蝦殼粉的營養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)及蝦青素閃提工藝參數(shù)研究

聶芙蓉，郭良興，李夢(mèng)云，邢利敏，程 偉

(1.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 動(dòng)物科技學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.鄭州市反芻動(dòng)物營養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450046；3.河南省非常規(guī)飼料資源創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450046)

蛋白質(zhì)飼料短缺在一定程度上成為畜牧業(yè)發(fā)展的障礙，為此非常規(guī)飼料資源開發(fā)研究空前活躍[1]。我國小龍蝦蝦殼總量約58萬噸/年[2]，成本低，蛋白質(zhì)和鈣含量豐富；另外，還含有一定量的蝦青素等，提取出來的蝦青素可以應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)[3,4]，特別是在飼料禁抗的今天可作為一種首選的飼料添加劑。目前對(duì)蝦殼粉的營養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)大多停留在其蛋白質(zhì)含量方面[5,6,7]，未見有全面系統(tǒng)評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)；在蝦青素的提取方法上雖有一些研究報(bào)道，但未見有關(guān)用閃式提取技術(shù)的報(bào)道。對(duì)蝦殼粉的營養(yǎng)價(jià)值做了全面的分析評(píng)價(jià)，并用乙酸乙酯作溶劑，利用閃式提取技術(shù)研究蝦殼粉中蝦青素提取的工藝參數(shù)，能為更好利用蝦殼粉，解決我國面臨的蛋白質(zhì)飼料原料短缺的現(xiàn)狀提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)材料

蝦殼粉：湖北潛江小龍蝦蝦殼粉加工廠；蝦青素標(biāo)準(zhǔn)品：北京索萊寶科技有限公司。

1.1.2 主要試驗(yàn)儀器

閃式提取器(JHBE-50T)：北京金鼐科技發(fā)展有限公司；閃式提取控制器(JHBE-50T)：寧波貝德爾電訊電機(jī)有限公司；YRE-201D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：鞏義予華儀器有限責(zé)任公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蝦殼粉中各成分的測定

粗蛋白、粗灰分、粗脂肪、水溶性氯化物、氨基酸、能量、總磷、鈣、維生素D3、重金屬砷、汞、鉛、胃蛋白酶消化率、揮發(fā)性鹽基氮的測定分別參照國標(biāo)方法。

1.2.2 蝦青素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

蝦青素標(biāo)液配制：將20 mg蝦青素標(biāo)準(zhǔn)品先放入小燒杯中用乙酸乙酯溶劑，再轉(zhuǎn)入100 mL的棕色容量瓶中用乙酸乙酯定容，再稀釋成40 μg/mL的蝦青素標(biāo)液。

用96孔板酶標(biāo)儀，在 474 nm 處測吸光值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見圖1)。試驗(yàn)中蝦青素濃度和吸光值之間關(guān)系式為y=0.0184x+0.0708，R2=0.9958，線性關(guān)系良好。

圖1 蝦青素的標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.2.3 閃式提取時(shí)間的設(shè)定

分別稱取蝦殼粉100 g，置于3個(gè)盛有2000 mL乙酸乙酯(99.5%)的大燒杯中，此時(shí)蝦殼粉與乙酸乙酯的比例為1∶20(g/mL)，提取溫度為室溫，閃式提取器轉(zhuǎn)速為3500 r/min，研究閃提時(shí)間分別為 2 min、4 min、6 min對(duì)蝦殼粉提取率的影響。常溫提取后，過濾兩次，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶液中的乙酸乙酯回收，待溶液剩50 mL左右時(shí)停止蒸發(fā)，冷卻至室溫，用乙酸乙酯定容至100 mL的棕色容量瓶中，搖勻，靜置，移取2 mL上清液置于50 mL的棕色容量瓶中，用純度為99.5%的乙酸乙酯定容至刻度線。將稀釋過的溶液取200 μL置于酶標(biāo)儀中，在474 nm處測吸光值。

1.2.4 閃式提取轉(zhuǎn)速的設(shè)定

分別稱取蝦殼粉100 g，置于3個(gè)盛有2000 mL乙酸乙酯(99.5%)的大燒杯中，此時(shí)蝦殼粉與乙酸乙酯的比例為1∶20(g/mL)，提取溫度為室溫，閃提時(shí)間2 min，研究提取轉(zhuǎn)速分別為3500 r/min、4000 r/min、4500 r/min對(duì)蝦殼粉提取率的影響。具體方法同1.2.3。

1.2.5 閃式提取料液比的設(shè)定

分別稱取蝦殼粉100 g，置于3個(gè)1000 mL、1500 mL、2000 mL乙酸乙酯(99.5%)大燒杯中，提取溫度為室溫，閃提時(shí)間2 min，閃提器的轉(zhuǎn)速為4000 r/min，研究蝦殼粉與乙酸乙酯的比例分別為 1∶10、 1∶15、 1∶20(g/mL)對(duì)蝦青素提取率的影響。方法同1.2.3。

2 結(jié)果與分析

2.1 蝦殼粉中各營養(yǎng)成分含量的結(jié)果分析

2.1.1 蝦殼粉中常規(guī)養(yǎng)分含量

蝦殼粉中常規(guī)養(yǎng)分含量見表1。由表1可知蝦殼粉中粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、鈣的含量均比較高。

表1 蝦殼粉的常規(guī)營養(yǎng)成分含量 %

2.1.2 蝦殼粉中氨基酸的含量及評(píng)分

蝦殼粉中含有17種氨基酸，其中必需氨基酸7種(見表2)。總氨基酸為31.38%，必需氨基酸為11.93%，必需氨基酸占總氨基酸的38.02%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比值為61.34%，氨基酸中同風(fēng)味的谷氨酸、天冬氨酸含量較多，其中谷氨酸含量為4.63%，天冬氨酸含量為2.57%，分別占總量的14.75%和10.70%。

表2 蝦殼粉中各氨基酸含量 %

根據(jù)糧食與農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織(FAO/WHO)(1973)建議的，氨基酸評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)模式和全雞蛋蛋白的氨基酸模式[8]評(píng)定蝦殼粉的質(zhì)量，分別按以下公式計(jì)算氨基酸評(píng)分(AAS)、化學(xué)評(píng)分(CS)[9]。

由表3可知，蝦殼粉中必需氨基酸占總氨基酸的比例低于雞蛋蛋白標(biāo)準(zhǔn)模式，但高于FAO模式。AAS以(苯丙氨酸+酪氨酸)最高，(蛋氨酸+胱氨酸)最低；CS以(蛋氨酸+胱氨酸)最低，蘇氨酸最高。

表3 蝦殼粉中必需氨基酸評(píng)價(jià) %

2.1.3 蝦殼粉中其他成分及體外消化率

蝦殼粉中其他成分及體外消化率見表4。由表4可知，蝦殼粉的總能為16.257 MJ/kg，胃蛋白酶消化率為83.1%，揮發(fā)性鹽基氮的含量為1.11 mg/100 g；重金屬中總砷為1.62 mg/kg，其他均為檢測到。

表4 蝦殼粉中其他成分及體外消化率

2.2 蝦青素閃式提取率的結(jié)果與分析

2.2.1 閃式提取時(shí)間對(duì)蝦青素提取效果的影響

蝦青素的提取時(shí)間和吸光值不成正比，6 min時(shí)測得的吸光值比4 min測得的吸光值大，2 min測得的吸光值比6 min測得的吸光值大，提取時(shí)間為2 min時(shí)的提取效果最好(見圖2)。6 min的吸光值比4 min的吸光值大，可能是提取時(shí)間越長，蝦青素被氧化的越多。

圖2 不同閃式提取時(shí)間的吸光值

2.2.2 閃式提取轉(zhuǎn)速對(duì)蝦青素提取效果的影響

由圖3可以看出，在閃式提取器提取2 min時(shí)，4000 r/min的吸光值大于4500 r/min的吸光值，4500 r/min的吸光值大于3500 r/min的吸光值，4000 r/min的吸光值最大，提取效果最好。3500 r/min時(shí)，吸光值不是最大，可能是轉(zhuǎn)速太小，蝦青素不能完全溶于乙酸乙酯中，4500 r/min時(shí)閃提轉(zhuǎn)速太大，將物質(zhì)破環(huán)，導(dǎo)致吸光值降低。

圖3 不同閃提轉(zhuǎn)速的吸光值

2.2.3 料液比對(duì)蝦青素提取效果的影響

在閃提2 min，閃式提取器轉(zhuǎn)速為4000 r/min時(shí)，蝦殼粉與乙酸乙酯的比例為1∶20的提取效果最好(見圖4)?？赡苁请S著料液比增大，蝦青素溶于乙酸乙酯的量越多。

圖4 不同料液比的吸光值

3 討論

3.1 蝦殼粉中主要成分含量的分析

試驗(yàn)所測得的蝦殼粉中粗蛋白含量(39.18%)高于宋翔[6]等報(bào)道的南美白對(duì)蝦蝦殼粗蛋白含量、低于張祥剛[7]等報(bào)道的南極磷蝦蝦殼粗蛋白含量、與唐紅楓[5]等報(bào)道的凡納對(duì)蝦蝦殼粗蛋白含量和王潤蓮[10]等人在蝦、蟹、螺副產(chǎn)物的營養(yǎng)價(jià)值測定結(jié)果基本接近；粗脂肪含量與所報(bào)道的這幾種蝦殼中含量相比最高；鈣含量高于南極磷蝦蝦殼含量，但是低于凡納對(duì)蝦蝦殼含量和南美白對(duì)蝦蝦殼含量；其他幾種蝦殼均未檢測總磷和水溶性氯化物的含量。導(dǎo)致這些指標(biāo)差異的原因可能是：蝦品種的不同、蝦殼的加工與否以及加工方法和蝦殼粉中蝦肉的含量的多少等。同時(shí)，試驗(yàn)還測定了蝦殼粉中總能值含量為16257.00 J/g，相對(duì)較高，但未見有關(guān)蝦殼粉能量的報(bào)道，無從比較。

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單元，動(dòng)物性飼料中氨基酸的含量及組成，不僅決定蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值，而且與香味、風(fēng)味有關(guān)。必需氨基酸的組成與含量通常是衡量一種蛋白質(zhì)飼料優(yōu)劣的重要指標(biāo)[11]。必需氨基酸含量越高，必需氨基酸與非必需氨基酸的比值越高，營養(yǎng)價(jià)值越高[12]。試驗(yàn)蝦殼粉的總氨基酸為31.38%，必需氨基酸為11.93%，必需氨基酸占總氨基酸的38.02%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比值為61.34%，說明其營養(yǎng)價(jià)值比較高。

根據(jù)FAO/WHO的理想模式，質(zhì)量好的蛋白質(zhì)組成氨基酸的EAA/NEAA在60%以上、EAA/TAA在40%左右[13]。本蝦殼粉的氨基酸EAA/NEAA為61.34%，EAA/TAA為38.02%，均基本符合理想模式。

與鮮味有直接關(guān)系的氨基酸是谷氨酸和天冬氨酸[14,15]，試驗(yàn)蝦殼粉中谷氨酸含量為4.63%，天冬氨酸含量為2.57%，相對(duì)含量比較高，分別占總量的14.75%和10.70%。這說明蝦殼粉能夠適當(dāng)增加飼料的風(fēng)味。

TVB-N是評(píng)價(jià)動(dòng)物源性飼料原料質(zhì)量和新鮮度的一個(gè)重要指標(biāo)[16-22]，已使用該指標(biāo)在飼料行業(yè)中進(jìn)行評(píng)估動(dòng)物性飼料原料及其飼料產(chǎn)品的新鮮度，并且魚粉、肉骨粉、血球粉等飼料原料的國家標(biāo)準(zhǔn)[23-25]中規(guī)定了TVB-N的限量值。但還未見對(duì)蝦殼粉的TVB-N的限量值。試驗(yàn)中測定的揮發(fā)性鹽基氮的含量為1.11 mg/100 g，遠(yuǎn)低于魚粉、肉骨粉、血球粉等飼料原料的國家標(biāo)準(zhǔn)，說明新鮮度較好。動(dòng)物性蛋白質(zhì)飼料胃蛋白酶消化率，從其蛋白質(zhì)利用的角度對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，比單純粗蛋白更準(zhǔn)確。因蝦殼粉本身是下腳料，蝦肉相對(duì)較少，胃蛋白酶消化率稍低于魚粉和肉粉，但就其原料本身來講，83.1%的胃蛋白酶消化率也相對(duì)較高了。

動(dòng)物性飼料中的重金屬含量與動(dòng)物產(chǎn)品的重金屬含量密切相關(guān)，特別是肝臟、腎臟等是重金屬主要存在器官，食用后對(duì)人體造成危害[26]；參照國家飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 13078-2017)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甲殼類動(dòng)物及其副產(chǎn)品的總砷含量小于等于15 mg/kg。試驗(yàn)測得蝦殼粉中的總砷(以As計(jì))含量為1.62 mg/kg；在檢出限為0.00015 mg/kg的條件下，未檢測出汞；在定量限為2 mg/kg的條件下，未檢測出鉛。試驗(yàn)樣品只測出來重金屬砷，且符合飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，是一種安全的飼料原料。

3.2 影響蝦青素提取率的因素

同一溶劑同一品種的蝦殼比較，試驗(yàn)提取的蝦青素量多。張旭等[27]從小龍蝦蝦殼中提取蝦青素時(shí)，蝦殼與乙酸乙酯的比例為1∶2，溶劑用量太少，可能是蝦青素不能完全溶解到乙酸乙酯中，導(dǎo)致蝦青素的提取量少。

不同溶劑同一品種的蝦殼比較，兩種提取方法的料液比一樣，宋慶洋[28]等人的試驗(yàn)溫度為30 ℃，提取時(shí)間為2 h，提取兩次，提取結(jié)果和本試驗(yàn)的結(jié)果相差44.46 μg/g，并且花費(fèi)時(shí)間長；本試驗(yàn)提取只需要2 min，可以節(jié)省很多時(shí)間，但是提取率大于宋慶洋等人的提取率。

同一溶劑，蝦殼粉與乙酸乙酯的比值都為1∶20，本試驗(yàn)的提取率是何立堅(jiān)[29]等人提取率的6倍多，可能是明蝦蝦殼中的蝦青素本來含量就少，也可能和試驗(yàn)方法有關(guān)。

不同溶劑、不同溫度和不同提取時(shí)間進(jìn)行比較，南美白對(duì)蝦蝦殼中蝦青素的提取率大于本實(shí)驗(yàn)的提取率。王茵[30]等人對(duì)南美白對(duì)蝦蝦殼進(jìn)行了前處理脫鈣，用幾次浸泡的方式，反復(fù)提取，溫度為60℃，而本實(shí)驗(yàn)提取溫度為室溫，沒有反復(fù)提取和浸泡，用的溶劑不同，蝦的品種也不同，沒有王茵等人得出的蝦青素提取率高。但本試驗(yàn)方法不用浸泡、用時(shí)最短、不需要加熱、溫度低、操作簡單方便，值得借鑒推廣。

4 結(jié)論

蝦殼粉是一種安全、營養(yǎng)價(jià)值全面、蛋白質(zhì)含量較高的飼料原料。利用閃提技術(shù)提取蝦青素的最佳工藝參數(shù)為：提取時(shí)間為2 min、轉(zhuǎn)速為4000 r/min、料液比為1∶20，該條件下蝦青素的提取率為192.66 μg/g。