水產動物組織中類胡蘿卜素的研究進展

石 婧，顧賽麒，王錫昌（上海海洋大學食品學院，上海201306）

水產動物組織中類胡蘿卜素的研究進展

石 婧，顧賽麒，王錫昌*
（上海海洋大學食品學院，上海201306）

類胡蘿卜素是一類含量豐富的天然色素，在食品、醫藥等行業中具有很高的應用價值。它廣泛存在于水產動物中，在水產品感官品質評定方面起到了舉足輕重的作用。本文詳細綜述了國內外水產動物體內類胡蘿卜素的構成含量、功能以及提取分析方面的研究進展，為今后的研究提供參考。

類胡蘿卜素，水產動物，構成含量，功能，提取分析

近年來我國水產品產量高速增長，其總產量由1990年1237萬t增至2013年5907萬t[1-2]。水產品因其味道鮮美、營養豐富而備受我國居民青睞，在居民膳食結構中占據著越來越重要的位置，人均消費量從1990年7.69kg增至2007年14.20kg[3]。類胡蘿卜素則是普遍存在于水產品中的天然色素，對于其生理功能和品質形成都有著重要的影響。類胡蘿卜素在自然界中分布廣泛，是存在最廣泛的色素類群，對人體、動物體以及植物體、細菌等都具有重要的生理功能作用，呈現黃色、橙紅色或紅色，并且隨著類胡蘿卜素分子不飽和度的增加，其顏色由黃變紅。自1928～1930年間Kuhn和Karrer測定出β-類胡蘿卜素后[4]，目前為止共已發現類胡蘿卜素800多種，并且仍以每年20多種的速度增加[5]。長期研究顯示，對于人體而言類胡蘿卜素的攝入多少與抗氧化、細胞調節、基因表達以及免疫能力的強弱密切相關，而且攝入更多的類胡蘿卜素可以有效降低患癌癥以及心血管等疾病的風險[6]。對于水產動物而言，類胡蘿卜素起到改善卵質，減少胚胎發育死亡率，提高免疫生殖能力等作用，另外類胡蘿卜素還具有著色功能，對水產品品質的優劣判定有著舉足輕重的作用。因此，本文就水產動物體內的類胡蘿卜素構成分布、提取分析方法以及功能作用進行詳細的整理報道，以期為今后水產動物的色素研究提供一定的理論依據，并且為進一步應用至水產養殖業時水產品品質的改善以及養殖條件的改進提供一定借鑒指導意義。

1 水產動物體內類胡蘿卜素的構成及分布

水產動物體內類胡蘿卜素組成不盡相同，主要存在于魚類、甲殼動物、軟體動物和其他水生動物中，包括魚類的皮膚、魚鱗、肌肉，蝦類的外骨骼、性腺，蟹類的外骨骼、性腺、肝胰腺，牡蠣、扇貝等雙殼綱海產貝類的性腺、內臟、閉殼肌、足中[7]等。胡蘿卜素類在植物比在動物中分布廣泛，葉黃素類在植物、動物中分布均比胡蘿卜素類廣泛[8]。下文將就不同水產動物體內類胡蘿卜素的種類及分布進行總結。

1.1 蝦蟹體內類胡蘿卜素的構成及分布

蝦蟹中包含的主要類胡蘿卜素是蝦青素，而蝦青素及其酯化物也是甲殼類動物外殼等部位的主要色素。一般蝦青素有游離、一酯和二酯三種形式，Nick Wade等[9]對天鵝龍蝦的的研究表明蝦殼顏色與游離蝦青素含量并無關聯，但與蝦青素酯化物含量相關聯，酯化蝦青素可能促進了非酯化蝦青素的分泌及其與外骨骼的結合。

1.2 貝類體內類胡蘿卜素的構成及分布

貝類屬于軟體動物門，該門已發現類胡蘿卜素60多種[16]，在多板綱、腹足綱、雙殼綱以及頭足綱均有分布[17]。主要包括扇貝醇酮、異黃素、蛤黃質、扇貝醇、蝦青素、β-胡蘿卜素、玉米黃質、硅藻黃質等[18]。

表1 蟹體內類胡蘿卜素構成及分布（mg/100g）Table 1 The amount and percent composition of individual carotenoids in crab（mg/100g）

表2 蝦體內類胡蘿卜素構成及分布（mg/100g）Table 2 The amount and percent composition of individual carotenoids in shrimp（mg/100g）

1.3 魚類體內類胡蘿卜素的構成及分布

魚類一般通過體內的黑色素、類胡蘿卜素、四吡咯類和鳥嘌呤色素基團顯色。其體內所含的色素種類較為豐富，類胡蘿素種類也多于蝦蟹等水產動物，對于顏色鮮艷的魚類更是如此。日本研究者Masahiro Ohkubo等[20]從金鯽魚中分離鑒定出（3S，3’S）-蝦青素、（3R，3’R）-玉米黃質、α-皮黃素、葉黃素A、葉黃素B等22種類胡蘿卜素，未鑒定出的類胡蘿卜素總含量仍不少。

其他魚類也含有豐富的類胡蘿卜素，天然真鯛表皮中約含60%蝦青素、20%金槍魚黃質、15%黃體素、4%玉米黃質、2%的α-胡蘿卜素和4%角紅素，還有其他微量類胡蘿卜素。鋤齒鯛表皮約含80%蝦青素、15%金槍魚黃質、2%腓尼黃質、1%角紅素、1%玉米黃質、1%的α-玉米黃質，還有少量黃體素及其他未鑒定成分。天然鮭魚類的肉色色素以蝦青素為主，還包括角紅素、黃體素等[21]。

1.4 水生昆蟲體內類胡蘿卜素的構成及分布

水生昆蟲并不能為人類直接食用，幾乎沒有食用價值，但其體內蘊含著為數不少的類胡蘿卜素，而他們又是水產動物，如魚類等的有效良好食源，當水產動物攝食這些昆蟲后，便可將昆蟲體內的類胡蘿卜素進行積淀或者轉化，進而提升水產動物體內類胡蘿卜素含量。因而這類生物體內包含的類胡蘿卜素仍值得研究，此類研究亦對探明類胡蘿卜素轉化機理大有裨益。Takao Matsuno等[22]曾對蜉蝣、黃石蛉等七種水生昆蟲進行了類胡蘿卜素的測定，均含有的類胡蘿卜素有β，β-胡蘿卜素、葉黃素A、（3 R，3’R）蝦青素和巖藻黃質且幾種類胡蘿卜素含量相對較高，如表4所示。

表3 貝體內類胡蘿卜素構成及分布（mg/100g）Table 3 The amount and percent composition of individual carotenoids in scallop（mg/100g）

表4 水生昆蟲體內類胡蘿卜素構成及分布（mg/100g）Table 4 The amount and percent composition of individual carotenoids in aquatic insects（mg/100g）

1.5 其他水產動物體內類胡蘿卜素的構成及分布

類胡蘿卜素在水產動物中的分布甚是廣泛，除上文已列示之外，其他許多水產動物中的類胡蘿卜素也被研究。Takao Matsuno等[23]對不同品種的海參研究表明在盾手海參目中的刺參（Stichopus japonicas）、玉足海參（Holothuria leucospilota）、黑海參（H.moebi）、虎紋海參（H.pervicax）和樹手海參目中的光參（Cucumaria japonica），刺瓜參（C.echinataand）五角瓜參（Pentacta australis）中共同存在的類胡蘿卜素有β-胡蘿卜素、β-海膽酮、角黃素、芬尼黃質和蝦青素，除玉足海參外，角黃素含量普遍較高。在James W Mcbeth[24]對三種海蛞蝓（nudibranchs）的研究中可以發現其體內含有α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素等多種類胡蘿卜素，胡蘿卜素占據主導地位，而蝦青素并不常見。當然海綿、海星等多種動物中也含有類胡蘿卜素。

1.6 不同水產動物類胡蘿卜素差異分析

水產動物本身幾乎不能合成類胡蘿卜素，其體內存在的類胡蘿卜素靠攝取外界食物獲得，一方面其體內直接積淀某些色素，另一方面通過自身將攝入的物質進行轉化獲得所需類胡蘿卜素。水產動物最初通過藻類等獲得類胡蘿卜素，在食物鏈的作用下，不同水產動物分別對類胡蘿卜素進行轉化或者積淀，成為自身成分。胡蘿卜素在水產動物體內進行轉化時存在著差異明顯的種專一性和組織專一性。不同的水產動物即便攝食的食物相近，其在類胡蘿卜素的含量和組成上也會出現明顯差異。從表1可以發現，海水蟹（雪蟹、花蟹、三疣梭子蟹、青蟹）中的類胡蘿卜素以蝦青素及其酯化物為主，而淡水蟹（溪蟹）中以玉米黃質為主。貝類中幾乎沒有酯化的類胡蘿卜素，但存在著大量炔化的類胡蘿卜素，這可能與其攝食了玉米黃質有關[22]。魚類和甲殼類動物可在卵巢合成特定的類胡蘿卜素，可能是因為其將日糧中的其他胡蘿卜素進行了同化和轉化作用。由表4可知，葉黃素的八種同分異構體中，只有葉黃素A在水生昆蟲中被檢出，而攝食這些水生昆蟲的多種淡水魚中均同時檢測出葉黃素A和B，推測葉黃素A可在魚體內轉化成葉黃素B[22]。

2 水產動物體內類胡蘿卜素的功能及其與品質的聯系

水產動物體內類胡蘿卜素的生理功能包括：a.著色作用。水產動物自身并不能合成類胡蘿卜素，須從外界獲取，經過轉化或者直接積淀在體內，使其呈現多彩體色。b.促進生殖活動，改善卵質，減少胚胎發育的死亡率。這是因為水產動物卵巢中蝦青素含量很高，而蝦青素有削弱其對光敏感度的作用，進而促進水產動物的生長繁殖；當然水產動物中還含有少量的β-類胡蘿卜素，它可作為一種生理性抗氧化劑，阻礙類脂的過氧化作用和刺激孕酮的產生，從而保護卵巢細胞免受氧化反應的破壞，這是該功能一個可能的原因[25]。c.提高免疫能力。類胡蘿卜素具有抗氧化作用，通過與自由基反應生成無毒產物或者中斷自由基的連鎖反應來清除體內自由基[26]，保護白細胞免受損傷，從而提高水產動物非特異性免疫機能[27]，此外蝦青素和角黃質等可刺激動物體內的免疫應答反應。d.作為維生素A的前體。大約10%的類胡蘿卜素可作為維生素A的前體（哺乳動物中[28]），而幾乎所有的動物都可將這類物質轉化成微量營養素維生素A。

類胡蘿卜素對水產動物有著色功能，而色澤又是反映水產動物品質的一個重要指標，因而，類胡蘿卜素對水產動物品質的影響不可小覷。目前一般采用在飼料中添加色素或相關物質，進而改善色澤，提升品質。C T Kalinowski等[29]利用蝦殼代替部分日糧喂食養殖真鯛，結果其色澤得到較大改善，產品可為消費者接受，并且皮膚色澤紅度值與野生真鯛幾近相似。R T M Baker等[30]在養殖大西洋鮭魚日糧中添加蝦青素和角黃素，結果表明雖然魚肉中色素含量相對較低但魚片顏色看起來已接近目標色澤。

3 水產動物體內類胡蘿卜素的分離鑒定及分析檢測

近年，隨著類胡蘿卜素對水產動物的功能、對人類預防心血管疾病、防癌抗癌、增強免疫力等裨益功效的探明[31]，類胡蘿卜素提取分析技術大步闊進，經歷了從原始物料破碎到普通溶劑浸取，再到以物理輔助技術強化浸提，不僅保持成分的原狀態性，對環境無污染，而且效率越來越高。一般，類胡蘿卜素的提取分析過程如下所示：

原料→提取→分離純化→定性鑒定→定量檢測

就水產動物而言，常用的類胡蘿卜素提取方法有以下幾種：油溶法、有機溶劑法、酶解法、超臨界流體、亞臨界流體、超聲波輔助和微波輔助提取法等。分離純化方法有薄層色譜、柱色譜、凝膠滲透色譜、大孔吸附樹脂色譜、毛細管液相色譜、高速逆流色譜、制備型高效液相色譜等。結構鑒定通過紫外可見吸收光譜法、紅外可見吸收光譜法、質譜分析法、核磁共振波譜法等相互佐證進行。定量常用加標準物質的方法。下文將就一些新興的技術進行簡要介紹。

新興的提取方法以亞臨界流體萃取法為代表。它是一種以亞臨界流體為溶媒提取目標組分的技術。國內利用該方法提取水產動物中類胡蘿卜素的研究為數甚少。時杰[32]研究表明以二氯甲烷為溶劑，在9.31～11.72MPa下提取蝦青素，提取率為0.0373%，比有機溶劑法提高33.2%，耗時只有后者的17.2%。

新興的分離鑒定方法有高效液相色譜High Performance Liquid Chromatography（HPLC）、液相色譜-質譜聯用Liquid Chromatography-Mass Spectrography（LC-MS）、大氣壓化學電離Atmospheric Pressure Chemical Ionization（APCI）等。HPLC是目前應用最為廣泛，效果較為顯著的分離技術。其優點是分離效率高、分析速度快、樣品用量少，常用于未知樣品的分離分析及類胡蘿卜素的分析和半制備[33]。為達到不同的目的，更衍生出多種技術。自然界中類胡蘿卜素的測定大多數用到反相高效液相色譜，少數用正相[34]。在水產動物類胡蘿卜素的分析中，我們可以發現正相和反相高效液相色譜均有應用。李寧[13]利用正相HPLC技術測定出蝦夷扇貝閉殼肌中倆種新型類胡蘿卜素C40H52O3和C40H52O2。陳晉明[35]利用反相高效液相色譜（RP-HPLC）測定雨生紅球藻粉中的蝦青素，證明了RP-HPLC精確可靠。近年來，LC-MS技術蓬勃發展，越來越廣泛的應用于天然產物成分的分離與鑒定。薄海波等[36]建立了河豚魚、鰻魚和烤鰻中角黃素殘留的超高效液相色譜-串聯質譜檢測技術。APCI法因其高靈敏度已經成為類胡蘿卜素分析中應用最廣泛的電離技術[37]。該技術不僅可以測定不同組分的類胡蘿卜素，還能將具體一種色素，如蝦青素與其衍生物全部鑒別區分開來。TomásˇRezanka等[38]利用LC-MS/APCI成功對雪藻中蝦青素派生物進行了分析測定。

4 展望

目前，種類繁多的類胡蘿卜素中只有少數幾種（如β-胡蘿卜素、蝦青素等）有一定的研究報道，而更多新的類胡蘿卜素的生理功能特性還有待進一步探明。類胡蘿卜素與水產動物的生長及品質息息相關，其在水產動物體內的吸收、沉積、轉化和代謝是一個復雜的過程，不同水產動物利用類胡蘿卜素的能力不同，不同類胡蘿卜素在水產動物特定部位的功能特性也不同。因此，今后有必要對上述方面進行深入研究，以便對水產品品質的控制及其改善提供理論依據，對水產養殖業的健康發展起到良好的促進作用。

[1]侯曉靜.我國傳統海洋優勢產業發展戰略及國際借鑒[D].青島：中國海洋大學，2012.

[2]董金和.《2013中國漁業統計年鑒》解讀[J].中國水產，2013，7：19-20.

[3]胡求光，王艷芬.我國水產品的消費特征及其影響因素分析[J].農業經濟問題，2009，4：97-102.

[4]G Britton，S Liaaen-Jensen，H Pfander（Eds）.Carotenoids hand bookSwitzerland[M].the USA：Birkhauser Verlag AG，2004.

[5]Maoka T，Recent progress in structural studies of carotenoids in animals and plants[J].Arch Biochem Biophysi，2009，483：191-194.

[6]Rock C L.Carotenoids：biology and treatment[J].Pharmacology &Therapeutics，1997，75（3）：185-197.

[7]李福枝，劉飛，曾曉希，等.天然類胡蘿卜素的研究進展[J].食品工業科技，2007（9）：227-232.

[8]Latscha T.Carotenoids-their nature and significance in animal feeds[M].F Hoffmann-La Roche&Co.Ltd.，1990.

[9]Nick Wade，Ken C Goulter，Kate J Wilson，et al.Esterified astaxanthin levels in lobster epithelia correlate with shell colour intensity：potential role in crustacean shell colour formation[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part B：Biochemistry and Molecular Biology，2005，141（3）：307-313.

[10]Mar’?a Vilasoa-Mart’?nez，Carina Calaza-Ramos，Julia L’opez-Hern’andez，et al.Determination of Vitamin E and carotenoid pigments by high performance liquid chromatography in shell of chionoecetes opilio[J].Analytica Chimica Acta，2008，617（1）：225-229.

[11]N M Sachindra，N Bhaskar，N S Mahendrakar.Carotenoids in crabs from marine and fresh waters of india[J].Lwt-food Science and Technology，2005，38（3）：221-225.

[12]W MIKI，K YAMAGUCHI，S KONOSU.Comparison of carotenoids in t he ovarie s of marine fish and shellfish[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part B：Comparative Biochemistry，1982，71（1）：7-11.

[13]B CZECZUGA.Carotenoids in the Crab，Carcinus Maenas L. of Ofotfjord（nordland，Norway）[J].Comparative Biochemistry and Physiology Part B：Comparative Biochemistry，1975，51（3）：309-311.

[14]Nadia C F Corrêa，Christine da Silva Macedo，Jaqueline de F C Moraes，et al.Characteristics of the extract of Litopenaeus Vannameidhrimp obtained grom the vephalothorax using pressurized CO2[J].The Journal of Supercritical Fluids，2012（66）：176-180.

[15]Maria Gaillard，Ce’drik Juillet，Frank Ce’zilly，et al. Carotenoids of two freshwater amphipod species（Gammarus Pulex And G.Roeseli） and their common acanthocephalan parasite polymorphus minutus[J].Comparative Biochemistry and Physiology Part B：Biochemistry and Molecular Biology，2004，139（1）：129-136.

[16]Goodwin T W.The biochemistry of the carotenoids[M].Vol. II.Animals.London，Chapman and Hall，1984.

[17]張倩，鄭懷平，劉合露，等.海產貝類體內類胡蘿卜素的研究進展[J].海洋報，2011（1）：108-112.

[18]SALLY A CAMPBELL.The carotenoid pigments of mytilus edulis and mytilus californianus[Z].Comparative Biochemistry and Physiology，1970，32（1）：97-115.

[19]李寧.蝦夷扇貝橘紅色閉殼肌產生的原因及其在育種中的應用[D].青島：中國海洋大學，2009.

[20]Masahiro Ohkubo，Miyuki Tsushima，Takashi Maoka，et al. Carotenoids and their metabolism in the goldfish Carassius Auratus（hibuna）[J].Comparative Biochemistry and Physiology Part B：Biochemistry and Molecular Biology，1999，124（3）：333-340.

[21]劉金海，王安利，王維娜，等.水產動物體色色素組分及著色劑研究進展[J].動物學雜志，2002（3）：92-96.

[22]Takao Matsuno，Masahiro Ohkubo，Yutaka Toriiminami，et al.Carotenoids in food chain between freshwater fish and aquatic insects[J].Comparative Biochemistry and Physiology Part B：Biochemistry and Molecular Biology，1999，124（3）：341-345.

[23]Takao Matsuno，Miyuki Tsushima.Comparative biochemical studies ofcarotenoids in sea cucumbers[J].Comparative Biochemistry and Physiology Part B：Biochemistry and Molecular Biology，1995，111（4）：597-605.

[24]JAMES W McBETH.Carotenoids from nudibranchs[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part B：Comparative Biochemistry，1972，41（1）：55-68.

[25]李業國，周光宏，高峰，等.類胡蘿卜素在動物體內的生理功能及其吸收代謝研究進展[J].畜牧與獸醫，2005（9）：58-61.

[26]Britton G.Structure and properties of carotenoids in relation to function[J].The FASEB Journal，1995，9（15）：1551-1558.

[27]崔培，姜志強，崔寬寬.類胡蘿卜素對魚類功能的作用及影響魚類著色效果的因素[J].天津水產，2012（1）：4-9.

[28]Cheryl L Rock.Carotenoids：biology and treatment[J]. Pharmacology&Therapeutics，1997，75（3）：185-197.

[29]C T Kalinowski，M S Izquierdo，D Schuchardt，et al.Dietary supplementation time with shrimp shell meal on red porgy（Pagrus Pagrus）skin colour and carotenoid concentration[J]. Aquaculture，2007，272（1）：451-457.

[30]R T M Baker，A-M Pfeiffer，F-J Sch?ner，et al.Pigmenting efficacy of astaxanthin and canthaxanthin in fresh-water reared atlantic salmon，salmo salar[J].AnimalFeed Science and Technology，2002，99（1）：97-106.

[31]姜建國，王飛，陳倩.類胡蘿卜素功效與生物技術[M].北京：化學工業出版社，2008.

[32]時杰.廢棄蝦蟹殼的資源化利用技術研究[Z].2011.

[33]Jinno K，Lin Y.Separation of carotenoids by high performance chromatography with pol-ymeric and monomeric octadecylsiticastation phase[J].Chromatography，1995，41（6）：311-317.

[34]Jordi Oliver，Andreu Palou.Chromatographic determination of carotenoids in foods[J].Journal of Chromatographya，2000，881（1）：543-555.

[35]陳晉明，王世平，陳敏.反相高效液相色譜法檢測蝦青素[J].化學分析計量，2006，5（2）：27-29.

[36]薄海波，星玉秀，雒麗麗，等.河豚魚，鰻魚和烤鰻中角黃素殘留的超高效液相色譜法測定和超高效液相色譜-串聯質譜法確證[J].分析實驗室，2009，28（11）：48-52.

[37]S M Rivera，R Canela-Garayoa.Analytical tools for the analysisofcarotenoidsin diverse materials[J].Journalof Chromatographya，2012，1224：1-10.

[38]TomásˇRˇezanka，Linda Nedbalová，Irena Kolouchová，et al. LC-MS/APCI identification of glucoside esters and diesters of astaxanthin from the snow alga chlamydomonas nivalis including their optical stereoisomers[J].Phytochemistry，2013（88）：34-42.

Research progress in carotenoids in aquatic animal

SHI Jing，GU Sai-qi，WANG Xi-chang*
（College of Food Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Carotenoids are a class of natural pigments which have high application values in food，medicine and other industries.Carotenoids are widespread in aquatic animals and play a pivotal role in sensory evaluation of aquatic product.Progress on composition and content，function，extration and analysis methods of carotenoids in aquatic animals was mainly reviewed in this paper in order to provide reference for future research.

aquatic animals；carotenoid；composition and content；function；extration and analysis

TS201.1

A

1002-0306（2014）12-0373-06

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.073

2013－10－08 *通訊聯系人

石婧（1991－），女，碩士研究生，研究方向：食品營養與風味。

“十二五”國家科技計劃課題（2012BAD28B01）；上海市科委工程中心建設（11DZ2280300）；上海市教委重點學科建設項目（J50704）；上海高校知識服務平臺上海海洋大學水產動物遺傳育種中心（ZF1206）；上海市現代農業產業技術體系建設項目（中華絨螯蟹體系）。