膳食中的β-西芬（bixin）作为一种天然类胡萝卜素的功能作用：对东方河虾（Macrobrachium nipponense）的生长、代谢、抗氧化防御及疾病抵抗能力的综合调节

《Aquaculture》：Functional role of dietary bixin as a natural carotenoid: Integrative modulation of growth, metabolism, antioxidant defense, and disease resistance in the oriental river prawn ( Macrobrachium nipponense)

本研究评估了不同剂量甜菜红素（0.00-0.20g/kg）对日本沼虾生长性能、生理指标、抗氧化能力及免疫应答的影响。结果显示，0.10g/kg甜菜红素显著提升终体重、增重率及存活率，优化抗氧化酶活性与免疫参数，降低血液中尿素和甘油三酯水平，促进肠道乳酸菌增殖和肌肉品质改善。结论表明，甜菜红素作为天然添加剂可有效提升水产养殖效率及健康水平。

　　

Mohammad Ettefaghdoost | Adeleh Haghdoost

伊朗吉兰大学自然资源学院渔业系，Sowmeh Sara，吉兰

摘要

类胡萝卜素被认为是水生生物中的关键生物活性化合物，但bixin在甲壳类动物中的功能作用仍很大程度上尚未被探索。本研究考察了饲料中添加bixin对日本沼虾（Macrobrachium nipponense）生长性能、生理状态、抗氧化防御、免疫反应、肌肉质量和疾病抵抗力等方面的影响。将幼虾（1.34 ± 0.07克）喂食含有0.00、0.05、0.10、0.15或0.20克/千克bixin的饲料，持续60天。结果显示，bixin显著提高了最终体重（FW）、体重增长（WG）、特定生长率（SGR）、饲料转化率（FCR）、肝体指数（HSI）和存活率。血液生化分析显示，尿素、尿酸、葡萄糖、肌酐和甘油三酯水平降低，而高密度脂蛋白（HDL）和低密度脂蛋白（LDL）水平升高。免疫参数（包括白蛋白（ALB）、总蛋白（TP）、溶菌酶（LYZ）、酚氧化酶（PO）、总血细胞计数（THC）和吞噬活性）显著增强，而微核（MN）频率下降。抗氧化生物标志物显著增加，而丙二醛（MDA）水平降低。消化酶活性提高，肠道微生物群向乳酸菌（LAB）倾斜。bixin还促进了类胡萝卜素的沉积，并改善了肌肉的物理化学特性，如pH值、颜色值（L*、a*、b*）、硬度和咀嚼性。基因表达谱分析显示，与生长、免疫和代谢相关的基因显著上调。值得注意的是，在Aeromonas hydrophila感染后，喂食0.10克/千克bixin的虾存活率最高。总体而言，bixin（最佳添加量为0.08–0.12克/千克）增强了生长、免疫、抗氧化能力和疾病抵抗力，显示出其作为天然多功能类胡萝卜素添加剂在可持续水产养殖中的潜力。

引言

现代水产养殖越来越多地采用先进的营养策略来提高生产力和环境可持续性（Mahfuzur等人，2018年）。在这种演变的过程中，精准喂养计划已成为优化养殖物种生理健康和适应能力的关键工具（Fawzy等人，2022a年）。营养素的生物利用度不仅直接影响体格生长和免疫表现（Pereira da Costa和Campos Miranda-Filho，2020年），还决定了生物体对环境变化的耐受性（Tan等人，2024年）。除了传统的大量营养素外，生物功能性分子（特别是类胡萝卜素）的添加引起了广泛关注，因为它们在水产饲料配方中具有多种生理和技术应用（Jimenez等人，2021年；Sanlier等人，2024年）。这些亲脂性色素在各种组织中积累，既参与视觉色素的形成，又通过充当抗氧化剂和免疫调节剂发挥重要作用（Yusoff等人，2020年；Fawzy等人，2022b年）。

类胡萝卜素具有多方面的生物学作用，包括作为维生素A的前体、自由基清除剂、光保护剂和繁殖效率增强剂（Yusoff等人，2020年；Fawzy等人，2022a年；Elbahnaswy和Elshopakey，2024年）。它们的显著抗氧化潜力有助于细胞防御机制，减轻氧化应激，从而在集约化养殖条件下促进更好的生长和存活（Saidi等人，2015年；Fawzy等人，2022b年；Tan等人，2024年）。因此，饲料中的类胡萝卜素被视为重要的营养补充剂，不仅可以改善健康和颜色，还能提高饲料效率和整体生产效益——这是水产养殖可持续性的关键驱动力（Elbahnaswy和Elshopakey，2024年；Hu等人，2025年）。

为了满足消费者对天然和健康促进型饲料添加剂的日益增长的需求，全球研究工作越来越多地集中在寻找环保的色素来源上。与合成色素不同，天然色素无毒，并已被证明对动物和人类具有有益的生理效应（Mahfuzur等人，2018年；Fawzy等人，2022a年）。其中，胭脂树红（annatto）——一种植物来源的类胡萝卜素提取物——占全球使用的天然食品色素的近70%。由于其经济性、安全性和多功能性，胭脂树红被广泛用于乳制品、人造黄油、谷物和饮料等加工食品中（Younes等人，2019年；Puri等人，2025年）。这种色素来源于Bixa orellana L.的种子，这种树原产于热带美洲，在中美洲、南美洲和东南亚部分地区也有栽培。胭脂树红种子的红橙色来自果皮中的类胡萝卜素，其中bixin是主要成分（Safari和Atash，2015年；Younes等人，2019年；Puri等人，2025年）。bixin（C₂₅H₃₀O₄）是胭脂树红色素的一部分，被广泛认为是一种天然、安全且成本效益高的着色剂，可为食品和营养保健品提供鲜艳的红色至橙色（Younes等人，2019年；Dananjaya等人，2020年；Dorce等人，2025年）。

由于甲壳类动物无法自身合成类胡萝卜素，因此必须通过饲料外源提供这些化合物，以维持必要的生理过程和免疫稳态（Wang等人，2021年；Fawzy等人，2022b年）。尽管虾青素（astaxanthin）仍然是水产养殖中最常用的类胡萝卜素，但新兴研究表明，bixin在色素沉着、抗氧化反应和免疫调节方面也能产生类似的效果（Safari和Atash，2015年；Dananjaya等人，2017年；Dananjaya等人，2020年；Dorce等人，2025年）。

日本沼虾（Macrobrachium nipponense）是一种重要的淡水甲壳类动物，属于Palaemonidae科，因其理想的生长特性——快速生长、杂食性行为、耐温度波动和相对较强的疾病抵抗力而具有很高的商业价值（Fu等人，2004年；Yan等人，2024年）。该物种具有出色的饲料转化效率和与配方饲料的兼容性，使其成为可扩展水产养殖系统的有希望的候选品种（Zhao等人，2016年；Ding等人，2017年；Ettefaghdoost等人，2018年；Ettefaghdoost和Haghighi，2021年；Tian等人，2023年）。此外，它对不同淡水环境的适应性促进了对其营养优化研究的深入（Kutty等人，2005年；Sun等人，2016年；Tew等人，2021年；Hooper等人，2023年）。

鉴于类胡萝卜素在甲壳类动物中的生理重要性，制定富含功能性色素的特定物种饲料是一种提高水产养殖生产力的有前景策略。先前的研究表明，类胡萝卜素补充剂可以增强生长和免疫力：β-胡萝卜素改善了Eriocheir sinensis的幼体发育（Jiang等人，2024年），而虾青素和角黄质分别提高了Procambarus clarkii和Litopenaeus vannamei的免疫反应和生长（Cheng和Wu，2019年；Fawzy等人，2022a年）。

基于这些发现，本研究假设饲料中添加bixin可能对日本沼虾的生长、代谢、免疫表现和组织组成产生协同效应。尽管关于其他类胡萝卜素（如虾青素和β-胡萝卜素）的文献很多，但关于bixin对虾生理影响的研究仍然较少。因此，本研究旨在全面阐明饲料中bixin的剂量依赖性效应，包括对生长指标、血液生化指标、抗氧化反应、消化酶活性、肠道微生物群组成和类胡萝卜素沉积的影响。通过整合这些参数，本研究旨在揭示bixin补充如何增强水产养殖的表现和健康韧性。最终，这项工作提出了bixin作为合成类胡萝卜素的可行且环保的替代品，推动了精准营养、环境管理和可持续盈利的目标。

实验设计和动物饲养

实验在伊朗吉兰的Sadaf水产养殖研究设施进行了60天的喂养试验。Macrobrachium nipponense从Hend Khaleh河（37°22′55″N，49°26′39″E）采集，并用充氧容器运输。虾的初始体重为1.34 ± 0.07克，体长为5.43 ± 0.04厘米，在一个1000升的玻璃纤维水箱（Enduramaxx，172060，Lincolnshire，英国）中适应14天，水箱配备有充氧和脱氯的淡水，并喂食商业甲壳类饲料（粗蛋白含量45–46%，脂质含量5–6%；Ettefaghdoost

生长和营养效率

生长性能指标对饲料中添加的bixin有显著反应，所有测量参数在不同处理组之间存在显著差异（P < 0.05；表3）。最终体重（FW）从对照组的5.74克增加到0.10克/千克组的7.21克。同样，体重增长（WG）从4.40克增加到5.87克，特定生长率（WGR）从328.36%增加到437.31%，每日生长率（SGR）从2.42%/天增加到2.66%/天。饲料转化率（FCR）也显著提高（P < 0.05），从对照组的2.18降低到0.10克/千克组的1.73。蛋白质-体重比（PPV）和磷脂-体重比（LPV）也有所改善。

生长和消化效率

饲料中添加bixin显著提高了日本沼虾的生长性能，同时降低了饲料转化率（FCR），表明营养物质的利用和能量效率得到提升。这些发现与之前关于Portunus trituberculatus

（Deng等人，2024年）、L. vannamei

（Shen等人，2024年）、P. clarkii

（Zhang等人，2023年）、Penaeus monodon

（Wang等人，2021年）和Marsupenaeus japonicus

（Wang等人，2018年）等甲壳类动物的研究结果一致，强调了bixin的促生长效果

结论

本研究表明，饲料中的bixin是一种强大的天然类胡萝卜素，能够综合提升日本沼虾的生长性能、饲料效率、抗氧化能力、免疫能力、肌肉质量和疾病抵抗力。在测试的添加水平中，0.10克/千克的添加量始终引发了最佳的生理、生化和分子反应，反映了代谢效率、氧化还原稳态和免疫韧性的改善。

CRediT作者贡献声明

Mohammad Ettefaghdoost：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，监督，资源管理，项目规划，方法学设计，研究实施，资金筹集，数据分析，概念化。Adeleh Haghdoost：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，验证，软件应用，资源管理，方法学设计，研究实施，资金筹集，数据分析。

伦理声明

所有涉及动物的实验方法均遵循机构制定的伦理标准，并符合2010/63/EU指令规定的指导原则。所有相关实验方案均符合管理实验动物问题的公认原则和规定。

资金

本研究未获得任何公共、商业或非营利部门的特定资助。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。