植物源活性物質(zhì)在水產(chǎn)行業(yè)上的應用研究進展

蔣樂霞，唐家銘，黃寶生，姜沛宏，陳東杰，張長峰,*

（1.廣東海洋大學，廣東 湛江 524088；2.山東省農(nóng)產(chǎn)品貯運保鮮技術(shù)重點實驗室，山東 濟南 250103；3.國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心，山東 濟南 250103；4.山東國農(nóng)物流科技有限公司，山東 濟南 250103）

我國海域遼闊，海洋生物資源豐富，開發(fā)潛力巨大。2020年，我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達到6 549.02萬t[1]，比2019年增長1.06%。水產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸含量高，是人類營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源[2]。然而，由于集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖以及環(huán)境污染，疾病暴發(fā)、抗生素的使用，從而導致魚類暴露在各種疾病和傳染病之下，造成大量經(jīng)濟損失。在飼料“禁抗”的背景之下，抗生素替代品的研究成為水產(chǎn)動物營養(yǎng)的研究熱點之一。天然植物提取物具有資源豐富、綠色安全、效果顯著等優(yōu)點，在水產(chǎn)動物促生長、抗氧化和免疫調(diào)控方面發(fā)揮著積極作用，是理想的抗生素替代品[3]。資料顯示，南宋時期就已使用藥物植物治療魚病[4]，我國植物資源豐富，許多植物提取物的活性已經(jīng)過多年實踐得到了證明。目前常用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中的植物目如圖1所示，其中唇形目（Lamiales）的植物研究最多，其次是豆目（Fabales）、菊目（Asterales）和金尾虎目（Malpighiales）[5]。近年來，植物源提取物因其來源廣泛、成本低，僅需少量喂食就能較好地保持水產(chǎn)品的良好風味，延長其流通貨架期[6]，因而受到研究者們的關(guān)注。本文介紹了植物提取物的主要活性成分，并簡要闡述了其在水產(chǎn)品中的應用。

圖1 用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的植物目[5]Fig.1 Plant ordersfor aquaculture[5]

1 植物提取物活性成分

1.1 精油

精油又稱揮發(fā)油，是一類可隨水蒸氣蒸餾出來，并與水互不相溶，具有芳香氣味的揮發(fā)性油狀液體的總稱[7]。研究表明，植物精油的抗菌、抗氧化活性源于芳香化合物中的萜烯化合物、酸、醇、酯、醛、酮、胺類、環(huán)氧化物與硫化物等成分[8-9]。植物精油中的百里香酚和香芹酚可以破壞大腸桿菌細胞膜的通透性，從而抑制大腸桿菌的生長[10]。植物精油中的異硫氰酸類硫化物可以誘導菌體細胞周期停滯，導致細菌細胞絲狀化，影響細胞流動性和動態(tài)平衡壓力，從而達到抑菌目的[11]。由于植物精油的化學成分復雜，其抑菌作用可能是一種或者多種成分協(xié)同作用的結(jié)果[12]。有研究表明，植物精油對微生物有一定的抑菌效果，其對微生物的作用靶點及抑菌機理如圖2所示[13]。Ozogul等[14]試驗發(fā)現(xiàn)：檸檬精油的納米乳液可以作為天然抗菌劑對抗魚類加工業(yè)的食源性病原體和腐敗細菌。Muthaiyan等[15]發(fā)現(xiàn)：冷榨橘子精油能誘導耐藥金黃色葡萄球菌細胞壁刺激因子相關(guān)基因（pbp、胞壁質(zhì)囊和肽聚糖相關(guān)基因、自溶相關(guān)基因）的表達，進而抑制細胞壁合成，并促進細胞裂解。劉明陽[16]研究發(fā)現(xiàn)：飼料中添加100 mg/kg茶樹精油連續(xù)投喂2周后可以提高羅氏沼蝦的免疫、生長性能，并有效改善羅氏沼蝦腸道免疫功能。

圖2 精油及其成分對病原微生物的抗菌機理[13]Fig.2 Antibacterial mechanismsof essential oilsand thecomponentsagainst pathogenic microorganisms[13]

1.2 酚類

植物多酚又稱單寧，是植物體內(nèi)重要的次生代謝產(chǎn)物[17]。按照單寧的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，其主要分為水解單寧、縮合單寧以及褐藻多酚單寧。水解單寧又稱葡萄糖的沒食子酸酯，由沒食子酸酯或含糖基的鞣酸及其衍生物構(gòu)成，分子質(zhì)量在500～3 000 u之間[18]?？s合單寧又名原花青素，主要是黃烷-3-醇或黃烷-3,4-二醇通過C-C或C-O-C鍵所構(gòu)成的聚合物，分子質(zhì)量2 000～4 000 u，不易被水解[19]。它含有大量的酚羥基，因此能清除自由基，具有較強的抗氧化性能。褐藻多酚單寧的結(jié)構(gòu)式較為簡單，由1,3,5-羥基苯聚合而成，為間苯三酚衍生物，分子質(zhì)量在126～650 u之間[20]，主要存在于水生藻類之中。3種單寧的分子式如圖3所示[21]。

圖3 水解單寧（A）、縮合單寧（B）、褐藻多酚單寧（C）的分子結(jié)構(gòu)式[21]Fig.3 Molecular structural formulas of hydrolyzed tannins(A),condensed tannins(B)and brown algal polyphenol tannins(C)[21]

同時，酚類化合物對微生物也具有一定的抑制作用[22]，然而其作用機制尚未明確。目前已知是酚類物質(zhì)可以與酶結(jié)合或者與細胞膜相互作用從而破壞細胞完整性，導致其內(nèi)容物流失，進而殺死微生物[23]。Konaté等[24]研究發(fā)現(xiàn)：紫檀多酚可減緩糞腸球菌、奇異變形桿菌、傷寒沙門氏菌的生長繁殖。梁高楊等[25]通過添加不同劑量茶多酚到奧尼羅非魚飼料中，連續(xù)飼喂9周后觀察發(fā)現(xiàn)：飼料中茶多酚添加量為200～400 mg/kg時，可顯著提高奧尼羅非魚的免疫性能，降低嗜水氣單胞菌攻毒后的死亡率。朱旭楓[26]研究發(fā)現(xiàn)：飼料中添加0.15%的水解單寧可以提高凡納濱對蝦的生長性能及其抗副溶血弧菌感染的能力。

1.3 萜類

萜類是指由異戊二烯（Isoprene）單元（C5單元）組成的化合物及其衍生物，其分布廣泛、結(jié)構(gòu)多樣，目前已報道95 000余個[27]。按異戊二烯單元的數(shù)目，萜類化合物可以分為半萜（C5）、單萜（C10）、倍半萜（C15）、二萜（C20）、二倍半萜（C25）、三萜（C30）和多萜等[28-29]。萜類化合物大部分是從植物中分離得到[30]，大量研究表明萜類化合物具有良好的抑菌效果。

曹付威等[31]研究發(fā)現(xiàn)：益母草二萜化合物能明顯抑制金黃色葡萄球菌的生長，對大腸桿菌則基本沒有影響。蔣加鵬等[32]研究發(fā)現(xiàn)：百里香酚對黃顙魚神經(jīng)肽Y基因表達有明顯促進作用。Gallegos-Flores等[33]研究了香芹酚、檸檬烯、芳樟醇、α-松石烯和百里香酚對革蘭氏陰性菌（大腸埃希菌、沙門氏菌和假單胞菌）和革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌和鏈球菌）的抗菌活性，結(jié)果表明：除金黃色葡萄球菌外，5種萜類化合物對其余的革蘭氏陰性菌和陽性菌的抗菌活性沒有差異，其中香芹酚、檸檬烯和芳樟醇具有類似于頭孢氨芐抗生素的抗菌作用。De Oliveira-Júnior等[34]從大戟科植物Cnid-oscolus quercifoliusPohl中分離出3種萜類化合物，分別為Lupeol-3β-O-cinnamate、Lupeol-3β-O-dihy-drocinnamate和Phyllacanthone，其分離出的3種物質(zhì)均表現(xiàn)出顯著的抗菌活性。

1.4 黃酮類

黃酮類化合物是一類具有2-苯基色原酮結(jié)構(gòu)的多酚化合物，其化學結(jié)構(gòu)屬于多酚衍生物的一種，因而也具有一定的清除自由基和抗菌抑菌活性。最早發(fā)現(xiàn)的該類化合物大多呈淡黃色或黃色，因此被稱為黃酮。黃酮類化合物數(shù)量繁多，且結(jié)構(gòu)復雜多樣。目前，自然界中已發(fā)現(xiàn)9 000多種黃酮類化合物[35]。隨著黃酮類物質(zhì)研究的不斷深入，很多具體成分已被確定，且對人體無嚴重的不良影響，已有很多在食品、水產(chǎn)上得到應用[36]。

祝新茗[37]研究發(fā)現(xiàn)：在飼料中添加含量為40～60 mg/kg的沙蔥黃酮，可改善烏鱧生長性能、免疫及抗氧化能力。劉大凱等[38]研究了黃岑總黃酮對大鼠膝骨性關(guān)節(jié)炎軟骨組織鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶2（Camk2d）、蛋白磷酸酶3調(diào)節(jié)亞基2（Ppp3r2）表達的影響，結(jié)果表明：黃芩總黃酮可能通過增加軟骨組織中Ppp3r2表達，降低Camk2d表達，對大鼠膝骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)揮治療作用。Zhao等[39]通過試驗發(fā)現(xiàn)，杜松葉子總黃酮類化合物對嚙齒動物具有鎮(zhèn)痛和抗炎作用。

1.5 生物堿類

生物堿是天然產(chǎn)物的重要組成成分，具有結(jié)構(gòu)多樣性，目前已報道的就有60多種，按結(jié)構(gòu)主要分為有機胺類、吡啶類、吡咯烷類等[40]。生物堿類是一類堿性含氮有機物，所有天然生物堿均來自植物，但不是所有植物都可產(chǎn)生生物堿類[41]。研究發(fā)現(xiàn)，生物堿具有抗氧化、抗病毒、殺蟲等活性。

熱陽古·阿布拉等[42]采用無水甲醇回流法測定不同品種喀什石榴籽總生物堿含量，并對其抗氧化活性展開研究，結(jié)果表明：石榴籽總生物堿具有明顯的還原能力，并對DPPH自由基和OH-自由基有一定的清除作用，具有良好的抗氧化能力。單世斌[43]利用紫草提取的吡咯里西啶生物堿進行甜菜夜蛾幼蟲的觸殺活性和拒食活性試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：紫草生物堿質(zhì)量濃度達15 mg/mL時，其對甜菜夜蛾3齡幼蟲的觸殺死亡率為34.44%，1 d的拒食率高達82.18%。這表明，紫草生物堿對害蟲具有觸殺作用和拒食作用。Moradi等[44]試驗發(fā)現(xiàn)：西葫蘆籽提取物的總生物堿具有抗甲型流感病毒活性，IC50值約為5.8μg/mL。

2 植物提取物在水產(chǎn)動物上的應用研究

隨著人們對水產(chǎn)品安全和品質(zhì)的重視，植物提取物作為一種天然添加劑，已成為當今研究的熱點之一。植物提取物天然、綠色，抗氧化效果良好，安全性高，在水產(chǎn)及其水產(chǎn)制品方面具有廣闊的應用前景。

2.1 植物提取物對水產(chǎn)生長性能的影響

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中常在水產(chǎn)動物飼料中使用抗生素類生長促進劑，但基于水產(chǎn)性動物食品質(zhì)量安全和公共衛(wèi)生安全的考慮，目前已被逐漸禁用，如歐盟與韓國已相繼于2006年1月和2011年7月起全面禁止使用抗生素類促生長劑[45]。

近年來一些學者嘗試將植物提取物的應用轉(zhuǎn)向水產(chǎn)方向。印雙紅等[46]通過在飼料中添加不同水平的藤茶總黃酮，觀察其對雜交鱘（施氏鱘♂×西伯利亞鱘♀）幼魚生長性能、血清生化指標、腸道消化酶活性等指標的影響，結(jié)果表明：餌料中添加藤茶總黃酮可改善雜交鱘幼魚的腸道消化酶活性、腸道皺襞高度和血清免疫水平，藤茶總黃酮的添加比例為0.50%效果最佳。Dawood等[47]試驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)絲蘭提取物飼喂30 d后鯉魚的生長性能、存活率、總蛋白最高。有研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加3種草本植物（方首烏、墨旱蓮花和蓮子草）可以提高淡水對蝦消化酶的活性[48-49]。Koshinski[50]研究發(fā)現(xiàn)，將含蒲公英提取物的飼料投喂虹鱒魚可促進其生長性能。Büyükdeveci等[51]研究了使用含有大蒜素提取物的飼料喂養(yǎng)對虹鱒魚的影響，發(fā)現(xiàn)當魚食用含有大蒜的飼料120 d后，魚的體重增加和特定生長率顯著提高。Zheng等[52]在斑點叉尾鮰飼料中添加0.05%的牛至精油，連續(xù)飼喂8周，結(jié)果顯示：牛至精油使斑點叉尾鮰的質(zhì)量增加率提高24個百分點，飼料系數(shù)由1.94降至1.64。

2.2 植物提取物對水產(chǎn)動物抗氧化功能的影響

與化學合成的抗氧化劑相比，植物提取物具有抗氧化活性高以及毒副作用小等優(yōu)點，在抵御或減緩氧化應激對機體的危害方面表現(xiàn)出巨大的研究價值和開發(fā)潛力。劉波等[53]通過連續(xù)投喂含有不同量的植物提取物飼料基礎日糧70 d后發(fā)現(xiàn)，飼料中添加200～300 mg/kg植物提取物能提高異育銀鯽機體免疫機能與抗氧化能力。大蒜中的酚和皂苷具有抗氧化活性。Gabriel等[54]在非洲鯰魚飼料中添加4.0%的大蒜素，通過連續(xù)投喂60 d，與未處理的對照組相比，試驗組非洲鯰魚血液中的紅細胞和平均紅蛋白濃度均顯著升高。彭凱等[55]在飼料中添加不同含量的縮合單寧，觀察其對凡納濱對蝦的生長以及血清生化、抗氧化指標的影響，結(jié)果表明：飼料中添加1.94 g/kg縮合單寧顯著增加了血清中過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性，提高了凡納濱對蝦的生長性能和抗氧化能力。朱旭楓等[56]研究發(fā)現(xiàn)：在珍珠龍膽石斑魚飼料中添加水解單寧組的血清和肝臟堿性磷酸酶、酸性磷酸酶和超氧化物歧化酶活性以及肝臟過氧化氫酶、錳超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的mRNA相對表達量顯著升高，飼料中添加0.10%～0.15%的水解單寧可提高珍珠龍膽石斑魚的生長性能，增強魚體免疫及抗氧化能力。

2.3 植物提取物對水產(chǎn)動物抗應激能力和麻醉的影響

和所有的脊椎動物一樣，魚類對威脅狀態(tài)的一般性生理反應都可列為應激，它們在感受應激物（應激源）后幾乎都會啟動應激反應。減緩應激的方法一般是采用抗生素或者漁用麻醉劑，但過度使用可能會導致抗藥性，因此，亟需開發(fā)一些能夠抵御外部應激的天然化合物。植物提取物是自然界中蘊藏豐富的自然資源。與抗生素相比，植物提取物在藥物治療中具有高效、低毒、毒作用小等突出特點。近年來，大量研究表明，藥用植物在水生動物中具有抗應激作用。

Liu等[57]研究了高溫脅迫下蒽酮提取物對羅氏沼蝦的影響，結(jié)果表明：經(jīng)0.1%～0.2%蒽酮提取物喂養(yǎng)10周后，羅氏沼蝦抗高溫脅迫能力得到了改善，并促進了蝦的生長。Bodur等[58]通過測定歐洲鱸魚麻醉后血漿皮質(zhì)醇的變化，以及麻醉后應激相關(guān)基因糖皮質(zhì)激素受體（GR）、熱休克蛋白70和90（HSP70、HSP90）、激素合成急性調(diào)節(jié)蛋白（StAR）、細胞色素和低氧誘導因子（HIF）在肝、鰓中的表達，研究了從牛至和桉樹植物中提取兩種新的麻醉劑（精油）對歐洲鱸魚應激反應和血液皮質(zhì)醇的影響，并與水產(chǎn)養(yǎng)殖中最常見的麻醉劑丁香油進行比較，結(jié)果表明：桉樹精油劑量為300μL/L，牛至精油劑量為50μL/L對歐洲鱸魚的麻醉效果最為理想。目前研究最廣泛且常使用的植物麻醉劑為丁香酚，其對斑馬魚[59]、斑點海鱸[60]、雜交亞馬遜鯰魚[61]都具有良好的麻醉效果。李元等[62]采用不同質(zhì)量濃度的醉魚草對鯽進行麻醉效果試驗，結(jié)果表明：隨著醉魚草粗提物水溶液濃度的升高，鯽麻醉所需時間縮短，復蘇時間有所增加，其中質(zhì)量濃度為6 g/L的醉魚草水溶液對鯽麻醉效果最為明顯。Boaventura等[63]將阿氏冠鲇藥浴于不同質(zhì)量濃度的羅勒精油中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：羅勒精油質(zhì)量濃度為90～150 mg/L時對阿氏冠鲇的麻醉效果最為理想。有研究表明百里香酚具有鎮(zhèn)靜效果，具有抗應激性，并影響鈉離子和鉀離子通道。Bianchini等[64]首次證明百里香酚對鯰魚具有麻醉作用，百里香酚質(zhì)量濃度為25～100 mg/L時，其麻醉和蘇醒時間分別為170～1 800 s和919～1 800 s。Yousefi等[65]試驗發(fā)現(xiàn)：采用香茅醛質(zhì)量濃度300～1 200 mg/L的藥浴對鯉魚幼魚具有良好的麻醉效果，香茅醛和芳樟醇的麻醉效果與丁香酚相比，前兩者對鯉魚幼魚造成的組織損傷較低。然而，對比香茅醛和芳樟醇兩者的麻醉效果，香茅醛更適合應用于鯉魚幼魚的短期處理和長期運輸。

2.4 植物提取物對水產(chǎn)品保鮮的影響

植物提取物主要采用熏蒸、浸漬或噴灑等方式，通過其抑菌與抗氧化作用，應用于魚類保鮮[66]。微生物是引起水產(chǎn)品腐敗變質(zhì)的原因，植物提取物中含有多種有效成分，具有良好的抑菌活性。

楊勝平等[67]用體積分數(shù)0.062 5%的牛至精油浸泡處理接種熒光假單孢菌的冷藏三文魚發(fā)現(xiàn)，儲藏12 d后，與未處理的對照組相比，牛至精油處理組菌落總數(shù)降低1.34（lg（CFU/g）），總揮發(fā)性鹽基分別降低48.5%和33.5%。Karoui等[68]研究了濃度為1%的迷迭香精油和羅勒精油對2℃儲藏大西洋鱈魚魚片品質(zhì)的影響，結(jié)果表明：精油處理的樣品中總揮發(fā)性鹽基氮、過氧化值和硫代巴比妥酸值顯著降低；此外，與未處理組的樣品相比，精油處理組將鱈魚片的貨架期延長了5 d。程荻等[69]將茶多酚、蘋果多酚和葡萄多酚添加到魚糜中發(fā)現(xiàn)：在4℃下冷藏20 d后，與對照組相比，添加多酚能抑制或殺死腐敗菌。

3 結(jié)論與展望

植物提取物具有資源豐富和天然安全的優(yōu)勢，是一種極具潛力的飼用抗生素替代品，且具有抗應激及麻醉等功效。將植物提取物應用于水產(chǎn)方面，有望實現(xiàn)水產(chǎn)動物養(yǎng)殖過程中“免抗生素防病”的目的，也為水產(chǎn)?；钸\輸以及保鮮方面提供了新途徑。

植物提取物應用于水產(chǎn)方面尚存在諸多需要解決的問題：①植物提取物成分十分復雜，包括含有幾十種含量不同的化合物，各組分間又可能存在交互作用，具體作用機制難以完全闡明；②植物提取物通過不同的給藥方式作用于水產(chǎn)，其在水產(chǎn)動物體內(nèi)的藥代動力學規(guī)律需要進一步研究；③目前關(guān)于植物提取物對魚類養(yǎng)殖、麻醉方面的毒性和毒理數(shù)據(jù)缺乏，未來需要通過大量的動物體內(nèi)試驗來提供參考依據(jù)。