天然虾青素的提取和应用

丁振中 张超 柳志强 史劲松 龚劲松

摘 要：综述了从甲壳类动物提取虾青素主要技术，文章主要总结虾青素的制备工艺流程和虾青素的质量指标，并分析了虾青素的应用前景，以供参考。关键词：虾青素；工艺流程；应用情景

虾青素（astaxanthin）又名虾黄质，虾黄素，化学名称3，3′-二羟基-4，4′-二酮基-β，β′-胡萝卜素，分子式C40H52O4，分子量596.86，色素分类中居异戊二烯衍生物-类胡萝卜素。广泛存在于生物界中，特别是水产动物-虾、蟹中含量较多，虾青素除具有一般类胡萝卜素的化学性质外，还具有优良的抗氧化性，其脂溶性自由基猝灭功能的活力是β-胡萝卜素10倍，维生素E的100倍，是一种高功能的抗氧化剂，对抗衰老、除皱、去斑、美容和心脑血管病有明显作用。在生物医药、化妆品、保健品、食品添加剂，水产养殖方面有广阔的应用前景。

1 从甲壳类动物提取虾青素主要技术

天然虾青素分布于水生动物的体内及软体动物的壳内，从中提取虾青素的很多报道。但因含量较低、提取费用较高，所以这种方法尚无规模化生产，其工艺也仅限于研究。我国沿海水产资源丰富，水产品加工尤其是虾仁加工企业的下脚料中含有大量虾青素，但回收利用较少，不但是资源浪费，而且通常还带来严重的环境污染问题，因此开发经济可行的回收虾青素的方法，对甲壳类加工下脚料的综合利用具有重要的意义。

用于甲壳类加工下脚料中提取回收虾青素的方法主要有四种：碱提法、油溶法、有机溶剂法以及超临界CO2流体萃取法。

1.1 碱提法

碱提法主要是应用了碱液脱蛋白的原理，甲壳类下脚料中的虾青素大多与蛋白质结合，以色素结合蛋白的形式存在，当用热碱液处理下脚料时，其中的蛋白质溶出，而与蛋白质结合的虾青素也随之溶出，从而达到提取虾青素的目的。由于碱提法加工过程需消耗大量酸碱，同时加工废水的污染也是很难解决的问题，因此碱提法的研究和应用较少。

1.2 油溶法

虾青素具有良好的脂溶性，油溶法正是利用这一特性进行的。该方法所用的油脂主要为可食用油脂类，最常见的是大豆油，也有用鱼油，如步鱼油、鲱鱼油、鳕鱼肝油等。油用量直接影响虾青素的提取效率。提取时温度较高会影响虾青素的稳定性，另外提取后含色素的油不易浓缩，产品浓度不高，使应用范围受到限制，若想纯化，需采用层析方法。

1.3 有机溶剂法

有机溶剂是一种提取虾青素的有效试剂，通常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，常见的溶剂有丙酮、乙醇、乙醚、石油醚、氯仿、正己烷等，不同的溶剂提取效果不同。在研究中发现，丙酮的提取效果最好，而乙醇最差，并且从提取液的吸收波谱看，不同提取剂提取的色素中其具体成分也有所差异。目前研究報道的有机溶剂法提取主要是浸提法和回流提取法，其所需的溶剂用量大，尽管溶剂也可回收循环利用，但过程损失量大，由此带来的环境和成本问题，使这种方法难以产业化推广。

综上所述，尽管虾青素提取研究较多，但由于原料的含量低、提取困难、容易氧化、杂质不易分离等原因，影响了甲壳中虾青素提取技术的产业化应用。鉴于上述原因，本产品研发出的酶法随程提取技术较好地解决了制约产业化的各种问题，为生产高含量天然虾青素提供了一条切实可行的路线。

2 产品经优化后的工艺流程

经研究，本产品的生产工艺步骤为：分离虾黄→酶解→萃取→冷冻除杂→皂化纯化→柱层析纯化，可制得5%含量的虾青素，而且由于提取过程采用了皂化保护的纯化方法，使得到的虾青素降解的更少。

流程说明：（1）辊式挤压：对虾头壳进行预处理，回收虾头中虾脑（虾黄），这部分生物质含有虾青素。（2）酶法随程提取：一是添加蛋白酶对虾脑中蛋白成分进行水解，促使虾青素游离；二是虾头组织中的虾油（高级脂肪酸），在搅拌酶解的同时，分散在体系中，形成双液相萃取，发挥萃取和富集虾青素的作用。上述过程同时进行，使虾青素快速转移到脂溶性组分中，能够避免过程失活。（3）分离与转萃：水解结束后，通过静置或高速离心，分离出油层。再利用低沸点溶剂（如二氯甲烷）溶解，便于后续精制操作。（4）冷冻结晶脱除杂质：利用虾青素饱和度高、凝固点低的特性，选择冷冻温度，脱除提取物中部分高沸点脂肪酸，提高产物纯度。（5）碱醇皂化：选择碱性甲醇作为皂化体系，减少皂化过程对虾青素的活性影响。通过皂化，使虾青素酯转型为虾青素，同时使部分脂肪酸皂化，易于去除。（6）树脂吸附：采用树脂（聚氨酯）作为吸附载体，将皂化分离出油层浓缩，采用正己烷溶解后进行上样。收集二氯甲烷洗脱液进行浓缩，获得虾青素产品。

3 小试相关技术优化工艺研究

3.1 酶解技术及其条件研究

本产品分别选用木瓜蛋白酶、风味酶、复合酶对虾黄进行酶解，制得虾青素含量如下表1所示。根据表1可知，木瓜蛋白酶的酶解效果最佳，所以本产品产品选用木瓜蛋白酶更合适。

表1 不同蛋白酶对提取的影响

进一步实验得到的酶解条件为固液比（g/ml）为：1：1-1：3，酶解温度为47-49℃，酶解pH值5.5-6.0，水解时间60-80min，酶与底物比为2300-2800U/g，按此条件，制得虾青素的含量均高于5%，介于5.00-7.00%。

3.2 萃取技术及其反应条件

取出酶解后的酶解液上层析出的油层，用不同溶剂进行萃取，所选溶剂及产品结果为二氯甲烷萃取虾青素所得产品含量最高。

进一步实验得到的萃取条件为：油层与二氯甲烷体积比为1：1-1：3，分液漏斗振荡萃取15-25min，重复萃取2-3次，将萃取液合并后低温离心浓缩，按此条件，所得虾青素的含量均高于5%。

3.3 冷冻除杂技术研究

由于产品含有一些脂肪酸和脂肪，会随着温度的降低凝固直至析出，因此低温冷冻能减少脂肪酸和脂肪的量，同时水分因结冰成固体可通过抽滤除去，减少产品中的含水量。

将低温离心浓缩后的样品放入-20℃条件下保存12h，趁冷抽滤，将抽滤后的溶液继续冷冻保存12h再趁冷抽滤，如是共重复操作三次，经过冷冻除杂步骤后，虾青素产品中的杂质明显减少。

参考文献

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