為腌生魚料理的補充菜，在加勒比地區用于制作一種稱為海苔或愛爾蘭苔蘚的飲料（Smith等人1984），在加州用作海鮮、其它烹飪菜肴、雞尾酒飲料的調味品，還可以煮熟并作為增稠劑加入Kanten甜點和果凍。

　　Gracilaria tikvahiae，發現于亞熱帶地區到熱帶地區（Littler等人，2008年），自20世紀70年代以來一直在佛羅里達州皮爾斯堡的佛羅里達大西洋大學 - 海港分校海洋學研究所（HBOI）種植（Hanisak 和 Ryther 1984，Hanisak 1987）。在過去的六年中，G. tikvahiae和綠藻類Ulva lactuca（海白菜）已被納入HBOI陸基綜合多營養水產養殖（IMTA）系統。在HBOI IMTA系統中，食用生物（有鰭魚和蝦）的水產養殖與攝取溶解的無機營養物（海藻）或顆粒有機物（海膽，貝類）的生物養殖結合，因此系統中的生物和化學過程是互補（Wills等人，2012，Laramore等人，2018）（圖1）。這些類型的IMTA系統非常靈活（Chopin 2006，Wills等人，2012），并且因為營養物質被回收用于培養多個物種而受到更多關注（Lockwood 2018）。

圖 1. HBOI中的IMTA系統組成圖（圖：Paul Wills，FAU HBOI）。

　　此項研究的目的是探討在HBOI IMTA室外水箱系統中生長的Gracilaria tikvahiae如何生產供人食用的海藻。將海藻在三個陽光水平下培養以確定產生具有所需形態、生長速率和營養特征的海藻的光強度。

　　研究設計

　　在HBOI IMTA系統的室外部分中進行為期6周的研究（2018年6月14日至7月26日）（圖2）。有三種自然陽光強度處理（100％，50％和25％），每次處理重復兩次。 100％處理的水箱暴露在充足的陽光下，50％處理的水箱用50％的遮陽布覆蓋，25％的陽光下的水箱用75％的遮陽布覆蓋。用拉鏈將遮陽布連接到¾” PVC管道框架上（圖3）。

圖2. IMTA室外部分的海藻水箱（照片：Brian Cousin，FAU HBOI）。

圖3. Typer Bianchine，HBOI夏季實習生，將遮陽布放在海藻水箱上（照片：Brian Cousin，FAU HBOI）。

　　海藻水箱為矩形玻璃纖維水槽（3.1 m × 0.66 m × 0.33 m; L × W × H）（圖4）。水通過1” PVC管道從一端進入水箱，流速為2.5-2.7L / min。水通過2” PVC立管返回IMTA系統，立管在水箱的另一端具有網罩。水箱裝有573升水，留出5厘米干舷。每個水箱的周轉率為每天6-7次。鼓風機通過四個¾” PVC管道輸氣線路為海藻養殖提供了通風和湍流，這些輸氣線路貫穿水箱底部的整個長度，并鉆有小孔。

圖 4. 用于研究的六個IMTA海藻水箱（照片：Brian Cousin，FAU HBOI）。

　　研究中使用的Gracilaria tikvahiae來自HBOI的海洋植物學培養設施，這是一個使用附近印地河瀉湖海水的流通水池系統。將海藻放入IMTA室外水箱系統中，并在研究開始前培養兩周以適應高營養IMTA系統水，并在其中穩定化�；�2 kg WW/m2 的培養密度（Hanisak，1987），六個水池（表面積為2.05 m2）的每一個培養4.1kg濕重（WW）的Gracilaria。

　　定期測試水質。每天早上和下午測量鹽度、pH、溶解氧濃度和溫度。早晨測量總氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度，下午測量堿度，每周三次。水質參數在Gracilaria tikvahiae生產可接受的范圍內（表1）。來自印地河瀉湖環境傳感器觀測站（fau.loboviz.com）的附近IRL-LP站的光合作用有效輻射（PAR;μmol/ m2 sec）數據被用作環境光的量度。在研究期間，全日照PAR范圍為608至792 μmol/m2 sec。

　　表1.研究期間在六個海藻水箱中測量的水質參數。所有參數均在海藻培養的可接受范圍內。

　　海藻生長

　　每周從每個水箱中收獲Gracilaria并放入單獨的塑料筐中。將每一筐海藻放在懸垂天平上，大約10-15分鐘后記錄濕重WW，此時從海藻中滴下的水很少（圖5）。當稱重海藻時，在重新裝入4.1kg相同海藻處理和重復之前，擦洗每個水箱以除去盡可能多的污垢（例如附生的綠色海藻和硅藻）并重復。

圖 5. 稱重從其中一個處理水箱收獲的海藻（照片：Brian Cousin，FAU HBOI）。

每周從每個水箱中收獲的海藻中收集250-300g WW的Gracilaria樣品。將每個樣品置于小塑料筐中，并用可飲用的淡水快速沖洗30秒以除去過量的鹽。用手清潔海藻樣品以除去任何污垢（Ulva spp., Chaetomorpha spp.和片腳類動物）。將Gracilaria的每個樣品置于鋁箔托盤中，稱重并在50-65℃下置于干燥箱中72小時。每天稱量樣品以確保實現恒定干重（DW）。為了確定海藻生長，將來自每個水箱的每周收獲產品（g WW）轉換為DW以計算生產率（g DW/m2 d）。

　　單因素方差分析表明存在顯著（p <0.05）的生長差異。事后Tukey HSD測試表明，100％陽光下的生長速率（11 g DW/m2 d）顯著高于25％陽光下的生長速率（4 g DW/m2 d），但50％陽光下的生長速率（7 g DW/m2 d）與100％或25％陽光下的生長速率沒有顯著差異（圖6）。在此項研究中， 100％陽光下的Gracilaria生長是預期值22-25 g DW/m2 d的一半（Hanisak和Ryther 1984，Hanisak 1987）。海藻和箱壁的大量夏季污染可能會阻礙生長。此外，矩形水箱的通風并不總是保持海藻的均勻分布。良好的通風有利于魚缸養殖中的海藻生長，原因有很多：光合效率提高，養分吸收率增加，二氧化碳和氧氣更多，以及附生植物減少（Hanisak 1987）。

處理

圖6. Gracilaria tikvahiae在三種日照強度下的平均生長。標準偏差由誤差條表示（n = 7個樣本；起始值和六個每周值）。處理之間的統計差異用字母表示。

　　海藻的營養概況

　　在第0周、第2周、第4周、第5周和第6周，將干燥的海藻樣品用研缽和研杵研磨成細粉。將樣品（每種10-25g DW）運送到新澤西飼料實驗室以分析水分、蛋白質、脂肪、灰分和碳水化合物。重新計算每種成分百分比的干重結果以獲得無水分值，以幫助進行比較。使用具有事后Tukey HSD測試的單因素方差分析確定在周和處理之間是否存在統計學差異（p <0.05）。每個處理周之間沒有差異，但是處理之間存在差異（圖7）。

圖7. 在三種陽光處理中培養的Gracilaria tikvahiae的營養概況。標準偏差由誤差條表示（n = 7個樣本；起始值和六個每周值）。每種營養成分的處理之間的統計差異由字母a，b，c表示。

　　與蛋白質、灰分和脂肪相比，海藻的碳水化合物含量最高（41-43％）。海藻在50％陽光下的碳水化合物含量顯著低于25％陽光下的碳水化合物含量。海藻在100％陽光下的碳水化合物含量與25％或50％陽光下的碳水化合物含量沒有顯著差異。海藻的灰分也很高（29-33％），100％和50％陽光下的灰分含量沒有顯著差異，盡管兩者都高于25％陽光下的灰分含量。海藻含有高蛋白質（25-28％）。海藻在100％陽光下的蛋白質含量顯著低于25％和50％陽光下的蛋白質含量，25％和50％陽光下的蛋白質含量沒有顯著差異。海藻的脂肪含量是名義上的（0.11-0.17％），陽光強度處理之間沒有顯著差異。

　　總體而言，海藻的營養概況在陽光強度處理之間相似。海藻脂肪含量低，碳水化合物含量高（包括瓊脂和纖維），灰分高，代表礦物質，蛋白質含量高。

　　海藻的描述

　　根據目測觀察，Gracilaria的顏色、形態和污垢在處理之間不同。在100％陽光下生長的海藻為橙色到紅色，而在50％陽光下生長的海藻為深紅棕色，在最低光照強度下，海藻是更深的紅棕色。兩種較低光照處理的海藻具有最吸引人的外觀，是針對人類消費營銷目的的理想產品。

　　使用解剖顯微鏡，100％陽光處理海藻的形態在菌體上顯示出塊狀尖端，并且與較低光強度的海藻相比在尖端上具有更多的分枝，較低光強度的海藻具有伸長的分枝（圖8a，b）。通常在生長較快的海藻培養物中觀察到尖端上更多的分枝。

圖8a和b. 在三種日照強度下生長的Gracilaria tikvahiae的形態差異：a）100％和b）50％和25％（照片：Megan Davis，FAU HBOI）。

　　到第5周，所有處理中均出現污垢（圖9）。為了獲得污垢的近似百分比，每次處理從海藻樣品中除去污垢并重復（n = 2）和稱重。在陽光強度為100％時污垢最嚴重，污垢為培養物的47%。在較低陽光強度處理中，污垢明顯減少：陽光強度為50％時為18％，陽光強度為25％時為9％。 100％陽光強度的污垢藻類是綠色海藻Ulva lactuca、U. intestinalis和兩種Chaetomorpha spp。在兩個較低的陽光強度中只發現了兩種污染物種：Chaetomorpha sp.和少量U. lactuca。在研究開始時污垢很少。 U. lactuca也在IMTA系統中生長，并且可能很容易污染Gracilaria培養物，因為它是同一水系的一部分。由于百分之百的陽光處理海藻污垢更多，很難保持海藻隨通風而翻轉，一些地方的海藻會變得非常厚，幾乎像繩子一樣有污垢。

圖9.研究五周后Gracilaria tikvahiae培養物中綠色海藻污垢的實例（照片：Megan Davis，FAU HBOI）。

　　為了幫助減少培養物中的污垢，最好在每周收獲之間使用額外的水箱進行干燥和清潔。增加一定程度的遮光也有助于減少污垢并產生受到市場歡迎的深紅色海藻。

　　粗瓊脂提取物

　　進行粗瓊脂提取的目的是了解可以從食用海藻中獲得多少瓊脂。例如，用肉桂和肉豆蔻在淡水中將干燥的Gracilaria 煮沸10分鐘是制作加勒比地區流行的濃稠海苔飲料的開始。煮沸后，從液體中過濾海藻，加入糖和牛奶。海苔飲料可以熱飲或冷飲。

　　用于確定在三種陽光強度處理中生長的Gracilaria的天然非轉基因瓊脂含量的技術是Gunasekera（1963）描述的簡化粗瓊脂提取流程。用手將烤箱干燥的海藻粉碎成小顆粒，并以2％的混合物（19g海藻比800mL淡水）加入淡水中，并加熱至95-100℃，保持4小時。將裝有該混合物的2L燒杯放置在具有攪拌器的電爐上，并將鋁箔蓋松散地放置在頂部以減少蒸發。在提取過程中定期加入少量（50-200mL）淡水，使水蒸發后的體積回到800mL。將熱溶液倒入漏斗中，漏斗放置在位于冰上的1.2L塑料容器上（圖10）。將250-μm Nitex篩網置于漏斗內以收集固體并使液體瓊脂通過。使用刮刀幫助引導液體通過篩網和漏斗。每個冰凍容器中的液體將在20-30分鐘內形成果凍狀瓊脂。

圖 10. 加工粗制瓊脂提取物（照片: Megan Davis, FAU HBOI）.

　　將裝有瓊脂溶液的每個容器置于冰箱中12小時。容器中形成較大的冰晶，當解凍時，大部分水被排出，留下濃縮的瓊脂凝膠。將含有水分的瓊脂置于干燥烘箱中并在50-65℃下干燥72小時。通過將瓊脂DW除以提取中使用的海藻的初始DW（19g）計算瓊脂產量。對于每次處理和重復（n = 2），在第5周進行瓊脂提取。

　　一般來說，隨著陽光強度的降低，瓊脂產量增加。在100％陽光強度下瓊脂產率為33％，在50％陽光強度下為40％，在25％陽光強度下為42％。這些結果與Gunasekera（1963）獲得的粗瓊脂產量相似。基于這些初步結果， HBOI IMTA系統中生長的Gracilaria似乎產生了可用于制作海苔飲料的足夠瓊脂。

　　總結

　　HBOI IMTA系統適合種植Gracilaria以生產供人類食用的產品。海藻是該系統的重要產品，因為它使用系統中生長的魚和其他物種產生的廢物和營養物，并向魚類返回營養較低的水。

　　減少對Gracilaria夏季作物培養物的光照產生了具有令人滿意的深紅棕色和結實葉狀體的產品。較低的光照也減少了污垢，盡管生長速度沒有完全光照培養的那么高。

　　海藻的營養成分表明高水平的碳水化合物、蛋白質和灰分以及非常低水平的脂肪。因此， IMTA系統中生長的Gracilaria營養豐富，可用于沙拉和添加到其他烹飪菜肴中。基于IMTA系統中生長的海藻能生產粗瓊脂的凝膠，它將是制作海苔飲料的理想選擇。

　　總之，我們建議在IMTA系統中種植海藻，因為它可以捕獲系統中飼喂物種的營養成分，并產生供人類消耗的高質量可持續產品。更充分地開發海藻市場可以顯著提高IMTA系統的經濟可行性和商業成功。

　　注釋

　　Tyler C. Bianchine，紐黑文大學的本科生，是佛羅里達大西洋大學海港分校海洋學研究所的2018年聯系基金暑期實習生。

圖片. Tyler Bianchine, HBOI 夏季實習生，和Zach Nilles，HBOI 生物學家，從研究水箱中收獲 Gracilaria (照片： Brian Cousin, FAU HBOI).

　　Megan Davis，Paul S. Wills和M. Dennis Hanisak是佛羅里達大西洋大學海港分校海洋學研究所（地址：佛羅里達州，皮爾斯堡，5600 US 1 North，34946）的研究教授

圖片。 HBOI研究教授Megan Davis將Gracilaria放入其中一個海藻研究水箱（照片：Brian Cousin，FAU HBOI）。

圖片。Megan Davis和Tyler Bianchine正在討論海藻研究（照片：Brian Cousin，FAU HBOI）。

　　通信作者: Megan Davis (Mdavi105@fau.edu)

　　鳴謝

　　此項研究得到了Link Foundation和水產養殖專業計劃（通過海港分校海洋學研究所基金會授予）的支持。作者感謝以下人士對本研究做出的貢獻：Rich Mulroy，Richard Baptiste，Ryan Winant，Zack Nilles，Patrick Monaghan，Liberta Scotto，Brian Cousin，Casey Den Ouden，Ethan Weber，Patrick Keller，Pete Stock和Jack Lee。

　　參考文獻

　　Chopin, T. 2006. Integrated multi-trophic aquaculture. Northern Aquaculture 12(4):4.

　　Gunasekera, C. 1963. Small scale manufacture of crude agar from Gracilaria seaweeds. Bulletin of Fisheries Research Station, Ceylon 16:49-52.

　　FAO. 2018. The State of World Fisheries and Aquaculture 2018 - Meeting the sustainable development goals. Rome. License: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.

　　Hanisak, M.D. 1987. Cultivation of Gracilaria and other macroalgae in Florida for energy production. Pages 191-218 in K.T. Bird and P. H. Benson, editors. Seaweed Cultivation for Renewable Resources, Elsevier, New York.

　　Hanisak, M.D. and J.H. Ryther. 1984. Cultivation biology of Gracilaria tikvahiae in the United States. Hydrobiologia 116:295-298.

　　Laramore, S., R. Baptiste, P.S. Wills., and M.D. Hanisak. 2018. Utilization of IMTA-produced Ulva lactuca to supplement or partially replace pelleted diets in shrimp (Litopenaeus vannamei) reared in a clear water production system. Journal of Applied Phycology 30: 3603-3610.

　　Littler, D.S., M.M. Littler and M.D. Hanisak. 2008. Submerged Plants of the Indian River Lagoon, a Floristic Inventory and Field Guide. Offshore Graphics, Inc., Washington, D.C. 286 p.

　　Lockwood, G.S. 2018. Integrated multi-trophic aquaculture and the future of food. World Aquaculture 49(2):28-30.

　　Porse, H. and B. Rudolph. 2017. The seaweed hydrocolloid industry: 2016 updates, requirements, and outlook. Journal of Applied Phycology 29:2187-2200.

　　Smith, A.H., K. Nichols and J. McLachlan. 1984. Cultivation of sea moss (Gracilaria) in St. Lucia, West Indies. Hydrobiologia 116/117:249-251.

　　Wills P.S., G. Beiser, J. Scarpa, M.D. Hanisak, S. Laramore and A. Garr. 2012. A new design concept for a land-based integrated multi-trophic aquaculture system. In: Rakestraw T.T., and Lawson L.S., editors. Proceedings of the ninth international conference on recirculating aquaculture, Department of Food Science and Technology, Virginia Polytechnic Institute and State College, Roanoke.

作者: 痞子英雄newhope 時間: 2020-7-7 17:35
學習了，感謝分享

作者: franky305 時間: 2020-8-11 14:26
提示: 該帖被管理員或版主屏蔽

歡迎光臨水產前沿網 | 網聚全球水產華人 (http://www.fuqitext.com/)