利用雨生红球藻提取天然虾青素用于水产养殖业的研究

李一 邱莉珺 罗佳怡 周棉鑫 房俊丰 朱晓闻

如今我国水产养殖行业发展迅速，养殖户在追求经济效益的同时，也面临着水产动物病害频发的问题。为有效减少水产动物病害，不少水产养殖户都使用甚至滥用抗生素，但是使用抗生素存在着诸多风险，其中包括抗生素在水体和水产动物体内残留积累、促进养殖动物体内抗生素抗性菌（antibiotic resistance bacteria， ARB）和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes， ARGs）的产生等。

大量的研究结果显示，将虾青素添加至水产动物日常食用的饲料中，可有效提高其抗病能力，有利于预防病害的大规模爆发。付佳、王春华、王菊芳和吴振强等人的实验表明：虾青素的来源对于水产动物抗病能力的高低有着直接性影响。相较于人工合成的虾青素饲料，天然虾青素以自身营养素保留较好的优势得到了更加广泛的应用，其对于提高水产动物体重与体长的效果更明显，并且食用后对人体无害。本文对利用雨生红球藻提取天然虾青素项目的研发现状以及当前所面临的问题等开展调查研究工作，为攻克利用雨生红球藻提取天然虾青素所面临的技术难题，实现虾青素藻粉的产业化、商品化、市场化，引领科研成果转化，从而促进水产动物饲料行业的稳步发展提供理论依据。

一、国内水产养殖业及渔用饲料工业现状分析

我国是世界水产养殖大国，水产养殖业是最早打破计划经济的桎梏进入市场经济的行业。相关统计数据显示，2020年全年渔业生产总体水平平稳，水产品产量由降转增，水产品供给由大量滞销到逐步恢复常态，行情价格起伏趋于平稳，渔业经济持续稳定恢复。2012年时，我国水生动物产品总量5907.68万吨，其中人工繁育产量4288.36万吨，占总产量的72.59%;到了2020年，全国水生动物产品总量6549.02万吨，其中人工繁育产量5224.20万吨，占总产量的79.77%。由此可见，我国水产养殖业正处于稳定发展的状态，是为人类提供优质蛋白质的重要产业。

我国水产养殖行业正处于朝气蓬勃的发展状态，其对人工配合饲料的需要量和依赖性越来越大。我国的渔用饲料工业经过了20世纪80年代的萌芽阶段、90年代的初阶发展阶段和2000年至今的规模化生产经营阶段，现在我国已经成为全球水产饲料需求量最大的国家。

农业农村部公布从2020年起在饲料中全面限制添加抗生素，再加上新冠疫情、自然灾害等因素，导致饲料价格大涨，同时饲料行业面临着“无抗养殖”的巨大挑战。2021年伊始，农业农村部又下发“关于加强水产养殖用投入品监管的通知”（农漁发）1号文件，在水产养殖行业掀起了一股整改热潮，进一步表明了国家对水产养殖投入品监管的决心，对渔用饲料行业的发展提出了高标准的整改要求。在这样的背景下，如何在不使用抗生素的情况下做到防治水生动物疾病、保持水产品的健康营养，素有天然绿色添加剂之称的虾青素引起了渔业从业者的极大兴趣和关注。天然虾青素是一种无公害、绿色、理想的着色剂和氧化剂，具备较强的抗癌和抗应激反应作用，可作为无害添加剂用于渔业饲料中，助力整个水产养殖业的“禁抗”任务顺利完成。

二、虾青素的作用

1.免疫调节作用。虾青素能通过抗氧化作用保护免疫细胞的完整性，防止其受到损伤，确保机体正常免疫应答过程的进行。另外，通过降低活性氧ROS的产生，虾青素可以减轻由高糖及游离脂肪酸导致的氧化应激，恢复部分中性粒细胞的生理功能，也可以大幅增强中性粒细胞的吞噬能力。

2.增强部分水产品着色。水产动物体内类胡萝卜素的含量是影响部分水产动物色泽的关键因素，虾青素可以使三文鱼、红鲤、真鲷、虾、蟹等动物外表呈现鲜艳的色彩。

3.强大的抗氧化功能。虾青素含有多个双轭共键及2个含氧的ɑ-羟基酮六元环，能吸引自由基未配对电子或向自由基提供电子，从而可以去除自由基起到抗氧化的作用。此外，它可跨膜排列于细胞的脂质双层中，使得活性氧沿其碳骨架上的双键穿梭，并能促进电子发生跨膜转移。天然虾青素以其极强的穿透力通过细胞外壁，强力清除细胞内的氧自由基，加强细胞再生能力，保持生物化学反应的平衡。

三、天然虾青素用于水产养殖的优势

虾青素分为人工合成和天然提取两种，其中人工合成的虾青素因可能存在杂质，会残留于水生动物体内，从而危害人们的身体健康，而天然提取的虾青素具有使用安全且环境友好的显著优势。

目前，国内外主要从雨生红球藻中天然提取虾青素。因为雨生红球藻中虾青素为100%的左旋结构，其结构稳定，与人体、动物体内所需虾青素结构一致，利于吸收，能最大程度上发挥其应有的多种生物功效，并且安全性较高，并不会对水产生物、人类造成任何的毒副作用，因此从雨生红球藻中提取的天然虾青素可以放心在水产养殖业中使用。

但雨生红球藻藻粉中所含的虾青素水溶性差、难于分散、吸收;其味道局限性较强，带有异味、腥味、苦味，不利于动物摄食;虾青素在加工、储存、转运的过程中易丧失生物活性，这些都是目前需要解决的难点。不过，研究发现，可通过酯化、微乳液、微胶囊包埋等方式来改善其稳定性，并提高生物利用度。

综上所述，我国作为水产养殖大国，饲料的安全性、营养性对于水产养殖业的发展有着重要影响。天然虾青素具有改善水产动物生长性能、抗病能力的重要作用，将其添加到水产饲料中可提高饲料的安全性、营养性。但因天然虾青素的提取技术较为复杂，且存在水溶性差、有异味等缺点，使得其产量不能满足市场需求。不过，在国内水产行业“禁抗”的大趋势下，天然虾青素势必会在水产养殖业中发挥出巨大的作用。

基金项目：国家级大学生创新创业计划项目——湛江一心水产科技有限公司（CYXL2020001）。

作者简介：李一（2000-），男，汉族，四川南充人，大学本科，研究方向为水产动物免疫与病害防控。

通信作者：朱晓闻（1986-），男，副教授，从事水产养殖及学位与研究生教育研究。