高效液相色譜法測定蝦殼中的蝦青素

姜 淼，楊賢慶*，李來好，岑劍偉，郝淑賢，魏 涯，陳勝軍，戚 勃

(1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510300；2.廣東海洋大學食品科技學院，廣東 湛江 524088)

高效液相色譜法測定蝦殼中的蝦青素

姜 淼1,2，楊賢慶1,*，李來好1，岑劍偉1，郝淑賢1，魏 涯1，陳勝軍1，戚 勃1

(1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510300；2.廣東海洋大學食品科技學院，廣東 湛江 524088)

建立高效液相色譜法(HPLC)測定蝦殼中蝦青素的方法。通過正交試驗考察蝦殼中蝦青素的最佳提取條件。結(jié)果表明，以乙酸乙酯為提取劑，超聲波輔助處理30min，后振蕩15min，重復兩次，蝦青素可被充分提取。該方法蝦青素質(zhì)量濃度在0.2～10μg/mL內(nèi)具有良好的線性關(guān)系(R2=0.9999)，回收率在80.41%～109.21%之間，相對標準偏差在4.65%～7.45%之間，蝦青素定量限為0.075mg/kg。該法分析快速準確、靈敏度高、重現(xiàn)性好，回收率高。

蝦殼；蝦青素；正交試驗；高效液相色譜法

蝦青素(astaxanthin)是分子式為C40H52O4的酮式類胡蘿卜素，目前具有最強抗氧化活性的類胡蘿卜素，其抗氧化活性是VE的500倍以上[1-2]。此外，蝦青素還具有抗腫瘤、降血脂以及增強連接通訊的功能[3-4]，在食品、化妝品以及其他行業(yè)具有廣泛用途，市場前景廣闊。魚鱗中含有豐富的蝦青素資源，Stepnowski等[5]對魚鱗廢水中的蝦青素資源回收進行了研究，蝦青素產(chǎn)率達360μg/g干質(zhì)量。我國沿海地區(qū)具有豐富的甲殼類水產(chǎn)品資源，年產(chǎn)量500萬噸，對蝦加工主要集中在蝦仁上，加工廠的廢棄物占原料的70%～85%[6]。長期以來，我國對這部分資源沒有進行有效利用，除少量被用于生產(chǎn)肥料或飼料、制備甲殼素之外，大部分被作為垃圾扔掉[7]，這樣既浪費資源又污染環(huán)境。對蝦下腳料中蝦青素的開發(fā)利用可變廢為寶，實現(xiàn)資源的高效利用。目前，蝦青素的檢測方法有薄層色譜法、分光光度法[8-9]、高效液相色譜-質(zhì)譜法[10]。傳統(tǒng)的分光光度法并不能準確的檢測物質(zhì)中游離蝦青素的質(zhì)量濃度，游離蝦青素的最大吸收波長在476nm附近，蝦青素酯在476nm波長處也存在吸收，其所測是游離蝦青素與蝦青素類酯的總和。上述方法普遍存在樣品前處理復雜、分析時間長等問題。高效液相色譜柱能夠?qū)⒂坞x蝦青素與蝦青素酯分離，并進行定性、定量分析，方法可行。目前對蝦青素的研究主要集中在紅法夫酵母和雨生紅球藻，高效液相的提取檢測以這兩種原料為主[11-14]。本實驗以蝦殼為原料，對蝦青素提取條件進行優(yōu)化，去酯處理后，進行高效液相分析，該法準確可行，操作方便。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蝦殼；蝦青素標準品(純度95.8%) 德國Dr公司；乙腈、甲醇、四氫呋喃(色譜純)；提取劑：二氯甲烷(dichloromethane，DCM)、乙酸乙酯(acetic ether，AE)、石油醚(light petroleum，LP)、正己烷(n-hexane，n-H)、甲醇(methanol，MeOH)、丙酮(acetone，ACT)、乙醚(ethylether，EtE)、異丁醇(isobutyl alcohol，IBA)、異丙醇(iso-propyl alcohol，IPA)、乙醇(alcohol，EtOH)(分析純)。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent1100型高效液相色譜儀 美國安捷倫公司；MMV-1000W型振搖器 廣州托普儀器有限公司；N-1000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 日本Eyela公司；SUPELCO固相萃取裝置 廣州儀科有限公司；CNW C18固相萃取柱(3mL/500mg) 上海安譜公司。

1.3 方法

1.3.1 提取

將蝦殼(含蝦頭)置于小燒杯中，剪碎，稱取1～5g放入50mL離心管中，加入25mL提取劑均質(zhì)。將其超聲處理(35kHz)，再振蕩，4500r/min離心5min，收集上清液，向料渣中加入提取劑，重復操作兩次，合并所得上清液，60℃減壓蒸干得蝦青素粗提品。以正交設(shè)計確定最佳提取條件，選取提取率較高的有機試劑結(jié)合有利于產(chǎn)率提高的因素進行正交設(shè)計[15]，即以料液比、有機試劑種類、超聲波時間、振蕩時間為因素來進行四因素三水平試驗[17-18]，因素與水平見表1。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

1.3.2 凈化

加入20mL甲醇溶解蝦青素粗提品，取5mL甲醇活化CNW C18固相萃取柱，然后轉(zhuǎn)移2mL甲醇蝦青素溶液至C18柱中。用10mL甲醇洗脫，分4次添加到柱中，調(diào)節(jié)流速，使其以3mL/min的流速流出，收集全部洗脫液，60℃減壓蒸干，加5mL甲醇復溶，過0.22μm有機濾膜，備用。

1.3.3 上樣

將處理好的樣品進行高效液相分析，根據(jù)目標物質(zhì)與雜質(zhì)色譜峰的分離情況確定蝦青素的色譜條件，經(jīng)過流動相的比較，以最優(yōu)色譜條件來進行分析，并用此條件建立標準曲線，分析樣品。

1.3.4 蝦青素含量計算

樣品中蝦青素的含量以液相測量值轉(zhuǎn)化而來，即：

式中：X為樣品中蝦青素的含量/(μg/g)；A為提取液中蝦青素的質(zhì)量濃度/(μg/mL)；m為樣品的稱取量/g；V為初次定容體積/mL；V1為過固相萃取柱溶液的體積/mL；V2為固相萃取柱洗脫液蒸干后復溶的體積/mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取劑的篩選

物質(zhì)之間具有相似相容的特性，蝦青素是弱極性物質(zhì)。為了最大效率的將蝦殼中的蝦青素提取出來，選用以下幾種溶劑作為萃取劑，其極性分別為二氯甲烷(DCM) 3.4、乙酸乙酯(AE) 4.3、石油醚(LP) 0.01、正己烷(n-H) 0.06、甲醇(MeOH) 6.6、丙酮(ACT) 5.4、乙醚(EtE) 2.9、異丁醇(IBA) 3、異丙醇(IPA) 4.3和乙醇(EtOH) 4.3。分別用上述有機試劑作為提取劑對蝦青素提取，以確定最佳提取劑。

圖1 蝦青素有機試劑提取率比較Fig.1 Effect of solvents on astaxanthin extraction

由圖1可見，對于上述溶劑，石油醚、正己烷、異丁醇，提取率低，可能與其極性太低有關(guān)，極性在3～5.4之間的溶劑對蝦青素的提取效果較好，由此可知，蝦青素提取率與物質(zhì)極性存在一定的相關(guān)性。超聲波在介質(zhì)中傳播時，會產(chǎn)生熱效應(yīng)、機械效應(yīng)和空化效應(yīng)[15-16]，具有增加蝦青素提取率的作用，乙酸乙酯超聲(35kHz)處理可提高蝦青素的產(chǎn)率。以丙酮作為提取劑，減壓蒸餾操作時易暴沸，當原料含有水分時，即使溫度超過80℃也不易蒸干，蝦青素粗提物中丙酮味重，不易去除。由圖1可知，丙酮的穩(wěn)定性低，誤差大，故舍棄丙酮。

2.2 提取條件的正交試驗

選取提取率較佳的提取劑及有利于產(chǎn)率提高的因素進行正交設(shè)計，即選料液比、有機試劑種類、超聲波時間、振蕩時間進行四因素三水平試驗[17]。用正交設(shè)計軟件來分析結(jié)果，確定蝦青素提取的最佳條件。

表2 浸提正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Orthogonal array design arrangement and experimental results

由正交試驗結(jié)果(表2)可知，影響因素：有機溶劑＞振蕩時間＞超聲時間＞料液比，即最優(yōu)條件為D1C3B3A3：選用料液比1:5以乙酸乙酯為萃取劑，超聲處理30min，振蕩15min。平均得率與丙酮相比差異不顯著，且不易爆沸，易分離，因此，提取劑選乙酸乙酯。最佳條件：料液比1:5，乙酸乙酯作為萃取劑，超聲處理30min，振蕩15min，重復此操作2次。在正交試驗得出的最優(yōu)條件下進行驗證實驗，平行操作3次，結(jié)果分別為25.68、25.92、26.44μg/g，平均值為26.01μg/g，RSD為0.39%，該條件穩(wěn)定性好，提取率高。

2.3 固相萃取柱及條件的探索

蝦青素為弱極性物質(zhì)，而提取液中的酯類物質(zhì)極性更弱，甚至接近非極性。液相色譜中的C18分離柱為反相色譜柱，根據(jù)洗脫順序，極性強的物質(zhì)先被洗脫下來，非極性物質(zhì)在高效液相C18分離柱中不易洗脫，增加了樣品的分離分析時間。除去這些酯類物質(zhì)可以減少樣品分析時間，同時又降低酯類物質(zhì)對C18柱的污染，延長柱子的使用壽命。根據(jù)樣品的性質(zhì)及固相萃取柱本身的性質(zhì)，選用和C18分離柱填料相似的CNW C18固相萃取柱。按照固相萃取柱使用步驟進行，蝦青素以甲醇溶液上樣，游離蝦青素不易保留在柱中而易隨甲醇一同流出。蝦青素本身的特點導致蝦青素凈化時不需淋洗，直接洗脫，非極性的酯類物質(zhì)保留在柱中達到了凈化的目的。蝦青素甲醇溶液上樣后，淋洗會造成較大損失，而雜質(zhì)卻不易洗出。上樣量過大可造成蝦青素溶液在柱中不結(jié)合，直接流出，起不到凈化的目的。取2mL甲醇蝦青素溶液上樣，以流速3mL/min約10mL洗脫液可洗下游離蝦青素。

2.4 蝦青素標準溶液的吸收光譜

將蝦青素溶液在400～600nm間用分光光度計進行掃描，以確定最大吸收波長。結(jié)果如圖2所示，蝦青素甲醇溶液在476nm波長處具有最大吸收，高效液相色譜選此波長進行定量分析。

圖2 蝦青素甲醇溶液光譜掃描Fig.2 Scanning spectrum of astaxanthin in methanol

2.5 蝦青素HPLC檢測條件

色譜條件的選擇：經(jīng)前期實驗可知，選用90:10(V/V)甲醇-乙腈時，色譜峰有拖尾現(xiàn)象，對稱因子小于0.8，色譜峰分離效果不好；選用75:25(V/V)甲醇-乙腈時，對稱因子在0.8～1.0之間，色譜峰分離效果較好，因此選用甲醇-乙腈(75:25，V/V)作為流動相。因柱效是柱中流動相線性流速的函數(shù)，對內(nèi)徑為4.6mm的色譜柱，流速一般選擇1.0mL/min。本實驗選用分離柱型號為250mm×4.6mm(粒徑5μm)，用1.0mL/min洗脫效果較好，結(jié)果表明，流速較慢，色譜峰容易拖尾，流速太高不利于色譜峰分離。因蝦青素甲醇的分光光度計掃描最大吸收波長在476nm，同時選用470、480、482nm三個波長進行分析驗證，可知液相色譜在476nm同樣具有最大吸收波長。

由圖3、4可知，蝦青素在所選色譜條件下峰型良好，可達到基線分離，色譜條件選擇合適。

圖3 標準蝦青素色譜峰Fig.3 Chromatogram of astaxanthin standard

圖4 樣品蝦青素色譜峰Fig.4 Chromatogram of astaxanthin from shrimp shells

色譜條件：色譜柱：GraceSmart RP-18 5u(250mm×4.6mm，5μm)；柱溫：30℃；流動相：甲醇:乙腈75:25(V/V)，流速：1mL/min；檢測波長：476nm；進樣量：20μL。測定完畢，用甲醇-四氫呋喃80:20(V/V)清洗色譜柱，四氫呋喃對蝦青素酯溶解效果較好，但經(jīng)常使用四氫呋喃對色譜柱有損壞作用，甲醇對色譜柱具有保護作用，甲醇-四氫呋喃(80:20，V/V)洗脫10min可洗下柱中吸附的酯，四氫呋喃比例較少，不利于蝦青素酯洗脫。

2.6 蝦青素的標準曲線制作

圖5 蝦青素標準曲線Fig.5 Standard curve of astaxanthin

稱取5mg蝦青素標準品，加入100mL甲醇，定容至100mL，所得溶液為50μg/mL。經(jīng)過系列稀釋，可得到0.2、1、2、5、10μg/mL的系列標準溶液。標準曲線如圖5所示，以峰面積(A)為縱坐標，蝦青素質(zhì)量濃度ρ(μg/mL)為橫坐標，做標準曲線，求出相關(guān)系數(shù)和線性范圍，曲線方程為A=102.00ρ－4.16，相關(guān)系數(shù)為0.9999。蝦青素在0.2～10μg/mL內(nèi)(色譜峰面積與蝦青素濃度)具有很好的線性關(guān)系。0.2622μg/mL蝦青素對應(yīng)的信號噪聲是116.2，按照噪音的3倍計算檢測限，本方法檢出限為0.022mg/kg。

2.7 回收率實驗

分別稱取蝦殼以乙酸乙酯作為提取劑，按最優(yōu)實驗條件進行加標回收實驗，選取3個加標水平來進行驗證，同時在線性范圍最低濃度進行加標回收實驗，以驗證蝦青素提取方法的可靠性。同時進行3次平行實驗，以確定實驗的準確性。

表3 加標回收實驗Table 3 Results of recovery test

減壓蒸干提取液，用甲醇定容至20mL，移取2mL蝦青素粗提液過C18柱，收集洗脫液蒸干后分別用5mL甲醇復溶。由表3可知，相對標準偏差在4.65%～7.45%，回收率在80.41%～109.21%范圍內(nèi)，說明提取方法和檢測方法可行。

2.8 定量限及精密度

蝦青素標準曲線在0.2～10μg/mL的線性范圍內(nèi)具有良好的線性，定量限是指樣品中被測物能被定量測定的最低量，0.2622μg/mL蝦青素對應(yīng)的信號噪聲是116.2，按照噪音的10倍計算檢測限，本方法檢出限為0.075mg/kg。取蝦青素的標準溶液重復進樣6次，以確定儀器的精密度，所測得的質(zhì)量濃度分別為1.24、1.23、1.23、1.23、1.23、1.23μg/mL。由此數(shù)據(jù)可知蝦青素標準溶液的相對標準偏差僅為0.34%，說明儀器精密度較好，可以保證準確檢測樣品中蝦青素實際質(zhì)量濃度。

3 結(jié) 論

3.1 蝦青素見光易分解，蝦青素的整個提取純化過程要在避光的環(huán)境下進行，提取時避光處理，蒸餾時在蒸餾瓶的外部包上黑色塑料袋，以減少蝦青素的光分解。同時減壓蒸餾過程選用60℃水浴。在此溫度，乙酸乙酯可迅速蒸出以得到蝦青素的粗提品，利于蝦青素活性的保持，不易分解，蛋白等雜質(zhì)則可變性析出，很難溶于復溶劑，具有純化的作用。

3.2 液相分析之前需進行固相去酯處理，以除去在硅膠C18柱中不易洗脫的成分，降低液相分析時的洗滌強度，可保護高效液相分離柱，此過程可在幾分鐘之內(nèi)進行。固相萃取過程與皂化過程相比，具有分析時間短、操作方便的特點。過固相萃取柱時，用與高效液相分析相似的洗滌劑，在固相萃取柱中可以很快洗脫的物質(zhì)在高效液相中也可以很快的洗脫下來。液相洗脫液以甲醇為主，由于乙腈和甲醇極性相差不大，直接用甲醇作為固相萃取柱的洗滌液。李福生等[14]采用皂化去酯處理檢測雨生紅球藻中蝦青素，本方法與其相比，具有分析時間短，操作方便的特點，且上樣分析時間較短，確保樣品可在較短的時間內(nèi)完成分析。張華等[18]亦用固相萃取去酯，比較了活性炭小柱、ENVI-18小柱、LC-NH2后，最終選擇用LC-NH2小柱對樣品進行凈化，回收率可達90%，本研究直接以CNW C18固相萃取柱處理蝦青素粗提品得理想回收率，達80.41%以上。

3.3 丙酮、氯仿、乙醚、乙酸乙酯對色素具有較好的溶解性，但丙酮對蝦殼中的其他雜質(zhì)也有很好的溶解性。因而蒸餾時容易暴沸，容易造成蝦青素的沸出而影響產(chǎn)量，丙酮可與水互溶，減壓蒸餾往往使蒸餾甁中的溶液不易蒸干。用乙酸乙酯作為提取劑，溶液清澈，雜質(zhì)少，不易沸出，穩(wěn)定性好，二氯甲烷及乙醚提取率不及乙酸乙酯高。乙酸乙酯對對蝦下腳料中的蝦青素具有很好的提取效果，溶液清澈，毒性低，溶劑可回收利用。乙酸乙酯超聲可充分提取對蝦下腳料中的蝦青素，經(jīng)高效液相分析可準確測定樣品中游離蝦青素的質(zhì)量濃度，方法簡單便捷、利于操作，回收率可達80.41%以上。故以乙酸乙酯作為萃取劑，采用超聲波輔助處理30min，并震蕩處理15min，重復兩次，蝦青素回收率在80.41%以上。

3.4 本研究具有較高的應(yīng)用和實用價值。高效液相檢測的譜峰中成分較多，雖對于目標的檢出無影響，但不利用進一步的性質(zhì)分析，有待于進一步純化。

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Determination of Astaxanthin in Shrimp Shells by High Performance Liquid Chromatography

JIANG Miao1,2，YANG Xian-qing1,*，LI Lai-hao1，CEN Jian-wei1，HAO Shu-xian1，WEI Ya1，CHEN Sheng-jun1，QI Bo1
(1. South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China；2. College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China)

A method for determining astaxanthin in shrimp shells was established using high performance liquid chromatography(HPLC). The optimal conditions for sample preparation were explored by orthogonal array design to be extraction with ethyl acetate under the assistance of ultrasound treatment for 30 min followed by oscillation for 15 min and the procedure was repeated twice for full extraction of astaxanthin. A good linear relationship determined by HPLC method was observed when astaxanthin concentration was in the range of 0.2 to 10μg/mL (R2= 0.9999). The recovery rates for astaxanthin in a spiked sample ranged between 80.41% and 109.21% with relative standard deviations (RSD) between 4.65% and 7.45%. The limit of detection was 0.075 mg/kg. This method is characteristic of rapidity, accuracy, high sensitivity and recovery rate and good reproducibility.

shrimp shell；astaxanthin；orthogonal array design；HPLC

O657.6

A

1002-6630(2010)20-0371-05

2010-06-30

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2008BAD94B02)；廣東省海洋漁業(yè)科技推廣專項(A2009001-011(b)；A200901B02；A200901I03)；農(nóng)業(yè)部中央級公益性科研院所基本科研項目(2010YD08；2010TS09)

姜淼(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為海洋生物資源利用。E-mail：jiangmiao0535@163.com

*通信作者：楊賢慶(1963—)，男，研究員，本科，研究方向為功能食品。E-mail：yxqgd@163.com