饲料中虾青素对水产动物品质影响的研究进展

赵 樑，王锡昌，吴旭干

( 1. 上海海洋大学 食品学院，上海 201306；2. 上海海洋大学 水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室，上海 201306 )

饲料中虾青素对水产动物品质影响的研究进展

赵 樑1，王锡昌1，吴旭干2

( 1. 上海海洋大学 食品学院，上海 201306；2. 上海海洋大学 水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室，上海 201306 )

虾青素；水产饲料；品质

据联合国粮食及农业组织数据统计，1990—2013年世界水产品养殖产量从1.83×107t持续增长至9.72×107t，水产养殖产业正在不断兴起。1900年中国水产养殖量就已达到约世界水产养殖总产量的50%，之后比例不断上升，中国已成为世界上水产养殖量最高的国家[1](表1)。人们对于水产品的喜爱来源于它的营养与美味，随着水产养殖规模越来越大，人们对于水产品品质的要求也越来越高，不仅要求其品质安全、味道鲜美，还更加注重色泽、运输、保藏等方面的因素。水产品品质受水体环境、养殖方式、饲料调控等方面的影响[2]。饲料是水产品能量与营养的主要来源，为水产品提供充足的蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素和矿物质等，进而提供给人们充足的营养物质，因此越来越受到人们的关注。而虾青素被证实广泛存在于虾、蟹及其他各类水产品中，具有显色、抗氧化和增强免疫力等作用[3]，易于水产品的保存和运输，从而能保证水产品具有良好的市场价值。因此，虾青素的这些特性使其在水产动物饲料中的应用越来越广泛，但虾青素的添加量以及其安全性问题仍是需要被关注的一个重点。针对上述内容，笔者综述了饲料中虾青素添加量对水产品品质的影响，以期通过对水产品品质的测定来指导水产养殖饲料中虾青素添加量问题。

表1 1990—2013年世界及中国水产养殖总产量

1 虾青素的理化性质

虾青素属于类胡萝卜素的一种，呈粉红色，分子式为 C40H52O4，广泛存在于蟹、虾、牡蛎外壳和一些鱼类及藻类中，在20世纪30年代，人类就掌握了提取虾青素的方法，但直至80年代其生理功能才被研究。虾青素的化学名称为3,3′-二羟基-4,4′-二酮基-β,β′-胡萝卜素[4]，相对分子量为596.86[5-6]，其分子结构为：

结构显示，虾青素具有很强的抗氧化性[7]，因其中间含有类似β-胡萝卜素的共轭双键链，两侧有芳香环，末端有不饱和的酮基和羟基，而这又构成了α-羟基酮，从而具有比较活泼的电子效应[8]。有研究显示，在5种类胡萝卜素——叶黄素、玉米黄素、番茄红素、异玉米黄素和虾青素中，虾青素的抗氧化性能最强。而通过比较虾壳中提取的虾青素和α-生育酚对防止小鼠肝匀浆产生过氧化作用的结果表明, 虾青素的抗氧化作用是α-生育酚的1000倍以上。

虾青素包括游离虾青素和虾青素酯[9]，游离虾青素不稳定，主要存在于水产动物的肉和内脏中，其更多的时候是与脂肪酸结合生成虾青素酯(包括虾青素单酯和虾青素二酯)，主要存在于水产动物的皮肤和外壳上。虾青素易与蛋白质结合而呈青蓝色，加热后蛋白质变性，虾青素又会解离出来而呈现出原有的红色，这也是虾、蟹在加热后变红的原因[10]。

除此之外，大量研究亦表明，虾青素在对提高养殖对象的存活率、促进生长、繁殖、发育等方面均有积极的意义[11]。

2 虾青素的主要来源

目前市场上所存在的虾青素主要有两种，天然虾青素和合成虾青素。藻类植物中富含虾青素，最典型的是雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)，它体内的虾青素大部分以酯化形式存在，用它们提取的虾青素质量较好，但藻类生长条件苛刻且生长缓慢，所以生产难度较大。甲壳类动物的壳中也富含虾青素，每年甲壳类废弃物能多达1.0×107t，造成了巨大的资源浪费。因此，探究从甲壳类废弃物中提取虾青素也是一个值得研究的内容。但这也存在一系列问题，相比于藻类物质，甲壳类废弃物中色素含量低且种类多，给提取增加了难度。另外，甲壳类废弃物因为储存环境不好而经常容易变质，因此给提取带来了很大的麻烦，同时也增加了不少的成本[12]。

天然虾青素的提取中用的最多的是法夫酵母(Phaffiarhodozyma)法，除此之外，还有超临界CO2法和有机溶剂提取法。1976年Andrewes等在法夫酵母中发现了虾青素。法夫酵母中营养丰富，含有蛋白质、脂类和维生素[13]，与其余两种提取方法相比，法夫酵母法具有生产速度快和生产细胞密度高等优点。

目前，合成虾青素的方法还很有难度，需要在β-胡萝卜素上加2个酮基和2个羟基再合成虾青素。现已知的世界上用合成法生产虾青素的企业只有瑞士Hofflnann-In-Roche公司[14]。

3 虾青素对水产动物生长的影响

3.1 饲料中不同虾青素添加量对水产动物生长的影响

虾青素经常被用于水产动物的饲料中，可以显著提高水产品的生长性能，也能保护鱼类特别是鱼苗抵御外界恶劣环境并促进其生长[15]。裴素蕊等[16]通过用添加不同含量虾青素的饲料喂养凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)，结果发现，添加量为100 mg/kg时可显著提高凡纳滨对虾的特定生长率、质量增加率以及存活率，而其他试验组对存活率无显著影响，吕玉华等[17]研究也得出，饲料中添加虾青素能显著提高罗氏沼虾(Macrobrachiumrosenbergii)的质量增加率。Harpaz等[18]发现，饲料中添加虾青素能提高红螯螯虾(Chrtaxquadricarinatus)的存活率，但无显著影响。

Li等[19]发现，虾青素能促进大黄鱼(Pseudosciaenacrocea)幼鱼的生长。Storebakken等[20]发现，用含57 mg/kg虾青素的饲料喂养虹鳟(Oncorhynchusmykiss)，在5 ℃和15 ℃条件下，生长速度显著提高。用添加虾青素的饲料喂养大西洋鲑(Salmosalar)鱼苗，发现鱼苗能正常生长，而不添加虾青素，鱼苗存活率低于50%。崔培等[21]通过用添加了虾青素的饲料喂养锦鲤(Cyprinuscarpio)发现，虾青素含量为100 mg/kg时，锦鲤的质量增加率、特定增长率以及蛋白质效率显著提高，而饲料中添加过多虾青素，反而会减缓它的生长。王吉桥等[22]发现，添加60 mg/kg和90 mg /kg 虾青素的仿刺参(Apostichopusjaponcus)特定生长率比对照组分别提高了113.33%和66.67%。Merchie等[23]研究表明，在饲料中添加虾青素可使养殖对象的免疫力获得较大提高，增强抗病力，提高存活率。Vassallo等[24]在饲料中添加10 mg/kg的虾青素可提高水产动物的产卵率。综上所述，在饲料中添加适量的虾青素，能促进水产品的生长，原因可能在于虾青素在适宜含量范围内对试验品种有一定的诱食作用，并能增强其免疫力，含量过低，效果不显著，但含量过高，也达不到预期的效果，这可能是因为试验品种会将额外的代谢排除体外，反而造成浪费。

3.2 虾青素对水产动物保存的影响

目前，水产品运输行业已逐渐发展起来，在保活运输过程中鱼虾类的生理需求和在正常的生存环境下无明显不同，但由于各种环境条件如氧气、温度、运输密度、应激胁迫等的限制，水产品的存活率及品质也会大大受影响。某些鱼类如虹鳟、鲑鱼等在贮藏过程中，体内虾青素含量少则易于酸败，体内虾青素含量高时保存效果较好。

运输过程中的不良环境、不良胁迫因子和机械振动等将引起水产品的应激反应，严重时可能会导致疾病甚至死亡[25]。Chien等[26]在研究虾青素对虾的影响时指出，饲料中添加虾青素可以增强鱼虾对高氮、低氧环境的耐受力。Pan等[27]研究表明，虾青素能增强墨吉明对虾(Fenneropenaeusmerguiensis)对外界应激的抵抗能力。有研究表明，在饲料中添加虾青素可使养殖对象的免疫能力和抗病力大大增强[28]。水产品本身不能合成虾青素，需要从食物中摄取，所以饲料中添加适量虾青素在一定程度上能保护鱼类，使其在运输过程中能保持较好的品质。

4 虾青素对水产动物抗氧化能力的影响

4.1 虾青素的抗氧化作用

虾青素是一种很强大的抗氧化剂，其抗氧化活性主要体现在清除自由基、抑制促氧化剂、还原能力和抑制脂质的氧化降解等方面[29]。氧化反应的原理在于正常的氢原子有4个电子，而机体真的正常代谢会使原子失去1个电子，从而形成了自由基，自由基会抢夺细胞膜上的电子来配对自身缺失的电子，又能形成另一个新的自由基，从而开始了链反应的进行，破坏细胞膜的完整性，导致一系列疾病的发生。而虾青素具有独特的结构，不仅能给出1个自由基，而且能有效淬灭单态氧清除自由基，同时其脂溶特性也使其能中和细胞内的自由基，从而可以起到抗氧化的作用，也能保护细胞内的蛋白质，使其能发挥更好功能。虾青素易与脂肪酸生成虾青素酯，也能有效阻止氧原子与不饱和脂肪酸的相互作用，阻止氧化反应的进行，从而保护细胞及使DNA免受氧化反应的损伤[12]。虾青素在保护磷脂和防止脂质的过氧化上也有较好的效果。

清除自由基主要依靠体内的总抗氧化防御体系，它分为酶促和非酶促。酶促体系包括过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等，而虾青素属于非酶促体系[30]。虾青素除了能消除自由基，还能提高内源性抗氧化酶系统的防御作用，增强酶的活性，所以虾青素能表现出很强的抗氧化作用。

4.2 饲料中不同虾青素添加量对抗氧化性的影响

虾青素的抗氧化活性主要体现在清除自由基、抑制促氧化剂、还原能力和抑制脂质氧化降解等方面[29]。水产动物自身不能合成虾青素，需要从食物中摄取虾青素来满足自身的需要，因此，饲料中虾青素添加量的多少对水产品品质的影响很重要。不同水产品对虾青素的需求量不一样，吸收能力也不同，但是它们之间也存在着一定规律(表2) 。

表2 不同虾青素含量对水产动物抗氧化能力的影响

饲料中适量添加虾青素，能显著增强水产品的抗氧化能力，添加量过低，水产品抗氧化能力较低，但添加量过高，对其抗氧化效果的影响反而不明显。虾青素含量过高，额外的代谢会消耗水产品的体能，其在水产品体内积累到一定限度，超过此限度后多余的虾青素会通过代谢排出体外，以此维持水产品体内的动态平衡[36]。

5 虾青素对水产品色泽的影响

5.1 饲料中不同虾青素添加量对色泽的影响

大量研究证明，饲料中添加虾青素能增加胡萝卜素在水产品体内的沉积量，改变水产品的体色。虽然不同种类水产动物对饲料中虾青素的需求量不同，但大量试验表明，饲料中不同虾青素含量对水产品生长性能影响的趋势基本一致。由表3可知，虾青素含量适当，水产动物的生长性能最优；虾青素含量过低，对水产品的着色效果不明显，不能达到满意的效果；虾青素含量过高，虽然有些情况下着色效果会比虾青素含量低些时好，但效果并不明显，因此过量添加虾青素，反而会造成浪费。其他一些研究学者也得出相同的结论，水产品的体色并非随着饲料中色素添加量的增加而无限加深，色素沉积都有一定的限度，超过此限度色素沉积效果不好甚至下降[37]。

5.2 虾青素对水产品不同部位色素沉积的影响

同种水产品不同部位色素沉积的效果差异很大。对于甲壳类动物，如蟹、虾等，色素沉积主要在壳、性腺和肝胰腺上，而肉上色素沉积很少，所以甲壳类动物的外壳很鲜艳，而肉呈白色。对于一些观赏鱼类，鱼体能颜色鲜艳，而鱼肉却是白色，这体现了其色素沉积能力的差异。崔培等[21]通过用含虾青素的饲料喂养锦鲤一段时间后发现，虾青素添加

表3 不同虾青素含量对水产品生体色的影响

量为1600 mg/kg时，锦鲤皮肤和背鳍的色素沉积量达到最高，且皮肤沉积效果比背鳍好，但并无显著差异。李小兵等[42]通过向金曼龙(Trichogastertrichopterus)饲料中添加200 mg/kg的虾青素喂养一段时间发现，在第15 d时鱼体、鱼鳞、鱼鳍、鱼皮中色素沉积量达最高，并且不同组织部位的含量从高至低依次为鱼皮、鱼鳍、鱼鳞、鱼体、鱼头、鱼肉。March等[43]认为，鱼体肌肉着色效果不好，一方面是由于类胡萝卜素在鱼体不同组织部位内的沉积具有选择性，另一方面可能是类胡萝卜素在鱼体内代谢转移的结果，但具体情况还有待研究。

Bandaranayake等[44]通过喂养黑海参(Holothuriaatra)一段时间后发现，其内脏虾青素含量为36.8 mg/kg，而在性腺中则高达100 mg/kg，同属的H.leucospilota中，其内脏虾青素含量仅为35.5 mg/kg，而在性腺中则超过150 mg/kg。水产品体内虾青素的分布不均匀一方面与自身的生理特性有关，同时也受外界环境影响。

陈晓明等[45]通过用含虾青素的饲料素喂养中国金鱼后发现金鱼着色自然，并且从其色素的光谱曲线及HPLC图谱可知，金鱼体内的虾青素是以酯化的形式存在。不同种类的水产品，其摄食方式以及对虾青素的沉积能力也不同，这也是导致其体内虾青素含量差异大的原因之一。鱼类中，虾青素沉积量较高的有虹鳟、大西洋鲑、红大马哈鱼(Oncorhynchusnerka)等，虾青素含量均在40 mg/kg以上，因此能呈现较为鲜艳的颜色，而野生银大马哈鱼(O.kisutch)体内的虾青素含量就少得多[46-47]。一些甲壳类动物，外壳中虾青素沉积量高达200 mg/kg，且虾青素易与蛋白质结合形成虾青素蛋白，能赋予水产品不同的颜色。

6 虾青素安全性问题的探讨

虾青素因为其极强的抗氧化能力、呈色功能而被广泛应用于水产养殖业。天然虾青素一般从藻类植物中提取，其安全性已得到广泛的认可，而对于长期投放合成虾青素的安全性问题还有待研究，它与短期投放相比对水产品的生物学活性具有一定差异。合成虾青素在生产过程中可能会被其他有害物质污染，有时不可避免的引入杂质，如某些非天然副产物等，可能会降低其生物利用安全性。

研究表明,在饲料中添加400 μg/g的虾青素喂养大鼠90 d，未发现任何有害作用[48]。Miki等[49]在小鼠饲料中添加10.4～18.0 mg/g的虾青素也未发现死亡和异常现象。欧盟专家组曾对虾青素安全性进行过评估，认为其每日允许摄入量为 0.034 mg/kg[50]。在日本，天然虾青素已被批准使用于食品与动物饲料中。在美国、加拿大等也被批准用于水产饲料养殖中。中华人民共和国农业部在《饲料添加剂品种目录(2013)》[51]中规定，虾青素仅适用于水产养殖动物和观赏鱼类，没有规定虾青素可以用于家禽饲料。目前，虾青素投放于饲料中的安全性问题还有待研究。

7 展望

虾青素由于其独特的功能特性被许多行业越来越广泛地使用，尤其在渔业饲料中。目前，全球的水产品以每年24%的比例递增，所以虾青素的需求量也越来越大，这也显现出极大的市场潜力，虾青素用于渔业饲料必然会受到越来越多的关注，应用前景非常广泛。水产品因其独特的风味与生理学活性越来越受消费者欢迎，水产品的市场竞争也越来越大。 虾青素除有显色、抗氧化、促进生长等作用外，对水产品营养价值的影响也是值得研究的方面。目前在大西洋鲑饲料中添加虾青素后发现，其某些组织中的维生素A、维生素C、维生素E及类脂含量明显增高，但此类报道相对较少。水产品品质的高低体现在多方面，饲料中添加虾青素在某些方面能大大改善其品质，目前其对于水产品营养价值的影响还有待研究。

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AReview:EffectsofAstaxanthininFeedonQualityofAquaticAnimals

ZHAO Liang1, WANG Xichang1, WU Xugan2

( 1.Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China; 2.Key Laboratory of Exploration and Utilization of Aquatic Genetic Resources, Ministry of Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China )

astaxanthin; aquatic feed; quality

S986.2

C

1003-1111(2016)04-0440-06

10.16378/j.cnki.1003-1111.2016.04.023

2015-11-25；

2016-03-06.

国家自然科学基金资助项目(31471608)；上海市中华绒螯蟹产业技术体系建设项目(D-8003-10-0208)；上海市科委项目(13320502100).

赵樑(1992—)，女，硕士；研究方向：食品营养与风味.E-mail：zhaoliangspxy@163.com.通讯作者：王锡昌 (1964—)，男，教授；研究方向：食品营养与安全.E-mail：xcwang@shou.edu.cn.