天然蝦青素的提取和應用

丁振中 張超 柳志強 史勁松 龔勁松

摘 要：綜述了從甲殼類動物提取蝦青素主要技術，文章主要總結蝦青素的制備工藝流程和蝦青素的質量指標，并分析了蝦青素的應用前景，以供參考。關鍵詞：蝦青素；工藝流程；應用情景

蝦青素（astaxanthin）又名蝦黃質，蝦黃素，化學名稱3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，分子式C40H52O4，分子量596.86，色素分類中居異戊二烯衍生物-類胡蘿卜素。廣泛存在于生物界中，特別是水產動物-蝦、蟹中含量較多，蝦青素除具有一般類胡蘿卜素的化學性質外，還具有優良的抗氧化性，其脂溶性自由基猝滅功能的活力是β-胡蘿卜素10倍，維生素E的100倍，是一種高功能的抗氧化劑，對抗衰老、除皺、去斑、美容和心腦血管病有明顯作用。在生物醫藥、化妝品、保健品、食品添加劑，水產養殖方面有廣闊的應用前景。

1 從甲殼類動物提取蝦青素主要技術

天然蝦青素分布于水生動物的體內及軟體動物的殼內，從中提取蝦青素的很多報道。但因含量較低、提取費用較高，所以這種方法尚無規模化生產，其工藝也僅限于研究。我國沿海水產資源豐富，水產品加工尤其是蝦仁加工企業的下腳料中含有大量蝦青素，但回收利用較少，不但是資源浪費，而且通常還帶來嚴重的環境污染問題，因此開發經濟可行的回收蝦青素的方法，對甲殼類加工下腳料的綜合利用具有重要的意義。

用于甲殼類加工下腳料中提取回收蝦青素的方法主要有四種：堿提法、油溶法、有機溶劑法以及超臨界CO2流體萃取法。

1.1 堿提法

堿提法主要是應用了堿液脫蛋白的原理，甲殼類下腳料中的蝦青素大多與蛋白質結合，以色素結合蛋白的形式存在，當用熱堿液處理下腳料時，其中的蛋白質溶出，而與蛋白質結合的蝦青素也隨之溶出，從而達到提取蝦青素的目的。由于堿提法加工過程需消耗大量酸堿，同時加工廢水的污染也是很難解決的問題，因此堿提法的研究和應用較少。

1.2 油溶法

蝦青素具有良好的脂溶性，油溶法正是利用這一特性進行的。該方法所用的油脂主要為可食用油脂類，最常見的是大豆油，也有用魚油，如步魚油、鯡魚油、鱈魚肝油等。油用量直接影響蝦青素的提取效率。提取時溫度較高會影響蝦青素的穩定性，另外提取后含色素的油不易濃縮，產品濃度不高，使應用范圍受到限制，若想純化，需采用層析方法。

1.3 有機溶劑法

有機溶劑是一種提取蝦青素的有效試劑，通常提取后可將溶劑蒸發，從而將蝦青素濃縮，得到濃度較大的蝦青素油，常見的溶劑有丙酮、乙醇、乙醚、石油醚、氯仿、正己烷等，不同的溶劑提取效果不同。在研究中發現，丙酮的提取效果最好，而乙醇最差，并且從提取液的吸收波譜看，不同提取劑提取的色素中其具體成分也有所差異。目前研究報道的有機溶劑法提取主要是浸提法和回流提取法，其所需的溶劑用量大，盡管溶劑也可回收循環利用，但過程損失量大，由此帶來的環境和成本問題，使這種方法難以產業化推廣。

綜上所述，盡管蝦青素提取研究較多，但由于原料的含量低、提取困難、容易氧化、雜質不易分離等原因，影響了甲殼中蝦青素提取技術的產業化應用。鑒于上述原因，本產品研發出的酶法隨程提取技術較好地解決了制約產業化的各種問題，為生產高含量天然蝦青素提供了一條切實可行的路線。

2 產品經優化后的工藝流程

經研究，本產品的生產工藝步驟為：分離蝦黃→酶解→萃取→冷凍除雜→皂化純化→柱層析純化，可制得5%含量的蝦青素，而且由于提取過程采用了皂化保護的純化方法，使得到的蝦青素降解的更少。

流程說明：（1）輥式擠壓：對蝦頭殼進行預處理，回收蝦頭中蝦腦（蝦黃），這部分生物質含有蝦青素。（2）酶法隨程提取：一是添加蛋白酶對蝦腦中蛋白成分進行水解，促使蝦青素游離；二是蝦頭組織中的蝦油（高級脂肪酸），在攪拌酶解的同時，分散在體系中，形成雙液相萃取，發揮萃取和富集蝦青素的作用。上述過程同時進行，使蝦青素快速轉移到脂溶性組分中，能夠避免過程失活。（3）分離與轉萃：水解結束后，通過靜置或高速離心，分離出油層。再利用低沸點溶劑（如二氯甲烷）溶解，便于后續精制操作。（4）冷凍結晶脫除雜質：利用蝦青素飽和度高、凝固點低的特性，選擇冷凍溫度，脫除提取物中部分高沸點脂肪酸，提高產物純度。（5）堿醇皂化：選擇堿性甲醇作為皂化體系，減少皂化過程對蝦青素的活性影響。通過皂化，使蝦青素酯轉型為蝦青素，同時使部分脂肪酸皂化，易于去除。（6）樹脂吸附：采用樹脂（聚氨酯）作為吸附載體，將皂化分離出油層濃縮，采用正己烷溶解后進行上樣。收集二氯甲烷洗脫液進行濃縮，獲得蝦青素產品。

3 小試相關技術優化工藝研究

3.1 酶解技術及其條件研究

本產品分別選用木瓜蛋白酶、風味酶、復合酶對蝦黃進行酶解，制得蝦青素含量如下表1所示。根據表1可知，木瓜蛋白酶的酶解效果最佳，所以本產品產品選用木瓜蛋白酶更合適。

表1 不同蛋白酶對提取的影響

進一步實驗得到的酶解條件為固液比（g/ml）為：1：1-1：3，酶解溫度為47-49℃，酶解pH值5.5-6.0，水解時間60-80min，酶與底物比為2300-2800U/g，按此條件，制得蝦青素的含量均高于5%，介于5.00-7.00%。

3.2 萃取技術及其反應條件

取出酶解后的酶解液上層析出的油層，用不同溶劑進行萃取，所選溶劑及產品結果為二氯甲烷萃取蝦青素所得產品含量最高。

進一步實驗得到的萃取條件為：油層與二氯甲烷體積比為1：1-1：3，分液漏斗振蕩萃取15-25min，重復萃取2-3次，將萃取液合并后低溫離心濃縮，按此條件，所得蝦青素的含量均高于5%。

3.3 冷凍除雜技術研究

由于產品含有一些脂肪酸和脂肪，會隨著溫度的降低凝固直至析出，因此低溫冷凍能減少脂肪酸和脂肪的量，同時水分因結冰成固體可通過抽濾除去，減少產品中的含水量。

將低溫離心濃縮后的樣品放入-20℃條件下保存12h，趁冷抽濾，將抽濾后的溶液繼續冷凍保存12h再趁冷抽濾，如是共重復操作三次，經過冷凍除雜步驟后，蝦青素產品中的雜質明顯減少。

參考文獻

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