著色劑在水產養殖中的研究與應用

鄺金媚 吳秀麗 趙典惠 廣州立達爾生物科技股份有限公司，廣州 510663

隨著我國水產養殖業的迅速崛起，人工養殖水產品的品質問題越來越受到人們的關注，其中色澤是影響其商品價格和觀賞價值的重要因素。水產動物呈現出的斑斕色彩，在很大程度上受類胡蘿卜素（Carotenoid）的影響，而水產動物自身不能合成類胡蘿卜素，必需從食物中攝取。水產動物日糧的主要原料含類胡蘿卜素很少，而在現代高密度集約化養殖條件下，養殖周期又大大縮短，使得水產動物攝食類胡蘿卜素的機會越來越少，造成人工養殖的水產品體色往往缺乏天然水產品所具有的健康色澤，從而使其商品價值大打折扣。因此，在飼料中添加著色劑，對養殖魚類的體色進行調控，已成為現代水產養殖業的重要技術措施之一。

1 為什么要使用著色劑

1.1 消費者對水產品外觀顏色的要求

顏色是水產品品質的重要指標之一，色澤的沉積往往代表著魚類的野生時限。色澤鮮亮往往成為人們判斷水產品質量和風味的標準，市場售價也會提高。

1.2 現代集約化養殖環境的要求

在現代集約化養殖條件下，大量使用人工配合飼料，而水產配合飼料中類胡蘿卜素的含量較少、性質不穩定，且養殖周期較短，使水產動物不能獲取充足的著色類物質，造成其體表或肌肉色澤變差；同時易引發類胡蘿卜素缺乏的生理癥狀，如生長緩慢、抵抗力下降等。

1.3 動物本身對色澤的要求

顏色可作為水產動物之間信息傳遞的媒介。如有些水產動物改變其顏色表示它們準備交配，借以吸引異性，實現該物種的繁衍。顏色也是水產動物健康狀況的重要天然指標，疾病、虛弱或營養缺乏等原因都可使其顏色發生變化。

1.4 著色劑本身的生物學功能

在水產動物的養殖中，類胡蘿卜素等著色劑不僅能起到著色的作用，還有很多其它的生物學功能：（1）抗紫外輻射的保護作用；（2）作為受精激素，改善卵質；（3）提高免疫，促進生長和成熟；（4）增強魚體對高氨和低氧的耐受性；（5）作為維生素A 的前體；（6）水生動物的強抗氧化劑和脂質過氧化反應的抑制劑；（7）在繁殖季節，成熟的雄魚將類胡蘿卜素集中到皮膚上，形成雄魚的第二性征--婚姻色；而雌魚則集中在卵巢，形成幼體的保護色。

2 常見著色劑的種類和分布

飼料中常用的著色劑，按來源一般分為天然著色劑和合成著色劑，其中天然著色劑以類胡蘿卜素為主。目前，已知結構的天然類胡蘿卜素約有600余種，在自然界中以巖藻黃素（Fucoxanthin）、紫黃質（Violaxanthin）、黃體素（Lutein，3，3′-二羥基-α-胡蘿卜素）、新黃質（Neoxanthin）等最為豐富，但水產動物中則以蝦青素 （Astaxanthin，3，3′-二羥基-4，4′-二酮基β-胡蘿卜素）、黃體素等為主。在甲殼類動物中，蝦青素最為普遍，其他含量較多的類胡蘿卜素還有黃體素、玉米黃質（Zeaxanthin，3，3′-二羥基-β-胡蘿卜素）、斑蝥黃質等（Canthaxanthin，4，4′-二酮基 β-胡蘿卜素）。在有鰭魚類中，蝦青素也是分布最為廣泛的色素，其次為黃體素和金槍魚黃質。在淡水魚類中，黃體素具有較重要的著色意義，而海水魚類則具有獨特的金槍魚黃質。這些色素在動物體內以游離、酯化或與蛋白質結合的狀態存在。

常用的著色劑及飼喂對象

類胡蘿卜素在魚體中主要存在于皮膚、魚鱗、肌肉等器官中，呈現黃色、橙色和紅色等。葉黃素類（Xanthophylls），包括蝦青素、黃體素、斑蝥黃質和玉米黃質，是在魚蝦體內起呈色作用的主要類胡蘿卜素色素。

3 著色劑的作用機理

動物體色是存在于真皮層色素細胞的色素顆粒運動和光反射器官的光散射而產生。動物體色主要由生理學體色和形態學體色變化共同作用形成。生理學體色變化是指某些動物為適應環境變化，體內色素細胞迅速運動而改變自身膚色的過程。形態學體色變化是由于色素細胞、色素量的增減而引起動物體色變化的過程。生理學體色變化以神經系統調節為主，而形態學體色變化則以內分泌系統調節為主。動物體內的色素基團主要有黑色素、類胡蘿卜素、四吡咯類和鳥嘌呤。黑色素主要受遺傳、激素和光線的影響。四吡咯類與鳥嘌呤的關系較大，而與魚類的體色關系不大。鳥嘌呤可使魚體和魚鰾呈現銀白色。

目前對魚蝦色素的代謝途徑還不十分清楚，而且研究主要集中在類胡蘿卜素上。類胡蘿卜素以游離態在中腸被吸收，在血液中與脂蛋白結合進行轉運；肝臟是類胡蘿卜素代謝的主要器官。對于未成熟的鮭鱒魚類，類胡蘿卜素主要以游離形式存在于肌肉中，在性成熟過程中，從肌肉轉移到皮膚和卵巢。魚蝦具有將類胡蘿卜素作為維生素A原的能力，如虹鱒可將蝦青素還原成玉米黃質，將斑蝥黃質還原為β-胡蘿卜素，進而合成維生素A。水產動物均不能從頭合成類胡蘿卜素，需經食物鏈由藻類傳至浮游動物，最終至魚蝦蟹。各種類胡蘿卜素在動物體內可以相互轉化。有研究認為，魚蝦可以在體內將由玉米黃質和β-胡蘿卜素等合成蝦青素。蝦青素是水產動物中普遍存在的一種類胡蘿卜素，根據水產動物對蝦青素的代謝途徑，可將水產動物分為三大類：

（1） 紅鯉型（red carp type）。包括大部分淡水魚類，如金魚、紅鯉和錦鯉等，可將黃體素、玉米黃質轉變形成蝦青素，也可將食物中的蝦青素直接貯于體內。Ohkubo等提出葉黃素A在金魚體內可能的兩條氧化代謝途徑。

第一條途徑：葉黃素A→葉黃素B→（3S，4R，3'S，6'R）-4-羥 基 葉 黃 素 →α-皮 黃 素 （αdoradexanthin）；

第二條途徑：葉黃素 A→（3S，4R，3'R，6'R） -4-羥基葉黃素→二羥基胡蘿卜酮。

Katayama等（1972）報道，作為金魚紅色素主要來源的蝦青素由葉黃素通過氧化和異構化形成。它們雖然具有轉化β-胡蘿卜素為蝦青素的能力，但極弱，β-胡蘿卜素不是形成蝦青素的主要前體物質。該類動物可將β-紫羅酮環的4,4'C氧化，而難以將3,3'C氧化，故難以形成蝦青素。

（2） 鯛魚型（sea bream type）。包括大部分經濟價值較高的海水魚類，如鯛、大麻哈魚和鮭鱒魚類等。該類魚不能將β-胡蘿卜素、黃體素、玉米黃質轉變形成蝦青素，但可將上述色素直接吸收而貯存于體內。

（3）大蝦型（prawn type）。幾乎所有甲殼類動物均屬此類，可將β-胡蘿卜素、黃體素、玉米黃質轉變成蝦青素，改變其色素的組成，從而表現出艷麗的顏色。Tanaka等認為類胡蘿卜素在日本對蝦體內也有兩條代謝途徑。

第一條途徑：β-胡蘿卜素→異黃素→海膽酮→斑蝥黃質→紅黃素→蝦青素；

第二條途徑：玉米黃質→4-酮玉米黃質→蝦青素。

因此，要使養殖魚蝦達到理想的著色效果，必須根據魚蝦的代謝類型以及類胡蘿卜素在其體內的分布特點選用適當的種類。

4 影響著色劑在水產飼料中作用效果的因素

4.1 水產動物的種類、大小和生理狀態

不同魚蝦種類沉積類胡蘿卜素的能力不同。在鮭鱒魚類中，虹鱒（Oncorhynchus mykiss）比大西洋鮭（Salmo salar）能更有效地積累食物中的類胡蘿卜素，但積累能力相對弱于紅大馬哈魚（Oncorhynchusnerka）。銀大麻哈魚（Oncorhynchus kisutch）的類胡蘿卜素沉積效率通常也比大西洋鮭要高。

通常個體較大者沉積類胡蘿卜素的能力較強。如5g重的虹鱒魚種肌肉最大類胡蘿卜素蓄積量為2.5mg/kg，0.5～1.0kg 個體可達 10 mg/kg，而體重大于1kg者則高達20～25mg/kg。北極紅點鮭體重達到17g時，才能在肌肉里存積斑蝥黃質。銀大麻哈魚投喂添加磷蝦油的飼料，1個月后80g體重的魚肌肉著色很少，而180g體重的魚著色明顯。March（1992）等指出，銀大麻哈魚肌肉著色強度與體重存在線性相關。但Bjerkeng等（1990）對大西洋鮭的研究表明，類胡蘿卜素在魚體中的沉積和體重似乎沒有線性關系，但肌肉著色與特定生長率卻有很好的線性關系。Aas等（1997）以63mg/kg蝦青素飼喂北極紅點鮭3個月，1齡、2齡、3齡魚的肌肉類胡蘿卜素含量（蝦青素及其代謝產物艾杜黃素）分別為 2.50、3.69、6.70mg/kg，3 齡魚皮膚、 鰭條中顯著高于其他組。

同種魚的不同品系對類胡蘿卜素的利用也有差異。對北極紅點鮭（Salelinus alpinus）的兩個不同品系的試驗發現，在相同條件下喂養5mg/kg的蝦青素11周后，在肌肉上的沉積量沒有顯著差異，但在魚鰭和皮膚上的沉積量，Salbard都比Hammerfest顯著。研究發現，錦鯉（Cyprinus carpio）的 3 個品種 Kawari（紅色），Showa（紅黑色）和Bekko（黑白色），均投喂 80mg/kg微藻粉，Kawari品種體內的類胡蘿卜素沉積最高，體表紅色色澤最明顯。

不同生理和生長階段，魚蝦沉積色素的能力和部位也不同。對于鮭鱒魚類，魚苗和魚種階段主要沉積于皮膚；而快速生長的后期成魚，則主要沉積于肌肉。在性成熟過程中，鮭鱒魚動員肌肉中的色素沉積于皮膚（形成婚姻色）和卵巢，這個過程可能是由性激素誘發產生。

不同部位色素沉積也有明顯的不同。對金頭鯛（Sparus aurata）的研究發現，當用40 mg/kg的小球藻（Chlorella vulgaris）喂養3周后，眼前部區域和背鰭的色素沉積要比鰓蓋部和腹部高，但用合成的蝦青素喂養后卻得到相反的結果。

遺傳特性也會影響色素沉積。即便在同一虹鱒群體中，不同個體間沉積色素的能力也有差異，因而有必要在育種工作中選擇那些體質健壯、生長迅速、沉積色素能力較強的個體作為親本。

4.2 著色劑水平與著色時間

著色劑沉積是個漸進過程，不能單純地以提高色素水平來縮短著色時間，增強著色效果。因為著色劑在體內的吸收和轉運可能存在某種“飽和度”，多余的色素因無法被吸收利用而浪費，較長時間稍小劑量著色劑的著色效果通常比較短時間大劑量著色劑的著色效果更好且更穩定。Hatlen等（1995）對3個不同年齡組北極紅點鮭 （Salelinus alpinus）試驗13周后發現，投喂含蝦青素114 mg/kg與63 mg/kg相比，魚類肌肉和皮膚中類胡蘿卜素濃度顯著增加，25周后無差異；但從63mg/kg增到114mg/kg時，肌肉著色效率下降。這可能是因為水產動物肌肉最大沉積率的差異，也可能是較高濃度的類胡蘿卜素利用率下降所致。

4.3 飼料組成

（1）飼料中脂肪水平

增加飼料中脂肪水平有助于增強水產動物的著色效果，因為類胡蘿卜素屬于脂溶性的，在消化道內需要溶解于脂肪后才能被有效吸收。隨著飼料脂肪水平增加，硬頭鱒（Salmo gairdneri）和大西洋鮭的蝦青素和斑蝥黃質消化率提高，肌肉中可沉積更多的類胡蘿卜素。鱒魚對斑蝥黃質的表觀消化率也增加，其表觀消化率（ADC）與飼料脂肪含量（F）關系式可表達為：ADC=0.869F-2.038 （r2=0.83）。此外，不同的脂肪來源也會影響類胡蘿卜素的沉積效果。Hardy（2003）分別以牛油（Tallow）和大西洋鯡魚油（Menhaden oil）為脂肪源飼喂大西洋鮭，結果后者魚體類胡蘿卜素沉積量高于前者，這可能與脂肪的飽和度與熔點（影響脂肪消化率）有關。

（2）飼料中的抗營養因子及藥物

植物蛋白源如豆餅（粕）、菜籽餅（粕）等含有諸多抗營養因子，可影響魚蝦對營養物質的利用。類胡蘿卜素易被脂肪氧化酶氧化，影響著色效果，因此飼料中一定量的二丁基羥基甲苯（BHT）等抗氧化劑可保護類胡蘿卜素，提高其在水產動物體內的吸收和利用率。在含有類胡蘿卜素的飼料中添加三碘甲狀腺原酪氨酸 （Triiodothyronine，T3） 喂養虹鱒、銀大麻哈魚和大鱗大麻哈魚時，發現肌肉和血漿中蝦青素含量顯著降低。

（3）飼料中維生素A和維生素E的水平

由于魚蝦具有將蝦青素、斑蝥黃質、玉米黃質等轉變為維生素A的能力，若飼料中維生素A不足，類胡蘿卜素將部分地轉化為維生素A以滿足動物營養需要，這將影響色素沉積，導致著色效果變差。但如果維生素A含量過高，結構相似的分子間產生吸收競爭，類胡蘿卜素不能被充分吸收，也會使著色效果降低。

維生素E（α-生育酚）也會對魚體吸收類胡蘿卜素產生一定的影響。Bjerkeng等（1999）用蝦青素（30 和 50mg/kg）和 α-生育酚（200、400 和 800mg/kg）交叉配比飼喂大西洋鮭，結果飼喂50mg/kg蝦青素和200mg/kg α-生育酚組的血漿中艾杜黃素含量最高。添加α-生育酚可以增加蝦青素在大西洋鮭體內的沉積，并可以減少飼料中蝦青素的使用量。類胡蘿卜素化學性質不穩定，易被氧化，因此飼料中一定量的抗氧化劑如維生素E也可以起到保護類胡蘿卜素的作用，提高其利用率。

（4）飼料原料的種類、批次和貯存時間

飼料原料種類不同，所含類胡蘿卜素的種類、含量均不相同；同一種類不同批次的飼料原料所含類胡蘿卜素也不相同，并且加工和貯存過程中類胡蘿卜素的含量都會發生變化。

4.4 投喂方法

投飼率也會影響類胡蘿卜類色素的沉積。分別以投飼率為0.5%（限飼）和1.0%（飽食）的含類胡蘿卜素飼料飼喂體重100g左右的虹鱒，前者肌肉中類胡蘿卜素含量遠低于后者，這可能是在限食條件下類胡卜素攝入較少的緣故。因為試驗測得這兩種飼喂方式類胡蘿卜素的消化率和沉積率并無差異。另有研究表明，含蝦青素飼料與不含蝦青素飼料進行輪流投喂，比每餐都投喂蝦青素的沉積值也要高，這可能是因為腸胃對蝦青素的消化需要一定時間，吸收有一定限度。

4.5 其他影響因素

水溫是影響魚蝦攝食、生長和代謝的重要因素，也影響類胡蘿卜素的沉積。對金魚投喂蝦青素、小球藻的試驗表明，水溫26℃～30℃時的著色效果優于22℃或24℃。而對北極紅點鮭，添加同等劑量蝦青素 （0～192mg/kg），達到同樣的體重規格（320g），8℃水溫飼養條件下肌肉的蝦青素含量顯著高于12℃水溫飼養條件下的個體。

光線影響養殖魚蝦的體色。養殖魚蝦通常具有與環境相適應的體色。咸水和淡水中養殖的虹鱒其體色并無差異，表明鹽度并不影響其著色效果。

類胡蘿卜素的結構與水產動物色素沉積存在一定關系。Bjerkeng等（1999）研究了虹鱒對不同構型蝦青素的生物利用率，結果表明飼喂全反式蝦青素的虹鱒體色明顯紅于飼喂混合構型蝦青素組。

總體來看，類胡蘿卜素能夠改善水產動物體色，在水產品養殖方面經濟價值很高。國外對水產動物著色的研究歷史較早，內容也較為深入，主要集中在鮭、鱒魚類和經濟蝦類方面，近年來也在向觀賞水族方向發展，在淡水水產動物養殖方面研究相對較少。國內研究起步較晚，研究內容較為膚淺，僅僅是通過投喂含色素的餌料來改變水產動物的體色和肉色，檢測指標也局限于目視感官和對某種色素含量的測定。對于影響著色的因素，色素在體內的代謝與調控等方面尚未涉及。但隨著水產養殖業向名、特、優、新方向發展，改善養殖對象的體色問題已受到養殖生產者的普遍關注。在市場的需求和推動下，近年來水產動物的著色研究發展迅速，已從早期的觀賞魚類向水產經濟動物方向發展。相信隨著生物學的發展，各種分子生物技術的普遍應用，水產動物的體色及其變化機理將愈來愈清楚，魚蝦體色與飼料、病害、遺傳物質等因素的關系也慢慢引起研究工作者的高度關注，并取得相應的成果。廣州立達爾生物科技有限公司一直從事這方面的基礎研究，以適應市場需要。相信這對水產色素的應用會有更加現實的指導意義，縮短我國在這一領域與國外的差距。