植物源活性物质在水产行业上的应用研究进展

蒋乐霞，唐家铭，黄宝生，姜沛宏，陈东杰，张长峰,*

（1.广东海洋大学，广东 湛江 524088；2.山东省农产品贮运保鲜技术重点实验室，山东 济南 250103；3.国家农产品现代物流工程技术研究中心，山东 济南 250103；4.山东国农物流科技有限公司，山东 济南 250103）

我国海域辽阔，海洋生物资源丰富，开发潜力巨大。2020年，我国水产品总产量达到6 549.02万t[1]，比2019年增长1.06%。水产品中的蛋白质和不饱和脂肪酸含量高，是人类营养物质的重要来源[2]。然而，由于集约化水产养殖以及环境污染，疾病暴发、抗生素的使用，从而导致鱼类暴露在各种疾病和传染病之下，造成大量经济损失。在饲料“禁抗”的背景之下，抗生素替代品的研究成为水产动物营养的研究热点之一。天然植物提取物具有资源丰富、绿色安全、效果显著等优点，在水产动物促生长、抗氧化和免疫调控方面发挥着积极作用，是理想的抗生素替代品[3]。资料显示，南宋时期就已使用药物植物治疗鱼病[4]，我国植物资源丰富，许多植物提取物的活性已经过多年实践得到了证明。目前常用于水产养殖中的植物目如图1所示，其中唇形目（Lamiales）的植物研究最多，其次是豆目（Fabales）、菊目（Asterales）和金尾虎目（Malpighiales）[5]。近年来，植物源提取物因其来源广泛、成本低，仅需少量喂食就能较好地保持水产品的良好风味，延长其流通货架期[6]，因而受到研究者们的关注。本文介绍了植物提取物的主要活性成分，并简要阐述了其在水产品中的应用。

图1 用于水产养殖的植物目[5]Fig.1 Plant ordersfor aquaculture[5]

1 植物提取物活性成分

1.1 精油

精油又称挥发油，是一类可随水蒸气蒸馏出来，并与水互不相溶，具有芳香气味的挥发性油状液体的总称[7]。研究表明，植物精油的抗菌、抗氧化活性源于芳香化合物中的萜烯化合物、酸、醇、酯、醛、酮、胺类、环氧化物与硫化物等成分[8-9]。植物精油中的百里香酚和香芹酚可以破坏大肠杆菌细胞膜的通透性，从而抑制大肠杆菌的生长[10]。植物精油中的异硫氰酸类硫化物可以诱导菌体细胞周期停滞，导致细菌细胞丝状化，影响细胞流动性和动态平衡压力，从而达到抑菌目的[11]。由于植物精油的化学成分复杂，其抑菌作用可能是一种或者多种成分协同作用的结果[12]。有研究表明，植物精油对微生物有一定的抑菌效果，其对微生物的作用靶点及抑菌机理如图2所示[13]。Ozogul等[14]试验发现：柠檬精油的纳米乳液可以作为天然抗菌剂对抗鱼类加工业的食源性病原体和腐败细菌。Muthaiyan等[15]发现：冷榨橘子精油能诱导耐药金黄色葡萄球菌细胞壁刺激因子相关基因（pbp、胞壁质囊和肽聚糖相关基因、自溶相关基因）的表达，进而抑制细胞壁合成，并促进细胞裂解。刘明阳[16]研究发现：饲料中添加100 mg/kg茶树精油连续投喂2周后可以提高罗氏沼虾的免疫、生长性能，并有效改善罗氏沼虾肠道免疫功能。

图2 精油及其成分对病原微生物的抗菌机理[13]Fig.2 Antibacterial mechanismsof essential oilsand thecomponentsagainst pathogenic microorganisms[13]

1.2 酚类

植物多酚又称单宁，是植物体内重要的次生代谢产物[17]。按照单宁的结构和性质，其主要分为水解单宁、缩合单宁以及褐藻多酚单宁。水解单宁又称葡萄糖的没食子酸酯，由没食子酸酯或含糖基的鞣酸及其衍生物构成，分子质量在500～3 000 u之间[18]。缩合单宁又名原花青素，主要是黄烷-3-醇或黄烷-3,4-二醇通过C-C或C-O-C键所构成的聚合物，分子质量2 000～4 000 u，不易被水解[19]。它含有大量的酚羟基，因此能清除自由基，具有较强的抗氧化性能。褐藻多酚单宁的结构式较为简单，由1,3,5-羟基苯聚合而成，为间苯三酚衍生物，分子质量在126～650 u之间[20]，主要存在于水生藻类之中。3种单宁的分子式如图3所示[21]。

图3 水解单宁（A）、缩合单宁（B）、褐藻多酚单宁（C）的分子结构式[21]Fig.3 Molecular structural formulas of hydrolyzed tannins(A),condensed tannins(B)and brown algal polyphenol tannins(C)[21]

同时，酚类化合物对微生物也具有一定的抑制作用[22]，然而其作用机制尚未明确。目前已知是酚类物质可以与酶结合或者与细胞膜相互作用从而破坏细胞完整性，导致其内容物流失，进而杀死微生物[23]。Konaté等[24]研究发现：紫檀多酚可减缓粪肠球菌、奇异变形杆菌、伤寒沙门氏菌的生长繁殖。梁高杨等[25]通过添加不同剂量茶多酚到奥尼罗非鱼饲料中，连续饲喂9周后观察发现：饲料中茶多酚添加量为200～400 mg/kg时，可显著提高奥尼罗非鱼的免疫性能，降低嗜水气单胞菌攻毒后的死亡率。朱旭枫[26]研究发现：饲料中添加0.15%的水解单宁可以提高凡纳滨对虾的生长性能及其抗副溶血弧菌感染的能力。

1.3 萜类

萜类是指由异戊二烯（Isoprene）单元（C5单元）组成的化合物及其衍生物，其分布广泛、结构多样，目前已报道95 000余个[27]。按异戊二烯单元的数目，萜类化合物可以分为半萜（C5）、单萜（C10）、倍半萜（C15）、二萜（C20）、二倍半萜（C25）、三萜（C30）和多萜等[28-29]。萜类化合物大部分是从植物中分离得到[30]，大量研究表明萜类化合物具有良好的抑菌效果。

曹付威等[31]研究发现：益母草二萜化合物能明显抑制金黄色葡萄球菌的生长，对大肠杆菌则基本没有影响。蒋加鹏等[32]研究发现：百里香酚对黄颡鱼神经肽Y基因表达有明显促进作用。Gallegos-Flores等[33]研究了香芹酚、柠檬烯、芳樟醇、α-松石烯和百里香酚对革兰氏阴性菌（大肠埃希菌、沙门氏菌和假单胞菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌和链球菌）的抗菌活性，结果表明：除金黄色葡萄球菌外，5种萜类化合物对其余的革兰氏阴性菌和阳性菌的抗菌活性没有差异，其中香芹酚、柠檬烯和芳樟醇具有类似于头孢氨苄抗生素的抗菌作用。De Oliveira-Júnior等[34]从大戟科植物Cnid-oscolus quercifoliusPohl中分离出3种萜类化合物，分别为Lupeol-3β-O-cinnamate、Lupeol-3β-O-dihy-drocinnamate和Phyllacanthone，其分离出的3种物质均表现出显著的抗菌活性。

1.4 黄酮类

黄酮类化合物是一类具有2-苯基色原酮结构的多酚化合物，其化学结构属于多酚衍生物的一种，因而也具有一定的清除自由基和抗菌抑菌活性。最早发现的该类化合物大多呈淡黄色或黄色，因此被称为黄酮。黄酮类化合物数量繁多，且结构复杂多样。目前，自然界中已发现9 000多种黄酮类化合物[35]。随着黄酮类物质研究的不断深入，很多具体成分已被确定，且对人体无严重的不良影响，已有很多在食品、水产上得到应用[36]。

祝新茗[37]研究发现：在饲料中添加含量为40～60 mg/kg的沙葱黄酮，可改善乌鳢生长性能、免疫及抗氧化能力。刘大凯等[38]研究了黄岑总黄酮对大鼠膝骨性关节炎软骨组织钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶2（Camk2d）、蛋白磷酸酶3调节亚基2（Ppp3r2）表达的影响，结果表明：黄芩总黄酮可能通过增加软骨组织中Ppp3r2表达，降低Camk2d表达，对大鼠膝骨性关节炎发挥治疗作用。Zhao等[39]通过试验发现，杜松叶子总黄酮类化合物对啮齿动物具有镇痛和抗炎作用。

1.5 生物碱类

生物碱是天然产物的重要组成成分，具有结构多样性，目前已报道的就有60多种，按结构主要分为有机胺类、吡啶类、吡咯烷类等[40]。生物碱类是一类碱性含氮有机物，所有天然生物碱均来自植物，但不是所有植物都可产生生物碱类[41]。研究发现，生物碱具有抗氧化、抗病毒、杀虫等活性。

热阳古·阿布拉等[42]采用无水甲醇回流法测定不同品种喀什石榴籽总生物碱含量，并对其抗氧化活性展开研究，结果表明：石榴籽总生物碱具有明显的还原能力，并对DPPH自由基和OH-自由基有一定的清除作用，具有良好的抗氧化能力。单世斌[43]利用紫草提取的吡咯里西啶生物碱进行甜菜夜蛾幼虫的触杀活性和拒食活性试验，结果发现：紫草生物碱质量浓度达15 mg/mL时，其对甜菜夜蛾3龄幼虫的触杀死亡率为34.44%，1 d的拒食率高达82.18%。这表明，紫草生物碱对害虫具有触杀作用和拒食作用。Moradi等[44]试验发现：西葫芦籽提取物的总生物碱具有抗甲型流感病毒活性，IC50值约为5.8μg/mL。

2 植物提取物在水产动物上的应用研究

随着人们对水产品安全和品质的重视，植物提取物作为一种天然添加剂，已成为当今研究的热点之一。植物提取物天然、绿色，抗氧化效果良好，安全性高，在水产及其水产制品方面具有广阔的应用前景。

2.1 植物提取物对水产生长性能的影响

水产养殖业中常在水产动物饲料中使用抗生素类生长促进剂，但基于水产性动物食品质量安全和公共卫生安全的考虑，目前已被逐渐禁用，如欧盟与韩国已相继于2006年1月和2011年7月起全面禁止使用抗生素类促生长剂[45]。

近年来一些学者尝试将植物提取物的应用转向水产方向。印双红等[46]通过在饲料中添加不同水平的藤茶总黄酮，观察其对杂交鲟（施氏鲟♂×西伯利亚鲟♀）幼鱼生长性能、血清生化指标、肠道消化酶活性等指标的影响，结果表明：饵料中添加藤茶总黄酮可改善杂交鲟幼鱼的肠道消化酶活性、肠道皱襞高度和血清免疫水平，藤茶总黄酮的添加比例为0.50%效果最佳。Dawood等[47]试验发现经丝兰提取物饲喂30 d后鲤鱼的生长性能、存活率、总蛋白最高。有研究发现，在饲料中添加3种草本植物（方首乌、墨旱莲花和莲子草）可以提高淡水对虾消化酶的活性[48-49]。Koshinski[50]研究发现，将含蒲公英提取物的饲料投喂虹鳟鱼可促进其生长性能。Büyükdeveci等[51]研究了使用含有大蒜素提取物的饲料喂养对虹鳟鱼的影响，发现当鱼食用含有大蒜的饲料120 d后，鱼的体重增加和特定生长率显著提高。Zheng等[52]在斑点叉尾鮰饲料中添加0.05%的牛至精油，连续饲喂8周，结果显示：牛至精油使斑点叉尾鮰的质量增加率提高24个百分点，饲料系数由1.94降至1.64。

2.2 植物提取物对水产动物抗氧化功能的影响

与化学合成的抗氧化剂相比，植物提取物具有抗氧化活性高以及毒副作用小等优点，在抵御或减缓氧化应激对机体的危害方面表现出巨大的研究价值和开发潜力。刘波等[53]通过连续投喂含有不同量的植物提取物饲料基础日粮70 d后发现，饲料中添加200～300 mg/kg植物提取物能提高异育银鲫机体免疫机能与抗氧化能力。大蒜中的酚和皂苷具有抗氧化活性。Gabriel等[54]在非洲鲶鱼饲料中添加4.0%的大蒜素，通过连续投喂60 d，与未处理的对照组相比，试验组非洲鲶鱼血液中的红细胞和平均红蛋白浓度均显著升高。彭凯等[55]在饲料中添加不同含量的缩合单宁，观察其对凡纳滨对虾的生长以及血清生化、抗氧化指标的影响，结果表明：饲料中添加1.94 g/kg缩合单宁显著增加了血清中过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性，提高了凡纳滨对虾的生长性能和抗氧化能力。朱旭枫等[56]研究发现：在珍珠龙胆石斑鱼饲料中添加水解单宁组的血清和肝脏碱性磷酸酶、酸性磷酸酶和超氧化物歧化酶活性以及肝脏过氧化氢酶、锰超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的mRNA相对表达量显著升高，饲料中添加0.10%～0.15%的水解单宁可提高珍珠龙胆石斑鱼的生长性能，增强鱼体免疫及抗氧化能力。

2.3 植物提取物对水产动物抗应激能力和麻醉的影响

和所有的脊椎动物一样，鱼类对威胁状态的一般性生理反应都可列为应激，它们在感受应激物（应激源）后几乎都会启动应激反应。减缓应激的方法一般是采用抗生素或者渔用麻醉剂，但过度使用可能会导致抗药性，因此，亟需开发一些能够抵御外部应激的天然化合物。植物提取物是自然界中蕴藏丰富的自然资源。与抗生素相比，植物提取物在药物治疗中具有高效、低毒、毒作用小等突出特点。近年来，大量研究表明，药用植物在水生动物中具有抗应激作用。

Liu等[57]研究了高温胁迫下蒽酮提取物对罗氏沼虾的影响，结果表明：经0.1%～0.2%蒽酮提取物喂养10周后，罗氏沼虾抗高温胁迫能力得到了改善，并促进了虾的生长。Bodur等[58]通过测定欧洲鲈鱼麻醉后血浆皮质醇的变化，以及麻醉后应激相关基因糖皮质激素受体（GR）、热休克蛋白70和90（HSP70、HSP90）、激素合成急性调节蛋白（StAR）、细胞色素和低氧诱导因子（HIF）在肝、鳃中的表达，研究了从牛至和桉树植物中提取两种新的麻醉剂（精油）对欧洲鲈鱼应激反应和血液皮质醇的影响，并与水产养殖中最常见的麻醉剂丁香油进行比较，结果表明：桉树精油剂量为300μL/L，牛至精油剂量为50μL/L对欧洲鲈鱼的麻醉效果最为理想。目前研究最广泛且常使用的植物麻醉剂为丁香酚，其对斑马鱼[59]、斑点海鲈[60]、杂交亚马逊鲶鱼[61]都具有良好的麻醉效果。李元等[62]采用不同质量浓度的醉鱼草对鲫进行麻醉效果试验，结果表明：随着醉鱼草粗提物水溶液浓度的升高，鲫麻醉所需时间缩短，复苏时间有所增加，其中质量浓度为6 g/L的醉鱼草水溶液对鲫麻醉效果最为明显。Boaventura等[63]将阿氏冠鲇药浴于不同质量浓度的罗勒精油中，结果发现：罗勒精油质量浓度为90～150 mg/L时对阿氏冠鲇的麻醉效果最为理想。有研究表明百里香酚具有镇静效果，具有抗应激性，并影响钠离子和钾离子通道。Bianchini等[64]首次证明百里香酚对鲶鱼具有麻醉作用，百里香酚质量浓度为25～100 mg/L时，其麻醉和苏醒时间分别为170～1 800 s和919～1 800 s。Yousefi等[65]试验发现：采用香茅醛质量浓度300～1 200 mg/L的药浴对鲤鱼幼鱼具有良好的麻醉效果，香茅醛和芳樟醇的麻醉效果与丁香酚相比，前两者对鲤鱼幼鱼造成的组织损伤较低。然而，对比香茅醛和芳樟醇两者的麻醉效果，香茅醛更适合应用于鲤鱼幼鱼的短期处理和长期运输。

2.4 植物提取物对水产品保鲜的影响

植物提取物主要采用熏蒸、浸渍或喷洒等方式，通过其抑菌与抗氧化作用，应用于鱼类保鲜[66]。微生物是引起水产品腐败变质的原因，植物提取物中含有多种有效成分，具有良好的抑菌活性。

杨胜平等[67]用体积分数0.062 5%的牛至精油浸泡处理接种荧光假单孢菌的冷藏三文鱼发现，储藏12 d后，与未处理的对照组相比，牛至精油处理组菌落总数降低1.34（lg（CFU/g）），总挥发性盐基分别降低48.5%和33.5%。Karoui等[68]研究了浓度为1%的迷迭香精油和罗勒精油对2℃储藏大西洋鳕鱼鱼片品质的影响，结果表明：精油处理的样品中总挥发性盐基氮、过氧化值和硫代巴比妥酸值显著降低；此外，与未处理组的样品相比，精油处理组将鳕鱼片的货架期延长了5 d。程荻等[69]将茶多酚、苹果多酚和葡萄多酚添加到鱼糜中发现：在4℃下冷藏20 d后，与对照组相比，添加多酚能抑制或杀死腐败菌。

3 结论与展望

植物提取物具有资源丰富和天然安全的优势，是一种极具潜力的饲用抗生素替代品，且具有抗应激及麻醉等功效。将植物提取物应用于水产方面，有望实现水产动物养殖过程中“免抗生素防病”的目的，也为水产保活运输以及保鲜方面提供了新途径。

植物提取物应用于水产方面尚存在诸多需要解决的问题：①植物提取物成分十分复杂，包括含有几十种含量不同的化合物，各组分间又可能存在交互作用，具体作用机制难以完全阐明；②植物提取物通过不同的给药方式作用于水产，其在水产动物体内的药代动力学规律需要进一步研究；③目前关于植物提取物对鱼类养殖、麻醉方面的毒性和毒理数据缺乏，未来需要通过大量的动物体内试验来提供参考依据。