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[摘 要]介绍了虾青素的结构、性质、生物活性、来源以及从甲壳类加工下脚料中提取虾青素的方法，进行了小龙虾虾壳中钙含量的测定以及蛋白质含量的测定，进行了薄层色谱，紫外分光光度以及高效液相实验，并用正交试验优化了虾青素的有机溶剂提取条件及其皂化条件
[关键词]小龙虾 虾壳 虾青素 提取工艺 正交试验 皂化
中图分类号：TQ914 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0336-01
1.结构及性质
虾青素（AstaXanthin）又名虾黄素，化学名称为3，3’—二羟基—4 ，4’二酮基—β，β’胡萝卜素，分子式为C40H52O4，相对分子质量为596，是一种酮式类胡萝卜素，含有2个羟基和2个酮基，两端的羟基有旋光性，具有3S-3 'S、3R-3' S、3R-3'R（也称为左旋、消旋、右旋）这3种异构型态，人工合成的虾青素为3种结构虾青素的混合物（左旋占25%、右旋占25%，消旋50%左右），其天然产物多数以酯的形式存在。虾青素色泽为粉红色，熔点大约为224℃，不溶于水，易溶于二氯甲烷、氯仿、丙酮、苯、二硫化碳等有机溶剂，在酸、氧、高温及紫外光条件下均不稳定，易氧化成虾红素[1-4]，其结构式如图1：
2.的生物活性
2.1 抗氧化性
虾青素是一种优良的抗氧化剂，在猝灭自由基方面起着重要的作用。在虾青素分子中，有很长的共轭双键、羟基和在共轭双键链末端的不饱和的酮基，其中羟基和酮基又构成a一羟基酮。这些结构都具有比较活泼的电子效应，能向自由基提供电子或吸引自由基的未配对电子。它的结构特点使其极易与自由基反应而清除自基，起到抗氧化作用，其抗氧化性比B-胡萝卜素高10倍以上， 比维生素E的抑制脂质过氧化反应特性高1000倍以上[2，5]。
2.2 抗癌作用
有人研究了虾青素等类胡萝卜素对黄曲霉毒素B1引发肝致癌作用的影响，发现虾青素、β一胡萝卜素及3一甲基胆蒽在降低肝癌病灶的数目和大小方面效果显著，而番茄红素和过量VA无效。给由二乙基亚硝胺（DEN）或a一硝基丙烷引发肺肿瘤的鼠喂饲3或4周的虾青素，可显著降低肺肿瘤病灶的大小与数目[6]。
2.3 增强免疫作用
虾青素能显著影响动物的免疫功能，在有抗原存在时，能显著促进脾细胞产生抗体的能力，增加人体免疫球蛋白的产生[7]
2.4 提高繁殖率
水生动物的卵子中虾青素的含量很高，这种高含量的虾青素可削弱鱼对光的敏感度，促进鱼类的生长繁殖，它作为激素能促进鱼卵受精，减少胚胎发育的死亡率，加快个体生长，增加成熟速度和生殖力。研究表明，在独角虾饲料中添加50mg/kg的虾青素，可明显提高虾的存活率、增重和饲料转化率。虾青素还能提高家禽的产蛋率。
2.5 着色作用
虾青素呈艳丽的红色，具有极强的色素沉积能力，它进入动物体后可以不经修饰或生化转化而直接贮存在组织中，使一些水生动物的皮肤和肌肉出现健康而鲜艳的颜色，使禽蛋及禽的羽毛、皮肤均呈现健康的金黄色或红色[7]。研究表明在虹鳟鱼饲料中添加含0.1%虾青素的金盏花花瓣的提取物时发现：不仅鱼的表皮磷甲变为黄色，而且肌肉中虾青素的含量也增加了，此外还有报道中提出在红剑尾鱼、珍珠马丽鱼及花马丽鱼等观赏鱼饲料中添加虾青素，能使其体色更加艳丽，可提高观赏价值，因此，虾青素是鱼类饲料中的首选色素。
3.虾青素的来源
虾青素在动物体内和羽毛中，尤其是水生动物体内普遍存在。早在20世纪30年代虾青素就已从虾、蟹中分离出来。除了从水产品加工的废弃物中提取虾青素外，从目前国内外的报道来看，主要还有培养藻类生产虾青素和利用酵母生产虾青素[8]。
3.1 通过培养藻类生产虾青素
目前国内外报道最多的是雨生红球藻。雨生红球藻是一种单细胞生物，其中虾青素含量为1.5%～3.0%。在培养过程中，氮源缺乏，则在体内积累虾青素，若在培养基中添加二价亚铁离子，虾青素的合成能显著提高。用培养的雨生红球藻生产虾青素的特点是单细胞生物繁殖快、培养简单、易于提取，且藻粉可直接应用于食品及饲料工业，减少了成本。除雨生红球藻外，还有通过培养绿藻提取虾青素的报道，另据报道，衣藻、裸藻、伞藻等均含有虾青素
3.2 利用酵母生产虾青素
在野生酵母所产的10多种类胡萝卜素中，虾青素是最大的组分，占总类胡萝卜素的40%-95%。红法夫酵母已成为工业化生产虾青素的优良菌种，其中虾青素的平均含量约为0.40%。美国红星公司就是利用红法夫酵母生产虾青素的企业。利用红法夫酵母生产虾青素的特点是生产速度快，培养条件温和，细胞中不但含有丰富的蛋白质、脂类、维生素，而且还含有大量的不饱和脂肪酸及多种虾青素的前体。
3.3 从甲壳类水产品加工的废弃物中提取虾青素
从水产品加工的废弃物中提取虾青素既能增加经济收益，又有利于减弱废水的色度，从而达到减少污染的目的。但是水产品加工的废弃物中石灰质和蛋白质的存在严重影响了虾青素的提取效率。目前普遍认为丙酮是提取虾青素效率最高的，但丙酮具有挥发性和毒性，基于提取效率和生态安全性两方面考虑，一致认为乙醇较好。总体来说，从水产品加工的废弃物中提取虾青素虽效率低，成本高，但人工合成的虾青素的生态安全性还没有被证实之前，目前国内外仍然广泛采取这种方法生产虾青素。
4 甲壳类加工下脚料中提取回收虾青素的方法
主要有碱提法，油溶法，有机溶剂萃取法，超临界CO2萃取法[9]
4.1 碱提法
碱提法主要是应用了碱液脱蛋白的原理， 甲壳加工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， 当用热碱液煮下脚料时， 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， 因此近几年来对碱提法的研究报道较少。
4.2 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， 还需采用层析方法。
4.3 有机溶剂萃取法
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， 同时溶剂也可回收循环利用。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。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。
4.4 超临界CO2 萃取法
超临界流体萃取技术就是利用临界流体的特殊性质， 在高压条件下与待分离的固体或液体混合物接触， 调节系统的操作压力和温度， 萃取出所需要的物质， 随后通过降压或升温的方法， 降低超临界流体的密度， 使萃取物得到分离。超临界CO2萃取法具有无毒无害、溶解能力強、溶剂残留少、产品具有纯度高等一系列的优点， 越来越受到人们的重视。但设备前期投资大、生产技术要求高。
参考文献
[1] 高清潭，崔志强.虾青素的应用及其商业化生产[J].海湖盐与化工，2004，33（6）：33-37.
[关键词]小龙虾 虾壳 虾青素 提取工艺 正交试验 皂化
中图分类号：TQ914 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0336-01
1.结构及性质
虾青素（AstaXanthin）又名虾黄素，化学名称为3，3’—二羟基—4 ，4’二酮基—β，β’胡萝卜素，分子式为C40H52O4，相对分子质量为596，是一种酮式类胡萝卜素，含有2个羟基和2个酮基，两端的羟基有旋光性，具有3S-3 'S、3R-3' S、3R-3'R（也称为左旋、消旋、右旋）这3种异构型态，人工合成的虾青素为3种结构虾青素的混合物（左旋占25%、右旋占25%，消旋50%左右），其天然产物多数以酯的形式存在。虾青素色泽为粉红色，熔点大约为224℃，不溶于水，易溶于二氯甲烷、氯仿、丙酮、苯、二硫化碳等有机溶剂，在酸、氧、高温及紫外光条件下均不稳定，易氧化成虾红素[1-4]，其结构式如图1：
2.的生物活性
2.1 抗氧化性
虾青素是一种优良的抗氧化剂，在猝灭自由基方面起着重要的作用。在虾青素分子中，有很长的共轭双键、羟基和在共轭双键链末端的不饱和的酮基，其中羟基和酮基又构成a一羟基酮。这些结构都具有比较活泼的电子效应，能向自由基提供电子或吸引自由基的未配对电子。它的结构特点使其极易与自由基反应而清除自基，起到抗氧化作用，其抗氧化性比B-胡萝卜素高10倍以上， 比维生素E的抑制脂质过氧化反应特性高1000倍以上[2，5]。
2.2 抗癌作用
有人研究了虾青素等类胡萝卜素对黄曲霉毒素B1引发肝致癌作用的影响，发现虾青素、β一胡萝卜素及3一甲基胆蒽在降低肝癌病灶的数目和大小方面效果显著，而番茄红素和过量VA无效。给由二乙基亚硝胺（DEN）或a一硝基丙烷引发肺肿瘤的鼠喂饲3或4周的虾青素，可显著降低肺肿瘤病灶的大小与数目[6]。
2.3 增强免疫作用
虾青素能显著影响动物的免疫功能，在有抗原存在时，能显著促进脾细胞产生抗体的能力，增加人体免疫球蛋白的产生[7]
2.4 提高繁殖率
水生动物的卵子中虾青素的含量很高，这种高含量的虾青素可削弱鱼对光的敏感度，促进鱼类的生长繁殖，它作为激素能促进鱼卵受精，减少胚胎发育的死亡率，加快个体生长，增加成熟速度和生殖力。研究表明，在独角虾饲料中添加50mg/kg的虾青素，可明显提高虾的存活率、增重和饲料转化率。虾青素还能提高家禽的产蛋率。
2.5 着色作用
虾青素呈艳丽的红色，具有极强的色素沉积能力，它进入动物体后可以不经修饰或生化转化而直接贮存在组织中，使一些水生动物的皮肤和肌肉出现健康而鲜艳的颜色，使禽蛋及禽的羽毛、皮肤均呈现健康的金黄色或红色[7]。研究表明在虹鳟鱼饲料中添加含0.1%虾青素的金盏花花瓣的提取物时发现：不仅鱼的表皮磷甲变为黄色，而且肌肉中虾青素的含量也增加了，此外还有报道中提出在红剑尾鱼、珍珠马丽鱼及花马丽鱼等观赏鱼饲料中添加虾青素，能使其体色更加艳丽，可提高观赏价值，因此，虾青素是鱼类饲料中的首选色素。
3.虾青素的来源
虾青素在动物体内和羽毛中，尤其是水生动物体内普遍存在。早在20世纪30年代虾青素就已从虾、蟹中分离出来。除了从水产品加工的废弃物中提取虾青素外，从目前国内外的报道来看，主要还有培养藻类生产虾青素和利用酵母生产虾青素[8]。
3.1 通过培养藻类生产虾青素
目前国内外报道最多的是雨生红球藻。雨生红球藻是一种单细胞生物，其中虾青素含量为1.5%～3.0%。在培养过程中，氮源缺乏，则在体内积累虾青素，若在培养基中添加二价亚铁离子，虾青素的合成能显著提高。用培养的雨生红球藻生产虾青素的特点是单细胞生物繁殖快、培养简单、易于提取，且藻粉可直接应用于食品及饲料工业，减少了成本。除雨生红球藻外，还有通过培养绿藻提取虾青素的报道，另据报道，衣藻、裸藻、伞藻等均含有虾青素
3.2 利用酵母生产虾青素
在野生酵母所产的10多种类胡萝卜素中，虾青素是最大的组分，占总类胡萝卜素的40%-95%。红法夫酵母已成为工业化生产虾青素的优良菌种，其中虾青素的平均含量约为0.40%。美国红星公司就是利用红法夫酵母生产虾青素的企业。利用红法夫酵母生产虾青素的特点是生产速度快，培养条件温和，细胞中不但含有丰富的蛋白质、脂类、维生素，而且还含有大量的不饱和脂肪酸及多种虾青素的前体。
3.3 从甲壳类水产品加工的废弃物中提取虾青素
从水产品加工的废弃物中提取虾青素既能增加经济收益，又有利于减弱废水的色度，从而达到减少污染的目的。但是水产品加工的废弃物中石灰质和蛋白质的存在严重影响了虾青素的提取效率。目前普遍认为丙酮是提取虾青素效率最高的，但丙酮具有挥发性和毒性，基于提取效率和生态安全性两方面考虑，一致认为乙醇较好。总体来说，从水产品加工的废弃物中提取虾青素虽效率低，成本高，但人工合成的虾青素的生态安全性还没有被证实之前，目前国内外仍然广泛采取这种方法生产虾青素。
4 甲壳类加工下脚料中提取回收虾青素的方法
主要有碱提法，油溶法，有机溶剂萃取法，超临界CO2萃取法[9]
4.1 碱提法
碱提法主要是应用了碱液脱蛋白的原理， 甲壳加工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， 当用热碱液煮下脚料时， 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， 因此近几年来对碱提法的研究报道较少。
4.2 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， 还需采用层析方法。
4.3 有机溶剂萃取法
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， 同时溶剂也可回收循环利用。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。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。
4.4 超临界CO2 萃取法
超临界流体萃取技术就是利用临界流体的特殊性质， 在高压条件下与待分离的固体或液体混合物接触， 调节系统的操作压力和温度， 萃取出所需要的物质， 随后通过降压或升温的方法， 降低超临界流体的密度， 使萃取物得到分离。超临界CO2萃取法具有无毒无害、溶解能力強、溶剂残留少、产品具有纯度高等一系列的优点， 越来越受到人们的重视。但设备前期投资大、生产技术要求高。
参考文献
[1] 高清潭，崔志强.虾青素的应用及其商业化生产[J].海湖盐与化工，2004，33（6）：33-37.