蝦紅素的提取及穩(wěn)定性研究

李 露，沈慧蘭，張 蓓，韋榮編，宋 茹

（1．浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江舟山 316004；2．浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江舟山 316004；3．浙江海洋學(xué)院食品與醫(yī)藥學(xué)院，浙江舟山 316004）

蝦紅素(astaxanthin)，又稱蝦青素，化學(xué)名稱為 3,3’－二羥基－4,4’－二酮基－β,β’－胡蘿卜素，是海洋生物體內(nèi)主要的類胡蘿卜素之一[1]。蝦、蟹甲殼類動物殼中含有豐富的蝦青素，在加熱后則變?yōu)榧t色。研究表明蝦紅素除具有超強(qiáng)的抗氧化能力外，還具有抗腫瘤、降血糖、緩解體力疲勞等多種生物活性[1-8]。所以，蝦紅素在功能性食品、醫(yī)藥等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。雖然雨生紅球藻Haematococcus pluvialis中蝦青素含量高達(dá)干重的3%～5%[9]，但是沿海城市養(yǎng)殖蝦蟹種類多，且產(chǎn)量大，所以從蝦蟹殼中提取蝦紅素具有資源上的優(yōu)勢。

本文對舟山本地主要養(yǎng)殖品種南美白對蝦Penaeus vannamei、三疣梭子蟹Portinus trituberculatus以及食用量大的克氏原鰲蝦Procambarus clarkii殼中蝦紅素的光譜特征分別進(jìn)行分析，并系統(tǒng)研究了保藏條件、加熱溫度和時(shí)間、pH對蝦紅素穩(wěn)定性影響，旨在為蝦蟹殼中蝦紅素的綜合應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

海產(chǎn)蝦殼（南美白對蝦）和海產(chǎn)蟹殼（三疣梭子蟹）從當(dāng)?shù)厮a(chǎn)市場收集，克氏原鰲蝦的蝦殼主要收集尾部蝦殼；乙醇為分析純試劑。

1.2 主要儀器與設(shè)備

HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；DGG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；DJ-04型中藥粉碎機(jī)，上海淀久中藥機(jī)械制造有限公司；G80F23MSXLVIIA7K型格蘭仕微波爐，格蘭仕集團(tuán)；RE-5285A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；UV-1200UV型紫外可見分光光度計(jì)，日本日立公司；TGL-16C離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 不同來源的蝦紅素提取

從水產(chǎn)市場收集的蝦、蟹殼分別用清水刷洗干凈，上蒸籠蒸熟變紅色，將熟制的蝦、蟹殼烘干后掰成小塊，再用中藥粉碎機(jī)進(jìn)行破碎處理，得到蝦、蟹殼干粉備用。將南美白對蝦、三疣梭子蟹和克氏原鰲蝦殼的干粉分別按照1：10比例與乙醇混合，參考文獻(xiàn)[10]蝦紅素提取方法進(jìn)行提取，然后7 000 r/min離心10 min，取各自上清液在200～600 nm下進(jìn)行光譜掃描，分析不同來源蝦紅素的特征吸收峰。

1.3.2 提取方法對蝦紅素的影響

分別采用超聲輔助提取、微波萃取和常規(guī)水浴提取法來提取蟹殼紅素（主要成分為蝦紅素），其中蟹殼粉與提取劑（無水乙醇）比例為1：10，超聲輔助提取和常規(guī)水浴提取溫度為70℃，提取時(shí)間為15 min，微波萃取時(shí)間為20 s（因加熱時(shí)間長，乙醇易揮發(fā)），將提取物離心（7 000 r/min，10 min），取上清液測定蝦紅素特定波長下的吸光值。

1.3.3 蝦紅素的穩(wěn)定性分析

1.3.3.1 保藏條件對蝦紅素穩(wěn)定性影響

將提取好的蝦紅素分別在不同條件下（室溫暴光，室溫避光，4℃冷藏，-20℃冷凍）放置一定時(shí)間（65 h），分析測定蝦紅素紫外可見掃描光譜及特征吸收值變化。

1.3.3.2 加熱溫度和時(shí)間對蝦紅素穩(wěn)定性影響

將提取好的蝦紅素上清液分別在80、90、100℃下水浴加熱15 min和30 min，測定蝦紅素特定吸收波長下吸光值變化。

1.3.3.3 pH對蝦紅素穩(wěn)定性影響

將提取好的蝦紅素上清液用酸（HCl）和堿（NaOH）調(diào)節(jié) pH 值為 1、2、3、4、5、6、7、8 和 9，室溫下放置30 min，然后7 000 r/min離心10 min，取上清液測定蝦紅素特征吸收波長下的吸光值變化。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

蝦紅素穩(wěn)定性分析中數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示（n=3）。

圖1 不同來源的蝦紅素特征吸收光譜Fig.1 Characteristic absorption spectrum of astaxanthin from different sources

2 結(jié)果與分析

2.1 不同原料蝦紅素的特征吸收波長

分析了舟山市養(yǎng)殖規(guī)模大的海產(chǎn)蝦（南美白對蝦）、海產(chǎn)蟹（三疣梭子蟹）、海產(chǎn)蝦蟹殼混合物及食用量大的克氏原鰲蝦殼中蝦紅素在相同提取條件下的紫外可見掃描光譜，結(jié)果如圖1所示。

圖1紫外可見掃描光譜顯示不同原料的蝦紅素譜圖有相似處，均在可見光區(qū)473 nm左右有特征吸收峰，而在紫外光區(qū)280 nm附近出現(xiàn)的吸收峰或肩峰應(yīng)與蝦蟹殼中殘留的蛋白質(zhì)被提取出來有關(guān)。另外，由圖1還可以看出克氏原鰲蝦在473 nm處的吸光值明顯高于南美白對蝦、三疣梭子蟹和海產(chǎn)蝦蟹殼混合物的吸光值，說明克氏原鰲蝦殼中蝦紅素含量高。

2.2 不同提取方法對蝦紅素的提取效果影響

在動植物色素提取中，快速輔助提取方法中的微波萃取法由于微波能由內(nèi)向外快速加熱特性，會促使胞內(nèi)水分快速汽化沸騰，結(jié)果破壞了細(xì)胞壁的完整結(jié)構(gòu)，促使胞內(nèi)成分快速溶出。而超聲輔助提取中超聲波產(chǎn)生的空化作用也會對細(xì)胞壁有破壞作用，所以微波萃取和超聲波提取較常規(guī)萃取方法更能有效地提取出動植物組織中色素，并且提取時(shí)間短，工作效率高。試驗(yàn)比較了微波萃取、超聲輔助提取及常規(guī)水浴法（在相同提取條件下）所得蝦紅素的紫外可見光譜，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，微波萃取、超聲輔助提取所得的蝦紅素與常規(guī)水浴法所得蝦紅素的紫外可見掃描圖譜形狀相似，分別在可見光區(qū)的473 nm和紫外光區(qū)的280 nm、220 nm有特征吸收峰，其中可見光區(qū)吸收與紅色素有關(guān)，而紫外區(qū)280 nm的特征峰除了與蛋白吸收峰有關(guān)外，也可能是在280 nm附近有吸收的氨基酸，如：色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸，或者是由這些氨基酸構(gòu)成的肽類被提取，或蛋白質(zhì)在加熱過程中降解釋放這些氨基酸有關(guān)，而220 nm處吸收主要與肽鍵特征吸收有關(guān)。

通過比較蝦紅素在473 nm吸光值大小可知：超聲輔助提取法對蝦紅素的萃取效果好于同提取條件的常規(guī)水浴法，而微波萃取法則和同條件下的水浴提取法差別不明顯。乙醇作為蝦紅素提取劑在微波快速加熱時(shí)非常容易揮發(fā)，試驗(yàn)設(shè)置的提取時(shí)間很短可能對提取效果有一定影響，所以微波萃取的優(yōu)勢尚未充分發(fā)揮出來，擬在日后進(jìn)一步改進(jìn)微波萃取條件，提高蝦紅素的提取效果。

圖2 不同提取方法對蝦紅素提取效果影響Fig.2 Effects of different extracting methods on the extraction effect of astaxanthin

2.3 蝦紅素的穩(wěn)定性分析

2.3.1 保藏條件對蝦紅素穩(wěn)定性影響

測定蝦紅素提取液在室溫暴光、室溫避光、4℃冷藏和-20℃冷凍條件下保藏65 h后473 nm處吸收值變化情況，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同保藏方式對蝦紅素穩(wěn)定性影響Fig.3 Effects of different storing methods on the stability of astaxanthin

從圖3可以看出，在室溫條件下經(jīng)一定時(shí)間保藏（65 h）后，與對照相比無論是室溫暴光還是室溫避光保存，蝦紅素在473 nm的吸光值都略有降低。4℃冷藏條件下蝦紅素的吸光值與對照相比也稍微降低，但是與室溫保藏條件下蝦紅素特征吸光值相比則無明顯差別，而在凍藏條件下（-20℃）保藏的蝦紅素在473 nm處吸收值則要明顯高于對照組。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)蝦紅素提取液經(jīng)冷凍保藏后再解凍會在溶液底部有部分沉淀形成，經(jīng)過離心處理?xiàng)壢コ恋恚r紅素的純度會增高，所以在473 nm處的吸光值增加。圖3結(jié)果表明當(dāng)有大量蝦紅素提取液需要長期保藏時(shí)，可以選取-20℃冷凍保藏法。

2.3.2 加熱溫度和時(shí)間對蝦紅素穩(wěn)定性影響

將海產(chǎn)蟹殼粉末與無水乙醇按照1：10（w/v）混合，70℃水浴提取90 min，離心后得上清液，測定不同加熱溫度和加熱時(shí)間下蝦紅素的特征吸光值變化，結(jié)果見如4所示。

圖4結(jié)果顯示80℃下加熱基本不會影響蝦紅素的特征吸光值，當(dāng)加熱溫度提高到90℃，加熱時(shí)間達(dá)到30 min時(shí)，蝦紅素在473 nm的吸光值開始上升，而在加熱溫度100℃，時(shí)間超過15 min后，吸光值的增加更為明顯。雖然在加熱過程中采用錫箔紙對試管口進(jìn)行密封處理，但在100℃加熱條件下，蝦紅素溶液會沸騰汽化，仍然有部分溶劑揮發(fā)損耗掉，而且加熱時(shí)間越長，溶劑損耗量也就越大，結(jié)果蝦紅素濃度增大造成吸光值增高。但是可能還會有另外一種情況，即：加熱溫度高，蝦紅素提取液中某些雜質(zhì)被破壞程度大，結(jié)果提高了蝦紅素的有效濃度。圖4結(jié)果也能說明蝦紅素對食品加工中常見的加熱處理穩(wěn)定性較高，而100℃下加熱30 min后蝦紅素在473 nm處特征吸光值急劇增加的具體原因還需要借助其它分析方法作進(jìn)一步分析。

2.3.3 pH對蝦紅素穩(wěn)定性影響

不同pH下溶液中陽離子或陰離子與色素發(fā)生相互作用，改變了色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)果色素在不同pH下呈現(xiàn)的顏色會發(fā)生改變，甚至?xí)l(fā)生褪色或變色現(xiàn)象。根據(jù)不同pH值下蝦紅素在473 nm特征吸光值變化來判定pH值對蝦紅素穩(wěn)定性影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5結(jié)果顯示在pH為4時(shí)，蝦紅素在473 nm處的吸光值最高達(dá)到1.332，而pH為9時(shí)最低只有0.515，降低了2倍以上。此外，由圖5還可以看出除了pH為5外，蝦紅素在酸性條件下均表現(xiàn)出較高的吸光值，說明酸性條件下蝦紅素的穩(wěn)定性高。當(dāng)介質(zhì)pH為接近5時(shí)，蝦紅素溶液中會有部分紅色顆粒凝聚，經(jīng)離心處理后沉積在離心管底部，結(jié)果上清液在473 nm處的吸光值降低。后經(jīng)證實(shí)絮狀紅色沉淀物為蛋白質(zhì)和蝦紅素的聚集物（具體數(shù)據(jù)未列出），所以圖5中pH為5時(shí)蝦紅素溶液在特征波長處的吸光值降低與部分蝦紅素被絮凝沉淀有關(guān)。因此，蝦紅素作為天然食品添加劑使用應(yīng)盡量避免pH為5介質(zhì)條件，以免溶液發(fā)生分層現(xiàn)象。

圖4 加熱溫度和時(shí)間對蝦紅素穩(wěn)定性影響Fig.4 Effects of different heating temperature and time on the stability of astaxanthin

圖5 pH對蝦紅素穩(wěn)定性影響Fig.5 Effects of different pH values on the stability of astaxanthin

3 結(jié)論

海產(chǎn)蝦（南美白對蝦）、海產(chǎn)蟹（三疣梭子蟹）及克氏原鰲蝦殼蝦紅素在473 nm左右均有特征吸收峰，而且超聲輔助提取法有利于蝦紅素的快速提取。蝦紅素提取液在－20℃冷凍保藏穩(wěn)定性高，食品中常見的常壓加熱處理對蝦紅素穩(wěn)定性影響不大，蝦紅素在偏酸性條件下（pH＜5）穩(wěn)定性高。

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