甲殼素及其衍生物在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用

許樂欣 王曉清* 王子奧 王紅波

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410128；2.湖南豐爾漁生物科技有限公司，410001)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 人們生活質(zhì)量日益提高， 水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大， 加工行業(yè)的技術(shù)也日漸成熟， 生產(chǎn)過程中蝦類的副產(chǎn)物蝦殼量也日漸增多。 大量的蝦殼被低價值利用或者直接丟棄， 造成了資源浪費、 環(huán)境污染以及經(jīng)濟(jì)損失。 而蝦殼中有多種可利用的成分， 例如甲殼素， 可以通過提取加工， 應(yīng)用于水產(chǎn)動物飼料中。

1 甲殼素及其衍生物

甲殼素(Chitin) 又稱為甲殼質(zhì)、 幾丁質(zhì)，是一種廣泛存在于甲殼類動物的多糖物質(zhì)， 結(jié)構(gòu)如圖一所示， 是世界第二大豐富的生物聚合物，僅次于植物纖維。 甲殼素廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)、工業(yè)、 農(nóng)業(yè)。 甲殼素的衍生物有殼聚糖、 殼寡糖、 甲殼胺、 殼聚糖季銨鹽等。

圖一

殼聚糖(Chitosan) 是甲殼素脫N-乙酰基的產(chǎn)物， N-乙?；撊?5%以上的就可稱之為殼聚糖。 殼寡糖(Chitosan oligosaccharide) 是首先由甲殼素脫乙酰化生成分子質(zhì)量為幾十萬到幾百萬幾道爾頓、 吸收率為1%-5%的殼聚糖， 再經(jīng)生物酶解后得到的分子質(zhì)量﹤2000u、 可被吸收進(jìn)入體內(nèi)的低聚糖， 它由2-10 個氨基葡萄糖通過β-1， 4 糖苷鍵連接而成， Benchamas 等在研究中發(fā)現(xiàn)其具有顯著抗菌抗癌等生物活性。 殼聚糖季銨鹽是殼聚糖經(jīng)化學(xué)改性修飾得到的衍生物， Li等在實驗中發(fā)現(xiàn)其可作為疫苗中的佐劑增強(qiáng)免疫原性。

甲殼素及其衍生物的提取工藝也在往高效率低成本發(fā)展。 Zhang 等用巴氏醋桿菌和枯草芽孢桿菌從蝦殼中提取甲殼素， 工藝較為簡單， 操作時間較短， 生產(chǎn)效率高。 Taser 等用類芽孢桿菌從蝦殼中提取甲殼素后， 再用氫氧化鈉法將提取的甲殼素轉(zhuǎn)化為殼聚糖。 用這個方法得到的殼聚糖分子量較低。 低分子量的殼聚糖具有更高的的溶解度、 更低的毒性。 除此之外， 低分子量的殼聚糖對退行性疾病有抵抗作用。

甲殼素及其衍生物作為飼料添加劑在水產(chǎn)動物上的應(yīng)用較多,具有調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)代謝、 促進(jìn)生長、 提高免疫能力等作用,可部分替代傳統(tǒng)化學(xué)藥物及抗生素等使用,推動水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)、健康發(fā)展。

2 甲殼素的生理功能

甲殼素是陽性趨向劑， 可以促使吸引單核細(xì)胞在局部聚集增生演變?yōu)榫奘杉?xì)胞。 另外， 楊懷宇等研究表明甲殼素、 殼聚糖可以活化T 淋巴細(xì)胞， 促使T 淋巴細(xì)胞釋放出各種淋巴因子， 發(fā)揮殺死體內(nèi)微生物的作用， 激活機(jī)體的免疫系統(tǒng)。同時甲殼素及其衍生物還可以增強(qiáng)溶菌酶等水解酶活性， 調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能。

甲殼素及其衍生物具有廣譜的抗菌性， 其抗菌抑菌的作用機(jī)制對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌不同， 而且抗菌抑菌的功效因其濃度、 分子量及其脫乙酰程度還有環(huán)境的pH 值有所不同。 周銳麗等實驗發(fā)現(xiàn)甲殼素、 殼聚糖可與微生物的細(xì)胞膜作用改變細(xì)胞膜的通透性， 從而影響微生物正常的活動， 起到殺菌的作用。 此外， 甲殼素還可與水結(jié)合抑制部分酶的活性。

目前的研究表明， 甲殼素及其衍生物具有顯著的降低血脂、 調(diào)節(jié)脂肪代謝的作用。 甲殼素、殼聚糖結(jié)構(gòu)中的葡聚糖胺鏈含有4 價的銨離子，具有較強(qiáng)的陰離子交換能力， 能夠結(jié)合帶負(fù)電荷的膽汁酸， 促使體內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)化為膽酸， 維持膽酸的儲備， 從而降低膽固醇的濃度。

甲殼素、 殼聚糖促進(jìn)動物生長的原理是其能夠改變腸道結(jié)構(gòu)、 提高消化酶的活性， 從而提高機(jī)體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力。 Chang 等研究表明殼寡糖可以提高黃魚肉雞的生長性能。 另外， 甲殼動物可以吸收利用甲殼素及其衍生物，促進(jìn)本身幾丁質(zhì)酶的分泌， 從而促成蛻殼生長。

3 甲殼素及其衍生物在水產(chǎn)動物飼料中的應(yīng)用

酸性磷酸酶(ACP) 和堿性磷酸酶(AKP)是生物體內(nèi)2 種重要的水解酶,能催化磷酸單酯水解， 直接參與體內(nèi)磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移和代謝,是吞噬細(xì)胞殺菌的物質(zhì)基礎(chǔ),也是甲殼動物機(jī)體防御能力的重要組成部分。 丙二醛(MDA) 使機(jī)體酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)產(chǎn)生氧自由基， 導(dǎo)致生物膜中的多不飽和脂肪酸被攻擊氧化而形成的脂質(zhì)過氧化物MDA 濃度的高低間接反映了機(jī)體細(xì)胞受自由基攻擊的嚴(yán)重程度。 超氧化物歧化酶(SOD)是一種抗氧化酶， 能清楚體內(nèi)過多的超氧自由基。 溶菌酶(LZM) 一種堿性蛋白酶， 廣泛存在于魚類皮膚黏液、 血清、 組織器官及吞噬細(xì)胞中， 在魚類的非特異性免疫防御系統(tǒng)中占重要地位。 抗體是用來判斷魚類特異性免疫能力的主要指標(biāo)。

目前， 在多種魚類上的研究表明， 甲殼素及其衍生物在飼料中的添加可以促進(jìn)魚類生長， 提高血清內(nèi)多種酶的活性， 增強(qiáng)免疫力， 提高存活率， 并且降低飼料系數(shù)。

李麗鵑等在基礎(chǔ)飼料中分別添加0、 25、50、 100mg/kg 的殼聚糖， 投喂平均體重約為7.5g的黃顙魚42d。 結(jié)果顯示， 在黃顙魚的飼料中添加25mg/kg 的殼聚糖顯著地提高了黃顙魚血清中ACP、 AKP、 SOD、 LZM 活性。 肖艷翼等在基礎(chǔ)飼料中分別添加0、 1.25、 2.5、 5、 7.5、 10g/kg的殼聚糖， 投喂12g 左右的俄羅斯鱘50d， 測定結(jié)果表明一定量的殼聚糖可以提高俄羅斯鱘血清的ACP、 AKP、 SOD、 LZM 活性。 李赫等在基礎(chǔ)飼料別添加0、 2.5、 5、 7.5、 10g/kg 的殼聚糖投喂均重為108g 的草魚， 研究表明5g/kg 的殼聚糖可以增強(qiáng)草魚血清中AKP、 SOD、 LZM 活性， 并提高補(bǔ)體C3 含量和血液白細(xì)胞吞噬活性， 降低MDA 含量。 王榮月等在基礎(chǔ)飼料中分別添加0、0.2%的殼寡糖、 0.2%的殼聚糖以及0.2%、 0.1%、0.02%的殼聚糖納米顆粒， 投喂體質(zhì)量為(9.910±0.306) g 的紅鰭東方鲀幼魚50d， 研究表明飼料中添加殼聚糖納米顆粒的效果與殼寡糖的作用效果相當(dāng)， 可以顯著增加肝臟AKP 以及脾臟ACP、 LZM 和腎臟SOD、 LZM 活性， 對魚體免疫力的提高有一定的促進(jìn)作用。 蔣錦坤等在基礎(chǔ)飼料中添加0、 0.25%、 0.50%、 1.00%和2.00%的殼聚糖投喂虹鱒幼魚50d， 結(jié)果表明，在飼料中添加殼聚糖可以顯著提高虹鱒血清中ACP、 AKP、 LZM 活性， 增強(qiáng)虹鱒非特異性免疫能力。 Askarian 等發(fā)現(xiàn)在飼料中添加甲殼素， 可以調(diào)節(jié)大西洋鮭魚的腸道微生物菌群。 Harikrishnan 等研究發(fā)現(xiàn)在飼料中添加甲殼素和殼聚糖有助于提高褐帶石斑魚血液紅細(xì)胞及白蛋白、 球蛋白含量和吞噬病原體活性， 增強(qiáng)血液免疫能力。 Kumar 等發(fā)現(xiàn)飼料中添加甲殼素， 可作為免疫增強(qiáng)劑， 提高露斯塔野鯪對鰓單殖吸蟲的抵抗力。 以上研究表明適量的殼聚糖可以作為免疫增強(qiáng)劑可以增強(qiáng)魚類自身免疫力， 促進(jìn)魚類抗體的生成， 提高其抗感染抗病能力。 Kumaran 等用以含有納米殼聚糖(CSNPs) 的N-乙酰-D-葡萄糖胺 (NAG) 作為添加劑在飼料中分別添加0、0.25、 0.5、 1.0、 2.0g/kg 投喂體質(zhì)量為 (15.30±0.23g) 的尼羅羅非魚45d。 實驗結(jié)果表明1.0g/kg的CSNPs 可以提高尼羅羅非魚的非特異性免疫。

在促進(jìn)魚體生長方面， 主要是能夠改變魚類腸道組織和菌群的情況促進(jìn)魚類進(jìn)食， 以及能夠降低魚的脂肪含量， 增加魚的可食用率。 王紅權(quán)等發(fā)現(xiàn)在草魚飼料中添加0.50%殼聚糖能顯著促進(jìn)草魚生長， 增加草魚背肌粗蛋白含量， 減少粗脂肪含量， 降低草魚的投餌系數(shù)。 華雪銘等研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖在飼料中的添加,能夠顯著降低肌肉脂肪含量,顯著提高肌肉蛋白質(zhì)含量,也能在一定程度上降低肝體比。 0.2%殼聚糖能使腸道淀粉酶活性顯著增強(qiáng)(P﹤0.05)， 白肌RNA/DNA 顯著增大(P﹤0.05)， 說明腸道淀粉酶活性增強(qiáng)和蛋白質(zhì)合成增加是殼聚糖和益生菌促進(jìn)暗紋東方鲀生長的重要原因。 陸清兒等在三角魴養(yǎng)殖試驗的結(jié)果表明添加殼聚糖及其復(fù)合物有較好的促長效果,三角魴平均體增重極顯著提高、 飼料系數(shù)極顯著下降、 成活率明顯提高。 孫飛等在含正常豆油、 氧化豆油的基礎(chǔ)飼料中分別添加0、 0.02%、0.04%、 0.06%的殼寡糖， 共配制成8 種試驗飼料。 結(jié)果顯示， 在含4%豆油的常規(guī)飼料中添加0.02%的殼聚糖可以促進(jìn)異育銀鯽的生長， 改善腸道結(jié)構(gòu);氧化豆油會對異育鯽魚的生長和健康造成負(fù)面影響， 在該飼料中添加0.04%的殼聚糖可改善由氧化豆油引起的負(fù)面影響， 使異育銀鯽的健康程度達(dá)到正常水平。 Abd El-Naby 等發(fā)現(xiàn)在飼料中添加殼聚糖納米顆?？梢蕴岣吣崃_羅非魚的增重率和特定生長率以及體內(nèi)淀粉酶和脂肪酶含量， 降低腸道細(xì)菌數(shù)量， 促進(jìn)魚生長。 田娟等用添加了殼寡糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、 0.10%、 0.30%、0.50%、 0.70%的飼料飼喂體質(zhì)量為(3.02±0.16) g的吉富羅非魚幼魚。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在腸道主要菌群方面， 各殼寡糖添加組大腸桿菌數(shù)量均顯著降低，乳酸桿菌數(shù)量顯著增加； 在腸道組織結(jié)構(gòu)方面，各殼寡糖添加組的幼魚前腸組織均較對照組發(fā)育良好， 腸絨毛排列緊密， 高度和寬度均有增加。黃鑫瑋等在飼料中添加殼寡糖投喂幼建鯉， 研究發(fā)現(xiàn)幼建鯉攝食含殼寡糖的飼料后的增重率和特定生長率均得到提高， 并且幼魚腸道組織結(jié)構(gòu)和菌落分布均發(fā)生了變化。 攝食了含殼寡糖飼料的幼魚腸道的有益菌落雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量比對照組的有所增加， 且腸道內(nèi)皺襞高度、 密度以及皺襞的肥大細(xì)胞和杯狀細(xì)胞數(shù)量都有所增加。

甲殼素及其衍生物在蝦類飼料中的添加， 可以提高蝦的免疫能力， 促進(jìn)蝦的生長。

任季芳等做了兩次實驗， 一次是用0、0.25%、 0.50%、 0.75%殼聚糖溶液浸泡克氏原螯蝦仔蝦， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)殼聚糖能提高仔蝦體內(nèi)ACP、AKP 活性， 并降低MDA 濃度； 另一次等在基礎(chǔ)飼料中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、 0.5%、 1.0%、1.5%、 2.0%、 3.0%的殼聚糖制成6 種試驗飼料，投喂體質(zhì)量為 (21.55±1.62) g 的克氏原螯蝦60d。 試驗測定了特定生長率、 死亡率、 退殼死亡率、 堿性磷酸酶、 谷丙轉(zhuǎn)氨酶、 谷草轉(zhuǎn)氨酶、肌肉營養(yǎng)成分、 腸道消化酶活性。 結(jié)果表明， 在成蝦飼料中添加0.5%～1.5%的殼聚糖， 對克氏原螯蝦具有一定的免疫保護(hù)和增強(qiáng)其消化機(jī)能的作用。 莊承紀(jì)等在做殼多糖對羅氏沼蝦、 斑節(jié)對蝦苗生長和抗菌防病作用研究， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)水體中加入殼多糖能凈化水質(zhì),防止水質(zhì)惡化； 殼多糖可抑制氣單胞菌和弧菌的生長繁殖,增強(qiáng)抗病能力,提高蝦苗的成活率。 胡琳琳等在基礎(chǔ)飼料中分別添加0、 0.04‰、 0.15‰、 0.50‰的殼聚糖硫酸酯投喂凡納濱對蝦。 結(jié)果表明， 在飼料中添加殼聚糖硫酸酯可以明顯提高對蝦抵御白斑綜合征病毒感染的能力。

陳偉軍等在基礎(chǔ)飼料中分別添加0、 0.2‰、0.4‰、 0.6‰、 0.8‰、 1.0‰、 2.0‰殼寡糖飼料，投喂體重均為(1.50±0.03) g 的凡納濱對蝦80d。結(jié)果表明， 飼料中添加殼寡糖能夠增加凡納濱對蝦的腸道絨毛長度， 使上皮細(xì)胞排列得更加整齊、 緊密， 進(jìn)而提高凡納濱對蝦的存活率和特定生長率， 起到促進(jìn)凡納濱對蝦的生長。 Niu 等比較在飼料中添加甲殼素及其衍生物(殼聚糖、 殼寡糖及N-乙酰氨基葡萄糖) 對斑節(jié)對蝦的影響，試驗結(jié)果表明， 在飼料中添加殼聚糖的效果較佳， 可以提高斑節(jié)對蝦的增重率、 存活率以及在氧脅迫下的耐受力。 馬利等設(shè)置了含殼寡糖0、125mg/kg、 250mg/kg、 500mg/kg、 1000mg/kg 的5組飼料， 對初始體重約為1.23g 的南美白對蝦進(jìn)行8 周的飼養(yǎng)試驗。 試驗結(jié)果表明飼料中添加殼寡糖可以使南美白對血清中的高密度脂蛋白膽固醇顯著增加， 促進(jìn)脂類代謝。 Tseng 等從同形溞中提取甲殼素及其衍生物殼聚糖加入到飼料中投喂南美白對蝦， 試驗結(jié)果表明飼料中加入0.4%的殼聚糖可以改善蝦的生長性能， 能提高其增重率和特定生長率。 Abdel-Warith 等用殼聚糖納米顆粒和螺旋藻作為飼料添加劑投喂黑虎蝦， 結(jié)果表明可以提高黑虎蝦的特定生長率、 存活率。

李軍濤在研究飼料中添加殼聚糖對方斑東風(fēng)螺稚螺生長性能和免疫相關(guān)酶活性的影響中， 發(fā)現(xiàn)飼料中添加殼聚糖可以通過提高方斑東風(fēng)螺稚螺肝臟中免疫相關(guān)酶的活性提高飼養(yǎng)成活率， 并能夠在一定程度上加快生長速度。

張干等在基礎(chǔ)飼料中分別添加0、 25、 50、100mg/kg 的低聚殼聚糖投喂均重為(16.20±1.30)g 的中華絨螯蟹56d， 結(jié)果表明， 飼料中添加50mg/kg 的低聚殼聚糖可以較好地提高中華絨螯蟹的生長性能、 非特異性免疫和抗氧化能力， 并降低機(jī)體脂肪沉積。 袁春營等在基礎(chǔ)飼料中分別添加0.05‰、 0.1‰、 0.2‰、 0.4‰的低聚殼聚糖，對均重為(15.78±3.21) g 的中華絨螯蟹進(jìn)行為期28d 的飼養(yǎng)試驗。 通過測定中華絨螯蟹的血液免疫指標(biāo)， 得出飼料中添加0.2‰的低聚殼聚糖可以顯著提高中華絨螯蟹的免疫能力的結(jié)論。

魏文志等在基礎(chǔ)飼料中分別添加0、 0.3%、0.6%、 1.2%的甲殼素， 對均重為(8.990±1.024g)的中華鱉進(jìn)行為期31d 的飼養(yǎng)試驗。 結(jié)果表明，添加0.6%的甲殼素能夠顯著促進(jìn)中華鱉的生長和非特異性的免疫能力。

黨慧鳳等對仿刺參進(jìn)行添加了殼寡糖的投喂試驗。 試驗結(jié)果表明飼料中添加了0.3%、 0.5%的殼寡糖可以作為免疫增強(qiáng)劑， 顯著提高仿刺參各組織的ACP、 AKP、 SOD、 LZM 的活性。

4 小結(jié)

目前， 甲殼素及其衍生物在水產(chǎn)動物飼料上的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。 甲殼素在飼料中的添加可以提高水產(chǎn)動物生長性能和免疫能力。 而甲殼素的原料來源及加工工藝仍然有待進(jìn)一步的研究和改善。 另外， 甲殼素在水產(chǎn)飼料中的適宜添加量也因水產(chǎn)動物的種類、 年齡、 體重等有所不同， 也是今后研究的重點。