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第2 4 卷第2 期 Z 0 0 9 年4 月 北京农学院学报 J O U R N A LO FB E I J I N GU N I V E R S I T YO FA G R I C U L T U R E V 0 1 2 4 ,N o 2 A p r ,2 0 0 9 虾青素在水产养殖上的应用 李艳艳1 ,翟占军2 ,张银花1 ,曹永春1 ,郭玉琴 ( 1 北京农学院动物科学技术系,北京1 0 2 2 0 6 I2 北京市昌平区沙河镇动物卫生防疫站,北京1 0 2 2 0 6 ) 摘耍:虾青素是一种酮式非维生素A 源的类胡萝卜素,常被用作水产动物的饲料添加剂,具有多种生理功能。 笔者主要就虾青素的理化性质、存在形式、抗氧化性、增强免疫力及在水产动物养殖中的着色作用等方面进行 综述,说明虾青素具有很好的着色和增强水产动物免疫力的作用,在水产动物养殖中有良好的应用前景。 关键词:虾青素;水产动物;应用 中图分类号:S 9 6 3 1 6文献标志码:A文章编号:1 0 0 2 3 1 8 6 ( 2 0 0 9 ) 0 2 0 0 7 8 一0 3 A p p l i c a t i o ni nA q u a t i cA n i m a lo fA s t a x a n t h i n L 1Y a n y a n l ,Z H A IZ h a n _ j u n 2 ,Z H A N GY i n - h u a l ,C A OY o n g c h u n l ,G U oY u q i n h ( 1 D e p a r t m e n to fA n i m a lS c i e n c ea n dV e t e “n a r yM e d i c i n e ,B e 巧i n gU n i v e r s i t yo fA g r i c u l t u r e ,B 硝i n g1 0 2 2 0 6 ,C h i n a ; 2 A n i m a le p i d e m i cp r e v e n t i o ns t a t i o n ,S h a h e I o w n ,C h a n g p i n gD i s t r i c to fB e 巧i n g ,B e i j i n g1 0 2 2 0 6 ,C h i n a ) A b s t r 觚t :A s t a x a n t h i ni san o 矿v i t a m i nA s o u r c e dk e t o n i cc a r o t e n o i d A s t a x a n t h i no f t e ns e r v e sa sf e e da d d i t i v e so fa q u a c u l t u r e a n i m a l s ,w h i c hh a sm u l t i p h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n s T h ea u t h e r ss u m m ar i z e dt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lf e a t u r e s ,g e n e r a ln l o l e c u l a r p a t t e r n sa n do r i g i no fa s t a x a n t h i n ,t h ef u n c t i o no fp i g m e n t a t i o n ,a n t i o x i d a t i o n ,i m m u n o l o g y I na q u a c u l t u r ep r o d u c t i o n ,a s t a x a n t h i nm a yr e n d e rap r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ei nt h ef u t u r e K e yw o r d s :a s t a x a n t h i n ;a q u a t i c ;a p p l i c a t i o n 虾青素是类胡萝卜素的一种,不仅具有较好的着色效 果,而且对水产动物可以起到保鲜、防止变色、变质的作用。 近年的研究证明,虾青素具有良好的抗氧化和增强机体免疫 力的作用,由此受到研究者的广泛关注。笔者主要就虾青素 的性质、生物学功能及在水产动物的应用情况进行综述,为 虾青素在水产动物中的进一步应用提供理论基础。 1虾青素的性质及存在形式 虾青素( a s t a x a n t h i n ) 是一种动物自身所不能合成的,且在 动物体中广泛存在的一种非维生素A 源的类胡萝卜素,自然 界主要由植物和微藻产生。大多甲壳类动物如虾、龙虾、螃蟹 等呈现的红色,一些鱼的肉色都是虾青素积累的结果。 RK u h n 等从虾、蟹中提取到紫红色的结晶,将其命名为卵酯, 后来,1 9 3 8 年研究发现它不是酯,而是一种与虾红素有密切 关系的类胡萝卜素,将其命名为虾青素,并确定了化学结 构 1 。虾青索是一种酮式类胡萝卜素,化学名称为3 ,3 ,- 二羟 基一4 ,4 ,- 二酮基- p ,p - 胡萝卜素,分子式为C 蚰H 5 2o ,相对分子 量是5 9 6 8 6 ,又名虾黄质,虾黄素,其分子式如图1 。 由于虾青素的化学结构中含有一个长的共轭不饱和双 键系统,因此,很容易受光、热、氧化物等的作用而破坏其结 构 2 。 。虾青素分子结构中所具有的发色团使其在紫外一可 见光区有独特的吸收区,因而其结晶或溶液在可见光下呈现 紫红色。纯虾青素颜色为粉红色,具脂溶性,不溶于水,易溶 于氯仿、丙酮、苯等多种有机溶剂。 H H 圈l虾青素( A s t a x 柚t h i n ) 的结构式 F l g 1 t h es t 邝c t u r eo fa s t a x 柚t h i n 目前发现的虾青素主要以两种形式存在,一种是游离形 式,游离的虾青素极不稳定,很容易被氧化;另一种是酯化形 式,由于虾青素在其末端环状结构中各有一个羟基。因此易 收稿日期:2 0 0 9 0 1 1 0 ;修订日期:2 0 0 9 0 2 2 5 基金项目:北京市教委资助项目( K M 2 0 0 6 1 0 0 2 0 0 0 1 ) 作者简介:李艳艳女,硕士研究生。主要从事添加剂的研究,E _ m a i l :l i y a n 2 5 6 0 y a h o o c o m c n ,* 通讯作者:郭玉琴,E - m a i l w a n 9 1 2 3 a d m in u s t b e d u c n ;T e l :( 0 1 0 ) 8 0 7 9 9 1 4 7 2 0 0 9 年第2 期 李艳艳等:虾青素在水产养殖上的应用 7 9 于与脂肪酸形成酯而稳定存在。对野生的水生动物的研究 结果表明,在水生动物的皮肤和外壳上的虾青素以脂化形式 存在为主,肉及内脏上以游离形式存在为主 4 】。如红酵 母“、南极鳞虾6 3 和血球藻【73 中虾青素主要以酯化形式存 在;鲑鱼肉中的虾青素为游离性的。以往的研究发现化学合 成的虾青素均为游离虾青素,天然虾青索往往与脂肪酸成 酯,或与蛋白质形成复合物,产生不同的颜色( 如龙虾中的蓝 色、绿色和黄色) 。比较合成虾青素和天然虾青素饲养虹鳟 鱼的效果表明:以含相同量合成虾青素或天然虾青素的饲料 分别喂养虹鳟鱼,结果却大不一样,用天然虾青素饲料喂养 的虹鳟鱼积累更多的虾青素 8 。 2 虾青素的来源 市场上的虾青索主要有两种,一种是天然虾青素,一种 是人工合成的虾青索。目前比较有前景的天然虾青素的来 源主要是通过甲壳类动物的壳、酵母菌和藻类提取。甲壳类 动物提取虾青素存在很多问题,首先,色素含量低且变化大, 这就要求通过大量的甲壳类废弃物进行提取,从而增加提取 成本和运输成本。其次,废弃物本身易迅速腐败变质,由于 甲壳类动物的壳多数为废弃物,所以舍有很多不卫生的物 质,再加上储存环境比较差,所以易变质,给虾青素的提取带 来很多麻烦,增加生产成本。第三,几丁质、灰分、湿度含量 高,这些都限制虾青素的提取,但是由于目前还没有找到更 好的方法,且国内外的虾蟹加工业每年有1O o o 万t 的甲壳 类废弃物,资源丰富,因此国外从虾壳中提取虾青素的方式 仍然存在J 。另一种提取天然虾青素的方法是由藻类中提 取,很多种类的藻类如雨生红球藻( H 明眦o f f M sP z 砧口缸一 胁) 和微藻类的小球藻含有较多的虾青素。用红球藻生产的 色素质量较好,其虾青素主要以酯的形式存在占总类胡萝卜 素的6 0 8 0 ,少量为游离的虾青素;但这种方法也存在 很多缺点,比如藻类生长条件苛刻,需要低温,需光照,需充 足的氮源,且生长缓慢,给大量生产虾青素带来很大的困 难。 目前,用的最多的提取天然虾青素的方法是法夫酵母 ( P 胁厂厅n 施D d D z y m 口) 法。这种方法与甲壳类、藻类相比,具 有在发酵罐中快速代谢和高细胞密度生产等优点,但野生菌 株虾青素含量较低,培养温度较低( 2 1 ) 等限制其工业生 产的可能性。另外,虾青素提取自微生物的培养和表达,提 取加工过程中可能存在污染物的残留、浓缩等问题,因此存 在一定的风险。 从文献来看,虾青素化学合成的前体物质为( S ) 一3 一乙酸 基一4 一氧代一8 一紫罗酮。这种前体物质经过反应,转化成1 5 个 碳的维悌希盐,最后有2 个十五碳的维悌希盐同一个1 0 个 碳的双醛反应合成虾青素。但是该工艺十分复杂,而且由8 z 胡萝h 素转变为虾青素需加上2 个酮基和2 个羟基,因此合 成比较困难。目前,世界上用化学合成法工业化生产虾青素 的企业,只有瑞士H o f f l n a n n - I n R o c h e 公司,其中全反式虾 青素含量为5 1 0 1 。 3虾青素的生物功能 3 1 虾青素的抗氧化作用 虾青素同维生素E 一样是一种强大的抗氧化剂,它能有 效的淬灭单态氧清除自由基起到抗氧化的作用。虾青素可 有效地阻止氧原子与细胞膜的不饱和脂肪酸相互作用,阻止 氧化反应的进行,从而保护细胞及D N A 免受氧化反应的伤 害。由于虾青素具有脂溶特性。可以中和细胞内的自由基,保 护细胞内的蛋白质,使细胞有效进行新陈代谢,使细胞内的蛋 白质更好的发挥功能。一些研究者的研究证明虾青素具有很 强的抗氧化性能,k 等比较叶黄素、玉米黄素、西红柿红素、 异玉米黄素和虾青素等5 种类胡萝卜素在豆油光氧化作用中 猝灭活性氧的能力,发现它们均有淬灭单态氧的能力,但虾青 素猝灭单态氧的能力是最强的 1 “。M i l 【i 比较叶黄素、玉米黄 素、金枪鱼黄素、角黄索、& 胡萝卜索、r 生育酚和虾青素等类 胡萝卜素的猝灭单线态氧和清除自由基能力,结果表明:几种 类胡萝卜素均具有清除自由基和猝灭活性氧的活性,其中以 虾青素活性最强 1 ”。刘子贻等比较虾壳中提取的虾青素和 生育酚对防止小鼠肝匀浆产生过氧化作用的结果表明,虾 青素的抗氧化作用较r 生育酚强千倍以上 1 “。 3 2 虾青素的着色作用 类胡萝卜素是水生动物体内的主要色素物质,而虾青素 占水生动物体内类胡萝卜素的大部分,因此可以说虾青素是 水生动物体内的主要色素物质。例如龙虾、三文鱼等海产品 红润的肉色即是由于虾青素在其体内大量累积的结果。有 关虾青素对水生动物着色的研究有很多,釜田忠等研究发现 含O 1 虾青素的金盏化花瓣的提取物可使虹鳟鱼肌肉中 虾青素的含量增加【j “。Y a m a d a 研究角黄素和虾青素等类 胡萝卜素对对虾的着色效果,结果发现,以相同浓度饵料添 加量喂食对虾时,虾青素在其组织中积累量最高 1 “。邱春 吟和洪桂珍研究发现,在罗非鱼、大马哈鱼、鲤鱼等的养殖过 程中添加适量的虾青素、玉米黄素等均能增加类胡萝卜素在 皮肤、肌肉的沉积量,起到良好的着色效果 1 “。陈晓明等用 富含虾青素的发夫酵母喂养中国金鱼,经过6 0d 的试验发 现,所有酵母虾青素对金鱼都有着色效果 1 “。王锐和费小 红,陈斌和吴天星的研究均发现,在饵料中添加3 0m g k g 虾 青素,可使丽鱼、红剑尾鱼和金鱼的体色红润,增加色素的沉 积 ”1 “。N o e m iT e j e r a 等研究表明,虾青素对红鲷有明显的 着色作用 2 “。 3 3 虾青素增强免疫力和提高成活率的作用 近几年的研究表明,虾青素能显著增强动物的免疫力,提 高动物对恶劣环境的抵抗力。J y o n o u c “等研究表明,虾青素 能促进免疫球蛋白的产生,增加I g G ( 免疫球蛋白G ) 、l g A ( 免 疫球蛋白A ) 和I g M ( 免疫球蛋白M ) 的生成量,还能增强体液 免疫反应过程中,辅助性T 细胞1 和辅助性T 细胞2 的活性, 从而提高动物的免疫力 2 “。M e r c h i e 等研究表明,在饵料中 添加虾青素可增强对虾的抗病力,提高其存活率,还可以削弱 紫外线辐射对其的伤害 2 “。A I T l a r 等研究虾青素等几种类胡 萝卜素添加剂对虹蹲鱼免疫力的影响,试验结果表明,虾青素 8 0 北京农学院学报第2 4 卷 既可改善体液指标,如血清防御素和溶菌酶活性等,也可改善 细胞指标,如噬菌作用和非特定细胞毒性等 2 “。 虾青素在提高动物存活率方面也有显著的效果。大量 的研究发现,日粮中添加虾青素能极大的提高养殖动物的存 活率。C h r i s t i a n s e n 等研究发现当饵料中的虾青素添加量少 于1m g k g 时,大西洋鲑鱼鱼苗的存活率不到5 0 ,当虾青 素添加充足时,鱼苗存活率可达9 0 以上比“。P a n 等研究 发现,饲料中添加虾青素可以提高对虾的存活率 2 朝。潘志 弘给5 日龄草虾的饲料中添加虾青素7 1 5m g k g ,饲喂5 6 d 后,将幼虾浸泡弧菌液中2h ,在4 8h 后观察,发现处理组 草虾的存活率明显高于对照组 2 “。 4虾青素的安全性和发展前景 人类日常食用含有丰富天然虾青素的虾蟹、鱼等并没有 出现不良反应和中毒症状,从这一点上来讲,虾青素对人类 和动物是安全的。许多试验也证明了这一点。S p i l l e r 和 D e w e l l 的试验发现,成年人5 6d 内每天均服用6m g 雨生红 球藻提取物,是安全的,对身体没有危害】。N i s h i k a w a 等 研究表明,给雌雄小鼠口服虾青素含量达到1 0 4 1 8 o m g g 红球藻藻粉,小鼠均没有出现异常情况 2 8 。美国 A q u a s e a r c h 公司经过系统的人体安全性试验,对2 组健康成 年人每天分1 9 2 5m g 和3 8 5m g2 个剂量服用雨生红球藻 粉补充虾青素,试验后经过详细监测以及全面分析,结果发 现,口服富含天然虾青素的雨生红球藻藻粉对人体无致病效 应或毒副作用。而人工利用化学手段合成虾青素的过程中, 可能被其他有害物质污染,产品中还含有大量的顺式异构 体,可能使其生物利用安全性降低,出于安全的角度考虑,化 学合成的虾青索在食品、饲料,医药品及化妆品上的应用受 到很大的限制。随着天然虾青索提取方法的成熟,世界各国 对合成虾青素的管理也越来越严格。目前有关虾青素在动 物体内的残留及添加过量引起的毒性的报道还很少,因此对 长期使用虾青素的安全性研究还有待进一步探索。 参考文献: 1 郑裕国,沈寅初虾青素的生产技术及其应用 J 化工科技 市场。2 0 0 1 ( 2 ) :2 4 2 5 2 张明祥,赵建国国内外虾青素的研究进展 J 粮食与饲料 工业,2 0 0 2 ( 1 ) :2 6 2 8 3 胡爱军丘泰球,郑捷虾青紊及其开发 J 粮食与油脂, 2 0 0 2 ( 8 ) :4 6 4 8 4 繁荣新,虾青素的性质与开发 J 海湖盐与化工,2 0 0 0 ( 6 ) : 1 7 1 9 5 B e r n h a r dK ,c a r o t e n o i d s c h e m i s t r ya n db i o l o g y M N e w Y o r k :P l e n u mP r e s s ,19 9 0 :3 3 7 3 6 3 6 F o s sP ,R e n s t rB ,I i a a e n J e n s e n s N a t u r a lo c c u r r e n c eo fe n a n t i o m e ca n dm e s oa s t a x a n t h i n J C o m pB i o c h e mP h y s i o l , 1 9 8 7 ,8 6 B :3 1 3 3 1 4 7 R e r I s t rB ,L i a a e 卅J e n s 曲sF j t t ya d d m p o s i t i o no fs o m e 髑t e r i f i e dc a m t e n o l s J c o m pB i o c h 锄P h y s i o l ,1 9 8 1 。6 9 :6 2 5 6 2 7 8 T e r l i eM ,B j e r k e n gB ,L i a a e n r r J e n s e n & A c c u m u l a t i o n o f a s t a x a n t h i na l l E ,9 Za n dl3 Zg e o m e t r i c a li s o m e r sa n d3a n d 3 R So p t l c a li s o m e r si nr a i n b o wt r o u t ( o n c o r h y n c h u s m y k i s s ) i ss e l e c t i v e 口 N u t r ,1 9 9 9 ,1 2 9 :3 9 1 3 9 8 9 惠伯橡类胡萝h 素化学及生物化学 M 北京;中国轻工业 出版社,Z 0 0 5 1 0 w i d m e rH 。S i d l e rw I 1 a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fp h y c o e 唧h r o o y 捌na n dc h r o n l a t i ca d a p t a t i o no ft h ec y a n o b a c t e r i u m M a s t i g o c l a d u sI a r n i n o s u s 啪m c hM i c m b i o l ,1 9 8 1 ,1 2 9 :2 6 8 2 7 4 1 1 L e esH ,M i nDBJ E f f e c t s ,q u e n c h i n gm e c h a n i s m s ,a n dk i n e t i c so fc a r o t e n o i d sc h I o r o p h y l ls e n s i t i z e dp h o t o o x i d a f i o no f s o y e a no 订 J A g r iF o o dC h e m ,1 9 9 0 ,3 8 :1 6 3 0 一1 6 3 4 1 2 M i k iw P u r e & A p pB i o I o g i c a lf u n c t i o n sa n da c t i v i t i e so fa n i m a lc a r o t e n o i d s J c h e m ,1 9 9 l ,6 3 ;1 4 1 1 4 6 1 3 刘子怡,沈奇桂虾青素的生物活性及开发应用前景 J 中 国海洋药物,1 9 9 7 ,6 3 ( 3 ) :4 6 1 4 釜田忠,N e a m t uG ,田中文人二7 叉色调改善冬L r 力 A d o n i sa s t i v a l i s 刃利用 J 日水志,1 9 9 0 ,5 6 ( 5 ) :7 8 3 7 8 8 1 5 Y a m a d aS P i g m e n t a t i o no fp r a w n ( P e n a e u sj a p o n i c u s ) w i t h c a r o t e n o i d se f f e c t o fd i e t a r ya s t a x a n t h i n ,b e t a c a r o t e n ea n d c a n t h a 珊n t h i no np i g m e n t a t i o n J A q u a c u l t u r e ,1 9 9 0 ,8 7 : 3 2 3 3 3 0 1 6 邱春吟,洪桂珍用螺旋藻改造鳗鲡老头苗的初试报告 J 湛江水产学院学报。1 9 9 2 ,1 2 ( 1 ) ;7 5 7 7 1 7 陈晓明徐学明,金征宇富含虾青素的发夫酵母对金鱼体色 的影响 J 中国水产科学,2 0 0 4 。1 1 ( 1 ) :7 0 一7 3 1 8 王锐,费小红四种增色剂在观赏鱼中应用的研究 J 饲料 研究,2 0 0 5 ( 4 ) :3 7 3 8 1 9 陈斌,吴天星类胡萝h 素改善水产动物体色的研究进展 J 中国饲料,2 0 0 4 ( 1 5 ) :3 2 3 3 2 0 N o e m iT e j e r a ,P i g m e n t a t i o n ,c a r o t e n o t d sT e j e r a 。e ta 1 1 i p i d p e r o x i d e sa n dl i p i d m p o s i i o no fs k j no fr e dp o r g y ( P a g r u s p a g r u s ) f e dd i e t 5s u p p l e m e n t e dw i t hd i f f e r e n ta s t a x a n t h i n s o u r c e s J A q u a c u l t u r e ,2 0 0 7 ( 2 7 0 ) :2 1 8 2 3 0 ,2 1 9 2 1 J y o n o u c h iH ,s u nS ,G r o s sM D A s t a x a n t h i n ,ac a r o t e n o i d w i t h o u tv i t a m i na a c t i v i t y ,a u g m e n t sa n t i b o d yr e s p o n s e si n c u l t u r e si n c l u d i n gT _ h e l p e rc e l lc l o n e sa n ds u b o p t i m a ld o s e s o fa n t i g e n J N u ”,1 9 9 5 ,1 2 5 1 2 4 8 3 2 2 M e r c l l i e ,L a v 蚰s P E f f e c to fv i t a r n i nCa n d 鸽t a 船n t h i n0 ns t r 船s a n dd i s e a 鸵r 画s t a I l c eo fp o s t l a r v a lt i g e rs h r i m pp e r m e u sm o r l o d o n ( F a b r i d u s ) J A q u a c u l t u r eR e s e a r c h ,1 9 9 8 ,2 9 :5 7 9 5 8 5 2 3 A m a rEc ,K j r o nV ,s a t o hs ,e ta J I n f l u e n c eo fv a r j o u sd i e t a r ) , s y n t h e t i cc a r o t e n o i d so nb i 0 _ d e f e n c em e c h a n i s m si nr a i n b o w t r o u t ,o n c o r h y n c h u sm y k i s s J A q u a c u l t u r eR e s e a r c h ,2 0 0 l ( 2 ) :6 2 1 7 3 2 4 c h r i s t i a n s e nP ,G l e t t eJ A n t

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