壳聚糖在水产动物营养中的研究进展

■ 周万怡 刘 琳 李红军 王彦波

（1.浙江工商大学食品与生物工程学院，浙江杭州310035；2.杭州天农生物营养技术有限公司，浙江杭州311107）

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素、甲壳胺，通常是从低等动物如昆虫、甲壳动物等的外壳及低等植物、菌、藻类的细胞壁中提取甲壳素经脱乙酰化反应后而得到，是唯一一种阳离子动物纤维和碱性多糖，被广泛应用于纺织、胶卷、化妆品、隐形眼镜、污水处理和生物医学工程、食品营养等领域[1]。壳聚糖不仅具有良好的生物相容性，抗菌抑菌、降低胆固醇、促生长，而且来源丰富，价格经济，被作为饲料添加剂、疫苗载体和免疫刺激剂等广泛应用于水产养殖业。本文旨在综合分析壳聚糖在水产动物营养中的生物学作用效果，为水产养殖业提供一定借鉴。

1 壳聚糖的理化性质及生物学作用

壳聚糖是一种白色或灰白色半透明的片状或粉状固体，无味、无臭、无毒性。化学名称是β-（1，4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等反应，生成各种具有不同性能的壳聚糖衍生物。壳聚糖是一种来源丰富的天然高分子材料，结构上具有氨基和羟基，可以通过物理共混、化学改性和水凝胶等方法进行各种改性，改性后的壳聚糖复合材料可具有广谱抗菌活性、抗氧化活性等性质，在农业、食品、医药、纺织等领域都有潜在的应用价值。

研究表明，壳聚糖可以调节脂类的代谢作用，主要表现在两方面：一方面是影响脂肪的沉积。华雪铭等[2]发现，壳聚糖能使暗纹东方鲀的肝胰脏脂肪吸收量减少，使得肌肉脂肪含量也有不同程度的下降。另一方面则是影响血清中的脂类。任秀芳等发现，添加壳聚糖的各组克氏原螯虾血清中的胆固醇和甘油三酯均高于对照组。相反，陆青儿等[3]发现，添加壳聚糖及其复合物对三角鲂血清的胆固醇无明显影响，但甘油三酯的含量呈极显著下降。

壳聚糖还可提高生物体的免疫作用。Nishimura等[4]经研究发现，甲壳素及壳聚糖的低聚物可以有效增强巨噬细胞的吞噬作用从而产生淋巴因子，能够显著提高生物体的免疫能力。魏涛等[5]进一步证实了前者的发现，他们通过对大鼠进行不同剂量壳聚糖饲料的喂食发现，壳聚糖可同时增强细胞及体液免疫。

2 壳聚糖在水产动物营养中的应用

2.1 壳聚糖在鱼类营养中的应用

壳聚糖作为饲料添加剂能有效改善饲料的品质。胡梦红等[6]在关于壳聚糖对罗非鱼营养生理学作用的研究中表明，壳聚糖作为罗非鱼饲料添加剂能在饲料表面形成一层保护膜，从而延长饲料的水化时间以保护养分；防止霉变，减少对水源的污染。

壳聚糖微球能作为疫苗载体，获得持久的免疫反应。Tian等[7]用壳聚糖微球作为质粒DNA口服疫苗载体，用口服DNA免疫疗法研究日本比目鱼对淋巴囊肿病毒的免疫功效。结果表明，壳聚糖微球能防止DNA疫苗被水解或变性，比目鱼口服壳聚糖微球疫苗后，可在组织中持续表达主要衣壳蛋白10～90 d，相对质粒DNA疫苗能获得更持久的免疫反应。同时，Truptimayee等[8]把海藻酸-壳聚糖-聚乳酸聚乙醇酸共聚物（PLGA）新型复合微球作为嗜水性气单胞菌外膜蛋白的抗原载体应用于印度南亚野鲮鱼模型，并通过静脉免疫作用诱导免疫反应。结果表明，新型复合微球材料的亲水性核心部分海藻酸-壳聚糖可形成蛋白质友好型微环境，与传统PLGA微球、天然外膜蛋白和弗氏不完全佐剂相比，包被效率高，起始突释作用明显降低，且能刺激产生更持久的先天性和获得性免疫。

壳聚糖可作为免疫刺激剂，而且已经被证明通过口服和注射均能有效地增强水产动物机体免疫防御能力，促进生长发育。Xu等[9]通过在军曹鱼日粮中添加益生菌、枯草芽孢杆菌和壳聚糖来研究该合生元对提高军曹鱼免疫反应和抗病能力的效果。研究表明，每千克饲料中添加1.0 g枯草芽孢杆菌和6.0 g壳聚糖能显著提高军曹鱼的生长发育和它的先天性免疫和抗感染能力，从而使军曹鱼在养殖时免受疾病的威胁，提高产量。而Lin等[10]在研究饲料中的壳聚糖对锦鲤的生长发育、免疫力和抗感染方面的影响时也发现，壳聚糖可以增强其免疫力和对气单胞菌的抗性，促进生长发育。华雪铭等[2]在研究基础饲料中添加益生菌和壳聚糖促进暗纹东方鲀生长的机理时发现，肠道淀粉酶活性增强和蛋白质合成增加是壳聚糖和益生菌促进其生长的重要原因。

2.2 壳聚糖在甲壳类动物营养中的应用

研究证实，壳聚糖可促进虾类蜕壳生长，增强免疫防御能力。此外，还可以改善水质。任秀芳等[11]以基础饲料为对照，研究了壳聚糖对克氏原螯虾存活、蜕壳、血液生化指标及非特异性免疫功能的影响。结果说明，饲料中添加 0.5%～1.5% 的壳聚糖可以被克氏原螯虾吸收利用，促进其蜕壳生长；壳聚糖可调节克氏原螯虾机体的生理生化反应，影响其生理机能；壳聚糖作为免疫刺激剂可激活巨噬细胞，增强克氏原螯虾机体免疫防御能力。同样，Wang等[12]关于壳聚糖对凡纳滨对虾免疫能力影响的研究也表明，壳聚糖能提高其吞噬细胞的活性。而毛文敏等[13]关于壳聚糖对克氏原螯虾抗低温应激的影响的研究还表明，在克氏原螯虾饲料中添加 0.50%～1.00%的壳聚糖可以在一定程度上起到抵抗低温应激的作用，防止免疫功能损伤。刘春等[14]的试验表明，使用水产用低分子量壳聚糖粉对养殖水体中的氨态氮和亚硝酸盐有明显降低作用，且在改善水质的同时还能抑制水产动物病原菌生长，预防疾病，使罗氏沼虾活力旺盛、体色鲜艳、品质佳。

研究表明，壳聚糖通过注射或添加饲料中饲喂，同样能刺激中华绒蟹和溪蟹等的非特异性免疫功能，增强免疫防御能力，预防病害，提高养殖成活率[15-17]。郑宗林等[16]的试验表明，5～50 μg/ml壳聚糖对于植物凝集素和脂多糖刺激蟹淋巴细胞的DNA、RNA和蛋白质的合成具有协同作用，且20 μg/ml时其协同作用最强。低分子量壳聚糖还可以保护生物体组织细胞膜免受自由基攻击，间接降低金属硫蛋白在镉胁迫下的应激压力，减轻水生动物受到重金属的危害[17]。

3 纳米壳聚糖在水产动物营养中的应用

纳米微粒具有与常规物质本身明显不同的性质，具有广泛的生物学效应。纳米微粒作为药物载体能够提高药物生物利用度，并具有低毒、高效、缓释、长效、靶向、相对安全性与易产业化等优点，在医药领域有免疫调节、抗菌、抗病毒、抗肿瘤活性与基因转导等方面的应用。纳米壳聚糖与其它具有生物活性的物质吸附、嵌合或组装成为能够发挥生物活性的系统，把生物活性分子包裹于聚合体后能保护其免受酶解、水解作用，从而提高生物活性物质的利用率，并有利于多肽类药物应用于口服给药途径。研究表明，吞噬细胞激活蛋白（PAP）基因能刺激对虾血细胞的吞噬活性。Umaporn等[18]通过中国仓鼠卵巢细胞的转染来确定纳米壳聚糖、PAP-phMGFP用于对虾口服免疫的最佳配比，进而研究PAP基因对南美白对虾的免疫诱导能力。结果表明，相对于对照组，实验组的对虾心脏组织中白斑综合症病毒显著减少，证明壳聚糖-PAP-phMGFP纳米微粒能增加对虾的吞噬活性，增强了对虾的免疫机制。在进行对虾工厂化养殖时，适当供给壳聚糖/DNA复合物将会是预防微生物疾病的有效措施。Wang等[19]为了评估壳聚糖和纳米壳聚糖在实验室条件下对罗非鱼（尼罗罗非鱼）的成活率、生长性能、肉质的影响效果，给罗非鱼喂食含有壳聚糖或纳米壳聚糖（5.0 g/kg饲料）的日粮，为期60 d。结果表明，与基础日粮、含壳聚糖日粮的组比较，纳米壳聚糖能显著增加罗非鱼的日增重、饲料转化率和肌苷酸含量（P＜0.05），显著降低罗非鱼的粗脂肪含量（P＜0.05）。但添加壳聚糖组与基础日粮组比较分析表明，罗非鱼的末重、日增重和饲料转化率没有显著差异，详细作用机制还有待于进一步深入研究。

4 应用前景展望

壳聚糖作为一种来源丰富的天然高分子材料，已经广泛应用于水产养殖业，并取得了显著的效果。但是壳聚糖在水产动物上促进生长发育、提高免疫防御能力的详细机制，特别是分子机制还有待于进一步探究。此外，壳聚糖纳米粒径化处理后在水产动物营养中的应用仍较少，还没有形成相应的体系。作为一个系统工程，随着现代生物技术和材料加工技术的快速发展，相信壳聚糖的应用研究必将更加广泛，相应的机制也更加明确。