著色劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究與應(yīng)用

鄺金媚 吳秀麗 趙典惠 廣州立達(dá)爾生物科技股份有限公司，廣州 510663

隨著我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速崛起，人工養(yǎng)殖水產(chǎn)品的品質(zhì)問題越來越受到人們的關(guān)注，其中色澤是影響其商品價(jià)格和觀賞價(jià)值的重要因素。水產(chǎn)動(dòng)物呈現(xiàn)出的斑斕色彩，在很大程度上受類胡蘿卜素（Carotenoid）的影響，而水產(chǎn)動(dòng)物自身不能合成類胡蘿卜素，必需從食物中攝取。水產(chǎn)動(dòng)物日糧的主要原料含類胡蘿卜素很少，而在現(xiàn)代高密度集約化養(yǎng)殖條件下，養(yǎng)殖周期又大大縮短，使得水產(chǎn)動(dòng)物攝食類胡蘿卜素的機(jī)會(huì)越來越少，造成人工養(yǎng)殖的水產(chǎn)品體色往往缺乏天然水產(chǎn)品所具有的健康色澤，從而使其商品價(jià)值大打折扣。因此，在飼料中添加著色劑，對(duì)養(yǎng)殖魚類的體色進(jìn)行調(diào)控，已成為現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的重要技術(shù)措施之一。

1 為什么要使用著色劑

1.1 消費(fèi)者對(duì)水產(chǎn)品外觀顏色的要求

顏色是水產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，色澤的沉積往往代表著魚類的野生時(shí)限。色澤鮮亮往往成為人們判斷水產(chǎn)品質(zhì)量和風(fēng)味的標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)售價(jià)也會(huì)提高。

1.2 現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖環(huán)境的要求

在現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖條件下，大量使用人工配合飼料，而水產(chǎn)配合飼料中類胡蘿卜素的含量較少、性質(zhì)不穩(wěn)定，且養(yǎng)殖周期較短，使水產(chǎn)動(dòng)物不能獲取充足的著色類物質(zhì)，造成其體表或肌肉色澤變差；同時(shí)易引發(fā)類胡蘿卜素缺乏的生理癥狀，如生長(zhǎng)緩慢、抵抗力下降等。

1.3 動(dòng)物本身對(duì)色澤的要求

顏色可作為水產(chǎn)動(dòng)物之間信息傳遞的媒介。如有些水產(chǎn)動(dòng)物改變其顏色表示它們準(zhǔn)備交配，借以吸引異性，實(shí)現(xiàn)該物種的繁衍。顏色也是水產(chǎn)動(dòng)物健康狀況的重要天然指標(biāo)，疾病、虛弱或營(yíng)養(yǎng)缺乏等原因都可使其顏色發(fā)生變化。

1.4 著色劑本身的生物學(xué)功能

在水產(chǎn)動(dòng)物的養(yǎng)殖中，類胡蘿卜素等著色劑不僅能起到著色的作用，還有很多其它的生物學(xué)功能：（1）抗紫外輻射的保護(hù)作用；（2）作為受精激素，改善卵質(zhì)；（3）提高免疫，促進(jìn)生長(zhǎng)和成熟；（4）增強(qiáng)魚體對(duì)高氨和低氧的耐受性；（5）作為維生素A 的前體；（6）水生動(dòng)物的強(qiáng)抗氧化劑和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的抑制劑；（7）在繁殖季節(jié)，成熟的雄魚將類胡蘿卜素集中到皮膚上，形成雄魚的第二性征--婚姻色；而雌魚則集中在卵巢，形成幼體的保護(hù)色。

2 常見著色劑的種類和分布

飼料中常用的著色劑，按來源一般分為天然著色劑和合成著色劑，其中天然著色劑以類胡蘿卜素為主。目前，已知結(jié)構(gòu)的天然類胡蘿卜素約有600余種，在自然界中以巖藻黃素（Fucoxanthin）、紫黃質(zhì)（Violaxanthin）、黃體素（Lutein，3，3′-二羥基-α-胡蘿卜素）、新黃質(zhì)（Neoxanthin）等最為豐富，但水產(chǎn)動(dòng)物中則以蝦青素 （Astaxanthin，3，3′-二羥基-4，4′-二酮基β-胡蘿卜素）、黃體素等為主。在甲殼類動(dòng)物中，蝦青素最為普遍，其他含量較多的類胡蘿卜素還有黃體素、玉米黃質(zhì)（Zeaxanthin，3，3′-二羥基-β-胡蘿卜素）、斑蝥黃質(zhì)等（Canthaxanthin，4，4′-二酮基 β-胡蘿卜素）。在有鰭魚類中，蝦青素也是分布最為廣泛的色素，其次為黃體素和金槍魚黃質(zhì)。在淡水魚類中，黃體素具有較重要的著色意義，而海水魚類則具有獨(dú)特的金槍魚黃質(zhì)。這些色素在動(dòng)物體內(nèi)以游離、酯化或與蛋白質(zhì)結(jié)合的狀態(tài)存在。

常用的著色劑及飼喂對(duì)象

類胡蘿卜素在魚體中主要存在于皮膚、魚鱗、肌肉等器官中，呈現(xiàn)黃色、橙色和紅色等。葉黃素類（Xanthophylls），包括蝦青素、黃體素、斑蝥黃質(zhì)和玉米黃質(zhì)，是在魚蝦體內(nèi)起呈色作用的主要類胡蘿卜素色素。

3 著色劑的作用機(jī)理

動(dòng)物體色是存在于真皮層色素細(xì)胞的色素顆粒運(yùn)動(dòng)和光反射器官的光散射而產(chǎn)生。動(dòng)物體色主要由生理學(xué)體色和形態(tài)學(xué)體色變化共同作用形成。生理學(xué)體色變化是指某些動(dòng)物為適應(yīng)環(huán)境變化，體內(nèi)色素細(xì)胞迅速運(yùn)動(dòng)而改變自身膚色的過程。形態(tài)學(xué)體色變化是由于色素細(xì)胞、色素量的增減而引起動(dòng)物體色變化的過程。生理學(xué)體色變化以神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)為主，而形態(tài)學(xué)體色變化則以內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)為主。動(dòng)物體內(nèi)的色素基團(tuán)主要有黑色素、類胡蘿卜素、四吡咯類和鳥嘌呤。黑色素主要受遺傳、激素和光線的影響。四吡咯類與鳥嘌呤的關(guān)系較大，而與魚類的體色關(guān)系不大。鳥嘌呤可使魚體和魚鰾呈現(xiàn)銀白色。

目前對(duì)魚蝦色素的代謝途徑還不十分清楚，而且研究主要集中在類胡蘿卜素上。類胡蘿卜素以游離態(tài)在中腸被吸收，在血液中與脂蛋白結(jié)合進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)；肝臟是類胡蘿卜素代謝的主要器官。對(duì)于未成熟的鮭鱒魚類，類胡蘿卜素主要以游離形式存在于肌肉中，在性成熟過程中，從肌肉轉(zhuǎn)移到皮膚和卵巢。魚蝦具有將類胡蘿卜素作為維生素A原的能力，如虹鱒可將蝦青素還原成玉米黃質(zhì)，將斑蝥黃質(zhì)還原為β-胡蘿卜素，進(jìn)而合成維生素A。水產(chǎn)動(dòng)物均不能從頭合成類胡蘿卜素，需經(jīng)食物鏈由藻類傳至浮游動(dòng)物，最終至魚蝦蟹。各種類胡蘿卜素在動(dòng)物體內(nèi)可以相互轉(zhuǎn)化。有研究認(rèn)為，魚蝦可以在體內(nèi)將由玉米黃質(zhì)和β-胡蘿卜素等合成蝦青素。蝦青素是水產(chǎn)動(dòng)物中普遍存在的一種類胡蘿卜素，根據(jù)水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)蝦青素的代謝途徑，可將水產(chǎn)動(dòng)物分為三大類：

（1） 紅鯉型（red carp type）。包括大部分淡水魚類，如金魚、紅鯉和錦鯉等，可將黃體素、玉米黃質(zhì)轉(zhuǎn)變形成蝦青素，也可將食物中的蝦青素直接貯于體內(nèi)。Ohkubo等提出葉黃素A在金魚體內(nèi)可能的兩條氧化代謝途徑。

第一條途徑：葉黃素A→葉黃素B→（3S，4R，3'S，6'R）-4-羥 基 葉 黃 素 →α-皮 黃 素 （αdoradexanthin）；

第二條途徑：葉黃素 A→（3S，4R，3'R，6'R） -4-羥基葉黃素→二羥基胡蘿卜酮。

Katayama等（1972）報(bào)道，作為金魚紅色素主要來源的蝦青素由葉黃素通過氧化和異構(gòu)化形成。它們雖然具有轉(zhuǎn)化β-胡蘿卜素為蝦青素的能力，但極弱，β-胡蘿卜素不是形成蝦青素的主要前體物質(zhì)。該類動(dòng)物可將β-紫羅酮環(huán)的4,4'C氧化，而難以將3,3'C氧化，故難以形成蝦青素。

（2） 鯛魚型（sea bream type）。包括大部分經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的海水魚類，如鯛、大麻哈魚和鮭鱒魚類等。該類魚不能將β-胡蘿卜素、黃體素、玉米黃質(zhì)轉(zhuǎn)變形成蝦青素，但可將上述色素直接吸收而貯存于體內(nèi)。

（3）大蝦型（prawn type）。幾乎所有甲殼類動(dòng)物均屬此類，可將β-胡蘿卜素、黃體素、玉米黃質(zhì)轉(zhuǎn)變成蝦青素，改變其色素的組成，從而表現(xiàn)出艷麗的顏色。Tanaka等認(rèn)為類胡蘿卜素在日本對(duì)蝦體內(nèi)也有兩條代謝途徑。

第一條途徑：β-胡蘿卜素→異黃素→海膽酮→斑蝥黃質(zhì)→紅黃素→蝦青素；

第二條途徑：玉米黃質(zhì)→4-酮玉米黃質(zhì)→蝦青素。

因此，要使養(yǎng)殖魚蝦達(dá)到理想的著色效果，必須根據(jù)魚蝦的代謝類型以及類胡蘿卜素在其體內(nèi)的分布特點(diǎn)選用適當(dāng)?shù)姆N類。

4 影響著色劑在水產(chǎn)飼料中作用效果的因素

4.1 水產(chǎn)動(dòng)物的種類、大小和生理狀態(tài)

不同魚蝦種類沉積類胡蘿卜素的能力不同。在鮭鱒魚類中，虹鱒（Oncorhynchus mykiss）比大西洋鮭（Salmo salar）能更有效地積累食物中的類胡蘿卜素，但積累能力相對(duì)弱于紅大馬哈魚（Oncorhynchusnerka）。銀大麻哈魚（Oncorhynchus kisutch）的類胡蘿卜素沉積效率通常也比大西洋鮭要高。

通常個(gè)體較大者沉積類胡蘿卜素的能力較強(qiáng)。如5g重的虹鱒魚種肌肉最大類胡蘿卜素蓄積量為2.5mg/kg，0.5～1.0kg 個(gè)體可達(dá) 10 mg/kg，而體重大于1kg者則高達(dá)20～25mg/kg。北極紅點(diǎn)鮭體重達(dá)到17g時(shí)，才能在肌肉里存積斑蝥黃質(zhì)。銀大麻哈魚投喂添加磷蝦油的飼料，1個(gè)月后80g體重的魚肌肉著色很少，而180g體重的魚著色明顯。March（1992）等指出，銀大麻哈魚肌肉著色強(qiáng)度與體重存在線性相關(guān)。但Bjerkeng等（1990）對(duì)大西洋鮭的研究表明，類胡蘿卜素在魚體中的沉積和體重似乎沒有線性關(guān)系，但肌肉著色與特定生長(zhǎng)率卻有很好的線性關(guān)系。Aas等（1997）以63mg/kg蝦青素飼喂北極紅點(diǎn)鮭3個(gè)月，1齡、2齡、3齡魚的肌肉類胡蘿卜素含量（蝦青素及其代謝產(chǎn)物艾杜黃素）分別為 2.50、3.69、6.70mg/kg，3 齡魚皮膚、 鰭條中顯著高于其他組。

同種魚的不同品系對(duì)類胡蘿卜素的利用也有差異。對(duì)北極紅點(diǎn)鮭（Salelinus alpinus）的兩個(gè)不同品系的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同條件下喂養(yǎng)5mg/kg的蝦青素11周后，在肌肉上的沉積量沒有顯著差異，但在魚鰭和皮膚上的沉積量，Salbard都比Hammerfest顯著。研究發(fā)現(xiàn)，錦鯉（Cyprinus carpio）的 3 個(gè)品種 Kawari（紅色），Showa（紅黑色）和Bekko（黑白色），均投喂 80mg/kg微藻粉，Kawari品種體內(nèi)的類胡蘿卜素沉積最高，體表紅色色澤最明顯。

不同生理和生長(zhǎng)階段，魚蝦沉積色素的能力和部位也不同。對(duì)于鮭鱒魚類，魚苗和魚種階段主要沉積于皮膚；而快速生長(zhǎng)的后期成魚，則主要沉積于肌肉。在性成熟過程中，鮭鱒魚動(dòng)員肌肉中的色素沉積于皮膚（形成婚姻色）和卵巢，這個(gè)過程可能是由性激素誘發(fā)產(chǎn)生。

不同部位色素沉積也有明顯的不同。對(duì)金頭鯛（Sparus aurata）的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用40 mg/kg的小球藻（Chlorella vulgaris）喂養(yǎng)3周后，眼前部區(qū)域和背鰭的色素沉積要比鰓蓋部和腹部高，但用合成的蝦青素喂養(yǎng)后卻得到相反的結(jié)果。

遺傳特性也會(huì)影響色素沉積。即便在同一虹鱒群體中，不同個(gè)體間沉積色素的能力也有差異，因而有必要在育種工作中選擇那些體質(zhì)健壯、生長(zhǎng)迅速、沉積色素能力較強(qiáng)的個(gè)體作為親本。

4.2 著色劑水平與著色時(shí)間

著色劑沉積是個(gè)漸進(jìn)過程，不能單純地以提高色素水平來縮短著色時(shí)間，增強(qiáng)著色效果。因?yàn)橹珓┰隗w內(nèi)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)可能存在某種“飽和度”，多余的色素因無法被吸收利用而浪費(fèi)，較長(zhǎng)時(shí)間稍小劑量著色劑的著色效果通常比較短時(shí)間大劑量著色劑的著色效果更好且更穩(wěn)定。Hatlen等（1995）對(duì)3個(gè)不同年齡組北極紅點(diǎn)鮭 （Salelinus alpinus）試驗(yàn)13周后發(fā)現(xiàn)，投喂含蝦青素114 mg/kg與63 mg/kg相比，魚類肌肉和皮膚中類胡蘿卜素濃度顯著增加，25周后無差異；但從63mg/kg增到114mg/kg時(shí)，肌肉著色效率下降。這可能是因?yàn)樗a(chǎn)動(dòng)物肌肉最大沉積率的差異，也可能是較高濃度的類胡蘿卜素利用率下降所致。

4.3 飼料組成

（1）飼料中脂肪水平

增加飼料中脂肪水平有助于增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的著色效果，因?yàn)轭惡}卜素屬于脂溶性的，在消化道內(nèi)需要溶解于脂肪后才能被有效吸收。隨著飼料脂肪水平增加，硬頭鱒（Salmo gairdneri）和大西洋鮭的蝦青素和斑蝥黃質(zhì)消化率提高，肌肉中可沉積更多的類胡蘿卜素。鱒魚對(duì)斑蝥黃質(zhì)的表觀消化率也增加，其表觀消化率（ADC）與飼料脂肪含量（F）關(guān)系式可表達(dá)為：ADC=0.869F-2.038 （r2=0.83）。此外，不同的脂肪來源也會(huì)影響類胡蘿卜素的沉積效果。Hardy（2003）分別以牛油（Tallow）和大西洋鯡魚油（Menhaden oil）為脂肪源飼喂大西洋鮭，結(jié)果后者魚體類胡蘿卜素沉積量高于前者，這可能與脂肪的飽和度與熔點(diǎn)（影響脂肪消化率）有關(guān)。

（2）飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子及藥物

植物蛋白源如豆餅（粕）、菜籽餅（粕）等含有諸多抗?fàn)I養(yǎng)因子，可影響魚蝦對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用。類胡蘿卜素易被脂肪氧化酶氧化，影響著色效果，因此飼料中一定量的二丁基羥基甲苯（BHT）等抗氧化劑可保護(hù)類胡蘿卜素，提高其在水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)的吸收和利用率。在含有類胡蘿卜素的飼料中添加三碘甲狀腺原酪氨酸 （Triiodothyronine，T3） 喂養(yǎng)虹鱒、銀大麻哈魚和大鱗大麻哈魚時(shí)，發(fā)現(xiàn)肌肉和血漿中蝦青素含量顯著降低。

（3）飼料中維生素A和維生素E的水平

由于魚蝦具有將蝦青素、斑蝥黃質(zhì)、玉米黃質(zhì)等轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A的能力，若飼料中維生素A不足，類胡蘿卜素將部分地轉(zhuǎn)化為維生素A以滿足動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要，這將影響色素沉積，導(dǎo)致著色效果變差。但如果維生素A含量過高，結(jié)構(gòu)相似的分子間產(chǎn)生吸收競(jìng)爭(zhēng)，類胡蘿卜素不能被充分吸收，也會(huì)使著色效果降低。

維生素E（α-生育酚）也會(huì)對(duì)魚體吸收類胡蘿卜素產(chǎn)生一定的影響。Bjerkeng等（1999）用蝦青素（30 和 50mg/kg）和 α-生育酚（200、400 和 800mg/kg）交叉配比飼喂大西洋鮭，結(jié)果飼喂50mg/kg蝦青素和200mg/kg α-生育酚組的血漿中艾杜黃素含量最高。添加α-生育酚可以增加蝦青素在大西洋鮭體內(nèi)的沉積，并可以減少飼料中蝦青素的使用量。類胡蘿卜素化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易被氧化，因此飼料中一定量的抗氧化劑如維生素E也可以起到保護(hù)類胡蘿卜素的作用，提高其利用率。

（4）飼料原料的種類、批次和貯存時(shí)間

飼料原料種類不同，所含類胡蘿卜素的種類、含量均不相同；同一種類不同批次的飼料原料所含類胡蘿卜素也不相同，并且加工和貯存過程中類胡蘿卜素的含量都會(huì)發(fā)生變化。

4.4 投喂方法

投飼率也會(huì)影響類胡蘿卜類色素的沉積。分別以投飼率為0.5%（限飼）和1.0%（飽食）的含類胡蘿卜素飼料飼喂體重100g左右的虹鱒，前者肌肉中類胡蘿卜素含量遠(yuǎn)低于后者，這可能是在限食條件下類胡卜素?cái)z入較少的緣故。因?yàn)樵囼?yàn)測(cè)得這兩種飼喂方式類胡蘿卜素的消化率和沉積率并無差異。另有研究表明，含蝦青素飼料與不含蝦青素飼料進(jìn)行輪流投喂，比每餐都投喂蝦青素的沉積值也要高，這可能是因?yàn)槟c胃對(duì)蝦青素的消化需要一定時(shí)間，吸收有一定限度。

4.5 其他影響因素

水溫是影響魚蝦攝食、生長(zhǎng)和代謝的重要因素，也影響類胡蘿卜素的沉積。對(duì)金魚投喂蝦青素、小球藻的試驗(yàn)表明，水溫26℃～30℃時(shí)的著色效果優(yōu)于22℃或24℃。而對(duì)北極紅點(diǎn)鮭，添加同等劑量蝦青素 （0～192mg/kg），達(dá)到同樣的體重規(guī)格（320g），8℃水溫飼養(yǎng)條件下肌肉的蝦青素含量顯著高于12℃水溫飼養(yǎng)條件下的個(gè)體。

光線影響?zhàn)B殖魚蝦的體色。養(yǎng)殖魚蝦通常具有與環(huán)境相適應(yīng)的體色。咸水和淡水中養(yǎng)殖的虹鱒其體色并無差異，表明鹽度并不影響其著色效果。

類胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)與水產(chǎn)動(dòng)物色素沉積存在一定關(guān)系。Bjerkeng等（1999）研究了虹鱒對(duì)不同構(gòu)型蝦青素的生物利用率，結(jié)果表明飼喂全反式蝦青素的虹鱒體色明顯紅于飼喂混合構(gòu)型蝦青素組。

總體來看，類胡蘿卜素能夠改善水產(chǎn)動(dòng)物體色，在水產(chǎn)品養(yǎng)殖方面經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高。國(guó)外對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物著色的研究歷史較早，內(nèi)容也較為深入，主要集中在鮭、鱒魚類和經(jīng)濟(jì)蝦類方面，近年來也在向觀賞水族方向發(fā)展，在淡水水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖方面研究相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)研究起步較晚，研究?jī)?nèi)容較為膚淺，僅僅是通過投喂含色素的餌料來改變水產(chǎn)動(dòng)物的體色和肉色，檢測(cè)指標(biāo)也局限于目視感官和對(duì)某種色素含量的測(cè)定。對(duì)于影響著色的因素，色素在體內(nèi)的代謝與調(diào)控等方面尚未涉及。但隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)向名、特、優(yōu)、新方向發(fā)展，改善養(yǎng)殖對(duì)象的體色問題已受到養(yǎng)殖生產(chǎn)者的普遍關(guān)注。在市場(chǎng)的需求和推動(dòng)下，近年來水產(chǎn)動(dòng)物的著色研究發(fā)展迅速，已從早期的觀賞魚類向水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物方向發(fā)展。相信隨著生物學(xué)的發(fā)展，各種分子生物技術(shù)的普遍應(yīng)用，水產(chǎn)動(dòng)物的體色及其變化機(jī)理將愈來愈清楚，魚蝦體色與飼料、病害、遺傳物質(zhì)等因素的關(guān)系也慢慢引起研究工作者的高度關(guān)注，并取得相應(yīng)的成果。廣州立達(dá)爾生物科技有限公司一直從事這方面的基礎(chǔ)研究，以適應(yīng)市場(chǎng)需要。相信這對(duì)水產(chǎn)色素的應(yīng)用會(huì)有更加現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，縮短我國(guó)在這一領(lǐng)域與國(guó)外的差距。