殼聚糖在水產(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的研究進(jìn)展

■ 周萬(wàn)怡 劉 琳 李紅軍 王彥波

（1.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，浙江杭州310035；2.杭州天農(nóng)生物營(yíng)養(yǎng)技術(shù)有限公司，浙江杭州311107）

殼聚糖又稱(chēng)脫乙酰甲殼素、甲殼胺，通常是從低等動(dòng)物如昆蟲(chóng)、甲殼動(dòng)物等的外殼及低等植物、菌、藻類(lèi)的細(xì)胞壁中提取甲殼素經(jīng)脫乙?；磻?yīng)后而得到，是唯一一種陽(yáng)離子動(dòng)物纖維和堿性多糖，被廣泛應(yīng)用于紡織、膠卷、化妝品、隱形眼鏡、污水處理和生物醫(yī)學(xué)工程、食品營(yíng)養(yǎng)等領(lǐng)域[1]。殼聚糖不僅具有良好的生物相容性，抗菌抑菌、降低膽固醇、促生長(zhǎng)，而且來(lái)源豐富，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，被作為飼料添加劑、疫苗載體和免疫刺激劑等廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。本文旨在綜合分析殼聚糖在水產(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的生物學(xué)作用效果，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供一定借鑒。

1 殼聚糖的理化性質(zhì)及生物學(xué)作用

殼聚糖是一種白色或灰白色半透明的片狀或粉狀固體，無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒性?；瘜W(xué)名稱(chēng)是β-（1，4）-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，能發(fā)生水解、烷基化、?；Ⅳ燃谆?、磺化、硝化、鹵化、氧化、還原、縮合和絡(luò)合等反應(yīng)，生成各種具有不同性能的殼聚糖衍生物。殼聚糖是一種來(lái)源豐富的天然高分子材料，結(jié)構(gòu)上具有氨基和羥基，可以通過(guò)物理共混、化學(xué)改性和水凝膠等方法進(jìn)行各種改性，改性后的殼聚糖復(fù)合材料可具有廣譜抗菌活性、抗氧化活性等性質(zhì)，在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、紡織等領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

研究表明，殼聚糖可以調(diào)節(jié)脂類(lèi)的代謝作用，主要表現(xiàn)在兩方面：一方面是影響脂肪的沉積。華雪銘等[2]發(fā)現(xiàn)，殼聚糖能使暗紋東方鲀的肝胰臟脂肪吸收量減少，使得肌肉脂肪含量也有不同程度的下降。另一方面則是影響血清中的脂類(lèi)。任秀芳等發(fā)現(xiàn)，添加殼聚糖的各組克氏原螯蝦血清中的膽固醇和甘油三酯均高于對(duì)照組。相反，陸青兒等[3]發(fā)現(xiàn)，添加殼聚糖及其復(fù)合物對(duì)三角魴血清的膽固醇無(wú)明顯影響，但甘油三酯的含量呈極顯著下降。

殼聚糖還可提高生物體的免疫作用。Nishimura等[4]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，甲殼素及殼聚糖的低聚物可以有效增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬作用從而產(chǎn)生淋巴因子，能夠顯著提高生物體的免疫能力。魏濤等[5]進(jìn)一步證實(shí)了前者的發(fā)現(xiàn)，他們通過(guò)對(duì)大鼠進(jìn)行不同劑量殼聚糖飼料的喂食發(fā)現(xiàn)，殼聚糖可同時(shí)增強(qiáng)細(xì)胞及體液免疫。

2 殼聚糖在水產(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用

2.1 殼聚糖在魚(yú)類(lèi)營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用

殼聚糖作為飼料添加劑能有效改善飼料的品質(zhì)。胡夢(mèng)紅等[6]在關(guān)于殼聚糖對(duì)羅非魚(yú)營(yíng)養(yǎng)生理學(xué)作用的研究中表明，殼聚糖作為羅非魚(yú)飼料添加劑能在飼料表面形成一層保護(hù)膜，從而延長(zhǎng)飼料的水化時(shí)間以保護(hù)養(yǎng)分；防止霉變，減少對(duì)水源的污染。

殼聚糖微球能作為疫苗載體，獲得持久的免疫反應(yīng)。Tian等[7]用殼聚糖微球作為質(zhì)粒DNA口服疫苗載體，用口服DNA免疫療法研究日本比目魚(yú)對(duì)淋巴囊腫病毒的免疫功效。結(jié)果表明，殼聚糖微球能防止DNA疫苗被水解或變性，比目魚(yú)口服殼聚糖微球疫苗后，可在組織中持續(xù)表達(dá)主要衣殼蛋白10～90 d，相對(duì)質(zhì)粒DNA疫苗能獲得更持久的免疫反應(yīng)。同時(shí)，Truptimayee等[8]把海藻酸-殼聚糖-聚乳酸聚乙醇酸共聚物（PLGA）新型復(fù)合微球作為嗜水性氣單胞菌外膜蛋白的抗原載體應(yīng)用于印度南亞野鯪魚(yú)模型，并通過(guò)靜脈免疫作用誘導(dǎo)免疫反應(yīng)。結(jié)果表明，新型復(fù)合微球材料的親水性核心部分海藻酸-殼聚糖可形成蛋白質(zhì)友好型微環(huán)境，與傳統(tǒng)PLGA微球、天然外膜蛋白和弗氏不完全佐劑相比，包被效率高，起始突釋作用明顯降低，且能刺激產(chǎn)生更持久的先天性和獲得性免疫。

殼聚糖可作為免疫刺激劑，而且已經(jīng)被證明通過(guò)口服和注射均能有效地增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物機(jī)體免疫防御能力，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育。Xu等[9]通過(guò)在軍曹魚(yú)日糧中添加益生菌、枯草芽孢桿菌和殼聚糖來(lái)研究該合生元對(duì)提高軍曹魚(yú)免疫反應(yīng)和抗病能力的效果。研究表明，每千克飼料中添加1.0 g枯草芽孢桿菌和6.0 g殼聚糖能顯著提高軍曹魚(yú)的生長(zhǎng)發(fā)育和它的先天性免疫和抗感染能力，從而使軍曹魚(yú)在養(yǎng)殖時(shí)免受疾病的威脅，提高產(chǎn)量。而Lin等[10]在研究飼料中的殼聚糖對(duì)錦鯉的生長(zhǎng)發(fā)育、免疫力和抗感染方面的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)，殼聚糖可以增強(qiáng)其免疫力和對(duì)氣單胞菌的抗性，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育。華雪銘等[2]在研究基礎(chǔ)飼料中添加益生菌和殼聚糖促進(jìn)暗紋東方鲀生長(zhǎng)的機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，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)其生長(zhǎng)的重要原因。

2.2 殼聚糖在甲殼類(lèi)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用

研究證實(shí)，殼聚糖可促進(jìn)蝦類(lèi)蛻殼生長(zhǎng)，增強(qiáng)免疫防御能力。此外，還可以改善水質(zhì)。任秀芳等[11]以基礎(chǔ)飼料為對(duì)照，研究了殼聚糖對(duì)克氏原螯蝦存活、蛻殼、血液生化指標(biāo)及非特異性免疫功能的影響。結(jié)果說(shuō)明，飼料中添加 0.5%～1.5% 的殼聚糖可以被克氏原螯蝦吸收利用，促進(jìn)其蛻殼生長(zhǎng)；殼聚糖可調(diào)節(jié)克氏原螯蝦機(jī)體的生理生化反應(yīng)，影響其生理機(jī)能；殼聚糖作為免疫刺激劑可激活巨噬細(xì)胞，增強(qiáng)克氏原螯蝦機(jī)體免疫防御能力。同樣，Wang等[12]關(guān)于殼聚糖對(duì)凡納濱對(duì)蝦免疫能力影響的研究也表明，殼聚糖能提高其吞噬細(xì)胞的活性。而毛文敏等[13]關(guān)于殼聚糖對(duì)克氏原螯蝦抗低溫應(yīng)激的影響的研究還表明，在克氏原螯蝦飼料中添加 0.50%～1.00%的殼聚糖可以在一定程度上起到抵抗低溫應(yīng)激的作用，防止免疫功能損傷。劉春等[14]的試驗(yàn)表明，使用水產(chǎn)用低分子量殼聚糖粉對(duì)養(yǎng)殖水體中的氨態(tài)氮和亞硝酸鹽有明顯降低作用，且在改善水質(zhì)的同時(shí)還能抑制水產(chǎn)動(dòng)物病原菌生長(zhǎng)，預(yù)防疾病，使羅氏沼蝦活力旺盛、體色鮮艷、品質(zhì)佳。

研究表明，殼聚糖通過(guò)注射或添加飼料中飼喂，同樣能刺激中華絨蟹和溪蟹等的非特異性免疫功能，增強(qiáng)免疫防御能力，預(yù)防病害，提高養(yǎng)殖成活率[15-17]。鄭宗林等[16]的試驗(yàn)表明，5～50 μg/ml殼聚糖對(duì)于植物凝集素和脂多糖刺激蟹淋巴細(xì)胞的DNA、RNA和蛋白質(zhì)的合成具有協(xié)同作用，且20 μg/ml時(shí)其協(xié)同作用最強(qiáng)。低分子量殼聚糖還可以保護(hù)生物體組織細(xì)胞膜免受自由基攻擊，間接降低金屬硫蛋白在鎘脅迫下的應(yīng)激壓力，減輕水生動(dòng)物受到重金屬的危害[17]。

3 納米殼聚糖在水產(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用

納米微粒具有與常規(guī)物質(zhì)本身明顯不同的性質(zhì)，具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)。納米微粒作為藥物載體能夠提高藥物生物利用度，并具有低毒、高效、緩釋、長(zhǎng)效、靶向、相對(duì)安全性與易產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)藥領(lǐng)域有免疫調(diào)節(jié)、抗菌、抗病毒、抗腫瘤活性與基因轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面的應(yīng)用。納米殼聚糖與其它具有生物活性的物質(zhì)吸附、嵌合或組裝成為能夠發(fā)揮生物活性的系統(tǒng)，把生物活性分子包裹于聚合體后能保護(hù)其免受酶解、水解作用，從而提高生物活性物質(zhì)的利用率，并有利于多肽類(lèi)藥物應(yīng)用于口服給藥途徑。研究表明，吞噬細(xì)胞激活蛋白（PAP）基因能刺激對(duì)蝦血細(xì)胞的吞噬活性。Umaporn等[18]通過(guò)中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞的轉(zhuǎn)染來(lái)確定納米殼聚糖、PAP-phMGFP用于對(duì)蝦口服免疫的最佳配比，進(jìn)而研究PAP基因?qū)δ厦腊讓?duì)蝦的免疫誘導(dǎo)能力。結(jié)果表明，相對(duì)于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組的對(duì)蝦心臟組織中白斑綜合癥病毒顯著減少，證明殼聚糖-PAP-phMGFP納米微粒能增加對(duì)蝦的吞噬活性，增強(qiáng)了對(duì)蝦的免疫機(jī)制。在進(jìn)行對(duì)蝦工廠化養(yǎng)殖時(shí)，適當(dāng)供給殼聚糖/DNA復(fù)合物將會(huì)是預(yù)防微生物疾病的有效措施。Wang等[19]為了評(píng)估殼聚糖和納米殼聚糖在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)羅非魚(yú)（尼羅羅非魚(yú)）的成活率、生長(zhǎng)性能、肉質(zhì)的影響效果，給羅非魚(yú)喂食含有殼聚糖或納米殼聚糖（5.0 g/kg飼料）的日糧，為期60 d。結(jié)果表明，與基礎(chǔ)日糧、含殼聚糖日糧的組比較，納米殼聚糖能顯著增加羅非魚(yú)的日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和肌苷酸含量（P＜0.05），顯著降低羅非魚(yú)的粗脂肪含量（P＜0.05）。但添加殼聚糖組與基礎(chǔ)日糧組比較分析表明，羅非魚(yú)的末重、日增重和飼料轉(zhuǎn)化率沒(méi)有顯著差異，詳細(xì)作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步深入研究。

4 應(yīng)用前景展望

殼聚糖作為一種來(lái)源豐富的天然高分子材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，并取得了顯著的效果。但是殼聚糖在水產(chǎn)動(dòng)物上促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、提高免疫防御能力的詳細(xì)機(jī)制，特別是分子機(jī)制還有待于進(jìn)一步探究。此外，殼聚糖納米粒徑化處理后在水產(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用仍較少，還沒(méi)有形成相應(yīng)的體系。作為一個(gè)系統(tǒng)工程，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)和材料加工技術(shù)的快速發(fā)展，相信殼聚糖的應(yīng)用研究必將更加廣泛，相應(yīng)的機(jī)制也更加明確。