天然葉黃素在魚類飼料中的應(yīng)用

王魯波 薛 敏 王 嘉 吳秀峰 鄭銀樺 韓 芳

(中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所國家水產(chǎn)飼料安全評價基地，北京100081)

我國是世界漁業(yè)大國，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量約占全球70%，且品種繁多，許多彩色系品種，如黃色系的黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）、大黃魚(Pseudosciaena crocea)、中華鱉（Pelodiscus sinensis）、香魚(Plecoglossus altivelis)、黃條鰤（Seriola aureovittate）、金鯧(Trachinotus ovatus)、黃鰭鯛（Sparus latus Houttuyn）等，紅色系的蝦、蟹、真鯛(pagrosomus major)、虹鱒（Oncorhynchus mykiss）、金線魚（Nemipterus virgatus）、大西洋鮭魚（Atlantic salmon）、錦鯉(Brocarded carp)等在自然水域環(huán)境中都有其特定的體色,并且處于不同的生態(tài)及生理條件下也會呈現(xiàn)不同的保護色和婚姻色。體色不僅是魚類分類的重要特征，也是其健康狀態(tài)的衡量標準，同時體色正常與否也直接影響商品魚的價格，往往自然江河中的魚蝦體色鮮艷、肉質(zhì)鮮美、價格偏高。但是高密度集約化的人工養(yǎng)殖條件下，養(yǎng)殖周期縮短，營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于配合飼料，加之飼料中有效色素源較少并且不穩(wěn)定，水產(chǎn)動物只能獲得少量的自然水生生物，不能獲得充足的天然色素源，導致魚體體色變淡，如大黃魚、金鯧、中華鱉“變白”；真鯛“變灰”、斑點叉尾鮰(Ietalurus Punetaus)、黃顙魚 “變白”、“變花”或者“變黑”；黃鱔（Monopterus albus）、泥鰍（Oriental weatherfish）“發(fā)紅”；鯉魚(Cyprinidae)、鯽魚（crucian carp）“變黑”等，都屬于不正常體色，影響魚類的商品價值。

人們對于“野生”魚的品味追捧，促進了對天然色素在魚類飼料中的應(yīng)用研究，但也催生了一些違禁物質(zhì)添加的現(xiàn)象。2011年相繼在連云港、揚州、南昌、溫州等地檢出的“黃鈉粉染色大黃魚事件”就是商家用黃鈉粉給褪色的大黃魚染色冒充野生大黃魚以獲得高額利潤。黃鈉粉是一種工業(yè)顏料，常用于木材、家具的染色，由于其遮蓋性強，一經(jīng)染色不易褪去，又含有工業(yè)雜質(zhì)和重金屬，國家明令禁止此類化學品在食品行業(yè)中使用，經(jīng)黃鈉粉染色的凍魚經(jīng)過高溫加熱，一旦被人食用將引起人體多個內(nèi)臟器官的惡性病變，嚴重損害身體健康。隨后在青島和吉林又爆出用檸檬黃或日落黃染色的大黃魚。日落黃和檸檬黃是合成色素，屬于國家允許使用的食品添加劑，但在我國《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》中，只標明了該食品添加劑可用于果汁飲料、配制酒、糖果、糕點、蝦片、乳酸菌飲料等限定的適用食品范圍，而且國家明確規(guī)定最大使用量不得超過0.10 g/kg，并未標注可以使用在水產(chǎn)品上。日落黃和檸檬黃中的鋁色錠含有鋁元素，如果商販大量添加，那么長期食用這樣的魚會造成大腦反應(yīng)遲鈍，尤其影響孕婦及嬰幼兒等敏感人群。另外，非色素添加物質(zhì)、有毒有害的染料物質(zhì)或者不允許添加染色物質(zhì)濫用于禽蛋、蔬菜中的事件也屢見不鮮。2006年轟動全國的“蘇丹紅鴨蛋事件”和2011年3月“檸檬黃染色饅頭”以及2011年8月“染色血燕事件”再次把色素添加劑安全問題推向風口，飼料添加劑的安全使用與食品質(zhì)量安全息息相關(guān)、密不可分。因此，我們要解決困擾水產(chǎn)動物褪色的行業(yè)熱點問題，同時保證水產(chǎn)品質(zhì)量的安全，必須考慮所添加色素對水產(chǎn)動物和人類健康的安全。

1 天然葉黃素化學性質(zhì)

天然葉黃素（Xanthophyll）是一類廣泛存在于蔬菜、花卉、水果、植物和蛋黃中的無維生素A活性的二羥基含氧類胡蘿卜素，其中在萬壽菊中含量最為豐富，也是天然葉黃素的主要來源，呈桔紅色或橙黃色，主要成分為葉黃素[Lutein]和玉米黃質(zhì)[zeaxanthin]，其中全反式和順式葉黃素及黃體素酯占88%，全反式和順式玉米黃質(zhì)占5%。不溶于水，易溶于油脂和脂肪性溶劑，分子式為C40H56O2，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，因其結(jié)構(gòu)中有較多的共軛雙鍵，故其對光、氧、熱不穩(wěn)定。但葉黃素游離羥基與脂肪酸酯化后可使其對光熱敏感性降低。

2 天然葉黃素在我國食品和飼料中規(guī)定的應(yīng)用范圍

在食品中，《中華人民共和國衛(wèi)生部公告》2007年第8號批準以萬壽菊油樹脂為原料提取的天然葉黃素作為食品添加劑的新品種，性狀規(guī)定為桔黃色至桔紅色，粉末狀，不溶于水，溶于正己烷。使用范圍和使用量僅限于焙烤食品150mg/kg、飲料類(除外包裝飲用水)50mg/kg(液態(tài)飲料中的量，固體飲料按稀釋倍數(shù)折算)、冷凍食品100mg/kg、果凍和果醬50mg/kg。各項目含量必須達到以下要求:總類胡蘿卜素≥80%、葉黃素≥70%、玉米黃質(zhì)≤9%。隨后《中華人民共和國衛(wèi)生部公告》2008年第12號批準萬壽菊花提取的葉黃素二棕櫚酸酯（Lutein Esters，分子式：C72H116O4,分子量：1 045.71）作為新資源食品,食用量規(guī)定為≤12mg/d,使用范圍為焙烤食品、乳制品、飲料、即食谷物、冷凍飲品、調(diào)味品和糖果，但不包括嬰幼兒食品。規(guī)定葉黃素二棕櫚酸酯含量＞55.8%、玉米黃質(zhì)酯含量＜4.2%。后來又經(jīng)過《中華人民共和國衛(wèi)生部公告》2010年第1號和《中華人民共和國衛(wèi)生部公告》2010年第16號兩次擴大源自萬壽菊天然葉黃素的作為食品著色劑的適用范圍，市場需求量不斷增大。

圖1 葉黃素和玉米黃質(zhì)分子結(jié)構(gòu)

在飼料中，2008年我國《飼料添加劑品種目錄》中只允許萬壽菊提取的天然葉黃素在家禽飼料中使用，尚未批準在水產(chǎn)動物飼料中使用（中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，1126公告）。2010年11月農(nóng)業(yè)部發(fā)布了關(guān)于征求《飼料添加劑品種目錄（2010）》（征求意見稿）中將萬壽菊天然葉黃素的使用范圍擴大為家禽和水產(chǎn)動物，同時刪除了化學合成葉黃素在家禽中的應(yīng)用。

3 天然色素與魚類的體色

自然界中魚類的體色多種多樣、五彩斑斕，體色對魚類的生理、行為和形態(tài)分布發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。最常見的魚體顏色是背部深灰、腹部偏白，這是與魚類的生活環(huán)境密切相關(guān)，背部顏色與陸地顏色相近，使得陸地上的動物由上往下看不易發(fā)覺，腹部顏色與水體顏色一致，使得水中的敵害由下往上看較難發(fā)現(xiàn)，這就是保護色。保護色對于生活在深海里的魚類尤其重要，如石頭魚就是靠本身的體色與石頭的顏色極其相似，而迷惑其他動物的視覺來保護自己或者捕食獵物。像孔雀一樣，在生殖季節(jié)，某些魚類會形成亮麗的婚姻色來吸引異性，如雄性雅羅魚的背鰭到胸鰭之間會形成3條亮麗的橙黃色條紋并在鰓蓋處伴有珠星，藍曼龍魚的雄魚胸鰭基部呈明顯的桔紅色。另外,體色還是水產(chǎn)動物通信聯(lián)絡(luò)和傳遞信息的工具,烏賊等就是通過體色的改變在群落中傳遞信息。魚類的體色所發(fā)揮的生物學作用是與各種色素細胞及色素顆粒密不可分的，第一，魚體的樹突狀色素細胞主要有4種，分別為黑色素細胞、黃色素細胞、紅色素細胞和虹彩細胞。黑色素細胞受控于神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，黃色素細胞和紅色素細胞由激素調(diào)節(jié)，虹彩細胞則由神經(jīng)調(diào)節(jié)。前3種色素細胞內(nèi)含有色素顆粒，通過吸收特定波長的入射光而使魚體呈現(xiàn)各種顏色；虹彩細胞的反射層能反射一定波長的光而使魚體呈現(xiàn)顏色。其中黃色素細胞的主要色素含有葉黃素和玉米黃質(zhì)、角黃素、隱黃質(zhì)、金槍魚黃素等葉黃素類的類胡蘿卜素和喋啶。葉黃素是類胡蘿卜素的一種，是構(gòu)成黃色素細胞的主要色素，和其他色素一起能賦予魚體不同的顏色，對維持魚類肌肉、鰭條、皮膚、性腺、甲殼等組織的特征顏色起著重要作用。不同魚的黃色素細胞和（或）紅色素細胞中所含的類胡蘿卜素種類會有所不同，如王安利等(2005)指出，紅色錦鯉、烏鯉和緋寫錦鯉在薄層色譜上可分離出淺黃色、橙紅色、橙黃色、紅色、橙色和杏黃色6種色素帶；黃寫錦鯉有淺黃色、橙紅色和杏黃色3種色素帶，而昭和三色錦鯉有淺黃色、橙紅色、橙色和杏黃色4種色素帶。由此可以根據(jù)水產(chǎn)動物皮膚、肌肉或鱗片中主要的類胡蘿卜素種類采用相對應(yīng)的色素進行著色，改善動物的體色。4種色素細胞中分別含有黑色素、類胡蘿卜素、喋啶和嘌呤4種色素顆粒，各種色素顆粒在神經(jīng)調(diào)節(jié)和（或）激素調(diào)節(jié)的作用下，以驅(qū)動蛋白為馬達，發(fā)生生理學上的聚集與擴散和生態(tài)學上的數(shù)目變化與位置遷移，從而使魚體表現(xiàn)出不同的體色。魚類的體色除了依賴于色素細胞的多少和分布區(qū)域、色素細胞內(nèi)色素顆粒的狀態(tài)以及虹彩細胞中反光體的反光能力強弱等，還受到生活環(huán)境、飼料營養(yǎng)、親魚幼魚質(zhì)量、年齡和性別、生理期的影響。

4 天然葉黃素的吸收代謝機理

天然葉黃素中的葉黃素(lutein)含有疏水性的C40異戊二烯二氧化碳骨架，使其難以溶于食糜中，但是易溶于油脂和脂溶性溶劑，因此需借助于食物中的脂肪進行消化、吸收和代謝，由此推測葉黃素的吸收和脂溶性物質(zhì)吸收相似，是在小腸內(nèi)進行的。Sugawara等（2001）指出親油性高的葉黃素的吸收是墨角藻黃素和新黃質(zhì)的4倍，而且它們能借助于脂溶性的物質(zhì)擴散入小腸絨毛上皮細胞內(nèi)。另外，食物（或者飼料）中一定量的脂類物質(zhì)的添加可加快腸道葉黃素的吸收。Sato等（2011）指出，食物中的成分會通過相互作用顯著影響葉黃素(lutein)的腸道吸收，并發(fā)現(xiàn)膽汁酸在葉黃素的腸道吸收中起到非常重要的作用，而眾所周知，膽汁酸與脂溶性物質(zhì)（如膽固醇）的吸收有關(guān)（NRC，2011）。根據(jù)國內(nèi)外的文獻報道，推測萬壽菊天然葉黃素的吸收過程為：在食糜中伴隨著脂肪被乳化成乳滴，乳滴在脂肪分解酶和膽汁的作用下進一步被消化,葉黃素最終被增溶在混合型的膠體微粒中,此膠體微粒由膽汁酸、磷脂、膽固醇、脂肪酸和單酰甘油組成，呈一個盤狀結(jié)構(gòu)，最外面由膽汁酸包圍。然后這種膠體微粒容易被腸道上皮細胞吸收，被吸收的葉黃素僅僅有一部分以乳糜微粒的形式分泌入淋巴系統(tǒng)并進入血液循環(huán)，之后乳糜微粒被脂蛋白脂肪酶降解，乳糜微粒殘留物中的葉黃素被肝臟吸收。肝臟吸收的葉黃素或者貯存在肝臟中，或者重新再分泌入極低密度脂蛋白（VLDL）中進入血液循環(huán)，然后遞送給低密度脂蛋白（LDL），最后葉黃素通過LDL受體被吸收入組織中，親油性高的葉黃素和玉米黃質(zhì)通常分布在LDL和高密度脂蛋白（HDL）中，并定位于脂蛋白顆粒的外表面,因此天然葉黃素既在HDL中運輸又在LDL中運輸。Thomas等也報道，玉米黃質(zhì)和葉黃素主要與HDL結(jié)合(53%)，少量存在于LDL和VLDL中(分別31%和16%)。被吸收入血液中的葉黃素(lutein)以游離的形式運輸,運輸?shù)浇M織后以葉黃素酯的形式貯存下來。Juliuszk等（1986）研究表明：葉黃素二酯在肉雞血液中以游離醇的形式運輸葉黃素。當血液中葉黃素含量過高時，便儲存于肝臟中。肉雞血清樣品的葉黃素都是游離態(tài)的，在皮下脂肪里則是以二棕櫚酸酯形態(tài)而存在，這表明只有游離態(tài)的葉黃素才能進入肉雞血液,在靶器官中轉(zhuǎn)化為二棕櫚酸酯之后被穩(wěn)定地保存下來。

關(guān)于非VA源的葉黃素類的類胡蘿卜素在哺乳動物上代謝的研究較少，目前不同的學者在不同動物的組織中檢測了不同的代謝物。在哺乳動物中，第二位羥基的氧化形成酮-胡蘿卜素是葉黃素類的類胡蘿卜素發(fā)生新陳代謝的通常途徑。Yonekura等在小鼠的組織中發(fā)現(xiàn)葉黃素（lutein）的主要代謝產(chǎn)物是酮-胡蘿卜素。而人類血漿和視網(wǎng)膜的主要葉黃素代謝物是3'-羰基黃體素（即 3-羥基-β,ε-胡蘿卜醇-3-1）。Tyczkowski等發(fā)現(xiàn)飼喂，高葉黃素(lutein)組的蛋雞,其組織和蛋黃中也發(fā)現(xiàn)3'-羰基黃體素(即3-羥基-β,ε-胡蘿卜醇-3-1),但是在小鼠組織中卻沒有發(fā)現(xiàn)，可見葉黃素(lutein)的腸道內(nèi)代謝物因物種不同而不同，所以如果要將天然葉黃素的代謝弄清楚，需要研究者在不同物種上進行研究才能得到最終的結(jié)論。

5 天然葉黃素在魚類上的應(yīng)用

5.1 天然葉黃素對魚類的著色作用

動物的著色分為兩個階段：一是飽和階段，是通過黃色色素加深而達到的；二是著色階段，是在黃色的基礎(chǔ)上通過添加紅色素來增強顏色。每種動物只有完成這兩個階段，才可能達到自身所需的色澤。天然葉黃素給魚類著色主要有兩種途徑：可以直接沉積在鱗片、皮膚、脂肪組織和卵內(nèi)，如黃顙魚、胡子鯰、中華鱉等；也可以轉(zhuǎn)變成蝦青素后再沉積在組織內(nèi)，如大西洋鮭魚、金魚、紅鯉和錦鯉等。

魚類能夠自身合成黑色素，但不能從頭合成類胡蘿卜素，因此必須從飼料中攝取不同來源的類胡蘿卜素。萬壽菊提取的天然葉黃素通常為黃色粉末,色澤鮮艷,有極強的著色能力,它的首要功能便是作為著色劑使用，能賦予水產(chǎn)動物和家禽黃色、黃褐色、金黃色的體色。冷向軍等在52 g左右的胡子鯰成魚和3.5 g左右的胡子鯰魚種飼料中分別添加天然葉黃素觀察其著色狀況，得出飼料中添加葉黃素類產(chǎn)品可有效改善養(yǎng)殖胡子鯰的體色,適宜添加劑量分別為100mg/kg飼料(成魚)或50mg/kg飼料(魚種)。吳華昌等研究了葉黃素對52 g左右的黃顙魚體色的影響，表明在天然葉黃素添加量為100mg/kg時,能有效地給黃顙魚著色。史向奕等表明:飼料中添加200mg/kg葉黃素可在20 d內(nèi)有效改善雜交鯰體色。冷向軍等在金魚飼料中添加葉黃素150mg/kg可有效改善金魚體色。此外，Olsen等(2006)在大西洋鮭飼料中同時添加葉黃素和蝦青素，發(fā)現(xiàn)葉黃素并不影響蝦青素的沉積，而且皮膚中顯現(xiàn)出黃色。Li等研究表明，給斑點叉尾鮰皮膚著色效果的順序為：葉黃素（lutein）＞玉米黃質(zhì)＞蝦青素＞角黃素＞β－胡蘿卜素。這些研究說明，雖然源自萬壽菊的天然葉黃素具有良好的著色效果，但Yasemen等用天然葉黃素給虹鱒的肌肉著色，發(fā)現(xiàn)著色效果不如蝦青素。主要原因可能是虹鱒雖然具有將葉黃素轉(zhuǎn)換成蝦青素的能力，但是從效價而言直接利用蝦青素的效果會更佳。另外，葉黃素的主要沉積器官為皮膚，皮膚沉積飽和后才會向肌肉轉(zhuǎn)移，而蝦青素的主要沉積器官為肌肉。

5.2 天然葉黃素對魚類的其它作用

目前，許多人認為，魚類飼料中添加天然葉黃素只是為了著色，然而，隨著研究的深入，萬壽菊天然葉黃素不斷地被發(fā)現(xiàn)新的功能。楊文平等研究表明，在飼料中添加金碧黃(萬壽菊提取物)有助于提高黃顙魚的成活率和生長速度，0.8%的添加水平能極顯著提高黃顙魚腸蛋白酶活性，極顯著提高胃、腸、肝胰臟的淀粉酶活性和顯著提高腸、肝胰臟脂肪酶活性。楊文平等報道，飼料中添加0.8%金碧黃(萬壽菊提取物)還能顯著降低飼料系數(shù)(P＜0.05)；添加金碧黃組的增重率較對照組均有所提高。丁小峰等報道，飼料中加麗紅素、金黃素和金菊黃3種色素的添加對魚體肝胰臟中脂肪含量有一定的影響，金黃素組魚體肝胰臟中脂肪比對照組顯著下降了18.2%。王魯波等研究表明，飼料中添加24.2～1 700mg/kg的萬壽菊天然葉黃素顯著提高了初始體重21 g的黃顙魚的生長性能。在狼鱸上的研究發(fā)現(xiàn)，添加的鞭金藻（含有葉黃素）通過刺激狼鱸胰腺和腸道消化酶活性尤其是胰島素的活性，而發(fā)揮作用來促進狼鱸的生長。利用小球藻（含有葉黃素）給六須鯰的著色研究中發(fā)現(xiàn)，添加小球藻組能夠顯著提高六須鯰的體長、體重和特定生長率。這些研究中萬壽菊天然葉黃素應(yīng)用在魚類上除了表現(xiàn)出著色作用外，還表現(xiàn)出促生長、提高消化酶活力和一定程度上降低脂肪累積的作用。

6 萬壽菊天然葉黃素應(yīng)用的安全性

對天然葉黃素的安全性評價僅在大鼠、恒河猴和黃顙魚中有報道。Ravikrishna等研究發(fā)現(xiàn)，在14 d的急性毒性試驗中，給予Lutemax 2020TM（含葉黃素和玉米黃質(zhì)）2 000mg/kg的口服劑量，大鼠沒有表現(xiàn)出任何毒性反應(yīng)和病理學異常。Khachik等給2.8～4.4 kg的恒河猴飼喂9.34mg/kg葉黃素和0.66mg/kg玉米黃質(zhì)12個月，也沒有導致視覺障礙。Hariku等在維斯塔雌雄大鼠上研究了萬壽菊花瓣提取的游離葉黃素和葉黃素酯的毒理學模型，短期和長期的模型中均沒有表現(xiàn)出負面影響。王魯波等發(fā)現(xiàn)，萬壽菊提取的天然葉黃素在水產(chǎn)動物上的合理應(yīng)用是安全的。這都總體上說明了源自萬壽菊的天然葉黃素作為飼料添加劑和食品添加劑是安全的。當然，天然葉黃素作為添加劑還需更深入的研究。

39篇，刊略，需者可函索）