水产动物组织中类胡萝卜素的研究进展

石 婧，顾赛麒，王锡昌（上海海洋大学食品学院，上海201306）

水产动物组织中类胡萝卜素的研究进展

石 婧，顾赛麒，王锡昌*
（上海海洋大学食品学院，上海201306）

类胡萝卜素是一类含量丰富的天然色素，在食品、医药等行业中具有很高的应用价值。它广泛存在于水产动物中，在水产品感官品质评定方面起到了举足轻重的作用。本文详细综述了国内外水产动物体内类胡萝卜素的构成含量、功能以及提取分析方面的研究进展，为今后的研究提供参考。

类胡萝卜素，水产动物，构成含量，功能，提取分析

近年来我国水产品产量高速增长，其总产量由1990年1237万t增至2013年5907万t[1-2]。水产品因其味道鲜美、营养丰富而备受我国居民青睐，在居民膳食结构中占据着越来越重要的位置，人均消费量从1990年7.69kg增至2007年14.20kg[3]。类胡萝卜素则是普遍存在于水产品中的天然色素，对于其生理功能和品质形成都有着重要的影响。类胡萝卜素在自然界中分布广泛，是存在最广泛的色素类群，对人体、动物体以及植物体、细菌等都具有重要的生理功能作用，呈现黄色、橙红色或红色，并且随着类胡萝卜素分子不饱和度的增加，其颜色由黄变红。自1928～1930年间Kuhn和Karrer测定出β-类胡萝卜素后[4]，目前为止共已发现类胡萝卜素800多种，并且仍以每年20多种的速度增加[5]。长期研究显示，对于人体而言类胡萝卜素的摄入多少与抗氧化、细胞调节、基因表达以及免疫能力的强弱密切相关，而且摄入更多的类胡萝卜素可以有效降低患癌症以及心血管等疾病的风险[6]。对于水产动物而言，类胡萝卜素起到改善卵质，减少胚胎发育死亡率，提高免疫生殖能力等作用，另外类胡萝卜素还具有着色功能，对水产品品质的优劣判定有着举足轻重的作用。因此，本文就水产动物体内的类胡萝卜素构成分布、提取分析方法以及功能作用进行详细的整理报道，以期为今后水产动物的色素研究提供一定的理论依据，并且为进一步应用至水产养殖业时水产品品质的改善以及养殖条件的改进提供一定借鉴指导意义。

1 水产动物体内类胡萝卜素的构成及分布

水产动物体内类胡萝卜素组成不尽相同，主要存在于鱼类、甲壳动物、软体动物和其他水生动物中，包括鱼类的皮肤、鱼鳞、肌肉，虾类的外骨骼、性腺，蟹类的外骨骼、性腺、肝胰腺，牡蛎、扇贝等双壳纲海产贝类的性腺、内脏、闭壳肌、足中[7]等。胡萝卜素类在植物比在动物中分布广泛，叶黄素类在植物、动物中分布均比胡萝卜素类广泛[8]。下文将就不同水产动物体内类胡萝卜素的种类及分布进行总结。

1.1 虾蟹体内类胡萝卜素的构成及分布

虾蟹中包含的主要类胡萝卜素是虾青素，而虾青素及其酯化物也是甲壳类动物外壳等部位的主要色素。一般虾青素有游离、一酯和二酯三种形式，Nick Wade等[9]对天鹅龙虾的的研究表明虾壳颜色与游离虾青素含量并无关联，但与虾青素酯化物含量相关联，酯化虾青素可能促进了非酯化虾青素的分泌及其与外骨骼的结合。

1.2 贝类体内类胡萝卜素的构成及分布

贝类属于软体动物门，该门已发现类胡萝卜素60多种[16]，在多板纲、腹足纲、双壳纲以及头足纲均有分布[17]。主要包括扇贝醇酮、异黄素、蛤黄质、扇贝醇、虾青素、β-胡萝卜素、玉米黄质、硅藻黄质等[18]。

表1 蟹体内类胡萝卜素构成及分布（mg/100g）Table 1 The amount and percent composition of individual carotenoids in crab（mg/100g）

表2 虾体内类胡萝卜素构成及分布（mg/100g）Table 2 The amount and percent composition of individual carotenoids in shrimp（mg/100g）

1.3 鱼类体内类胡萝卜素的构成及分布

鱼类一般通过体内的黑色素、类胡萝卜素、四吡咯类和鸟嘌呤色素基团显色。其体内所含的色素种类较为丰富，类胡萝素种类也多于虾蟹等水产动物，对于颜色鲜艳的鱼类更是如此。日本研究者Masahiro Ohkubo等[20]从金鲫鱼中分离鉴定出（3S，3’S）-虾青素、（3R，3’R）-玉米黄质、α-皮黄素、叶黄素A、叶黄素B等22种类胡萝卜素，未鉴定出的类胡萝卜素总含量仍不少。

其他鱼类也含有丰富的类胡萝卜素，天然真鲷表皮中约含60%虾青素、20%金枪鱼黄质、15%黄体素、4%玉米黄质、2%的α-胡萝卜素和4%角红素，还有其他微量类胡萝卜素。锄齿鲷表皮约含80%虾青素、15%金枪鱼黄质、2%腓尼黄质、1%角红素、1%玉米黄质、1%的α-玉米黄质，还有少量黄体素及其他未鉴定成分。天然鲑鱼类的肉色色素以虾青素为主，还包括角红素、黄体素等[21]。

1.4 水生昆虫体内类胡萝卜素的构成及分布

水生昆虫并不能为人类直接食用，几乎没有食用价值，但其体内蕴含着为数不少的类胡萝卜素，而他们又是水产动物，如鱼类等的有效良好食源，当水产动物摄食这些昆虫后，便可将昆虫体内的类胡萝卜素进行积淀或者转化，进而提升水产动物体内类胡萝卜素含量。因而这类生物体内包含的类胡萝卜素仍值得研究，此类研究亦对探明类胡萝卜素转化机理大有裨益。Takao Matsuno等[22]曾对蜉蝣、黄石蛉等七种水生昆虫进行了类胡萝卜素的测定，均含有的类胡萝卜素有β，β-胡萝卜素、叶黄素A、（3 R，3’R）虾青素和岩藻黄质且几种类胡萝卜素含量相对较高，如表4所示。

表3 贝体内类胡萝卜素构成及分布（mg/100g）Table 3 The amount and percent composition of individual carotenoids in scallop（mg/100g）

表4 水生昆虫体内类胡萝卜素构成及分布（mg/100g）Table 4 The amount and percent composition of individual carotenoids in aquatic insects（mg/100g）

1.5 其他水产动物体内类胡萝卜素的构成及分布

类胡萝卜素在水产动物中的分布甚是广泛，除上文已列示之外，其他许多水产动物中的类胡萝卜素也被研究。Takao Matsuno等[23]对不同品种的海参研究表明在盾手海参目中的刺参（Stichopus japonicas）、玉足海参（Holothuria leucospilota）、黑海参（H.moebi）、虎纹海参（H.pervicax）和树手海参目中的光参（Cucumaria japonica），刺瓜参（C.echinataand）五角瓜参（Pentacta australis）中共同存在的类胡萝卜素有β-胡萝卜素、β-海胆酮、角黄素、芬尼黄质和虾青素，除玉足海参外，角黄素含量普遍较高。在James W Mcbeth[24]对三种海蛞蝓（nudibranchs）的研究中可以发现其体内含有α-胡萝卜素、β-胡萝卜素等多种类胡萝卜素，胡萝卜素占据主导地位，而虾青素并不常见。当然海绵、海星等多种动物中也含有类胡萝卜素。

1.6 不同水产动物类胡萝卜素差异分析

水产动物本身几乎不能合成类胡萝卜素，其体内存在的类胡萝卜素靠摄取外界食物获得，一方面其体内直接积淀某些色素，另一方面通过自身将摄入的物质进行转化获得所需类胡萝卜素。水产动物最初通过藻类等获得类胡萝卜素，在食物链的作用下，不同水产动物分别对类胡萝卜素进行转化或者积淀，成为自身成分。胡萝卜素在水产动物体内进行转化时存在着差异明显的种专一性和组织专一性。不同的水产动物即便摄食的食物相近，其在类胡萝卜素的含量和组成上也会出现明显差异。从表1可以发现，海水蟹（雪蟹、花蟹、三疣梭子蟹、青蟹）中的类胡萝卜素以虾青素及其酯化物为主，而淡水蟹（溪蟹）中以玉米黄质为主。贝类中几乎没有酯化的类胡萝卜素，但存在着大量炔化的类胡萝卜素，这可能与其摄食了玉米黄质有关[22]。鱼类和甲壳类动物可在卵巢合成特定的类胡萝卜素，可能是因为其将日粮中的其他胡萝卜素进行了同化和转化作用。由表4可知，叶黄素的八种同分异构体中，只有叶黄素A在水生昆虫中被检出，而摄食这些水生昆虫的多种淡水鱼中均同时检测出叶黄素A和B，推测叶黄素A可在鱼体内转化成叶黄素B[22]。

2 水产动物体内类胡萝卜素的功能及其与品质的联系

水产动物体内类胡萝卜素的生理功能包括：a.着色作用。水产动物自身并不能合成类胡萝卜素，须从外界获取，经过转化或者直接积淀在体内，使其呈现多彩体色。b.促进生殖活动，改善卵质，减少胚胎发育的死亡率。这是因为水产动物卵巢中虾青素含量很高，而虾青素有削弱其对光敏感度的作用，进而促进水产动物的生长繁殖；当然水产动物中还含有少量的β-类胡萝卜素，它可作为一种生理性抗氧化剂，阻碍类脂的过氧化作用和刺激孕酮的产生，从而保护卵巢细胞免受氧化反应的破坏，这是该功能一个可能的原因[25]。c.提高免疫能力。类胡萝卜素具有抗氧化作用，通过与自由基反应生成无毒产物或者中断自由基的连锁反应来清除体内自由基[26]，保护白细胞免受损伤，从而提高水产动物非特异性免疫机能[27]，此外虾青素和角黄质等可刺激动物体内的免疫应答反应。d.作为维生素A的前体。大约10%的类胡萝卜素可作为维生素A的前体（哺乳动物中[28]），而几乎所有的动物都可将这类物质转化成微量营养素维生素A。

类胡萝卜素对水产动物有着色功能，而色泽又是反映水产动物品质的一个重要指标，因而，类胡萝卜素对水产动物品质的影响不可小觑。目前一般采用在饲料中添加色素或相关物质，进而改善色泽，提升品质。C T Kalinowski等[29]利用虾壳代替部分日粮喂食养殖真鲷，结果其色泽得到较大改善，产品可为消费者接受，并且皮肤色泽红度值与野生真鲷几近相似。R T M Baker等[30]在养殖大西洋鲑鱼日粮中添加虾青素和角黄素，结果表明虽然鱼肉中色素含量相对较低但鱼片颜色看起来已接近目标色泽。

3 水产动物体内类胡萝卜素的分离鉴定及分析检测

近年，随着类胡萝卜素对水产动物的功能、对人类预防心血管疾病、防癌抗癌、增强免疫力等裨益功效的探明[31]，类胡萝卜素提取分析技术大步阔进，经历了从原始物料破碎到普通溶剂浸取，再到以物理辅助技术强化浸提，不仅保持成分的原状态性，对环境无污染，而且效率越来越高。一般，类胡萝卜素的提取分析过程如下所示：

原料→提取→分离纯化→定性鉴定→定量检测

就水产动物而言，常用的类胡萝卜素提取方法有以下几种：油溶法、有机溶剂法、酶解法、超临界流体、亚临界流体、超声波辅助和微波辅助提取法等。分离纯化方法有薄层色谱、柱色谱、凝胶渗透色谱、大孔吸附树脂色谱、毛细管液相色谱、高速逆流色谱、制备型高效液相色谱等。结构鉴定通过紫外可见吸收光谱法、红外可见吸收光谱法、质谱分析法、核磁共振波谱法等相互佐证进行。定量常用加标准物质的方法。下文将就一些新兴的技术进行简要介绍。

新兴的提取方法以亚临界流体萃取法为代表。它是一种以亚临界流体为溶媒提取目标组分的技术。国内利用该方法提取水产动物中类胡萝卜素的研究为数甚少。时杰[32]研究表明以二氯甲烷为溶剂，在9.31～11.72MPa下提取虾青素，提取率为0.0373%，比有机溶剂法提高33.2%，耗时只有后者的17.2%。

新兴的分离鉴定方法有高效液相色谱High Performance Liquid Chromatography（HPLC）、液相色谱-质谱联用Liquid Chromatography-Mass Spectrography（LC-MS）、大气压化学电离Atmospheric Pressure Chemical Ionization（APCI）等。HPLC是目前应用最为广泛，效果较为显著的分离技术。其优点是分离效率高、分析速度快、样品用量少，常用于未知样品的分离分析及类胡萝卜素的分析和半制备[33]。为达到不同的目的，更衍生出多种技术。自然界中类胡萝卜素的测定大多数用到反相高效液相色谱，少数用正相[34]。在水产动物类胡萝卜素的分析中，我们可以发现正相和反相高效液相色谱均有应用。李宁[13]利用正相HPLC技术测定出虾夷扇贝闭壳肌中俩种新型类胡萝卜素C40H52O3和C40H52O2。陈晋明[35]利用反相高效液相色谱（RP-HPLC）测定雨生红球藻粉中的虾青素，证明了RP-HPLC精确可靠。近年来，LC-MS技术蓬勃发展，越来越广泛的应用于天然产物成分的分离与鉴定。薄海波等[36]建立了河豚鱼、鳗鱼和烤鳗中角黄素残留的超高效液相色谱-串联质谱检测技术。APCI法因其高灵敏度已经成为类胡萝卜素分析中应用最广泛的电离技术[37]。该技术不仅可以测定不同组分的类胡萝卜素，还能将具体一种色素，如虾青素与其衍生物全部鉴别区分开来。TomásˇRezanka等[38]利用LC-MS/APCI成功对雪藻中虾青素派生物进行了分析测定。

4 展望

目前，种类繁多的类胡萝卜素中只有少数几种（如β-胡萝卜素、虾青素等）有一定的研究报道，而更多新的类胡萝卜素的生理功能特性还有待进一步探明。类胡萝卜素与水产动物的生长及品质息息相关，其在水产动物体内的吸收、沉积、转化和代谢是一个复杂的过程，不同水产动物利用类胡萝卜素的能力不同，不同类胡萝卜素在水产动物特定部位的功能特性也不同。因此，今后有必要对上述方面进行深入研究，以便对水产品品质的控制及其改善提供理论依据，对水产养殖业的健康发展起到良好的促进作用。

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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 *通讯联系人

石婧（1991－），女，硕士研究生，研究方向：食品营养与风味。

“十二五”国家科技计划课题（2012BAD28B01）；上海市科委工程中心建设（11DZ2280300）；上海市教委重点学科建设项目（J50704）；上海高校知识服务平台上海海洋大学水产动物遗传育种中心（ZF1206）；上海市现代农业产业技术体系建设项目（中华绒螯蟹体系）。