天然蝦青素的提取和應(yīng)用

丁振中 張超 柳志強(qiáng) 史勁松 龔勁松

摘 要：綜述了從甲殼類(lèi)動(dòng)物提取蝦青素主要技術(shù)，文章主要總結(jié)蝦青素的制備工藝流程和蝦青素的質(zhì)量指標(biāo)，并分析了蝦青素的應(yīng)用前景，以供參考。關(guān)鍵詞：蝦青素；工藝流程；應(yīng)用情景

蝦青素（astaxanthin）又名蝦黃質(zhì)，蝦黃素，化學(xué)名稱(chēng)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(lèi)中居異戊二烯衍生物-類(lèi)胡蘿卜素。廣泛存在于生物界中，特別是水產(chǎn)動(dòng)物-蝦、蟹中含量較多，蝦青素除具有一般類(lèi)胡蘿卜素的化學(xué)性質(zhì)外，還具有優(yōu)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(duì)抗衰老、除皺、去斑、美容和心腦血管病有明顯作用。在生物醫(yī)藥、化妝品、保健品、食品添加劑，水產(chǎn)養(yǎng)殖方面有廣闊的應(yīng)用前景。

1 從甲殼類(lèi)動(dòng)物提取蝦青素主要技術(shù)

天然蝦青素分布于水生動(dòng)物的體內(nèi)及軟體動(dòng)物的殼內(nèi)，從中提取蝦青素的很多報(bào)道。但因含量較低、提取費(fèi)用較高，所以這種方法尚無(wú)規(guī)?；a(chǎn)，其工藝也僅限于研究。我國(guó)沿海水產(chǎn)資源豐富，水產(chǎn)品加工尤其是蝦仁加工企業(yè)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(fèi)，而且通常還帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，因此開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的回收蝦青素的方法，對(duì)甲殼類(lèi)加工下腳料的綜合利用具有重要的意義。

用于甲殼類(lèi)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(jī)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(yīng)用了堿液脫蛋白的原理，甲殼類(lèi)下腳料中的蝦青素大多與蛋白質(zhì)結(jié)合，以色素結(jié)合蛋白的形式存在，當(dāng)用熱堿液處理下腳料時(shí)，其中的蛋白質(zhì)溶出，而與蛋白質(zhì)結(jié)合的蝦青素也隨之溶出，從而達(dá)到提取蝦青素的目的。由于堿提法加工過(guò)程需消耗大量酸堿，同時(shí)加工廢水的污染也是很難解決的問(wèn)題，因此堿提法的研究和應(yīng)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(jìn)行的。該方法所用的油脂主要為可食用油脂類(lèi)，最常見(jiàn)的是大豆油，也有用魚(yú)油，如步魚(yú)油、鯡魚(yú)油、鱈魚(yú)肝油等。油用量直接影響蝦青素的提取效率。提取時(shí)溫度較高會(huì)影響蝦青素的穩(wěn)定性，另外提取后含色素的油不易濃縮，產(chǎn)品濃度不高，使應(yīng)用范圍受到限制，若想純化，需采用層析方法。

1.3 有機(jī)溶劑法

有機(jī)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(fā)，從而將蝦青素濃縮，得到濃度較大的蝦青素油，常見(jiàn)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(fā)現(xiàn)，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(bào)道的有機(jī)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(huán)利用，但過(guò)程損失量大，由此帶來(lái)的環(huán)境和成本問(wèn)題，使這種方法難以產(chǎn)業(yè)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(zhì)不易分離等原因，影響了甲殼中蝦青素提取技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。鑒于上述原因，本產(chǎn)品研發(fā)出的酶法隨程提取技術(shù)較好地解決了制約產(chǎn)業(yè)化的各種問(wèn)題，為生產(chǎn)高含量天然蝦青素提供了一條切實(shí)可行的路線。

2 產(chǎn)品經(jīng)優(yōu)化后的工藝流程

經(jīng)研究，本產(chǎn)品的生產(chǎn)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(guò)程采用了皂化保護(hù)的純化方法，使得到的蝦青素降解的更少。

流程說(shuō)明：（1）輥式擠壓：對(duì)蝦頭殼進(jìn)行預(yù)處理，回收蝦頭中蝦腦（蝦黃），這部分生物質(zhì)含有蝦青素。（2）酶法隨程提?。阂皇翘砑拥鞍酌笇?duì)蝦腦中蛋白成分進(jìn)行水解，促使蝦青素游離；二是蝦頭組織中的蝦油（高級(jí)脂肪酸），在攪拌酶解的同時(shí)，分散在體系中，形成雙液相萃取，發(fā)揮萃取和富集蝦青素的作用。上述過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，使蝦青素快速轉(zhuǎn)移到脂溶性組分中，能夠避免過(guò)程失活。（3）分離與轉(zhuǎn)萃：水解結(jié)束后，通過(guò)靜置或高速離心，分離出油層。再利用低沸點(diǎn)溶劑（如二氯甲烷）溶解，便于后續(xù)精制操作。（4）冷凍結(jié)晶脫除雜質(zhì)：利用蝦青素飽和度高、凝固點(diǎn)低的特性，選擇冷凍溫度，脫除提取物中部分高沸點(diǎn)脂肪酸，提高產(chǎn)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(guò)程對(duì)蝦青素的活性影響。通過(guò)皂化，使蝦青素酯轉(zhuǎn)型為蝦青素，同時(shí)使部分脂肪酸皂化，易于去除。（6）樹(shù)脂吸附：采用樹(shù)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(jìn)行上樣。收集二氯甲烷洗脫液進(jìn)行濃縮，獲得蝦青素產(chǎn)品。

3 小試相關(guān)技術(shù)優(yōu)化工藝研究

3.1 酶解技術(shù)及其條件研究

本產(chǎn)品分別選用木瓜蛋白酶、風(fēng)味酶、復(fù)合酶對(duì)蝦黃進(jìn)行酶解，制得蝦青素含量如下表1所示。根據(jù)表1可知，木瓜蛋白酶的酶解效果最佳，所以本產(chǎn)品產(chǎn)品選用木瓜蛋白酶更合適。

表1 不同蛋白酶對(duì)提取的影響

進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shù)及其反應(yīng)條件

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

進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)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(fù)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(shù)研究

由于產(chǎn)品含有一些脂肪酸和脂肪，會(huì)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(shí)水分因結(jié)冰成固體可通過(guò)抽濾除去，減少產(chǎn)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(xù)冷凍保存12h再趁冷抽濾，如是共重復(fù)操作三次，經(jīng)過(guò)冷凍除雜步驟后，蝦青素產(chǎn)品中的雜質(zhì)明顯減少。

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