類胡蘿卜素在飼料中的應(yīng)用研究進(jìn)展

陳銀岳 ， 孫 葉 ，2， 趙國琦 *

（1.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225009；2.揚(yáng)州循天嶺生物科技有限公司，江蘇揚(yáng)州 225009）

類胡蘿卜素是脂溶性的多烯烴類物質(zhì)，一般由8個(gè)異戊二烯單位組成，呈現(xiàn)黃色、橙紅色或者紅色（李福枝等，2007）。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，類胡蘿卜素主要分為胡蘿卜素（不含氧）和葉黃素（含氧）。與葉綠素等光合色素不同，類胡蘿卜素在植物組織中分布廣泛。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)且明確結(jié)構(gòu)的類胡蘿卜素有600多種，其中少數(shù)呈現(xiàn)游離態(tài)形式，大多數(shù)類胡蘿卜素與糖相結(jié)合，但在動(dòng)物體內(nèi)常與蛋白質(zhì)相結(jié)合，形成類胡蘿卜素蛋白（張巖巖和陳玉超，2009）。

大多數(shù)類胡蘿卜素可作為維生素A的前體物，但抗氧化作用優(yōu)于維生素A（Cheryl等，1997），另外，類胡蘿卜素的抗氧化能力是維生素E的數(shù)倍至數(shù)十倍，能有效地阻斷細(xì)胞內(nèi)的自由基反應(yīng)，具有防治慢性病的功效 （徐澤楓等，2009）。除了抗氧化能力，在很多動(dòng)物試驗(yàn)中已經(jīng)證明類胡蘿卜素具有抗癌功效（Krinsky，1993）。動(dòng)物自身不能合成類胡蘿卜素，需要通過攝食來獲取，又因?yàn)轭惡}卜素是脂溶性的，脂肪會(huì)參與到類胡蘿卜素的運(yùn)輸過程中（趙紅霞等，2002），所以類胡蘿卜素體內(nèi)吸收機(jī)制較為復(fù)雜。將類胡蘿卜素應(yīng)用在動(dòng)物飼料中，除了發(fā)揮其抗氧化抗癌的功效外，最直接的作用是著色功能（周凡和邵慶物，2007）。本文就類胡蘿卜素在飼料中的應(yīng)用研究作一綜述。

1 類胡蘿卜素的生產(chǎn)工藝

1.1 人工化學(xué)合成 人工合成的類胡蘿卜素效價(jià)高，穩(wěn)定性好，而且成本低廉。合成原理大致可以歸納為以下步驟：選擇前體→按照目標(biāo)類胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)選擇中間部分和末端基團(tuán)→選擇最佳的連接方式和連接反應(yīng)類型→選擇合成中間體末端基團(tuán)→合成目標(biāo)產(chǎn)物中間部分→合成目標(biāo)類胡蘿卜素末端基團(tuán)（李福枝等，2007）。

人工合成的類胡蘿卜素，其分子結(jié)構(gòu)可以達(dá)到與天然類胡蘿卜素?zé)o任何差別，而且物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)也與天然類胡蘿卜素相同，但唯獨(dú)在生理功能上，化工合成產(chǎn)品由于純度上的差別而不及天然類胡蘿卜素。天然產(chǎn)物中含有較多的同分異構(gòu)體，在機(jī)體內(nèi)呈現(xiàn)協(xié)同作用，從而表現(xiàn)出特定的生理功能（惠伯棣，2005）。

1.2 有機(jī)溶劑萃取 類胡蘿卜素的脂溶性較強(qiáng)，易溶于有機(jī)溶劑，因此只要破壞植物或微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，類胡蘿卜素就可以釋放出來溶于有機(jī)溶劑中，所以，在有機(jī)溶劑萃取的基礎(chǔ)上發(fā)展了超聲輔助提取、微波輔助提取以及酶處理提取。

超聲輔助提取主要是利用超聲波的機(jī)械作用和空化作用來破碎植物細(xì)胞，使有機(jī)溶劑得以與細(xì)胞內(nèi)的脂溶性類胡蘿卜素接觸，從而達(dá)到提取類胡蘿卜素的目的 （Dong等，2013；張志寧和張瑋，2013）。微波輔助提取原理與超聲相似，主要是利用微波引起植物細(xì)胞內(nèi)部分子的劇烈振動(dòng)，從而破壞細(xì)胞壁，使得胞內(nèi)物質(zhì)溶于有機(jī)溶劑，實(shí)現(xiàn)類胡蘿卜素的提取，如柑橘皮、茶葉中葉黃素的提取（李健穎和鄧寧，2004）。但是微波輔助提取只能使用較小功率處理較短時(shí)間，功率過大，微波處理時(shí)間過長會(huì)引起提取液溫度升高而破壞類胡蘿卜素。酶處理法提取類胡蘿卜素是利用纖維素酶或果膠酶處理植物組織，使植物組織細(xì)胞壁出現(xiàn)孔隙，由此可以用有機(jī)溶劑提取得到類胡蘿卜素，如酶法提取番茄紅素的研究 （劉毅和袁月華，2013；李淑梅等，2008）。

1.3 超臨界流體萃取 超臨界流體是一種處于臨界溫度和臨界壓力以上的，性狀介于氣體和液體之間的特殊流體，并且兼有液體和氣體的許多優(yōu)點(diǎn)（陳耀彬等，2010）。許多物質(zhì)都可以溶于超臨界流體之中，因此超臨界流體被廣泛應(yīng)用于天然物質(zhì)的提取和分離。當(dāng)前研究的超臨界流體有很多種，主要包括二氧化碳、甲苯、水、甲醇、乙烷、乙烯丙酮、丙烷以及氨等，其中最常用的萃取劑為CO2，稱為超臨界 CO2（SC-CO2）（張荔等，2009）。使用超臨界流體萃取法提取天然類胡蘿卜素，溫度和壓力是兩個(gè)需要慎重考慮的因素，其次是使用丙酮或乙醇等夾帶劑，這些都有助于提高植物類胡蘿卜素的提取效率（吳月嬋等，2011）。

1.4 微生物發(fā)酵 利用微生物發(fā)酵工藝可生產(chǎn)多種類胡蘿卜素，包括β-胡蘿卜素、蝦青素、番茄紅素和玉米黃質(zhì)、角黃質(zhì)等，其中β-胡蘿卜素的微生物發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)非常成熟（趙婷等，2010）。微生物發(fā)酵生產(chǎn)類胡蘿卜素具有生物活性高、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)，因此引起了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。生產(chǎn)類胡蘿卜素的微生物主要為霉菌類（三孢布拉氏霉）、酵母菌（紅酵母）、光合細(xì)菌和杜氏藻等，這幾類微生物發(fā)酵生產(chǎn)類胡蘿卜素的產(chǎn)量順序依次是：三孢布拉氏霉＞紅酵母＞杜氏藻＞光合細(xì)菌，并且霉菌發(fā)酵生產(chǎn)類胡蘿卜素的研究已經(jīng)達(dá)到中試和產(chǎn)業(yè)化階段（張闖等，2011）。

2 類胡蘿卜素的生理功能

2.1 作為維生素A原 脂溶性的維生素A只存在于動(dòng)物體內(nèi)。比較維生素A和類胡蘿卜素的分子結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)維生素A分子相連可以形成一個(gè)完整的類胡蘿卜素分子，所以類胡蘿卜素可以作為維生素A原在動(dòng)物體內(nèi)用于合成維生素A。Anthony（1985）發(fā)現(xiàn)了類胡蘿卜素與維生素A的關(guān)系，指出，當(dāng)機(jī)體缺乏β-胡蘿卜素時(shí)維生素A也會(huì)缺乏，輕者引起夜盲，損害上皮組織細(xì)胞生長，皮膚會(huì)變得干燥、起痂并發(fā)生皺紋；重者角膜上皮脫落，變厚以及角質(zhì)化，角膜透明度降低，并發(fā)生潰瘍，最后晶體脫落導(dǎo)致失明。維生素A對維持正常視覺、上皮細(xì)胞完整、動(dòng)物繁殖、基因調(diào)節(jié)以及免疫功能都有重要作用 （何生虎等，2005），因此，β-胡蘿卜素作為機(jī)體內(nèi)維生素A原，對機(jī)體健康同樣是必不可少的。

2.2 抗癌功能 Zhang等（2011）研究指出，β-胡蘿卜素、蝦青素、辣椒紅素以及胭脂素在過氧化酶增殖因子活化受體（PPARγ）抑制白血病K562細(xì)胞增殖和生長的過程中起到了一定的作用，可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，干擾細(xì)胞周期，并表現(xiàn)出劑量和時(shí)間上的相關(guān)性。蝦、蟹的外骨骼中含有蝦青素，Rezakhani等（2014）用70%乙醇水溶液提取蟹殼粉，將提取液用于乳腺癌細(xì)胞（MCF7）的培養(yǎng)，結(jié)果表明，蟹殼提取物能增加細(xì)胞凋亡率，減少NO的產(chǎn)生以抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖。任丹丹等（2011）用石油醚∶丙酮（1∶1）溶液提取了菹草類胡蘿卜素并灌胃肝癌腫瘤種植小鼠，低、中、高三個(gè)濃度的試驗(yàn)組抑瘤率分別達(dá)到了37.4%、50.7%和52.3%，表明菹草類胡蘿卜素對肝癌H22瘤細(xì)胞有較強(qiáng)的殺傷作用。

2.3 抗氧化功能 Alessandra等（2014）用無水乙醇提取番石榴果實(shí)的果皮和果肉，通過檢測發(fā)現(xiàn)，提取液中除了酚類物質(zhì)還有全反式葉黃素、全反式環(huán)氧玉米黃質(zhì)以及全反式β-胡蘿卜素等類胡蘿卜素成分，提取物能有效清除活性氧（ROS）和活性氮（RNS），并且果肉提取物的活性氧（ROS）和活性氮 （RNS）的清除能力高于果皮提取物。Juliana等（2014）報(bào)道了葉黃素與機(jī)體中抗氧化基因表達(dá)的關(guān)系，通過葉黃素灌胃小鼠試驗(yàn)，采集小鼠肝臟樣本，檢測了其中與抗氧化、活性氧代謝相關(guān)基因以及氧轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，葉黃素具有清除活性物質(zhì)，誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)出更好的抗氧化活性的能力，而且能顯著改善機(jī)體的氧氣運(yùn)輸情況。孫志英等（2007）用不同劑量β-胡蘿卜素灌胃小鼠后檢測了小鼠血清和肝臟中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）和過氧化氫酶（CAT）的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中等劑量組三種酶的含量最高，高劑量組反而較低，這說明β-胡蘿卜素并不是服用越多越好，高劑量的β-胡蘿卜素反而會(huì)損害機(jī)體的抗氧化作用。

2.4 提高免疫功能 試驗(yàn)證明，β-胡蘿卜素可以通過提高免疫抑制小鼠的免疫器官指數(shù)、免疫細(xì)胞因子和免疫球蛋白含量來增強(qiáng)小鼠免疫功能，并且通過脾臟組織形態(tài)學(xué)變化分析表明，β-胡蘿卜素可以明顯防止免疫抑制劑引起的脾臟縮小、結(jié)構(gòu)雜亂、白髓減少、紅髓增多、淋巴細(xì)胞減少、細(xì)胞染色質(zhì)固縮等病態(tài)情況，提高了機(jī)體免疫功能（馬思慧等，2014）。

3 類胡蘿卜素在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 在水產(chǎn)動(dòng)物上的應(yīng)用 類胡蘿卜素在水產(chǎn)動(dòng)物中廣泛分布，主要儲(chǔ)藏在魚類的皮膚、肌肉以及魚鰭等部位（周凡邵慶均，2007）。給水產(chǎn)動(dòng)物飼料中添加類胡蘿卜素，可起到維持機(jī)體健康，提高經(jīng)濟(jì)效益的作用。在大黃魚飼料中添加不同劑量的蝦青素和葉黃素，大黃魚生長效率和飼料效率并沒有顯著變化，但隨著試驗(yàn)周期的延續(xù)，魚體的顏色發(fā)生了顯著變化，飼喂葉黃素的大黃魚體背部和腹部的黃色比飼喂蝦青素的更深 （Yi等，2014）。

Kazim等（2014）研究了番茄紅素對高密度養(yǎng)殖虹鱒魚的影響，結(jié)果表明，在高密度飼養(yǎng)條件下，飼喂添加番茄紅素的日糧可以提高虹鱒魚的體增重并且降低料重比，另外，番茄紅素可以顯著提高虹鱒魚肝臟中SOD、GSH-Px和CAT等抗氧化酶的活性，還可以提高肉品質(zhì)。Minh等（2014）以含不同來源和含量的類胡蘿卜素日糧飼喂比目魚，8周后發(fā)現(xiàn)體增重和日采食量與對照組相比無差異；試驗(yàn)組魚體的背肌、表皮以及全身的總類胡蘿卜素含量高于對照組；魚體表的明亮度（L*）和泛黃度（b*）與日糧類胡蘿卜素來源和含量無相關(guān)性，但試驗(yàn)組魚體表泛紅度（a*）顯著高于對照組。Sannasi等（2014）通過給鯉魚飼喂含有類胡蘿卜素的日糧研究了日糧類胡蘿卜素對鯉魚免疫和抗病菌作用的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飼喂含有類胡蘿卜素的日糧 （50、100 mg/kg）可以使死亡率控制在10%，并且能在較短時(shí)間內(nèi)顯著提高機(jī)體內(nèi)溶菌酶的活性，有利于殺滅病原菌，提高免疫力。Sowmya和Sachindra（2014）利用蝦殼分離出的蝦青素和蝦青素酯飼喂鯉魚。結(jié)果表明，飼喂添加了蝦青素和蝦青素酯的日糧后，鯉魚組織中總抗氧化值（TAS）、CAT和SOD活性比對照組高，并且可以有效保護(hù)組織免受氨的損傷，防止組織中脂質(zhì)的過氧化反應(yīng)。王吉橋等（2013）在用添加β-胡蘿卜素和蝦青素的飼料飼喂刺參的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，β-胡蘿卜素和蝦青素都表現(xiàn)出較好的總抗氧化能力，并且蝦青素的抗氧化能力高于β-胡蘿卜素。

綜上所述，類胡蘿卜素作為水產(chǎn)飼料添加劑，雖然不能很好地提高水產(chǎn)動(dòng)物的生長效率和飼料效率，但其所具有的色素沉淀、抗氧化以及抗病害的作用卻對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)具有重要意義。

3.2 在禽類上的應(yīng)用 類胡蘿卜素在家禽生產(chǎn)中最主要的用途是作為色素沉積在動(dòng)物體內(nèi)，這可以在很大程度上提高家禽產(chǎn)品的色澤，提高禽類產(chǎn)品的價(jià)值。作為色素沉積的同時(shí)，類胡蘿卜素的抗氧化和提高免疫作用也發(fā)揮著功效。馬少君（2012）將提取的橘皮類胡蘿卜素添加到蛋鴨飼料中，研究橘皮類胡蘿卜素提取物對蛋鴨產(chǎn)蛋情況以及鴨肝臟中抗氧化酶活性的影響，結(jié)果顯示，類胡蘿卜素并不能顯著改變蛋鴨的產(chǎn)蛋率、蛋重和蛋黃質(zhì)量，但可以顯著改善蛋黃的色澤，包括紅色度和黃色度，羅氏比色扇值（RCF）值也得到了提高。另外，類胡蘿卜素提高了蛋鴨肝臟中SOD和CAT的活性，還可降低丙二醛的含量，保護(hù)肝臟。曾東慧（2013）給蛋雞飼料中添加了甜橙和溫州蜜柑果皮類胡蘿卜素提取物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種類胡蘿卜素都能顯著提高雞蛋蛋黃的RCF值，并且增大紅色度值，減小明亮度值，還可以提高類胡蘿卜素在蛋黃中的沉積水平。

李慶德（2009）通過研究發(fā)現(xiàn)，給種母雞飼料中添加類胡蘿卜素可以顯著提高蛋黃中總類胡蘿卜素的含量，用羅氏比色扇檢測試驗(yàn)組蛋黃顏色，數(shù)值顯著高于對照組，顏色更為鮮亮。又對雛雞的抗氧化情況進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)母雞日糧中添加類胡蘿卜素，特別是番茄紅素和葉黃素，可以防止雛雞肝臟中脂質(zhì)的過氧化。Skˇrivan和Englmaierová（2014）研究了放牧和圈養(yǎng)方式對母雞所下雞蛋中類胡蘿卜素沉積的影響，放牧組攝入的牧草含有較多的葉黃素、玉米黃質(zhì)、β-胡蘿卜素、α-生育酚以及視黃醇等，對照組攝入的小麥中類胡蘿卜素含量較少。結(jié)果顯示，在蛋產(chǎn)量、蛋重以及母雞的體增重方面，放牧組和圈養(yǎng)組無顯著差異；放牧組雞蛋的蛋黃比例顯著高于對照組，在蛋黃顏色方面，放牧組蛋黃的明亮度和紅色度顯著高于對照組，而黃色度無差異；在類胡蘿卜素沉積方面，放牧組蛋黃的多種類胡蘿卜素沉積量均顯著高于對照組。Gao等（2013）探討了葉黃素對母雞抗氧化性能和脂質(zhì)過氧化的影響，結(jié)果表明，飼喂葉黃素的母雞在第三、四周時(shí)血清SOD水平顯著高于對照組，血清和肝臟的總抗氧化能力顯著高于對照組；飼喂葉黃素含量為40 mg/kg的飼料的母雞在第三周血清和空腸黏膜丙二醛含量顯著高于對照組，但肝臟丙二醛含量無顯著差異。

綜上所述，類胡蘿卜素應(yīng)用于禽類飼料中，可以提高禽類機(jī)體的抗氧化性能，維持了禽類健康；改善禽蛋蛋黃的色澤，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 在其他動(dòng)物上的應(yīng)用 類胡蘿卜素除了在水產(chǎn)和禽類飼料中應(yīng)用外，在其他大型哺乳動(dòng)物上也有較多應(yīng)用。Condron等（2014）給肉牛飼喂添加合成β-胡蘿卜素的飼糧以考察類胡蘿卜素對其血清維生素A、生長性能以及屠宰性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，按照NRC標(biāo)準(zhǔn)添加β-胡蘿卜素（SβC1x）不會(huì)改變動(dòng)物血液中類胡蘿卜素和維生素A的含量；提高類胡蘿卜素的飼喂量可以顯著提高血漿棕櫚酸視黃酯和所有同分異構(gòu)類胡蘿卜素的含量，但不會(huì)影響動(dòng)物的體增重和采食量；SβC1x組背最長肌的明亮度、紅色度以及黃色度與對照組無差異，但增加類胡蘿卜素含量后，三個(gè)值反而都有所下降。屠宰后，SβC1x組肌肉的大理石花紋和脂肪厚度與對照組相比也無顯著差異。給犢牛牛奶中添加部分含有β-胡蘿卜素、角黃素等類胡蘿卜素的紅酵母菌后，血液、肝臟、腎臟等幾乎所有的組織器官中β-胡蘿卜素的含量都顯著高于對照組（Chikako等，2014）。 de Oliveira 等（2012）給羔羊更換了高水平類胡蘿卜素日糧后發(fā)現(xiàn)，更換日糧15 d后，羔羊皮下脂肪的反射吸收光譜特性和黃色度都發(fā)生了變化，并且黃色度隨著類胡蘿卜素的攝入量的增加呈線性增長；腎臟周圍脂肪的反射光譜特性也在15 d時(shí)發(fā)生了明顯改變。álvarez等（2014）給伊比利亞豬飼喂類胡蘿卜素含量不同的飼料 （高含量組和低含量組），探討不同含量類胡蘿卜素日糧對伊比利亞豬的維生素A水平和顏色參數(shù)的影響，結(jié)果顯示，兩組的血漿和脂肪中維生素A的含量相同，高含量組脂肪的紅色度和黃色度參數(shù)高于低含量組，但明亮度顯著低于低含量組。

綜上所述，飼料中類胡蘿卜素可以很好地改變哺乳動(dòng)物脂肪色澤，各臟器中類胡蘿卜素沉積量也有所增加。

4 小結(jié)

類胡蘿卜素在飼料中的應(yīng)用正在由向飼料中添加類胡蘿卜素制劑轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ姨烊桓吆款惡}卜素的飼料來飼喂動(dòng)物，如苜蓿草、野菊花等，這樣可以避免工業(yè)合成類胡蘿卜素所帶來的化學(xué)殘留，危害牲畜健康。類胡蘿卜素在機(jī)體內(nèi)吸收和代謝的機(jī)制還在進(jìn)一步研究之中，相信在不久的將來，類胡蘿卜素能更好地應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)中。

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