兰蛤高附加值化开发应用技术的研究.doc

兰蛤高附加值化开发应用技术研究赵祥忠， 徐京凯（山东轻工业学院 济南 250353）摘要： 对兰蛤的主要营养成分, 以及氨基酸、脂肪酸、无机元素等的组成进行了研究, 并同贻贝、蛤蜊、虾夷扇贝、牡蛎进行了比较分析。兰蛤的EPA 和DHA 含量之和明显高于其它4 种贝类。EPA和DHA是人体中重要的不饱和脂肪酸，具有许多重要的生理功能，对人类和动物的生长发育和健康起着重要的作用，本文简要介绍了EPA和DHA的生理功能，分离提取方法及对其发展前景进行了展望。关键字：兰蛤；EPA，DHA；分离提取；应用研究Study on the high value-added application development technology of AloididaealoidisZhao xiangzhong ;Xu jingkai(Shandong Polytechnic University ,Jinan Shandong 250353,China)Abstract: The main nutrient components, am ino-acid, fatty acid and ino- rganic elements of A loidiadaealoid is w ere studied and compared with those of Mytilus edulis , clam ,Pecten yesoen is Goto and oyster. its tatal amount of EPA and DHA was much higher than that of the four others, EPA and DHA are important unsaturated fatty acids in the body which have many important physiological functions ,playing an important role in human and animal growth and health .This paper describes the physiological functions, separation and extraction methods of EPA and DHA and the research of EPA and DHA from fisheries and the development prospect.Key words: Aloididaealoidis; EPA,DHA ；separation and extraction; applied study;兰蛤( Aloididaealoidis ) 是盛产于我国沿海的一种低值海洋贝类, 个体很小, 壳薄肉丰满, 壳、肉比率约为11。兰蛤生命力旺盛, 繁殖力强, 资源非常丰富, 多年来一直被作为一种很好的对虾活饵料。近年来随着虾病的大范围爆发、对虾养殖业的萎缩以及对对虾饵料的严格控制, 其作为对虾饵料的用量逐渐减少。兰蛤由于个体很小, 食用价值不大, 因而使得丰富的兰蛤资源未得到很好利用。目前, 有关兰蛤营养成分及应用尚未见报道。为了合理地利用兰蛤资源, 提高其经济价值, 我们在本文中分析了兰蛤的脂肪酸组成, 以期为兰蛤的深加工与综合利用提供依据。1. 脂肪酸组成1.1 脂肪酸分析: 用改进的Folch 方法1 提取兰蛤总脂。取新鲜的兰蛤软体部分约100 g, 用500mL 的氯仿甲醇(21,vv) 作溶剂在组织匀浆机内匀浆, 匀浆液用分液漏斗分层, 取出下层, 并向上层溶液中再加少量氯仿, 摇动, 静置分层, 取出下层。合并2 次的萃取液, 经滤纸过滤。滤液移入旋转蒸发器内, 在50 水浴中减压蒸干, 得到总脂。取10 mg 总脂, 加入1mL 110- 2 (w v )CH3N aCH3OH 溶液, 于55 水浴上加热15 m in;接着再加入1mL 510- 2HclC H3OH 溶液, 在55 的水浴中继续加热20m in 进行甲酯化, 加1 mL 正己烷萃取甲酯化样品2 。通过薄层层析对甲酯化样品纯化后, 在气相色谱仪(GC112 型) 上分析脂肪酸组成。1.2脂肪酸组成兰蛤脂肪含量较低, 但其中不饱和脂肪酸含量较高, 特别是二十碳五烯酸(EPA ) 和二十二碳六烯酸(DHA ) 的含量远远高于贻贝、蛤蜊和牡蛎, 两者的总量占总脂肪酸含量的26 % 左右, 与虾夷扇贝相当(表3)。EPA 和DHA 在生物体内具有十分重要的生理功能, 近年来流行的保健品鱼油的主要营养成分就是EPA 和DHA。因此, 兰蛤的脂类也是值得很好的利用。表3兰蛤脂肪酸组成(% )Table 3The fatty acid composition of Aloididaealoidis (% )脂肪酸成分 兰蛤 贻贝 蛤蜊 虾夷扇贝 牡蛎C140 3.6 8.7 7.9 1.70 5.4C160 20.5 33.9 30.1 13.14 22.7C161 5.8 17.6 7.7 2.30 6.2C170 1.2 0.4 1.0 - 1.6C180 4.2 5.8 8.3 5.45 4.6C181 6.9 6.6 5.2 4.80 10.8C182 3.0 2.1 5.9 0.98 2.1C183 1.2 3.0 4.8 1.19 7.8C190 1.6 0 4 - - 0.4C201 2.6 2.2 - 6.04 3.1C202 2.6 0.2 - - 1.7C203 4.4 - - - 0.2C204 5.0 0.4 1.5 9.44 1.1C205 12.2 7.5 5.5 25.78 10.4C226 13.8 5.0 3.3 - 3.82DHA和EPA的生理功能2.1对心血管疾病的预防心血管疾病(Ischenic heart disease-IHD) 是西方工业国家死亡率最高的疾病，研究表明 IHD与人们的饮食习惯尤其是脂肪的摄食种类与数量直接相关 1 。人体血液中的低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白往往促进血管平滑肌细胞增生，诱发动脉硬化和血栓的形成。EPA 和DHA 的生理功能就在于它们使人体血液中的血浆甘油三酯、总胆固醇、极低密度脂蛋白和低密度脂蛋白降低，增加高密度脂蛋白的含量，从而改善血液循环降低血液粘度，增进胆固醇的排泄，降低血中胆固醇的含量2。白鼠肝细胞培养实验表明，EPA对甘油三酯的合成有阻碍作用。 动物试验表明EPA可能通过抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶、苹果酸脱氢酶和乙酰羧化酶的活性使肝内脂肪合成减弱，从而使肝脏分泌甘油三酯减少，使得血清中甘油三酯降低。有人认为降胆固醇作用和脂肪酸的不饱和度呈正相关，而EPA和DHA均为高度不饱和脂肪酸所以具有较强的降低血清中总胆固醇作用1。2.2抗癌作用EPA和DHA具有良好的免疫调节作用。研究表明，DHA能促进T淋巴细胞的增殖，提高细胞因子TNF-2、IL-1和IL-6的转录，而这些细胞因子表达的提高可以促进免疫系统的功能，从而提高免疫系统对肿瘤细胞的杀伤力。另外，DHA和EPA结构中含有多个双键，是脂质过氧化的天然底物。脂质过氧化产生的活性氧能提高肿瘤细胞对治疗药物的敏感性，产生的自由基和脂质过氧化物则可抑制肿瘤细胞的表达，缩短染色体的端粒，促进肿瘤细胞的凋亡1。巩涛等人通过试验证明，EPA和DHA可诱导人胃癌BGC-823细胞凋亡，细胞增殖受到抑制5。赵丽等研究发现，DHA复合物在体内和体外对癌细胞均有抑制作用6。Chapkin等人通过实验证明，EPA和DHA对结肠癌有治疗作用。其中有一部分原因是增加了细胞的程序性死亡。线粒体是细胞程序性死亡的主要执行者，EPA和DHA进入结肠的线粒体膜，由于其高度不饱和性，将增加对由氧化磷酸化作用产生的活性氧造成的损伤的敏感性，而这反过来将调节线粒体的功能，增加细胞的程序性死亡7。2.3抗炎作用EPA和DHA具有抗炎症的作用。机理如下：花生四烯酸(AA)通过环氧化酶可产生前列腺素(PGs)，特别是PGE2，是炎症发生的介质。同时，AA还通过白细胞的5-脂氧化酶产生白三烯(LTs)，如LTA4、LTB4等。其中LTB4具很强的白细胞趋化性，在炎症的发生中起重大作用：而LTC4和LTD4也通过增加血管的通透性参与炎症过程。而EPA可通过白细胞的5 -脂氧化酶产生一类几乎无生理活性的物质LTA5、LTB5等，从而竞争抑制LTB4等的合成，同时，LTA5还可阻碍LTA4转化成LTB4。并且，EPA还可通过竞争性抑制作用使AA合成PGE2减少，降低急性炎症的严重性，因而具有抗炎作用。DHA是哺乳动物生物合成PGs的强烈抑制剂，也具有抗炎作用。夏延平等通过实验发现，EPA、DHA能减少炎症因子的生成，有助于减轻炎症8。耿文静等研究发现，EPA和DHA可明显抑制脂多糖(LPS)诱导的肾小球系膜细(GMCs)过度增殖，并促进其凋亡，而对正常GMCs的增殖无明显影响。说明EPA、DHA对炎症造成的GMCs增殖有抑制作用，这对于缓解肾脏炎症状态下GMCs过度增殖有治疗意义。另外，在LPS致GMCs增殖和凋亡的实验中还证实，在同等浓度下，DHA的作用要优于EPA9。3 分离纯化分离混合脂肪酸或脂肪酸一元醇酯的方法有:根据脂肪酸分子量大小不同, 亦即脂肪酸碳数的不同4, 5, 6, 7 , 有分子真空蒸馏法、超临界流体萃取法;利用脂肪酸不饱和双键特性8, 9, 10 , 有脲包法、银离子络合法; 利用脂肪酸凝固点的差异, 有低温结晶法; 根据脂肪酸溶解度的差异, 有脂肪酸金属盐法;根据脂肪酸极性的差异有柱色谱法11 。现将几种应用较多的主要方法简述如下。3.1分子蒸馏法 分子蒸馏法是普遍使用的分离方法2, 4 。该法主要是根据脂肪酸碳数不同来分离EPA 和DHA , 碳数不同的脂肪酸分子其沸点亦不同, 碳数越少脂肪酸的沸点越低, 碳数越多脂肪酸的沸点越高。利用这一性质用分子蒸馏法, 通过控制蒸馏温度可将一些碳链比EPA 和DHA 短的或长的分子除去。这一方法是在相当于绝对大气压113310- 3 kPa 113310- 5 kPa 的高真空条件下进行的, 分子运动在高真空下可以克服其相互间的引力, 因而分子的挥发极其自由, 沸点大大地降低了, 因此可在较低的温度下进行分离, 减少了EPA 和DHA 的热变性, 而且还可以提高EPA 和DHA 的分离效果。脂肪酸甲酯和乙酯的沸点比脂肪酸的沸点要低很多, 所以分子蒸馏法分离脂肪酸甲酯和乙酯的效果比分离脂肪酸的效果更好。此法的缺点是不能将分子量与EPA 和DHA相近的脂肪酸, 如二十碳酸、二十二碳酸, 以及它们的一、二、三、四烯酸分开, 而这些长碳链饱和酸和一烯酸都是所不希望的, 尤其是C221 (芥酸类) , 在室温下它是固体不为人体所吸收, 被认为是对人体有害的成分。而且操作中为了防止氧化, 也需要通入N 2 或其他惰性气体。3.2超临界流体萃取法超临界流体萃取法分离EPA 和DHA , 近来得到许多科学家的重视和研究, 它主要是根据脂肪酸碳数来分离脂肪酸酯的4, 5, 6, 7 。在超临界状态下的某些物质处于很高的压力时, 始终呈气态, 而其密度却近似于液体, 因此它们有与液体溶剂相当的萃取能力, 又具有与气体相近的粘度, 以及介于液体与气体之间的扩散系数, 有利于传质过程。将超临界流体与混合脂肪酸酯混合, 通过逐步增压的方法分子量比较小的脂肪酸酯在压力比较低的情况下先被萃取出来,而分子量比较大的EPA 和DHA 则在压力比较高的条件下后被萃取出来, 然后用降低载气的压力或提高载气的温度, 使其溶解能力和密度降低, 脂肪酸酯沉淀出来并与载气分离开。能够用作超临界流体的物质有数种, 但目前应用最广泛的超临界流体是CO 2。鱼油含有较多的多不饱和脂肪酸, 它们对氧、热和光非常敏感, 在高温下易氧化变质。而CO 2 的超临界温度是3111, 操作中所需温度在100以下, CO 2 本身亦是惰性气体, 其化学性质稳定, 因而, 此方法可大大地降低鱼油的氧化和高温分解作用。另外, 此方法没有使用溶剂, CO 2 本身亦无毒、无臭及无色, 容易被去除, 不会残留在产品中污染产品。CO 2 无燃烧、爆炸的危险,而且CO 2 价格低廉, 资源充足。因此, 这一方法具有许多优越性。但是象分子真空蒸馏法一样, 这一方法也不能将分子量与EPA 和DHA 相近的脂肪酸, 如二十碳酸、二十二碳酸, 以及它们的一、二、三烯酸除去, 而且对设备的要求比较高。3.3脲包法 脲包法分离混合脂肪酸, 主要是基于脂肪酸的不饱和程度和碳链长度不同的特点而进行的8, 9 。脲本身是具有四方晶系的充实结晶, 不具有可让它种分子包入的自由空间。但当脲溶解于甲醇等有机溶剂中, 遇有直链脂肪酸、酯、醇等有机物时, 脲分子之间通过强大的氢键力以右旋方式, 在有机物分子的周围沿六棱柱的棱边螺旋上升, 形成宽大的六方晶系, 即脲包物。脲包物都是呈或长或短或粗或细的晶体, 饱和脂肪酸易与脲形成稳定的脲包物, 低不饱和脂肪酸的脲包物一般是短而粗的晶体, 而且很不稳定, 而三烯和三烯以上的多不饱和脂肪酸较难形成脲包物。因此, 利用这一性质可将多烯酸与直链饱和脂肪酸及它们的一、二烯酸分开。脲包法的工艺成熟, 所需设备简单, 操作也不是很复杂, 因此成本较低, 得到了推广和应用。脲包法的缺点是不能将碳链长度不同而不饱和度相同和相近的多不饱和脂肪酸分开, EPA 和DHA 中含有一部分C184 (X- 3)、C204 (X- 3 和X- 6)、C225 (X-3) 等多不饱和脂肪酸, 而且滤液中有脲存在, 必须加以除掉。3.4低温结晶法 又称溶剂分级分离法，该方法利用低温下不同的脂肪酸或脂肪酸盐在有机溶剂中溶解度不同来进行分离纯化。这种溶解度差异随温度降低表现更为显著。所以将混合脂肪酸溶于有机溶剂，通过降温可过滤除去其中大量的饱和脂肪酸和部分单不饱和脂肪酸，从而获得所需的多价不饱和脂肪酸。丙酮和乙醇为常用的有机溶剂。低温结晶法工艺原理简单、操作方便,但需要回收大量的有机溶剂，且分离效率不高，通常与其它分离方法配合使用。3.5脂肪酶浓缩法 脂肪酶可以对含多种脂肪酸的甘油三酯进行选择性水解，利用脂肪酶这一性质，可以度富集多价不饱和脂肪酸甘油三酯。另外，利用脂肪酶在非水介质中进行转酯和酯合成反应，也可提高多价不饱和脂肪酸在甘油三酯中的含量。3.6 超声波萃取法 超声波与声波一样，是物质介质中的一种弹性机械波，其频率范围为2104Hz2109Hz，超声波在物质介质中形成介质粒子的机械振动，这种含有能量的超声振动引起的与媒质的相互作用，可有效地提高萃取率，缩短萃取时间。综上所述, EPA 和DHA 的提取和富集方法有多种, 各种方法都有其特点和优点, 可以说现有的各种方法和工艺正日趋成熟。但是, 其中仍然存在不少问题, 主要是所用的原材料大都很贵, 生产工艺比较复杂, 要求的各种条件比较高, 而且EPA 和DHA的回收率比较低。因此造成浓缩成本高, 产品价格昂贵, 难以商品化和市场化。另外一个密切相关的问题是, 由于EPA 和DHA 都是高度不饱和脂肪酸, 所以它们对光和热都很敏感, 很容易氧化变质, 这对它们的生产过程、产品的质量和保存过程都产生很大的影响17 。以后研究的重点有三方面: 一是进一步完善现有的提取浓缩方法; 二是探索新的方法和工艺; 三是着重解决好EPA 和DHA 的氧化稳定性问题。4 水产来源的DHA和EPA的前景展望我国是水产大国，资源丰富。据统计，2009年我国水产品产量5120万吨，增长4.6%。然而，我国水产加工品不足30，尚远远落后于发达国家水产加工品70以上水平；而且我国水产品多以初加工为主，精深加工、技术含量高的产品少，产品附加值和利润率低。水产品中，特别是海水鱼和海藻中含有较丰富EPA、DHA，是-3系列多不饱和脂肪酸重要来源。利用水产品及其加工下脚料生产EPA和DHA，不仅可以解决水产下脚料环境污染问题，而且可以提高水产品的附加值，为企业创造更大的利润。除此之外，随着人们生活水平的不断提高，人们健康意识不断增强，DHA和EPA的市场需求量不断增加。因此，利用水产品及其加工下脚料生产EPA和DHA具有广阔的发展前景。5 结语综合上述分析结果可以看出, 兰蛤虽是一种低值海洋贝类, 但其营养价值却很高, 而且与其它海洋贝类相比还具有其独特性。无论是作为食品、营养保健品, 还是作为动物饵料的加工原料, 兰蛤都有很好的潜在应用价值。但目前丰富的兰