壳聚糖在水产动物养殖中的应用

王思乐 王纪亭

（①山东省潍坊市高崖水库管理局 262402 ②山东农业大学动物科技学院）

开发利用具有无污染、无残留、不产生耐药性，同时可提高动物机体抵抗能力，预防动物疾病的绿色环保促生长的新型饲料添加剂已经成为当今水产业生产的必然趋势。素有“人体第六生命要素”、“软黄金”之美誉的甲壳素(几丁质，Chitin)广泛存在于海产品和丝状菌类中，但由于其不溶于水，在开发应用上受到了很大的限制。壳聚糖是甲壳素最重要的衍生物，化学名称为聚(1,4) -2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，是由N-乙酰-D-氨基葡萄糖单体通过β-l,4糖苷键连接起来的直链高分子化合物。壳聚糖是迄今为止自然界中发现的唯一存在的阳离子碱性多糖，水溶性好，可通过动物肠道上皮细胞直接吸收。低聚糖以功能性食品形式用于食品工业，早已经开始了深入系统的研究，而在畜牧业生产中也被作为新型的饲料添加剂广泛运用，水产饲料中添加低聚糖并运用于养殖过程的也有许多报道，但大多都局限于添加低聚糖的效果，而不同低聚糖对不同水产动物的作用机理，以及最佳添加量等还有待深入研究。本文通过对国内外学者近几年来对壳聚糖的生理功能和作用机制的研究进行综述，提出了其在水产动物生产中的应用和市场前景。

1 壳聚糖的生理功能

1.1 调节肠道微生态，抑制病原菌 在酸性条件下，壳聚糖分子中的游离氨基质子化，质子化铵能与细菌带正电的细胞膜作用，干扰细菌细胞膜功能，造成细菌体内细胞质流失，对真菌和微生物的生长有抑制作用。从目前已报道的双歧杆菌促生长因子(Bifidusfactor，BF)研究结果分析，甲壳低聚糖是BF的一种重要种类，它能调节动物肠道内微生物的代谢活动，改善肠道微生物区系分布，促进双岐杆菌生长繁殖，从而提高机体免疫力，使肠道内pH下降，抑制肠道有害菌生长，产生B族维生素，分解致癌物质，促进肠蠕动，增进蛋白质吸收。大量实验表明，双岐杆菌通过分泌到细胞外各种酶来分解利用不同的BF，并促进其生长繁殖；而有一些BF是通过蛋白质类的黏附素来产生作用的，因为黏附素可使肠道上皮细胞和双岐杆菌连接在一起。

1.2 改善动物肠道组织形态 壳聚糖使回肠微绒毛密度增加，同时也有变细、变高的倾向。微绒毛高度增加，密度加大，利于增大小肠的吸收面积，促进营养物质的吸收，提高饲料的利用率。Huang等人在日粮中添加壳聚糖100～150mg/kg可提高肉用仔鸡回肠的消化性能，提高生产性能。还有实验表明，壳聚糖可使大鼠十二指肠和空肠的绒毛长度增长以及黏膜增厚，且单位面积内的肠黏膜碱性磷酸酶(AKP)活性增强，提高肠道的消化性能。

1.3 增强免疫功能 壳聚糖的免疫增强作用目前已被许多学者证实，其抗感染作用机制有以下几种解释：（1）壳聚糖刺激机体，促进腹膜渗出液的细胞(PEC)数量增加，激活巨噬细胞，从而增加活性氧的生成，再通过氧化性杀菌机制产生作用；（2）壳聚糖对巨噬细胞的直接激活作用增加了巨噬细胞的杀伤活性；（3）壳聚糖激活T淋巴细胞而显示杀伤活性，且致敏T细胞诱发迟发性超敏反应；（4）壳聚糖激活T淋巴细胞，从而促使巨噬细胞激活因子(MAF)的释放，进而激活巨噬细胞。在激活过程中，巨噬细胞直接被壳聚糖激活又能提高它对MAF的敏感性，使它进一步激活。因此认为壳聚糖的杀伤活性的产生主要是激活T淋巴细胞与巨噬细胞相互作用加强的结果。Shigehiro等将壳低聚糖注射到兔静脉中，发现可以提高血浆中溶菌酶活性2～3倍，大大增强了兔对致病菌的免疫力。

2 壳聚糖在水产动物养殖中的作用

2.1 提高水产动物的生长性能 壳聚糖主要通过以下途径对动物的生产性能产生影响：（1）促进肠道有益菌的增殖，抑制病原菌和腐败菌，使它们产生的毒素如胺、氨、吲哚等有毒有害代谢产物大量减少，减少动物疾病及腹泻等的发生率；（2）肠道组织变厚增生、重量增加，肠绒毛高度增加，肠壁黏膜变薄，从而增强消化功能，更好地消化吸收营养物质；（3）促进矿物质元素的吸收，壳聚糖发酵产生的酸性物质能吸附钙化合物使其溶解性增加，从而导致钙吸收能力增强；（4）生成营养物质，双歧杆菌在肠道能合成维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸、叶酸和各种氨基酸。刘兴国等在罗非鱼的饲料中添加0.25%、0.5%、1%、2%的壳聚糖，表明壳聚糖显著降低了罗非鱼的饲料系数，提高饵料蛋白效率，添加量以0.5%最为适宜。曹丹等分别给异育银鲫饵料添加0.0%、1.0%、1.5%、2.0%的壳聚糖，饲喂60d，发现试验组的增重率均比对照组显著提高，添加1.0%组的增重率比对照组提高49.02%(P<0.01)。

2.2 影响鱼类的肠道微生物 寡糖类物质被认为是重要的肠道功能调节剂，能改善动物消化道微生物区系，促进消化道有益菌的生长，抑制有害微生物的繁殖。由于多数寡糖不被消化酶降解，它们携带附着的病菌通过肠道。细菌得不到生长所需的养分而失去致病能力。蔡雪峰等报道，在虹鳟幼鱼饲料中添加不同浓度的壳寡糖，各组肠道菌群的组成随壳寡糖浓度的变化而变化，但各组虹鳟幼鱼肠内细菌的总数之间没有显著差异(P>0.05)。庄承纪等在罗氏沼虾和斑节对虾虾苗的养殖水体中加入不同浓度的壳聚糖，人为感染气单胞菌或者弧菌，结果表明壳聚糖可抑制气单胞菌或者弧菌的生长，增强虾苗抗病能力，提高虾苗成活率。

2.3 影响鱼类的血液生化指标水平 壳聚糖能够降低血清中甘油三酯和胆固醇浓度，进而改善脂类代谢，同时还能够降低血液中的尿素氮水平，提高蛋白质沉积率，降低尿素在肾脏中的沉积，从而减少肾脏尿素中毒的可能性。马利等将南美白对虾分成5组，饲料中分别添加壳寡糖0mg/kg、125mg/kg、250mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg，饲喂8周，发现壳寡糖对南美白对虾血清中的肌酐、葡萄糖、钙离子、总胆固醇、甘油三脂和低密度脂蛋白胆固醇均无显著影响，但可使高密度脂蛋白胆固醇显著增加，促进脂类代谢。Dautremepuits等把健康鲤鱼置于溶解有壳聚糖浓度分别为75mg/L、150mg/L的水中作试验组，正常饲养96h，之后采集鲤鱼的肝、头肾等组织并检测其溶菌酶活性，发现试验组的溶菌酶活性和对照组之间差异显著。这些生化指标的变化直接或间接的反映了寡糖投喂后对鱼类生长代谢的作用。

2.4 增强水产动物的免疫功能 大量的研究表明，壳聚糖能够增强机体的免疫功能，其主要作用机理如下：（1）壳聚糖本身具有一定的免疫原性，能够刺激机体免疫应答；（2）壳聚糖分子与肠道内有害微生物的肠内皮细胞上受体的结构相似，因此能与一定的毒素、病毒和真菌细胞的表面结合而作为这些外源抗原的佐剂，减缓抗原的吸收，增加抗原的效价，从而增强动物体的细胞和体液免疫反应；（3）寡糖可促进有益菌如双歧杆菌等的大量增殖。Dautremepuits等把健康鲤鱼置于溶解有壳聚糖浓度为150mg/L的水中作试验组，正常饲养96h，之后采集鲤鱼的肝、头肾等组织，测其抗体水平，发现试验组的总抗体量和对照组差异显著；另一组寄生有Ptychobothrium sp的鲤鱼饲养于壳聚糖浓度和铜离子浓度分别为75mg/L和0.1mg/L的水中，检测结果仍是试验组的总抗体量和对照组差异显著。王树芹等在异育银鲫饲料中添加0.5%或1.0%的壳聚糖，能够提高溶菌酶活性(P<0.01)和白细胞的吞噬作用(P<0.01)。沈锦玉等通过注射或口服壳聚糖可显著提高中华绒螯蟹血清中溶菌酶、SOD酶活力。由此可见，壳聚糖能促进水产动物机体免疫机能的改变，提高机体抗病能力。

2.5 改善水产动物的养殖用水 壳聚糖产品很多被应用于水处理上。如日本每年用于水处理的壳聚糖超过500t，美国环保局也把壳聚糖作为饮用水的净化产品。壳聚糖处理养殖用水机理是其氨基和羟基能够与养殖废水中的金属离子形成螯合配位体；另外，壳聚糖具有很强的亲水性，可以在酸性介质中膨胀形成粘稠状的胶体，吸附养殖用水的悬浮物，使其沉淀，从而净化了养殖用水。利用壳聚糖可以有效的吸附或者捕集溶液中的金属离子，也能够吸附悬浮物和过剩的有机物，并且不会对水产养殖对象产生任何毒害作用。杨清友在养殖水体中加入50～100g/m3的壳聚糖，试验结果表明，加壳聚糖的水体比不加壳聚糖的水体透明度高，壳聚糖净化了水质，防止了水质恶化。

3 存在的问题

根据文献报道，全球虾蟹壳年产量近2000万t，贝类、壳类年产几丁质139万t，发酵副产品中的丝状菌类年产几丁质9万t。科技部将“壳寡糖新产品的开发应用”列为国家“十五”攻关计划，要求建立数条年产500t以上的壳寡糖生产线，2015年总产值可达1100亿～1300亿元，以满足国内市场的需求。但是低聚壳聚糖的制备，尤其是聚合度6～8壳寡糖的制备大都处于实验室的研究阶段。目前，国内对H202氧化降解法研究较多，但是降解过程伴随的副反应还需要探索出有效的遏止方法，另外必须注意氧化降解对产品活性的影响以及存在残留的H2O2对食品安全性是否产生隐患也是值得考虑。酶降解制备低聚壳聚糖同样受到了极大关注，但由于专一性酶价格昂贵、难以商业化，寻找其它降解效果好，价格低廉的非专一性酶，并通过物理、化学方法与酶法相结合探索出能够高效、安全生产壳寡糖的复合降解法已经成为解决问题的突破口。与此同时，我们还要继续深入研究壳聚糖的作用机理和在各种动物中的最佳添加量，以便为壳聚糖的推广提供更加明确的理论指导。

4 壳聚糖作为饲料添加剂的应用前景展望

在水产动物的生产中，人们常用抗生素来预防病菌感染，促进动物生长，但抗生素在杀害有害菌的同时也杀死了有益菌，而且长期使用不仅使细菌产生耐药性，同时药物的残留及对畜产品品质的影响更是一个严重的问题。壳聚糖作为新型绿色饲料添加剂，资源丰富,无毒、无副作用，实际应用中问题较少，前景广阔。