JP2017205045A - 飼料に好適なアミノ酸組成である海産従属栄養性藻類を飼料のタンパク質成分として利用する方法 - Google Patents

飼料に好適なアミノ酸組成である海産従属栄養性藻類を飼料のタンパク質成分として利用する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】水産用飼料のタンパク質原料として好適なアミノ酸組成を有する微細藻類を提供すること、および当該微細藻類を配合した栄養組成物、当該栄養組成物を与えて魚介類を養殖する方法を提供することを課題とする。【解決手段】発明者らは、培養条件や培地成分を変えて微細藻類を培養することで、魚粉に近似したアミノ酸組成の藻体を生産することを可能にした。また、アミノ酸組成が魚粉と近似した微細藻類を魚粉の代替タンパク質源とすることで、魚粉飼料と同等の飼育成績が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。【選択図】図2

Description

本発明は、飼料に好適なアミノ酸組成である微細藻類を飼料のタンパク質成分として利用する方法に関する。
魚介類養殖用飼料で使用されている主なタンパク質源は魚粉であり、我が国はチリおよびペルーから主にカタクチイワシ、マアジ魚粉を輸入している。しかし、水産資源の減少や、世界的に養殖・畜産業が盛んになったことによる魚粉の需要の増大により、魚粉価格が高騰している。その輸入価格は、平成16年には76円/kgであったのに対し、平成25年には154円/kgと2倍にまで高騰している。
魚粉は、魚介類養殖用飼料のみならず、ニワトリやブタなどの飼料に配合され、さまざまな家畜の動物性タンパク質源として利用されている。
近年では魚粉に頼らない低魚粉飼料の開発が盛んに行われている。低魚粉飼料は、魚粉の代わりに大豆粕やコーングルテンミール等の植物性タンパク質やミートミール、フェザーミール等の動物性タンパク質が用いられているが、それらはアミノ酸組成が魚粉と大きく異なり、大豆粕ではメチオニンが、コーングルテンミールではリジンが第1制限アミノ酸となっている。それゆえ、低魚粉飼料には結晶のアミノ酸を飼料に添加する必要があり、製造コストを押し上げることが障害となっている。また、植物性タンパク質源には、トリプシンインヒビター、フィチン酸、難消化性糖質などの生理阻害物質が含まれているため、配合量を高めると魚類の成長を阻害し、腸管の炎症等の抗病性の低下を招くことも報告されている。
ブリやマダイ等の海水魚は、必須アミノ酸に加え、十分量のタウリンを体内で合成することができないため、餌飼料からタウリンを摂取しなければならない。植物性タンパク質はタウリンが少なく、低魚粉飼料ではタウリン不足による成長の低下や緑肝症、脱鱗がしばしば観察され、市場価値を下げることが問題であった。平成21年にはタウリンの重要性が認められて飼料添加物に認定され、低魚粉飼料の開発に拍車がかかった。
発明者らは、上記植物性タンパク質供給源のように生理阻害物質を含有せず、タウリンを含有する培養微細藻類の、低魚粉飼料への配合を検討した。斯かる低魚粉飼料に配合され得る微細藻類の例として、ラビリンチュラ類(Labyrinthulomycetes)に属する藻類が挙げられる。ラビリンチュラ類は様々な炭化水素や油脂を生産するものが報告されており、ドコサヘキサエン酸(DHA)やエイコサペンタエン酸(EPA)等の高度不飽和脂肪酸を多量に蓄積する性質を有するもの(SR21株、特許文献1)や、スクアレンを生産するものが知られている(非特許文献1、2、3)。それらの増殖速度は光合成藻類に比べて極めて速く、7日間の培養で乾燥重量100g/Lの藻体を生産することができ(非特許文献4)、高タンパク、高脂質要求の魚類にとって理想的な飼料原料である。
:特許第2764572号公報
:G. Chen. et al. New Biotechnology 27, 382−289 (2010) :Q. Li et al., J. Agric. Food Chem. 57(10), 4267−4272 (2009) :K. W. Fan et al., World J. Microbiol. Biotechnol. 26, 1303−1309 (2010) :A Jakobsen et al., Appl Microbiol Biotechnol 80(2), 297-306 (2008) :Journal of Applied Phycology, February 2014, Vol. 26, Issue 1, 29−41
本発明は、アミノ酸組成を最適化した微細藻類を魚介類養殖用飼料のタンパク質源として利用する手法および養殖方法を提供することを目的とする。
発明者らは、微細藻類のアミノ酸組成を、培養方法や培地組成を調整することで、魚粉に近いアミノ酸組成に最適化させる技術を開発した。斯かる技術は、生産コスト増大を伴わずに低魚粉飼料の品質を向上させ、魚粉の価格、供給量に左右されることなく、魚介類養殖用飼料の安定生産および水産資源の保全に寄与することに繋がる。
DHAを蓄積するオーランチオキトリウム・リマシナム(Aurantiochytrium limacinum)4W−1b株を通常のGTY培地で培養したところ、収量は乾燥藻体13g/L、藻体の魚粉を基準とした必須アミノ酸指数(後述)は83.8であった。しかし、同株を、GTY培地に炭素源としてグルコースを流加して培養を行ったところ、収量が乾燥藻体50g/Lに顕著に増大し、更に、藻体の魚粉を基準とした必須アミノ酸指数は96.4まで上昇した。これは、オーランチオキトリウム藻類を、炭素源を流加しながら培養することで、収量増大に加えて、そのアミノ酸組成を魚粉のアミノ酸組成に近付けることが出来ることを示す。
また、炭素源流加を要さずに良好なアミノ酸組成をとる藻類も存在する。スクアレンを細胞内に蓄積するオーランチオキトリウムtsukuba−3株(受託番号:FERM AP−220147)は、GTY培地で培養すると6g/Lの藻体が生産可能であり、必須アミノ酸指数は91.2と極めて魚粉に近いアミノ酸組成となり、魚粉の代替タンパク質源として有望である。
発明者らは、このようなアミノ酸組成に優れるオーランチオキトリウム属藻類を配合した飼料を与えて魚介類を養殖することにより、魚粉主体の飼料と同等の飼育成績が得られることも明らかにした。
従って、本願は、以下の発明を提供する。
1.タンパク質を構成する全アミノ酸中、メチオニンの占める割合が1.5−4.6質量%、イソロイシンの占める割合が2.2−6.5質量%、フェニルアラニンの占める割合が2.3−6.9質量%、リジンの占める割合が3.9−11.6質量%、である、海産従属栄養性藻類。
2.タンパク質を構成する全アミノ酸中、トレオニンの占める割合が2.5−7.6質量%、バリンの占める割合が2.9−8.8質量%、ロイシンの占める割合が3.4−10.2質量%、ヒスチジンの占める割合が1.7−5.0質量%、アルギニンの占める割合が2.8−8.5質量%である、項目1に記載の海産従属栄養性藻類。
3.タウリンを0.2−0.7質量%含む、項目1又は2に記載の海産従属栄養性藻類。
4.魚粉の必須アミノ酸組成に基づく必須アミノ酸指数が90以上である、項目1〜3のいずれか1項に記載の海産従属栄養性藻類。
5.オーランチオキトリウム属の藻類である、項目1〜4のいずれか1項に記載の海産従属栄養性藻類。
6.オーランチオキトリウムFERM BP−11442株である、項目5に記載の海産従属栄養性藻類。
7.培養槽に炭素源を流加する培養工程を含む、項目1〜6のいずれか1項に記載の海産従属栄養性藻類の生産方法。
8.項目1〜6のいずれか1項に記載の海産従属栄養性藻類を、全質量に対して、乾燥藻体換算で1.0〜75.0質量%含有する、魚介類養殖用飼料組成物。
9.項目8に記載の飼料組成物を給餌する工程を含む、魚介類の養殖方法。
本発明により、魚粉の代替として利用可能な優れたアミノ酸組成を有する微細藻類を養殖飼料のタンパク質源として利用することができれば、水産資源量や魚粉価格に左右されずに、安定的に高品質の魚介類養殖用飼料を供給することが可能になる。下記実施例にて示すように、本発明に係るオーランチオキトリウムの乾燥藻体を配合した養殖飼料を用いてクルマエビ飼育試験を行った結果、タウリンおよび結晶のアミノ酸の補足なしで、魚粉主体の飼料と同等の成績が得られることが見出された。従って、本発明に係る藻類は、魚介類養殖用飼料のタンパク質源として非常に優れていると言え、水産養殖において画期的な進歩をもたらすものである。
図1は、GTY培地で培養した藻類の、魚粉を基準とした必須アミノ酸組成を示す。 図2は、GTY培地にグルコースを流加した培養方法で培養した藻類の、魚粉を基準とした必須アミノ酸組成を示す。
本発明において、魚粉の代替として利用可能な微細藻類は、海産従属栄養性藻類である。当該藻類の例として、限定されないが、オーランチオキトリウム属、シゾキトリウム属、パリエティキトリウム属、ボトリオキトリウム属、スラウストキトリウム属、アプラノキトリウム属、シキオイドキトリウム属などのヤブレツボカビ科の藻類、またはこれらを起源とする藻類変異体、組換え藻類が挙げられる。好ましくは、本発明の微細藻類は、オーランチオキトリウム属藻類である。
本発明の微細藻類は、増殖能力の優れた株を用いるのが好ましい。そのような藻類株は、天然に採取及び分離されたものであっても、突然変異誘導及びスクリーニングを経てクローニングされたものであっても、あるいは遺伝子組み換え技術を利用して樹立されたものであってもよい。当該藻類株において改善され得る特性は、増殖効率、最適ではない培養条件(日照、栄養、温度、pH、成分組成等)に対する耐性、又は藻体が飼料として配合された場合の魚介類の成長速度等、本発明において飼料に配合されるタンパク質源として調製されるのに有利な任意の特性である。
上記微細藻類の培養は、当該技術分野において確立された方法を基礎とする。即ち、通常の維持培養は、適切に成分調製した培地に藻類を播種し、定法に従い行われる。
微細藻類を培養するための培地は、本質的に、塩分、炭素供給源及び窒素供給源を含有する。一般的に、微細藻類の培養には、いわゆるGTY培地(人工海水塩10−40g/L、D(+)グルコース20−200g/L、トリプトン10−60g/L、酵母抽出物5−40g/L)が用いられる。本発明に関する培地も、基本的にはこれらの3つの要素を組み合わせて構成される。
炭素源としてはグルコース、フルクトース、スクロース等の糖類がある。これらの炭素源を、例えば、培地1リットル当たり20〜200gの濃度で添加する。
前記微細藻類の培養培地には、グルタミン酸ナトリウム、尿素等の有機窒素、又は酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウム等の無機窒素、又は酵母抽出物、コーンスチープリカー、ポリペプトン、ペプトン、トリプトン等の生物由来消化物等の、様々な窒素源が添加され得る。
海洋性藻類を培養する場合、培地には適切な量の人工海水又は天然海水が添加される。好ましくは、人工海水は、最終的な培地の塩分濃度が海水(塩分濃度3.4%(w/v))の約10%(v/v)〜約100%(v/v)、例えば塩分濃度が約1.0〜3.0%(w/v)となるように添加される。
微細藻類の培養は、培養温度5〜40℃、好ましくは10〜35℃、より好ましくは15〜30℃にて行われる。継代は、藻類株の増殖速度に応じて、通常1〜10日間、好ましくは3〜7日間置きに行われる。培養は通気攪拌培養、振とう培養又は静置培養で行うことができるが、好ましくは通気攪拌培養又は振とう培養で培養する。藻類株の長期の保存には、液体培地に1.0〜3.0%濃度の寒天を加えて凝固させた寒天培地を用いてもよく、より長期の保存に際しては、藻類株は定法に従い凍結保存されてもよい。
好ましい態様において、本発明の微細藻類は、炭素源が流加される条件下で培養される。流加プロセスにおいては、微細藻類の培養系に、所望の炭素源が逐次添加される。斯かる流加により、培養系中に存在する炭素源の濃度が微細藻類による消費に拘らず一定のレベルに維持される。炭素源の流加の条件(流加系の設計、炭素源の種類、濃度、流加速度等)は、具体的な培養条件、培養する藻類種、目標とするアミノ酸組成に応じて当業者が適宜調整することが出来る。
流加される炭素源としてはグルコース、フルクトース、スクロース等の糖類がある。当該炭素源は、当初の培養培地に添加されている炭素源と同一であっても異なるものであってもよい。好ましくは、流加される炭素源はグルコースである。好ましい態様において、炭素源は、1日当たり5〜100g/L、10〜80g/L、15〜60g/L、又は20〜40g/Lの濃度で添加される。好ましくは、培養過程で添加される炭素源の量は、合計で60〜240g/L、80〜220g/L、100〜200g/L、120〜170g/L、又は130〜150g/Lとなる。好ましい態様において、グルコースの流加量は、培養系内のグルコースが枯渇せず、かつ過剰なグルコースが藻類の増殖を阻害しないように、適宜調整される。
培養によって取得された微細藻類は、必須アミノ酸の組成が評価される。好ましくは、本発明の培養によって取得された微細藻類は、タンパク質を構成する全アミノ酸中、メチオニンを1.5−4.6質量%、イソロイシンを2.2−6.5質量%、フェニルアラニンを2.3−6.9質量%、リジンを3.9−11.6質量%含有する。より好ましくは、当該藻類は、タンパク質を構成する全アミノ酸中、トレオニンを2.5−7.6質量%、バリンを2.9−8.8質量%、ロイシンを3.4−10.2質量%、ヒスチジンを1.7−5.0質量%、アルギニンを2.8−8.5質量%含有する。尚もより好ましくは、当該藻類は、タウリンを0.2−0.7質量%含む。
前記微細藻類の必須アミノ酸組成は、魚粉を基準にした必須アミノ酸指数の値によって評価されてもよい。好ましくは、本発明の微細藻類の魚粉を基準にした必須アミノ酸指数は、85以上、86以上、87以上、88以上、89以上、90以上、91以上、92以上、93以上、94以上、95以上、96以上、97以上、98以上又は99以上である。
培養によって取得された微細藻類は、飼料に配合するための適切な形態に加工される。本発明の飼料に配合する微細藻類の形態は、培養物、濃縮藻体、乾燥藻体、ホモジネート、脂質抽出後残渣等、性状は問わないが、いずれも簡素な手順で調製が可能なものである。例えば、前記培養物から遠心分離にて固形分を回収することでウェットな藻体を得て、これをスプレードライ、ドラム乾燥機等で乾燥することで乾燥藻体を取得する。特定の態様において、飼料への培養微細藻類の配合率は、乾燥藻体換算で0.5〜80質量%、好ましくは1.0〜30.0質量%、より好ましくは2.5〜20.0質量%であるが、実際の配合率は、養殖される魚介類の種類や配合される藻類の種類、タンパク質含量に応じて、当業者が容易に決定できる。
本発明において、前記魚介類養殖用飼料は、魚粉と代替可能な養殖用飼料に好適なアミノ酸組成を有する微細藻類を含有する。
本発明において、魚介類養殖用飼料は、魚介類の養殖に適切な任意の飼料成分を含有する。当業者は、養殖する魚介類の種類や具体的な養殖の条件を考慮して、適切な飼料を選択し、又は飼料成分を配合することを承知している。
前記飼料成分として、好ましくは、具体的な魚介類の養殖の条件に適合するように、動物又は植物由来の加工物又は抽出物、油脂、炭水化物、有機酸、ビタミン、ミネラル、抗生物質、香料、着色料、保存料、賦形剤、増量剤、増粘剤、接着剤、水和剤、崩壊剤、乳化剤、pH調整剤等の、飼料調製に通常利用される材料を含有する。
前記魚介類養殖用飼料は、任意の適切な形態、例えばペースト、粉末、モイストペレット、ドライペレット、エクストルーダーペレット、フレーク、ケーキ若しくは錠剤の形態であってもよい。
本発明において、当該培養微細藻類を配合した飼料を与えて、魚介類が養殖される。養殖の諸条件は、養殖される魚介類の種類に応じて当業者が適宜選択することが出来る。
本発明の魚介類養殖用飼料を与えて養殖される魚介類としては、当該飼料によって養殖が可能なあらゆる養殖魚介類が想定され、限定されないが、ブリ、マダイ、カワハギ、カンパチ、マグロ、フグ、シマアジ、スズキ、ヒラメ、アジ、サバ、ハタ類、サーモンなどの海産養殖魚類、また、ニジマス、コイ、ウナギ、アユ、アマゴ、イワナなどの淡水養殖魚類、クルマエビ、ウシエビ、ホワイトシュリンプ、タイショウエビ、テンジクエビ、ブルーシュリンプ、オニテナガエビ等の海産および淡水エビ類、ガザミ、タラバガニ、ズワイガニ、ケガニ、シャコ等のカニ類を含む。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定するものではない。また、実施例中「%」で表示されているものは、特記されていなければ「質量%」の意味である。
実施例1.オーランチオキトリウムの培養
オーランチオキトリウム・リマシナム(Aurantiochytrium limacinum)4W−1b株の凍結保存品1.2mlを、坂口フラスコ中の200mlのGTY培地に植菌し、100rpm、25℃で3日間振盪培養した。この培養物1mlを、500mlフラスコ中のGTY培地に植菌し、100rpm、25℃で7日間培養した。得られた培養物から単離した藻類のアミノ酸組成を、図1に示す。
炭素源を流加する培養は、上記の7日間の振盪培養において、1日当たりグルコースを20〜40g/Lの濃度で添加し、培養過程で添加したグルコース量は、合計で130〜150g/Lであった。得られた培養物から単離した藻類のアミノ酸組成を、図2に示す。
上記両単離藻類のアミノ酸組成を、魚粉の必須アミノ酸組成を基準とした、必須アミノ酸指数によって評価した。必須アミノ酸指数は、
(100a/ae×100b/be×100c/ce×・・・・×100j/je)1/n
で求められ、ここで、
a,b,c・・・j=試験タンパク質の各必須アミノ酸含量(%)
ae,be,ce・・・je=魚粉の各必須アミノ酸含量(%)
n=必須アミノ酸の数
である。魚類における必須アミノ酸は、メチオニン、イソロイシン、フェニルアラニン、リジン、トレオニン、バリン、ロイシン、ヒスチジン、アルギニン及びトリプトファンの10種類であるが、本試験において、魚粉の必須アミノ酸は、トリプトファンの分析を行わなかったため、残りの9種類の必須アミノ酸に関して評価を行った。いずれかの必須アミノ酸において藻類における含量が魚粉における含量を上回るとその項の値が100を超えるが、その場合はその項の値を100として必須アミノ酸指数を求めた。
魚粉を基準とした必須アミノ酸指数は、最大で100となり(必須アミノ酸組成が魚粉と同一)、必須アミノ酸組成が魚粉に近い程大きくなる。図1にアミノ酸組成を示す通常の培養で得られた藻類の必須アミノ酸指数は、83.8であった。一方、図2にアミノ酸組成を示す、炭素源の流加を行った培養で得られた藻類の必須アミノ酸指数は、96.4であった。この結果は、炭素源の流加により、培養藻類の必須アミノ酸組成が、魚粉に近いものに改質したことを示す。
魚介類の理想的なアミノ酸組成は、同魚介類の全魚体または筋肉中のアミノ酸組成であると言われており、藻類株、培養方法、培地成分を任意に変えることによって、同魚介類に最適なアミノ酸組成のタンパク質源を作り出すことができる。
実施例2.クルマエビにおける飼育試験
オーランチオキトリウム・マングロベイ(Aurantiochytrium mangrovei)を定法に従い培養し、藻体を回収し、乾燥藻体を調製した。斯かる乾燥藻体の魚粉を基準とした必須アミノ酸指数を上記のようにして求めたところ、91.2であった。クルマエビ養殖用飼料の魚粉の代わりに当該乾燥藻体を0、2.5、5.0、10.0、20.0%配合した飼料を作製し、それらを与えてクルマエビにおける代替タンパク源としての評価を行った。
供試魚および飼育方法
株式会社ヒガシマルの臨海研究所で人工種苗生産した平均体重1.09gのクルマエビを、100L容角型水槽に15尾ずつ収容して5試験区を設けた。各水槽には加温濾過海水を注水し、期間中の平均水温は19.0℃であった。
表1に示した試験飼料組成に従い、試験飼料を作製した。各原料を秤量・混合した後、微粉砕し、外割で30%の水を加えて混練した後、ペレットマシンを用いて直径約2mmのペレットを成型した。これを熱風乾燥機により乾燥し試験飼料を作製した。飼育期間は56日間とし、1日1回日没後に各試験飼料を給与した。翌朝に残餌、脱皮殻、糞を回収し、残餌量に応じて給餌量を決定した。試験区は各試験飼料につき3反復区を設けたが、飼育試験終了後は同一試験区である45尾の供試魚をプールし、ミンチにして分析に用いた。統計処理に関して、得られた結果は一元分散分析で有意差を確認した後、Tukeyの多重比較検定法で各試験区における平均値の有意差判定を行った(p<0.05)。
Figure 2017205045
飼育成績
飼育成績を表2に示した。平均体重、平均増重率、生残率、飼料効率に有意差はないが、日間摂餌率は試験区4が有意に高くなったことから、オーランチオキトリウム藻体は摂餌を促進させる効果があることが示唆された。これらの結果から、オーランチオキトリウムは成長に関して魚粉主体の飼料と差はないことが確認された。
Figure 2017205045
表3に開始時および終了時における全魚体の一般成分を示した。魚粉主体の対照飼料と全ての区で差は認められなかった。
Figure 2017205045
FERM AP−220147
FERM BP−11442

Claims (9)

  1. タンパク質を構成する全アミノ酸中、メチオニンの占める割合が1.5−4.6質量%、イソロイシンの占める割合が2.2−6.5質量%、フェニルアラニンの占める割合が2.3−6.9質量%、リジンの占める割合が3.9−11.6質量%、である、海産従属栄養性藻類。
  2. タンパク質を構成する全アミノ酸中、トレオニンの占める割合が2.5−7.6質量%、バリンの占める割合が2.9−8.8質量%、ロイシンの占める割合が3.4−10.2質量%、ヒスチジンの占める割合が1.7−5.0質量%、アルギニンの占める割合が2.8−8.5質量%である、請求項1に記載の海産従属栄養性藻類。
  3. タウリンを0.2−0.7質量%含む、請求項1又は2に記載の海産従属栄養性藻類。
  4. 魚粉の必須アミノ酸組成に基づく必須アミノ酸指数が90以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の海産従属栄養性藻類。
  5. オーランチオキトリウム属の藻類である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の海産従属栄養性藻類。
  6. オーランチオキトリウムFERM BP−11442株である、請求項5に記載の海産従属栄養性藻類。
  7. 培養槽に炭素源を流加する培養工程を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の海産従属栄養性藻類の生産方法。
  8. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の海産従属栄養性藻類を、全質量に対して、乾燥藻体換算で1.0〜75.0質量%含有する、魚介類養殖用飼料組成物。
  9. 請求項8に記載の飼料組成物を給餌する工程を含む、魚介類の養殖方法。
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