殼聚糖在水產(chǎn)動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用

王思樂 王紀亭

（①山東省濰坊市高崖水庫管理局 262402 ②山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院）

開發(fā)利用具有無污染、無殘留、不產(chǎn)生耐藥性，同時可提高動物機體抵抗能力，預(yù)防動物疾病的綠色環(huán)保促生長的新型飼料添加劑已經(jīng)成為當(dāng)今水產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的必然趨勢。素有“人體第六生命要素”、“軟黃金”之美譽的甲殼素(幾丁質(zhì)，Chitin)廣泛存在于海產(chǎn)品和絲狀菌類中，但由于其不溶于水，在開發(fā)應(yīng)用上受到了很大的限制。殼聚糖是甲殼素最重要的衍生物，化學(xué)名稱為聚(1,4) -2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖，是由N-乙酰-D-氨基葡萄糖單體通過β-l,4糖苷鍵連接起來的直鏈高分子化合物。殼聚糖是迄今為止自然界中發(fā)現(xiàn)的唯一存在的陽離子堿性多糖，水溶性好，可通過動物腸道上皮細胞直接吸收。低聚糖以功能性食品形式用于食品工業(yè)，早已經(jīng)開始了深入系統(tǒng)的研究，而在畜牧業(yè)生產(chǎn)中也被作為新型的飼料添加劑廣泛運用，水產(chǎn)飼料中添加低聚糖并運用于養(yǎng)殖過程的也有許多報道，但大多都局限于添加低聚糖的效果，而不同低聚糖對不同水產(chǎn)動物的作用機理，以及最佳添加量等還有待深入研究。本文通過對國內(nèi)外學(xué)者近幾年來對殼聚糖的生理功能和作用機制的研究進行綜述，提出了其在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應(yīng)用和市場前景。

1 殼聚糖的生理功能

1.1 調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)，抑制病原菌 在酸性條件下，殼聚糖分子中的游離氨基質(zhì)子化，質(zhì)子化銨能與細菌帶正電的細胞膜作用，干擾細菌細胞膜功能，造成細菌體內(nèi)細胞質(zhì)流失，對真菌和微生物的生長有抑制作用。從目前已報道的雙歧桿菌促生長因子(Bifidusfactor，BF)研究結(jié)果分析，甲殼低聚糖是BF的一種重要種類，它能調(diào)節(jié)動物腸道內(nèi)微生物的代謝活動，改善腸道微生物區(qū)系分布，促進雙岐桿菌生長繁殖，從而提高機體免疫力，使腸道內(nèi)pH下降，抑制腸道有害菌生長，產(chǎn)生B族維生素，分解致癌物質(zhì)，促進腸蠕動，增進蛋白質(zhì)吸收。大量實驗表明，雙岐桿菌通過分泌到細胞外各種酶來分解利用不同的BF，并促進其生長繁殖；而有一些BF是通過蛋白質(zhì)類的黏附素來產(chǎn)生作用的，因為黏附素可使腸道上皮細胞和雙岐桿菌連接在一起。

1.2 改善動物腸道組織形態(tài) 殼聚糖使回腸微絨毛密度增加，同時也有變細、變高的傾向。微絨毛高度增加，密度加大，利于增大小腸的吸收面積，促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，提高飼料的利用率。Huang等人在日糧中添加殼聚糖100～150mg/kg可提高肉用仔雞回腸的消化性能，提高生產(chǎn)性能。還有實驗表明，殼聚糖可使大鼠十二指腸和空腸的絨毛長度增長以及黏膜增厚，且單位面積內(nèi)的腸黏膜堿性磷酸酶(AKP)活性增強，提高腸道的消化性能。

1.3 增強免疫功能 殼聚糖的免疫增強作用目前已被許多學(xué)者證實，其抗感染作用機制有以下幾種解釋：（1）殼聚糖刺激機體，促進腹膜滲出液的細胞(PEC)數(shù)量增加，激活巨噬細胞，從而增加活性氧的生成，再通過氧化性殺菌機制產(chǎn)生作用；（2）殼聚糖對巨噬細胞的直接激活作用增加了巨噬細胞的殺傷活性；（3）殼聚糖激活T淋巴細胞而顯示殺傷活性，且致敏T細胞誘發(fā)遲發(fā)性超敏反應(yīng)；（4）殼聚糖激活T淋巴細胞，從而促使巨噬細胞激活因子(MAF)的釋放，進而激活巨噬細胞。在激活過程中，巨噬細胞直接被殼聚糖激活又能提高它對MAF的敏感性，使它進一步激活。因此認為殼聚糖的殺傷活性的產(chǎn)生主要是激活T淋巴細胞與巨噬細胞相互作用加強的結(jié)果。Shigehiro等將殼低聚糖注射到兔靜脈中，發(fā)現(xiàn)可以提高血漿中溶菌酶活性2～3倍，大大增強了兔對致病菌的免疫力。

2 殼聚糖在水產(chǎn)動物養(yǎng)殖中的作用

2.1 提高水產(chǎn)動物的生長性能 殼聚糖主要通過以下途徑對動物的生產(chǎn)性能產(chǎn)生影響：（1）促進腸道有益菌的增殖，抑制病原菌和腐敗菌，使它們產(chǎn)生的毒素如胺、氨、吲哚等有毒有害代謝產(chǎn)物大量減少，減少動物疾病及腹瀉等的發(fā)生率；（2）腸道組織變厚增生、重量增加，腸絨毛高度增加，腸壁黏膜變薄，從而增強消化功能，更好地消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)；（3）促進礦物質(zhì)元素的吸收，殼聚糖發(fā)酵產(chǎn)生的酸性物質(zhì)能吸附鈣化合物使其溶解性增加，從而導(dǎo)致鈣吸收能力增強；（4）生成營養(yǎng)物質(zhì)，雙歧桿菌在腸道能合成維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、煙酸、葉酸和各種氨基酸。劉興國等在羅非魚的飼料中添加0.25%、0.5%、1%、2%的殼聚糖，表明殼聚糖顯著降低了羅非魚的飼料系數(shù)，提高餌料蛋白效率，添加量以0.5%最為適宜。曹丹等分別給異育銀鯽餌料添加0.0%、1.0%、1.5%、2.0%的殼聚糖，飼喂60d，發(fā)現(xiàn)試驗組的增重率均比對照組顯著提高，添加1.0%組的增重率比對照組提高49.02%(P<0.01)。

2.2 影響魚類的腸道微生物 寡糖類物質(zhì)被認為是重要的腸道功能調(diào)節(jié)劑，能改善動物消化道微生物區(qū)系，促進消化道有益菌的生長，抑制有害微生物的繁殖。由于多數(shù)寡糖不被消化酶降解，它們攜帶附著的病菌通過腸道。細菌得不到生長所需的養(yǎng)分而失去致病能力。蔡雪峰等報道，在虹鱒幼魚飼料中添加不同濃度的殼寡糖，各組腸道菌群的組成隨殼寡糖濃度的變化而變化，但各組虹鱒幼魚腸內(nèi)細菌的總數(shù)之間沒有顯著差異(P>0.05)。莊承紀等在羅氏沼蝦和斑節(jié)對蝦蝦苗的養(yǎng)殖水體中加入不同濃度的殼聚糖，人為感染氣單胞菌或者弧菌，結(jié)果表明殼聚糖可抑制氣單胞菌或者弧菌的生長，增強蝦苗抗病能力，提高蝦苗成活率。

2.3 影響魚類的血液生化指標水平 殼聚糖能夠降低血清中甘油三酯和膽固醇濃度，進而改善脂類代謝，同時還能夠降低血液中的尿素氮水平，提高蛋白質(zhì)沉積率，降低尿素在腎臟中的沉積，從而減少腎臟尿素中毒的可能性。馬利等將南美白對蝦分成5組，飼料中分別添加殼寡糖0mg/kg、125mg/kg、250mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg，飼喂8周，發(fā)現(xiàn)殼寡糖對南美白對蝦血清中的肌酐、葡萄糖、鈣離子、總膽固醇、甘油三脂和低密度脂蛋白膽固醇均無顯著影響，但可使高密度脂蛋白膽固醇顯著增加，促進脂類代謝。Dautremepuits等把健康鯉魚置于溶解有殼聚糖濃度分別為75mg/L、150mg/L的水中作試驗組，正常飼養(yǎng)96h，之后采集鯉魚的肝、頭腎等組織并檢測其溶菌酶活性，發(fā)現(xiàn)試驗組的溶菌酶活性和對照組之間差異顯著。這些生化指標的變化直接或間接的反映了寡糖投喂后對魚類生長代謝的作用。

2.4 增強水產(chǎn)動物的免疫功能 大量的研究表明，殼聚糖能夠增強機體的免疫功能，其主要作用機理如下：（1）殼聚糖本身具有一定的免疫原性，能夠刺激機體免疫應(yīng)答；（2）殼聚糖分子與腸道內(nèi)有害微生物的腸內(nèi)皮細胞上受體的結(jié)構(gòu)相似，因此能與一定的毒素、病毒和真菌細胞的表面結(jié)合而作為這些外源抗原的佐劑，減緩抗原的吸收，增加抗原的效價，從而增強動物體的細胞和體液免疫反應(yīng)；（3）寡糖可促進有益菌如雙歧桿菌等的大量增殖。Dautremepuits等把健康鯉魚置于溶解有殼聚糖濃度為150mg/L的水中作試驗組，正常飼養(yǎng)96h，之后采集鯉魚的肝、頭腎等組織，測其抗體水平，發(fā)現(xiàn)試驗組的總抗體量和對照組差異顯著；另一組寄生有Ptychobothrium sp的鯉魚飼養(yǎng)于殼聚糖濃度和銅離子濃度分別為75mg/L和0.1mg/L的水中，檢測結(jié)果仍是試驗組的總抗體量和對照組差異顯著。王樹芹等在異育銀鯽飼料中添加0.5%或1.0%的殼聚糖，能夠提高溶菌酶活性(P<0.01)和白細胞的吞噬作用(P<0.01)。沈錦玉等通過注射或口服殼聚糖可顯著提高中華絨螯蟹血清中溶菌酶、SOD酶活力。由此可見，殼聚糖能促進水產(chǎn)動物機體免疫機能的改變，提高機體抗病能力。

2.5 改善水產(chǎn)動物的養(yǎng)殖用水 殼聚糖產(chǎn)品很多被應(yīng)用于水處理上。如日本每年用于水處理的殼聚糖超過500t，美國環(huán)保局也把殼聚糖作為飲用水的凈化產(chǎn)品。殼聚糖處理養(yǎng)殖用水機理是其氨基和羥基能夠與養(yǎng)殖廢水中的金屬離子形成螯合配位體；另外，殼聚糖具有很強的親水性，可以在酸性介質(zhì)中膨脹形成粘稠狀的膠體，吸附養(yǎng)殖用水的懸浮物，使其沉淀，從而凈化了養(yǎng)殖用水。利用殼聚糖可以有效的吸附或者捕集溶液中的金屬離子，也能夠吸附懸浮物和過剩的有機物，并且不會對水產(chǎn)養(yǎng)殖對象產(chǎn)生任何毒害作用。楊清友在養(yǎng)殖水體中加入50～100g/m3的殼聚糖，試驗結(jié)果表明，加殼聚糖的水體比不加殼聚糖的水體透明度高，殼聚糖凈化了水質(zhì)，防止了水質(zhì)惡化。

3 存在的問題

根據(jù)文獻報道，全球蝦蟹殼年產(chǎn)量近2000萬t，貝類、殼類年產(chǎn)幾丁質(zhì)139萬t，發(fā)酵副產(chǎn)品中的絲狀菌類年產(chǎn)幾丁質(zhì)9萬t?？萍疾繉ⅰ皻す烟切庐a(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用”列為國家“十五”攻關(guān)計劃，要求建立數(shù)條年產(chǎn)500t以上的殼寡糖生產(chǎn)線，2015年總產(chǎn)值可達1100億～1300億元，以滿足國內(nèi)市場的需求。但是低聚殼聚糖的制備，尤其是聚合度6～8殼寡糖的制備大都處于實驗室的研究階段。目前，國內(nèi)對H202氧化降解法研究較多，但是降解過程伴隨的副反應(yīng)還需要探索出有效的遏止方法，另外必須注意氧化降解對產(chǎn)品活性的影響以及存在殘留的H2O2對食品安全性是否產(chǎn)生隱患也是值得考慮。酶降解制備低聚殼聚糖同樣受到了極大關(guān)注，但由于專一性酶價格昂貴、難以商業(yè)化，尋找其它降解效果好，價格低廉的非專一性酶，并通過物理、化學(xué)方法與酶法相結(jié)合探索出能夠高效、安全生產(chǎn)殼寡糖的復(fù)合降解法已經(jīng)成為解決問題的突破口。與此同時，我們還要繼續(xù)深入研究殼聚糖的作用機理和在各種動物中的最佳添加量，以便為殼聚糖的推廣提供更加明確的理論指導(dǎo)。

4 殼聚糖作為飼料添加劑的應(yīng)用前景展望

在水產(chǎn)動物的生產(chǎn)中，人們常用抗生素來預(yù)防病菌感染，促進動物生長，但抗生素在殺害有害菌的同時也殺死了有益菌，而且長期使用不僅使細菌產(chǎn)生耐藥性，同時藥物的殘留及對畜產(chǎn)品品質(zhì)的影響更是一個嚴重的問題。殼聚糖作為新型綠色飼料添加劑，資源豐富,無毒、無副作用，實際應(yīng)用中問題較少，前景廣闊。