以蝦殼為原料提取蝦青素和殼聚糖的研究

徐文剛，谷慶舟，陳懷新，2，*（.武漢高源生物科技發(fā)展有限公司，湖北武漢430000；2.湖北大學生命科學學院，湖北武漢430030）

?

以蝦殼為原料提取蝦青素和殼聚糖的研究

徐文剛1，谷慶舟1，陳懷新1，2，*
（1.武漢高源生物科技發(fā)展有限公司，湖北武漢430000；2.湖北大學生命科學學院，湖北武漢430030）

摘要：采用4種不同狀態(tài)的蝦殼為原料，分別為A：新鮮蝦殼；B：舊蝦殼；C：新鮮蝦殼和舊蝦殼的混合；D：油燜蝦殼，運用酶解法和酸堿法，從中提取蝦青素和殼聚糖。分別從蝦青素的提取率、顏色和狀態(tài)方面，殼聚糖的生化指標、顏色、狀態(tài)和在醋酸中的溶解性方面進行比較研究。結果表明：采用新鮮蝦殼為原料，所得蝦青素的提取率最高，顏色和狀態(tài)最好；所得的殼聚糖黏度最低，溶解性最好，透明度最高。采用舊蝦殼為原料，殼聚糖的黏度最高，溶解性最差，透明度最低。關鍵詞：不同狀態(tài)；蝦殼；蝦青素；殼聚糖

蝦青素（astaxanthin）是一種酮式類胡蘿卜素，化學名稱為3，3’-二羥基-β胡蘿卜素-4，4’-酮。它是天然的油溶性色素，易溶于有機溶劑，不溶于水，是一種穩(wěn)定性好的著色劑，廣泛存在于生物界中，特別是水生動物中的蝦、蟹、魚和鳥類的羽毛[1-2]。蝦青素不僅能使魚、蝦、蟹和蛋黃增色，而且具有保健免疫的功能[3]。

殼聚糖是由甲殼素經(jīng)脫乙酰化處理后的產(chǎn)物，通常將脫乙酰度55 %以上的甲殼素稱作殼聚糖，其學名為聚氨基葡萄糖，化學名（1，4）-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖，廣泛存在于蝦、蟹等動物的外殼和藻類、真菌的細胞壁中，是迄今為止惟一發(fā)現(xiàn)的陽離子動物纖維和堿性多糖[4]。它具有抗微生物活性、激活淋巴細胞、提高免疫力、調節(jié)脂肪代謝和降低血脂、膽固醇等多種生理功能，在醫(yī)藥、食品、化妝品、紡織、造紙、農(nóng)業(yè)及環(huán)保等許多領域有著極其廣泛的用途[5]。

通過綜合運用酶解法和酸堿法，蝦青素和殼聚糖均能從廢蝦殼中同時提取獲得。湖北省是全國水產(chǎn)養(yǎng)殖大省，魚、蝦、蟹等水產(chǎn)品產(chǎn)量已連續(xù)三年位居全國第一。潛江市素有“中國小龍蝦之鄉(xiāng)”的美譽，每年小龍蝦的產(chǎn)量達到4萬t，而廢棄的蝦殼更是不計其數(shù)。為了最大限度地提高廢物回收利用的價值，本課題組以市場上較常見的幾種蝦殼為原料，并結合實際情況作適當?shù)恼{整組合，從中提取出蝦青素和殼聚糖。本研究分別從蝦青素的提取率、顏色和狀態(tài)方面，殼聚糖的生化指標、顏色、狀態(tài)和在醋酸中的溶解性方面進行比較，以從中優(yōu)化選擇出最佳原材料，從而為工業(yè)化放大生產(chǎn)提供理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1材料

試驗中所用的廢蝦殼來自漢口江漢區(qū)妙墩路菜市場，于2011年5～10月和2012年5～10月收集。為方便試驗進行比較，將其分別歸類為4組：A：新鮮蝦殼6 000 g；B：舊蝦殼5 300 g；C：新鮮蝦殼1 938 g和舊蝦殼2 748 g；D：油燜蝦殼2 756 g。其中舊蝦殼和油燜蝦殼是2011年5月收集的，在冰箱中放置大約1年左右；新鮮蝦殼是2012年8月收集，在冰箱中放置1 d～2 d就開始試驗。

1.1.2試劑

蝦青素標準品：中國藥品生物制品檢定所；無水乙純、氫氧化鈉、濃鹽酸、濃硫酸、次氯酸納、硫酸銅、硫酸鉀、苯胺藍、甲基橙、甲基紅、溴甲酚綠、乙酸、硼酸等，均為國產(chǎn)分析純；水為雙蒸水。

1.2儀器與設備

蝦殼破碎機：武漢輝煌設備有限公司；UV-2100型可見分光光度計：上海尤尼柯儀器有限公司；NDJ-1型旋轉式黏度計：上海天平儀器廠；AY-120W型電子分析天平：日本島津公司；SFG-02型電熱恒溫鼓風干燥箱：黃石恒豐醫(yī)療器械廠；SHB-B88型循環(huán)水多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；KDF-103F型自動定氮儀：上海纖檢儀器有限公司；TDL-5型離心機：上海安亭科學儀器廠；DL-1型萬用電爐：北京永光明醫(yī)療儀器廠；85-1型恒溫磁力攪拌器：常州國華電器有限公司；HH·S11-Ni2型電熱恒溫水浴鍋：北京市長源實驗設備廠。

1.3蝦殼中蝦青素的測定

1.3.1蝦青素標準曲線的制備

標準溶液的配制：精密稱取蝦青素標準品10 mg，用乙醇將其充分溶解，定容于100 mL容量瓶中，搖勻，即該蝦青素標準品溶液的質量濃度0.1 mg/mL。

標準曲線的制備：準確吸取0.1 mg/mL蝦青素對照品溶液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL，分別置于6只10 mL具塞比色管中，加乙醇稀釋至刻度。搖勻靜置10 min后，在波長472 nm處進行紫外吸光度的測定，以吸光度（Y）為縱坐標，蝦青素含量X/（mg/mL）為橫坐標，繪制標準曲線，得回歸方程：

Y＝312.68X + 0.002 8，R2＝0.999 7。

結果表明：蝦青素對照品質量濃度在0.01 mg/mL～0.05 mg/mL范圍內與吸光度呈良好線性關系。

1.3.2蝦青素提取的工藝流程

—靜置分層—上清液—有機溶劑萃取—分液漏斗分液—有機溶劑提取—真空濃縮—蝦青素

沉淀—有機溶劑提取—離心分離—上清液—真空濃縮—蝦青素

1.3.3蝦青素的測定

取已經(jīng)濃縮好的蝦青素樣品10 mg充分溶解，定容至100 mL容量瓶中，從中吸取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL，分別置于5只10 mL具塞比色管中，加乙醇稀釋至刻度，搖勻靜置10 min后，以乙醇作為對照，在波長472 nm處進行紫外吸光度的測定，用回歸方程計算樣品溶液中蝦青素的質量濃度X/（mg/mL）。

由以下公式計算蝦青素的含量：

樣品中蝦青素的質量濃度/（mg/mL）＝

式中：稀釋倍數(shù)為10/測樣所吸取蝦青素稀釋液的體積；供試品定容體積100 mL。

1.4蝦殼中殼聚糖的測定

1.4.1殼聚糖提取的工藝流程

1.4.2殼聚糖指標的測定

水分的測定參照GB5009.3-2010《食品安全國家標準食品中水分的測定》[6]，灰分的測定參照GB 5009.4-2010《食品安全國家標準食品中灰分的測定》[6]，蛋白質的測定參照GB/T 6432-94《飼料中粗蛋白測定方法》[7]，脫乙酰基度和黏度的測定參照SC/T 3403-2004《甲殼質與殼聚糖》[8]，殼聚糖的提取率按如下公式計算：

1.4.3殼聚糖的外觀及在醋酸中的溶解狀態(tài)

取固體殼聚糖2.5 g溶解在250 mL 1 %的醋酸溶液中，配成1 %的殼聚糖醋酸溶液，觀察殼聚糖在醋酸中溶解的快慢，溶液的透明度、黏稠程度、底部雜質等。

2　結果與分析

2.1蝦青素的形態(tài)及提取率

各組別中蝦青素的顏色，形態(tài)及提取率的比較見表1。

表1蝦青素的顏色，形態(tài)及提取率Table 1 The color，state and extraction percentage of the pigment

已有研究表明，蝦青素在蝦殼中大多以與蛋白質或鈣結合的形式存在。而在有機溶劑中則以游離或酯的形式存在，穩(wěn)定性相對較差，在光照、氧等條件下極易氧化，并且也易異構化從而導致褪色或吸收峰偏移等[9]。表1表明，新鮮蝦殼中，蝦青素的質量濃度和提取率最高，且遠遠高于其他3組，其顏色也是鮮紅而富有光澤，是流動的，呈蝦油的狀態(tài)。舊蝦殼和油燜蝦殼的質量濃度和提取率均較低，顏色是暗紅的，呈凝固狀態(tài)。

2.2殼聚糖的生化分析

各組別中殼聚糖的提取率和生化含量的比較見表2。

表2殼聚糖的提取率和生化分析Table 2 The extraction percentage and analysis of biochemistry of the chitosan

4種組別中殼聚糖的水分和灰分指標均達到工業(yè)用的殼聚糖的級別，含氮量和脫乙酰基度差別不大。4組在規(guī)格上均屬于低脫乙酰基度（<75.0 %）。可能是由于蝦殼材料的緣故，目前生產(chǎn)上所獲得的高脫乙酰基度基本都以阿拉斯加的鱈蟹為原材料提取。表2表明，不同組別所提取的殼聚糖在黏度方面存在的差異較大。其中A組別屬于中等黏度，C、D屬于高黏度，B組屬于超高黏度。

2.3殼聚糖的外觀及在醋酸中的溶解狀態(tài)

各組別中殼聚糖的外觀及在醋酸中的溶解狀態(tài)比較見表3。

表3表明，A組在醋酸中溶解是最快的，狀態(tài)澄清，易流動；而B組最慢，渾濁且不易流動。試驗表明，各組別中溶解快慢，黏稠度與自身的黏度成正相關。黏度越小，分子量越小，越容易溶解，溶液越澄清；黏度越大，則相反。而實際應用中，不同的黏度規(guī)格有不同的作用。D組底部有白色絮狀沉淀，雜質較多，可能是油燜大蝦在油炸﹑扔棄的過程中，參雜了很多雜質在里面，難以降解所致。

表3殼聚糖的外觀及在醋酸中的溶解狀態(tài)Table 3 The appearance and the dissolved state in acetic acid of the chitosan

3　結論

以4種不同來源蝦殼為原料提取蝦青素的結果表明，以菜市場新鮮蝦殼為原料，蝦青素的質量濃度最高，提取率最高，色澤最好；而油燜蝦殼和舊蝦殼的的質量濃度和提取率均較低。已有研究表明，蝦青素是一種非常不穩(wěn)定的類胡蘿卜素，在光照，溫度，溶劑等外界條件的影響下極易氧化褪色[10]。舊蝦殼可能因在冰箱中儲存過久，導致蝦青素被氧化褪色；油燜蝦殼可能因在油炸高溫的過程中，導致蝦青素中不耐熱部分降解褪色。以4種不同來源蝦殼為原料提取殼聚糖的結果表明，4種原料的生化分析中，只有在黏度方面存在差別，可結合實際的需要選擇不同黏度的殼聚糖。但在外觀、溶解性和透明度方面，新鮮蝦殼明顯優(yōu)于其他組別的蝦殼。

參考文獻：

[1]施安輝,蕭海杰.目前國內外蝦青素研究的進展[J].生物工程進展,1999,19(1):29-31

[2]胡雅馨,惠伯棣,李陽.食用蝦中蝦青素類化合物的含量和組成[J].食品科學,2007,28(8):389-392

[3]吳光明,王金茂,吳兵,等.蟹背甲紅色素的化學成分及其應用研究[J].添加劑和輔料特輯,1996(3):22-23

[4]李梅,葉小其,張余榮,等.綠色飼料添加劑——殼聚糖[J].飼料營養(yǎng),2008(4):58

[5]王潤連,賈志海,朱曉萍.甲殼素和殼聚糖的營養(yǎng)研究進展[J].動物營養(yǎng)學報,2006,18(4):299-302

[6]楊惠芬,李明元,沈文.食品衛(wèi)生理化檢驗標準手冊[M].北京:中國標準出版社:39-40,46-47

[7]國家技術監(jiān)督局.GB/T 6432-94飼料中粗蛋白測定方法[S].北京:中國標準出版社,1994

[8]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部. SC/T 3403-2004甲殼質與殼聚糖[S].北京:中國標準出版社,2004

[9]姜啟興,夏文水.龍蝦殼中色素的穩(wěn)定性研究[J].食品科學,2006, 27(6):61-64

[10]姜淼,楊賢慶,李來好,等.高效液相色譜法測定蝦殼中的蝦青素[J].食品科學,2010,31(20):371-375

The Research of the Pigment and Chitosan Extracted from Shrimp Shells as Raw Materials

XU Wen-gang1，GU Qing-zhou1，CHEN Huai-xin1，2，*
（1. Wuhan Gaoyuan Biotech Technology Development Co.，Ltd.，Wuhan 430000，Hubei，China；2. Hubei University，Life and Science College，Wuhan 430030，Hubei，China）

Abstract：The pigment and the chitosan were extracted from different states of shrimp shells as raw materials，which is respectively A：fresh shrimp shells；B：old shrimp shells；C：the hybrid of fresh and old shrimp shells；D：braised shrimp shells，by the way of enzymatic hydrolysis and acid-base methods. The compared research was analyzed from the color，state and extraction rate of the pigment，as well as the extraction rate and analysis of biochemistry and the solubility in acetic acid of the chitosan. The results of research indicated that the pigment from the fresh shrimp shells as raw materials could get the highest extraction rate，as well as the best color and state. At the same time，the chitosan could get the lowest viscosity，the best solubility and transparency. However，the chitosan from the old shrimp shells could get the highest viscosity，but the worst solubility and transparency.

Key words：different states；shrimp shells；pigment；chitosan

收稿日期：2014-10-11

*通信作者

作者簡介：徐文剛（1985—），男（漢），工程師，碩士，主要從事生化加工、天然產(chǎn)物的開發(fā)及利用方面的研究。

基金項目：武漢市科技計劃項目“生物降解制備甲殼素及其副產(chǎn)品”（200951732547）；武漢市科技計劃項目“生物降解制備蝦青素”（201220837308）

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.03.016