虾蟹废弃物中虾青素的分离纯化研究进展.docx

虾蟹废弃物中虾青素的分离纯化研究进展摘要：概述了天然虾青素的来源和存在形式，并探讨碱提法、油溶法、有机溶剂萃取法、超临界CO2萃取、酶解法、亚临界流体萃取法等常用提取方法，对其效果进行评述。关键词：虾青素；存在形式；提取方法The Research Progress on Separation and Purification of Astaxanthin from Shrimp WastesAbstract: in this paper, the sources and existence forms were summarized. And the common methods which were usually adopted to extract as taxanthin such as alkali formulation, oily solvent method, organic solvent extraction, supercritical CO2 extraction, enzymolysis method and Subcritical fluid extraction had been described.Keywords: actaxanthin; form; extraction method虾青素(Astaxanthin)分子式为，全称为,-二羟基-,-二酮基-,-胡萝卜素，是一种天然非维生素A源的类胡萝卜素1，它广泛存在于虾、蟹、鱼中，比类胡萝卜素更容易被人体吸收和积累。虾青素分子中存在长共轭不饱和双键, 使得它的性质极不稳定。终端环结构上存在羟基和不饱和酮基以及羟基和酮基所构成的A-羟基酮2，使虾青素具有抑制肿瘤、抗氧化、抗癌变、增强免疫功能等多方面的生理作用，可用作抗癌变的预防治疗剂、抗衰老剂、食品着色剂等等，虾青素是一种具有很大发展前途的生物工程产品，在食品添加剂、水产养殖、化妆品、保健品和医药工业等诸多方面有着广阔的应用前景3。目前虾青素的生产主要有化学合成和天然提取两种方式。化学合成的虾青素是种不同构型的混合物，其中以3R，3S（右旋）为主，其稳定性和抗氧化活性明显低于天然虾青素，并且其价格昂贵，应用效果及生物安全性能等方面和天然虾青素也存在显著差异。目前国内外每年会产生大量虾蟹加工业的甲壳类废弃物，从甲壳类废弃料中提取回收虾青素成为生产天然虾青素的主要途径之一。甲壳动物（如虾及蟹）的壳内中的虾青素主要有3种存在形式：(1)蛋白质结合形式；(2)酯化形式；(3)游离态形式。其中游离态最不稳定，酯化形式存在最多，实际提取过程中主要是将酯化形式的虾青素进行有效分离纯化。近年来，挪威等国家在处理过程中加入无机酸或有机酸，破坏虾青素与蛋白质或骨骼的部分结合，增加虾青素的释放量，回收率可以达到180g/g，且纯度大大提高，但仍无法满足市场需求。1天然虾青素的分离提纯用于甲壳类加工下脚料中提取回收虾青素的方法主要有五种：碱提法、油溶法、有机溶剂法、超临界CO2流体萃取法和酶法。1.1碱提法天然虾青素大多与蛋白质结合，以类胡萝卜素蛋白结合物的形式存在。碱提法的原理是利用酸将其中的CaCO溶解，再利用碱(NaOH+Na2CO3)将虾青素分离，从而将蛋白质溶出，达到提取虾青素的目的。李子江4等发现碳酸钠洗涤浓度0.025 g/mL，温度25，时间6 min，虾青素的提取量为375g/g。杜云建等5研究发现最佳的提取条件为固液比1B 4(m:V)、氢氧化钠浓度0.5 mol/L、提取温度50，该条件下虾青素的提取率为9.31%。牛生洋等6用无水乙醇作为提取剂，利用响应面法优化提取工艺后，最佳工艺参数为温度39.5，时间62 min， pH值5.87，在此工艺下，虾青素含量较高，其OD500为0.44。近年来对酸碱提取虾青素的研究报道较少，主要是因为碱提法需要消耗大量的酸、碱，易造成环境污染；而且虾青素在碱性环境下经过高温处理很容易被氧化为虾红素，导致颜色发生改变。1.2油溶法虾青素是脂溶性物质，这为油溶法提取虾青素奠定了基础。所谓油溶法主要是采用可食用油脂提取，最常见的是大豆油，也可采用步鱼油、鲱鱼油、鳕鱼肝油等鱼油；相同的工艺条件下大豆油优于步鱼油和鲱鱼油的提取效果明显；此外油的种类、用量和提取温度都会影响虾青素的提取。油溶法提取虾青素虽然安全无毒，提取效率高；但浓度较低，需要采用柱层析方法进一步纯化；而且油提取温度一般较高(60-90),而较高的温度会影响虾青素的稳定性，因此该法提取虾青素的应用范围受到限制。1.3有机溶剂萃取法虾青素分子结构中仅有两个羟基，却存在大量的疏水基团，因此虾青素不溶于水而溶于有机溶剂，这一性质为有机溶剂萃取虾青素提供了基础。通常用有机溶剂提取后可将溶剂蒸发，从而将虾青素浓缩，得到浓度较大的虾青素油，同时溶剂也可回收循环利用。常用的有机溶剂有丙酮、乙醇、乙醚、石油醚、氯仿、正己烷及混合溶剂等，不同的溶剂提取效果不同。由于类胡萝卜素是几种胡萝卜素的混合体,分子极性不同，因此选择不同极性的萃取剂进行复配，可以有效提高虾青素的产率。杜春霖7以二氯甲烷为萃取剂，辅助微波处理，提取率达到3.92%。张影霞等8用乙酸乙酯在pH 4.0、50条件下提取2.5 h虾青素的产量为49.1g/g原料。有机溶剂法提取可采用浸提和回流提取的方法，但资料报道较多的主要是浸提法。实际采用的提取方法主要有两种：（1）单罐多次重复萃取，将试样放入匀浆器中提取。当溶剂中的虾青素浓度达到平衡后，将萃取液放出，再加溶剂进行下一次萃取。如此重复多次，直到细胞中的虾青素完全提取出来。（2）索氏提取法，是改良的单罐多次重复萃取。其优点是不断用新鲜的溶剂进行提取，萃取剂和原料细胞始终保持最大的浓度差，从而加快了萃取速度，提高了萃取率，最后得到的萃取液浓度较高，克服了单罐萃取浓度低的缺点。选择低沸点的有机溶剂萃取虾青素，则提取液经过旋蒸可得到高浓度的虾青素油，且有机溶剂可以回收利用；但提取过程中原料需要低温干燥处理，成本较高，而且有机溶剂的残留问题也可能影响虾青素在食品和药品等对安全性要求较高领域的应用，因而该法提取在实际生产中也受到一定限制。1.4超临界CO2萃取法近年来超临界流体CO2萃取(SCFE)技术因为CO2无毒无害、溶解能力强、成本低等一系列的优点，成为首选的工业萃取技术。周雪晴等9研究发现利用超临界CO2技术从海南对虾壳中提取虾青素，二氯甲烷作为夹带剂的加入可大大改善萃取效果，通过正交试验表明最佳工艺条件为萃取压力35MPa，萃取温度60。超临界流体CO2萃取技术由于提取产品纯度高、溶剂残留少、无毒副作用等优点而被重视；但目前因为设备前期投资大、生产技术要求高等原因，该法用于大规模工业生产尚存在一定困难。1.5酶解法油溶法和溶剂萃取法能提取得到纯度较高的虾青素,但由于缺少蛋白质的复合,产品的稳定性降低。而酶解法提取虾青素水解反应条件温和，对虾青素的破坏小，正解决了此问题，被广泛使用。姜淼等10用内源酶（以蛋白酶、酯酶、几丁质酶和多酚氧化酶为主）酶解虾壳，虾青素的萃取率可达到32.16g/g（湿虾壳），比直接超声波提取提高28%。目前研究最多的是利用木瓜蛋白酶进行酶解，该法具有化学试剂用量少，蛋白质容易回收，且只选择性降解甲壳素的GlcNA-GleN糖苷键的优势，有利于虾青素的提取。钱飞等11以克氏原螯虾壳为原料，利用木瓜蛋白酶对其水解，每克湿虾壳含总类胡萝卜素的提取率达到115.76g，比用酸处理法提取提高了13.82%。虽然酶解法提取虾青素产率较高,但持续的蛋白水解会使得类胡萝卜素蛋白的防护值降低。因此使用该法提取时,往往需要添加抗氧化剂或蛋白酶抑制剂来增强类胡萝卜素蛋白的稳定性。1.6亚临界流体萃取法亚临界流体萃取是一种以亚临界流体为溶媒提取目标组分的技术。己在贵重油脂、万寿菊黄色素和辣椒红色素等提取方面规模应用。当有机溶剂处于亚临界流体状态时，分子的扩散性能增强，传质速度加快，对弱极性以及非极性物质的渗透性和溶解能力显著提高。时杰12发现在优化提取条件下亚临界流体萃取法的提取率为0.0373%，耗时43min，比传统的有机溶剂浸提法高出33.2%且耗时缩短82.8%，是一种快速高效的天然虾青素提取方法。刘平怀等13 以二氯甲烷为溶剂,100,913111172 MPa,静态提取时间15 min,循环2次,提取率为0. 0373%。相对于超临界流体萃取来说对压力的要求低，相对于油溶法、有机溶剂浸提法来说，耗时更短，选择性更强，是一种提取率高、耗时短的天然虾青素提取方法。1.7其他方法陈志强等14选用AB-8大孔吸附树脂从虾壳中分离提取，吸附量达到（ (24.170.5mg/g)；周燕等15研究了利用鱼鳞对虾头、虾壳水解废液中的虾青素进行提取，利用鲫鱼鱼鳞在pH大于13条件下，采用丙酮石油醚(1:1)混合试剂进行浸提时效果最佳。毛相朝等16利用嗜热链球菌发酵虾头，不仅防止虾头、虾壳在自溶过程中发生腐败，大大延长自溶时间，而且可以通过加强嗜热链球菌产生的蛋白酶与虾头自身内源蛋白酶的自溶作用，保证蛋白质的充分水解和高利用率，以及虾青素的高回收率。2展望虾青素具有抗氧化、保护视网膜、防紫外线辐射、着色等多种生物学性能，口服虾青素制品可以预防诸如动脉硬化、白内障、心血管以及一些癌症等疾病的发生，可以增强机体免疫力等。目前虾青素制品的产量和纯度都远不能满足市场需求，因此加快虾青素产品的研制开发，有十分重要的意义。参考文献：1罗玉芳,张兰.虾壳虾青素提取液稳定性研究J.福建轻纺,2008.4:5-9.2张碧娜,吕飞,丁玉庭.天然虾青素提取及其稳定性研究进展J. 河南农业科学,2011,40(7):17-20.3刘宏超,杨丹.从虾壳中提取虾青素工艺及其生物活性应用研究进展J.化学试剂,2009,31(2):105-108.4李子江,吴来东,李刚.小龙虾壳中虾青素的提取纯化工艺研究J.食品与药品,2012,14(9):355-357.5杜云建,陈卿.稀碱法提取虾壳中虾青素的工艺条件研究J.食品与机械,2010,26(4):112-114.6牛生洋,郝峰鸽,赵瑞香等.响应面法优化虾下脚料中虾青素提取工艺J.广东农业科学,2011.23:100-101.7杜春霖,喇蛄（大头虾）壳虾青素提取工艺研究J.江苏农业科学,2009(2):225-227. 8张影霞,武利刚,罗志辉等.虾青素的提取及其稳定性的研究J.现代食品科技,2008.24(12):1288-1291.9周雪晴,冯玉红,谢艳丽,等.超临界CO2萃取反相高效液相色谱测定海南对虾壳中虾青素的含量J.海南大学学报（自然科学版）,2011,3(1):29-32. 10姜淼,杨贤庆,李来好,等.内源酶辅助提取虾壳虾青素的研究J.南方水产科学,2011(2):55-60. 11钱飞,刘海英,过世东.木瓜蛋白酶水解克氏原螯虾虾壳提取虾青素的研究J.食品与生物技术学报,2010,29(2):237-243.12时杰,废弃虾壳中的资源化利用技术研究D.海南