趙 樑，王錫昌，吳旭干

( 1. 上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海 201306；2. 上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)種質(zhì)資源發(fā)掘與利用教育部重點實驗室，上海 201306 )

飼料中蝦青素對水產(chǎn)動物品質(zhì)影響的研究進展

趙 樑1，王錫昌1，吳旭干2

( 1. 上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海 201306；2. 上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)種質(zhì)資源發(fā)掘與利用教育部重點實驗室，上海 201306 )

蝦青素；水產(chǎn)飼料；品質(zhì)

據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計，1990—2013年世界水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量從1.83×107t持續(xù)增長至9.72×107t，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)正在不斷興起。1900年中國水產(chǎn)養(yǎng)殖量就已達到約世界水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量的50%，之后比例不斷上升，中國已成為世界上水產(chǎn)養(yǎng)殖量最高的國家[1](表1)。人們對于水產(chǎn)品的喜愛來源于它的營養(yǎng)與美味，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，人們對于水產(chǎn)品品質(zhì)的要求也越來越高，不僅要求其品質(zhì)安全、味道鮮美，還更加注重色澤、運輸、保藏等方面的因素。水產(chǎn)品品質(zhì)受水體環(huán)境、養(yǎng)殖方式、飼料調(diào)控等方面的影響[2]。飼料是水產(chǎn)品能量與營養(yǎng)的主要來源，為水產(chǎn)品提供充足的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)等，進而提供給人們充足的營養(yǎng)物質(zhì)，因此越來越受到人們的關(guān)注。而蝦青素被證實廣泛存在于蝦、蟹及其他各類水產(chǎn)品中，具有顯色、抗氧化和增強免疫力等作用[3]，易于水產(chǎn)品的保存和運輸，從而能保證水產(chǎn)品具有良好的市場價值。因此，蝦青素的這些特性使其在水產(chǎn)動物飼料中的應(yīng)用越來越廣泛，但蝦青素的添加量以及其安全性問題仍是需要被關(guān)注的一個重點。針對上述內(nèi)容，筆者綜述了飼料中蝦青素添加量對水產(chǎn)品品質(zhì)的影響，以期通過對水產(chǎn)品品質(zhì)的測定來指導(dǎo)水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料中蝦青素添加量問題。

表1 1990—2013年世界及中國水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量

1 蝦青素的理化性質(zhì)

蝦青素屬于類胡蘿卜素的一種，呈粉紅色，分子式為 C40H52O4，廣泛存在于蟹、蝦、牡蠣外殼和一些魚類及藻類中，在20世紀30年代，人類就掌握了提取蝦青素的方法，但直至80年代其生理功能才被研究。蝦青素的化學(xué)名稱為3,3′-二羥基-4,4′-二酮基-β,β′-胡蘿卜素[4]，相對分子量為596.86[5-6]，其分子結(jié)構(gòu)為：

結(jié)構(gòu)顯示，蝦青素具有很強的抗氧化性[7]，因其中間含有類似β-胡蘿卜素的共軛雙鍵鏈，兩側(cè)有芳香環(huán)，末端有不飽和的酮基和羥基，而這又構(gòu)成了α-羥基酮，從而具有比較活潑的電子效應(yīng)[8]。有研究顯示，在5種類胡蘿卜素——葉黃素、玉米黃素、番茄紅素、異玉米黃素和蝦青素中，蝦青素的抗氧化性能最強。而通過比較蝦殼中提取的蝦青素和α-生育酚對防止小鼠肝勻漿產(chǎn)生過氧化作用的結(jié)果表明, 蝦青素的抗氧化作用是α-生育酚的1000倍以上。

蝦青素包括游離蝦青素和蝦青素酯[9]，游離蝦青素不穩(wěn)定，主要存在于水產(chǎn)動物的肉和內(nèi)臟中，其更多的時候是與脂肪酸結(jié)合生成蝦青素酯(包括蝦青素單酯和蝦青素二酯)，主要存在于水產(chǎn)動物的皮膚和外殼上。蝦青素易與蛋白質(zhì)結(jié)合而呈青藍色，加熱后蛋白質(zhì)變性，蝦青素又會解離出來而呈現(xiàn)出原有的紅色，這也是蝦、蟹在加熱后變紅的原因[10]。

除此之外，大量研究亦表明，蝦青素在對提高養(yǎng)殖對象的存活率、促進生長、繁殖、發(fā)育等方面均有積極的意義[11]。

2 蝦青素的主要來源

目前市場上所存在的蝦青素主要有兩種，天然蝦青素和合成蝦青素。藻類植物中富含蝦青素，最典型的是雨生紅球藻(Haematococcuspluvialis)，它體內(nèi)的蝦青素大部分以酯化形式存在，用它們提取的蝦青素質(zhì)量較好，但藻類生長條件苛刻且生長緩慢，所以生產(chǎn)難度較大。甲殼類動物的殼中也富含蝦青素，每年甲殼類廢棄物能多達1.0×107t，造成了巨大的資源浪費。因此，探究從甲殼類廢棄物中提取蝦青素也是一個值得研究的內(nèi)容。但這也存在一系列問題，相比于藻類物質(zhì)，甲殼類廢棄物中色素含量低且種類多，給提取增加了難度。另外，甲殼類廢棄物因為儲存環(huán)境不好而經(jīng)常容易變質(zhì)，因此給提取帶來了很大的麻煩，同時也增加了不少的成本[12]。

天然蝦青素的提取中用的最多的是法夫酵母(Phaffiarhodozyma)法，除此之外，還有超臨界CO2法和有機溶劑提取法。1976年Andrewes等在法夫酵母中發(fā)現(xiàn)了蝦青素。法夫酵母中營養(yǎng)豐富，含有蛋白質(zhì)、脂類和維生素[13]，與其余兩種提取方法相比，法夫酵母法具有生產(chǎn)速度快和生產(chǎn)細胞密度高等優(yōu)點。

目前，合成蝦青素的方法還很有難度，需要在β-胡蘿卜素上加2個酮基和2個羥基再合成蝦青素?，F(xiàn)已知的世界上用合成法生產(chǎn)蝦青素的企業(yè)只有瑞士Hofflnann-In-Roche公司[14]。

3 蝦青素對水產(chǎn)動物生長的影響

3.1 飼料中不同蝦青素添加量對水產(chǎn)動物生長的影響

蝦青素經(jīng)常被用于水產(chǎn)動物的飼料中，可以顯著提高水產(chǎn)品的生長性能，也能保護魚類特別是魚苗抵御外界惡劣環(huán)境并促進其生長[15]。裴素蕊等[16]通過用添加不同含量蝦青素的飼料喂養(yǎng)凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加量為100 mg/kg時可顯著提高凡納濱對蝦的特定生長率、質(zhì)量增加率以及存活率，而其他試驗組對存活率無顯著影響，呂玉華等[17]研究也得出，飼料中添加蝦青素能顯著提高羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)的質(zhì)量增加率。Harpaz等[18]發(fā)現(xiàn)，飼料中添加蝦青素能提高紅螯螯蝦(Chrtaxquadricarinatus)的存活率，但無顯著影響。

Li等[19]發(fā)現(xiàn)，蝦青素能促進大黃魚(Pseudosciaenacrocea)幼魚的生長。Storebakken等[20]發(fā)現(xiàn)，用含57 mg/kg蝦青素的飼料喂養(yǎng)虹鱒(Oncorhynchusmykiss)，在5 ℃和15 ℃條件下，生長速度顯著提高。用添加蝦青素的飼料喂養(yǎng)大西洋鮭(Salmosalar)魚苗，發(fā)現(xiàn)魚苗能正常生長，而不添加蝦青素，魚苗存活率低于50%。崔培等[21]通過用添加了蝦青素的飼料喂養(yǎng)錦鯉(Cyprinuscarpio)發(fā)現(xiàn)，蝦青素含量為100 mg/kg時，錦鯉的質(zhì)量增加率、特定增長率以及蛋白質(zhì)效率顯著提高，而飼料中添加過多蝦青素，反而會減緩它的生長。王吉橋等[22]發(fā)現(xiàn)，添加60 mg/kg和90 mg /kg 蝦青素的仿刺參(Apostichopusjaponcus)特定生長率比對照組分別提高了113.33%和66.67%。Merchie等[23]研究表明，在飼料中添加蝦青素可使養(yǎng)殖對象的免疫力獲得較大提高，增強抗病力，提高存活率。Vassallo等[24]在飼料中添加10 mg/kg的蝦青素可提高水產(chǎn)動物的產(chǎn)卵率。綜上所述，在飼料中添加適量的蝦青素，能促進水產(chǎn)品的生長，原因可能在于蝦青素在適宜含量范圍內(nèi)對試驗品種有一定的誘食作用，并能增強其免疫力，含量過低，效果不顯著，但含量過高，也達不到預(yù)期的效果，這可能是因為試驗品種會將額外的代謝排除體外，反而造成浪費。

3.2 蝦青素對水產(chǎn)動物保存的影響

目前，水產(chǎn)品運輸行業(yè)已逐漸發(fā)展起來，在?；钸\輸過程中魚蝦類的生理需求和在正常的生存環(huán)境下無明顯不同，但由于各種環(huán)境條件如氧氣、溫度、運輸密度、應(yīng)激脅迫等的限制，水產(chǎn)品的存活率及品質(zhì)也會大大受影響。某些魚類如虹鱒、鮭魚等在貯藏過程中，體內(nèi)蝦青素含量少則易于酸敗，體內(nèi)蝦青素含量高時保存效果較好。

運輸過程中的不良環(huán)境、不良脅迫因子和機械振動等將引起水產(chǎn)品的應(yīng)激反應(yīng)，嚴重時可能會導(dǎo)致疾病甚至死亡[25]。Chien等[26]在研究蝦青素對蝦的影響時指出，飼料中添加蝦青素可以增強魚蝦對高氮、低氧環(huán)境的耐受力。Pan等[27]研究表明，蝦青素能增強墨吉明對蝦(Fenneropenaeusmerguiensis)對外界應(yīng)激的抵抗能力。有研究表明，在飼料中添加蝦青素可使養(yǎng)殖對象的免疫能力和抗病力大大增強[28]。水產(chǎn)品本身不能合成蝦青素，需要從食物中攝取，所以飼料中添加適量蝦青素在一定程度上能保護魚類，使其在運輸過程中能保持較好的品質(zhì)。

4 蝦青素對水產(chǎn)動物抗氧化能力的影響

4.1 蝦青素的抗氧化作用

蝦青素是一種很強大的抗氧化劑，其抗氧化活性主要體現(xiàn)在清除自由基、抑制促氧化劑、還原能力和抑制脂質(zhì)的氧化降解等方面[29]。氧化反應(yīng)的原理在于正常的氫原子有4個電子，而機體真的正常代謝會使原子失去1個電子，從而形成了自由基，自由基會搶奪細胞膜上的電子來配對自身缺失的電子，又能形成另一個新的自由基，從而開始了鏈反應(yīng)的進行，破壞細胞膜的完整性，導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生。而蝦青素具有獨特的結(jié)構(gòu)，不僅能給出1個自由基，而且能有效淬滅單態(tài)氧清除自由基，同時其脂溶特性也使其能中和細胞內(nèi)的自由基，從而可以起到抗氧化的作用，也能保護細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，使其能發(fā)揮更好功能。蝦青素易與脂肪酸生成蝦青素酯，也能有效阻止氧原子與不飽和脂肪酸的相互作用，阻止氧化反應(yīng)的進行，從而保護細胞及使DNA免受氧化反應(yīng)的損傷[12]。蝦青素在保護磷脂和防止脂質(zhì)的過氧化上也有較好的效果。

清除自由基主要依靠體內(nèi)的總抗氧化防御體系，它分為酶促和非酶促。酶促體系包括過氧化物酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等，而蝦青素屬于非酶促體系[30]。蝦青素除了能消除自由基，還能提高內(nèi)源性抗氧化酶系統(tǒng)的防御作用，增強酶的活性，所以蝦青素能表現(xiàn)出很強的抗氧化作用。

4.2 飼料中不同蝦青素添加量對抗氧化性的影響

蝦青素的抗氧化活性主要體現(xiàn)在清除自由基、抑制促氧化劑、還原能力和抑制脂質(zhì)氧化降解等方面[29]。水產(chǎn)動物自身不能合成蝦青素，需要從食物中攝取蝦青素來滿足自身的需要，因此，飼料中蝦青素添加量的多少對水產(chǎn)品品質(zhì)的影響很重要。不同水產(chǎn)品對蝦青素的需求量不一樣，吸收能力也不同，但是它們之間也存在著一定規(guī)律(表2) 。

表2 不同蝦青素含量對水產(chǎn)動物抗氧化能力的影響

飼料中適量添加蝦青素，能顯著增強水產(chǎn)品的抗氧化能力，添加量過低，水產(chǎn)品抗氧化能力較低，但添加量過高，對其抗氧化效果的影響反而不明顯。蝦青素含量過高，額外的代謝會消耗水產(chǎn)品的體能，其在水產(chǎn)品體內(nèi)積累到一定限度，超過此限度后多余的蝦青素會通過代謝排出體外，以此維持水產(chǎn)品體內(nèi)的動態(tài)平衡[36]。

5 蝦青素對水產(chǎn)品色澤的影響

5.1 飼料中不同蝦青素添加量對色澤的影響

大量研究證明，飼料中添加蝦青素能增加胡蘿卜素在水產(chǎn)品體內(nèi)的沉積量，改變水產(chǎn)品的體色。雖然不同種類水產(chǎn)動物對飼料中蝦青素的需求量不同，但大量試驗表明，飼料中不同蝦青素含量對水產(chǎn)品生長性能影響的趨勢基本一致。由表3可知，蝦青素含量適當(dāng)，水產(chǎn)動物的生長性能最優(yōu)；蝦青素含量過低，對水產(chǎn)品的著色效果不明顯，不能達到滿意的效果；蝦青素含量過高，雖然有些情況下著色效果會比蝦青素含量低些時好，但效果并不明顯，因此過量添加蝦青素，反而會造成浪費。其他一些研究學(xué)者也得出相同的結(jié)論，水產(chǎn)品的體色并非隨著飼料中色素添加量的增加而無限加深，色素沉積都有一定的限度，超過此限度色素沉積效果不好甚至下降[37]。

5.2 蝦青素對水產(chǎn)品不同部位色素沉積的影響

同種水產(chǎn)品不同部位色素沉積的效果差異很大。對于甲殼類動物，如蟹、蝦等，色素沉積主要在殼、性腺和肝胰腺上，而肉上色素沉積很少，所以甲殼類動物的外殼很鮮艷，而肉呈白色。對于一些觀賞魚類，魚體能顏色鮮艷，而魚肉卻是白色，這體現(xiàn)了其色素沉積能力的差異。崔培等[21]通過用含蝦青素的飼料喂養(yǎng)錦鯉一段時間后發(fā)現(xiàn)，蝦青素添加

表3 不同蝦青素含量對水產(chǎn)品生體色的影響

量為1600 mg/kg時，錦鯉皮膚和背鰭的色素沉積量達到最高，且皮膚沉積效果比背鰭好，但并無顯著差異。李小兵等[42]通過向金曼龍(Trichogastertrichopterus)飼料中添加200 mg/kg的蝦青素喂養(yǎng)一段時間發(fā)現(xiàn)，在第15 d時魚體、魚鱗、魚鰭、魚皮中色素沉積量達最高，并且不同組織部位的含量從高至低依次為魚皮、魚鰭、魚鱗、魚體、魚頭、魚肉。March等[43]認為，魚體肌肉著色效果不好，一方面是由于類胡蘿卜素在魚體不同組織部位內(nèi)的沉積具有選擇性，另一方面可能是類胡蘿卜素在魚體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)移的結(jié)果，但具體情況還有待研究。

Bandaranayake等[44]通過喂養(yǎng)黑海參(Holothuriaatra)一段時間后發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)臟蝦青素含量為36.8 mg/kg，而在性腺中則高達100 mg/kg，同屬的H.leucospilota中，其內(nèi)臟蝦青素含量僅為35.5 mg/kg，而在性腺中則超過150 mg/kg。水產(chǎn)品體內(nèi)蝦青素的分布不均勻一方面與自身的生理特性有關(guān)，同時也受外界環(huán)境影響。

陳曉明等[45]通過用含蝦青素的飼料素喂養(yǎng)中國金魚后發(fā)現(xiàn)金魚著色自然，并且從其色素的光譜曲線及HPLC圖譜可知，金魚體內(nèi)的蝦青素是以酯化的形式存在。不同種類的水產(chǎn)品，其攝食方式以及對蝦青素的沉積能力也不同，這也是導(dǎo)致其體內(nèi)蝦青素含量差異大的原因之一。魚類中，蝦青素沉積量較高的有虹鱒、大西洋鮭、紅大馬哈魚(Oncorhynchusnerka)等，蝦青素含量均在40 mg/kg以上，因此能呈現(xiàn)較為鮮艷的顏色，而野生銀大馬哈魚(O.kisutch)體內(nèi)的蝦青素含量就少得多[46-47]。一些甲殼類動物，外殼中蝦青素沉積量高達200 mg/kg，且蝦青素易與蛋白質(zhì)結(jié)合形成蝦青素蛋白，能賦予水產(chǎn)品不同的顏色。

6 蝦青素安全性問題的探討

蝦青素因為其極強的抗氧化能力、呈色功能而被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。天然蝦青素一般從藻類植物中提取，其安全性已得到廣泛的認可，而對于長期投放合成蝦青素的安全性問題還有待研究，它與短期投放相比對水產(chǎn)品的生物學(xué)活性具有一定差異。合成蝦青素在生產(chǎn)過程中可能會被其他有害物質(zhì)污染，有時不可避免的引入雜質(zhì)，如某些非天然副產(chǎn)物等，可能會降低其生物利用安全性。

研究表明,在飼料中添加400 μg/g的蝦青素喂養(yǎng)大鼠90 d，未發(fā)現(xiàn)任何有害作用[48]。Miki等[49]在小鼠飼料中添加10.4～18.0 mg/g的蝦青素也未發(fā)現(xiàn)死亡和異?，F(xiàn)象。歐盟專家組曾對蝦青素安全性進行過評估，認為其每日允許攝入量為 0.034 mg/kg[50]。在日本，天然蝦青素已被批準(zhǔn)使用于食品與動物飼料中。在美國、加拿大等也被批準(zhǔn)用于水產(chǎn)飼料養(yǎng)殖中。中華人民共和國農(nóng)業(yè)部在《飼料添加劑品種目錄(2013)》[51]中規(guī)定，蝦青素僅適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖動物和觀賞魚類，沒有規(guī)定蝦青素可以用于家禽飼料。目前，蝦青素投放于飼料中的安全性問題還有待研究。

7 展望

蝦青素由于其獨特的功能特性被許多行業(yè)越來越廣泛地使用，尤其在漁業(yè)飼料中。目前，全球的水產(chǎn)品以每年24%的比例遞增，所以蝦青素的需求量也越來越大，這也顯現(xiàn)出極大的市場潛力，蝦青素用于漁業(yè)飼料必然會受到越來越多的關(guān)注，應(yīng)用前景非常廣泛。水產(chǎn)品因其獨特的風(fēng)味與生理學(xué)活性越來越受消費者歡迎，水產(chǎn)品的市場競爭也越來越大。 蝦青素除有顯色、抗氧化、促進生長等作用外，對水產(chǎn)品營養(yǎng)價值的影響也是值得研究的方面。目前在大西洋鮭飼料中添加蝦青素后發(fā)現(xiàn)，其某些組織中的維生素A、維生素C、維生素E及類脂含量明顯增高，但此類報道相對較少。水產(chǎn)品品質(zhì)的高低體現(xiàn)在多方面，飼料中添加蝦青素在某些方面能大大改善其品質(zhì)，目前其對于水產(chǎn)品營養(yǎng)價值的影響還有待研究。

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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.

國家自然科學(xué)基金資助項目(31471608)；上海市中華絨螯蟹產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目(D-8003-10-0208)；上海市科委項目(13320502100).

趙樑(1992—)，女，碩士；研究方向：食品營養(yǎng)與風(fēng)味.E-mail：zhaoliangspxy@163.com.通訊作者：王錫昌 (1964—)，男，教授；研究方向：食品營養(yǎng)與安全.E-mail：xcwang@shou.edu.cn.