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1、毕业论文文献综述食品质量与安全虾青素的功能、提取与应用摘要：本文从虾青素的结构与性质入手，结合近些年国内外相关研究报道，综述了其抗氧化、着色的主要功能和从雨生红球藻、虾壳中提取天然虾青素的方法及相关问题，并对其应用，尤其是在食品领域中的应用情况做了介绍和展望。关键词：虾青素；抗氧化；着色；雨生红球藻；虾壳0 引言虾青素（astaxanthin），是一种红色类胡萝卜素，化学名称是3，3-二羟基-4，4-二酮基-，-胡萝卜素，分子式是C40H52O4，相对分子质量为596.86，结构式如图1所示。天然虾青素主要存在于虾、蟹、鱼及某些藻中，色泽为粉红色，具有脂溶性，易溶于氯仿、丙酮、苯和二硫化碳等有
2、机溶剂1。虾青素本身不溶于水，但与-环糊精的包含物在水溶液中有一定的溶解度2。由于具有特殊的着色功能，也能促进抗体产生，因而在食品工业、食品添加剂、饲料添加剂、化妆品、保健品及医药方面有良好的应用前景3。图1 虾青素的结构式Fig.1 Structure of astaxanthin1 主要生物学功能据冯畅等3报道，虾青素的生物学功能有抗氧化、着色、抗癌、增强免疫和提高繁殖能力等。这里着重介绍虾青素抗氧化和着色的作用。1.1 抗氧化在虾青素分子中，有很长的共轭双键，有羟基和在共轭双键链末端的不饱和酮，其中羟基和酮基又构成-羟基酮，这些结构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未
3、配对电子，极易与自由基反应而清除自由基，从而起到抗氧化作用4。杨艳等5指出，虾青素的抗氧化活性机制主要体现在以下五个方面：淬灭单线态氧，清除自由基；降低膜流动性（包括降低膜通透性限制氧化剂渗透进细胞内和稳定膜结构）；增加抗氧化酶活性和蛋白质表达；减少DNA的氧化损伤；抑制脂质过氧化。Miki6以含亚铁粒子的血红蛋白作为自由基产生者，采用硫代巴比妥酸法检测各类胡萝卜素、维生素E等的抗氧化性，结果表明，虾青素抗脂肪氧化的能力比-胡萝卜素高10倍，比维生素E高550倍，所以虾青素又被称为“超级维生素E”。1.2 着色虾青素呈红色，能沉淀色素，在化妆品、食品工业，尤其是水产品的饲料方面有着较为广泛的应
4、用。孟现成等7指出，虾青素不仅能促进观赏鱼、对虾的着色，还能使鲑鱼和鲟鱼等养殖鱼类的皮肤、肌肉呈鲜红色的同时，肉味更为鲜美。王锐等8以两种具有代表性的观赏鱼(金鱼和血鹦鹉)为研究对象，用照相对比法和色度值测量法对各组实验鱼的色泽进行比较，发现投喂了含虾青素的鱼粮的观赏鱼有明显的增色效果。2 主要生物学来源与提取虾青素的生物学来源主要有：利用酵母菌生产虾青素，通过培养藻类生产虾青素，以及从甲壳类水产品加工的废弃物中提取虾青素9。本文综述的是从雨生红球藻和虾壳中提取虾青素。2.1 从雨生红球藻中提取虾青素单细胞绿藻雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是一种主要的虾青素产生菌
5、。虾青素含量高达0.2%2%,，被认为是一种很有虾青素商业生产前景的微藻10。目前国外优良的雨生红球藻藻体中虾青素含量一般约占类胡萝卜素总量的9O%以上。郭文晶等11研究了超高压法从雨生红球藻中提取虾青素的工艺条件，确定最优工艺条件为：提取压力300MPa，保压时间1s，提取溶剂为体积比1：1的乙酸乙酯、乙醇混合溶剂，提取2次，液固比分别为100mLg和50mLg。此时，雨生红球藻中虾青素转移率可达到98%。周锦珂等12探索酶法提取雨生红球藻中虾青素的新工艺，通过纤维素酶对雨生红球藻进行酶解处理，然后用乙醇提取虾青素，得出最佳工艺条件为：酶解液初始pH值4.5、酶解温度45、酶用量1.5%、酶
6、解时间15h。在此条件下虾青素的提取率达94.6% ，比乙醇直接提取法高61.5%。而王灵昭13首先对微波法的提取工艺进行了研究，对虾青素提取的最佳萃取溶剂和最佳破壁方法进行了探讨，并在单因素试验的基础上，对微波萃取的条件进行优化，结果表明：乙酸乙酯乙醇(12，vv)的混合液是最佳萃取溶剂，研磨法是最佳破壁方法；优化微波萃取的结果是在萃取时间4.5min，萃取功率540W，液料比220：1的条件下，虾青素的提取率最佳，可达1.020%。然后与其他几种提取方法进行比较，发现微波法的虾青素提取率最高，低温研磨萃取法次之，碱提法最低；微波法提取物和低温研磨萃取法提取物具有较好的总抗氧化能力和清除羟自
7、由基的能力；从提取量、提取物的总抗氧化能力和清除羟自由基的能力来看，微波法具有一定的优越性14。超临界CO2流体萃取法也在此有较为广泛的应用，Praiya Thana等15用响应面法对这种工艺的提取条件作了研究和分析。2.2 从虾壳中提取虾青素目前用于甲壳类加工下脚料中提取虾青素的方法主要有4种：碱提法、油溶法、有机溶剂法（包括单罐多次重复萃取和索氏提取法）以及超临界CO2流体萃取法16。如周湘池等17用CO2超临界流体技术从虾壳中提取虾青素，研究了温度、压力、萃取时间、CO2流量等条件对提取率的影响，实验结果表明：在无夹带剂存在时，其最佳条件为温度80，压力45MPa，萃取时间2.5h，CO
8、2流量20kgh，虾青素提取率为20mgkg。另外，葛立军18、赵仪19分别对虾青素的酶法提取工艺进行优化，得出采用明矾作为絮凝剂效果最佳和木瓜蛋白酶酶解最适条件的结果。虾青素在油剂中较稳定，有良好的脂溶性，因此食用油是常用的萃取剂。例如，豆油、鳕鱼甘油、步鱼油等。Omara-Alwala等20就将大豆油和步鱼油、鲱鱼油在相同工艺下的提取效果进行了比较钱飞等21以克氏原螯虾壳为原料，利用木瓜蛋白酶对其水解提取虾青素，通过单因素试验和中心点实验设计试验得出最佳酶解工艺条件：酶解温度48.5、PH值5.8、酶活力为2522Ug、水解时间63min、配液与底物固比2：1(g：mL)，每克湿虾壳含总类
9、胡萝卜素115.76g，高效液相检测其虾青素质量浓度达到13.06gdL，显著提高了萃取物中虾青素浓度，为虾的废弃物的综合利用提供了新的途径。3 应用及前景3.1 食品领域虽然天然虾青素目前多应用于保健品中，但其自养培养周期长，需光照和破壁释放虾青素22，花生四烯酸23、温度24、复合维生素25、光照强度26及稀土元素Ce27等条件都会对雨生红球藻的生长和虾青素的含量产生影响。因此进行大规模生产比较困难22，在食品这一领域还未得到广泛应用。但现在雨生红球藻的大规模养殖已经成功。随着人们对天然虾青素的进一步开发和研究日益深入，其作为一种功能性原料将会广泛应用在食品及食品添加剂等其他领域中9，可制
10、成含虾青素的饮料、果冻、调味汁、冰激凌等各种食品。以调味汁为例，酱油是人们日常生活中不可或缺的调味汁，营养全面而丰富，起着色、香、味、体的调和作用。据吕东津等28报道，酱油本身具有抗氧化、降血压、降低胆固醇、抗癌、降血脂、抗过敏等功能。但目前酱油产品相对单一，新型酱油较少。而虾青素营养价值较高，尤其是天然虾青素因其抗氧化、着色等生物学功能越来越受到人们的青睐。因此，两者结合的产品作为一种新型调味品，将有良好的市场前景。3.2 非食品领域在水产养殖业领域，虾青素可作饲料添加剂。在饲料中添加虾青素以补充色素，可提高产品的市场价值。虾青素不仅可作为水产养殖动物的着色剂，还是水产动物必需的维生素，对其
11、正常生长和健康养殖、提高存活率及繁殖率具有重要的作用9。虾青素除了可以提供动物鲜艳的色泽和促进生长繁殖外，还可极大地提高产品的市场价值；在家禽饲料中添加虾青素也可增加鸡蛋蛋黄色素含量；虾青素还能够增加鱼类的风味，既可直接作为形成鲑鱼食品风味的前体化合物，也可促进脂肪酸或其他脂类前体物转化成鲑鱼的风味化合物3。4 小结在吸收效果和生物效价方面，同样浓度下的天然虾青素要比合成虾青素高得多，因此天然虾青素越来越受到人们的青睐。而雨生红球藻，已引起国内外相关领域的普遍关注，其培育和开发技术日益完善，可以说是自然界中生产天然虾青素最好的生物原料。因此，由雨生红球藻生产的虾青素在营养和医药中的应用无疑是具
12、有良好的发展前景29。虾青素的生物学功能使它具有较高的应用价值，在诸多领域，尤其是食品工业上具有很大的潜力，开发应用前景广阔。国内企业可以与高校联合，开发出虾青素相关食品，实现国内虾青素应用的产业化。随着研究的深入，相信虾青素会成为国内外研究的热点。参考文献1 陈晓琳,汲霞,钟志梅,等.虾青素的应用前景J.海洋科学,2008,32(5):87-89,96.2 Xiaolin Chen,Rong Chen,Zhanyong Guo,et al.The preparation and stability of the inclusion complex of astaxanthin with -c
13、yclodextrin J.Food Chemistry,2007,(101):1580-1584.3 冯畅,文利新,蒋政云,等.虾青素的生物学功能及其应用价值J.中国饲料添加剂,2009,(1):8-10.4 汪洪涛.虾青素性质与开发J.粮食与油脂,2006,(11):40-43.5 杨艳,周宇红,徐海滨.虾青素抗氧化活性机制研究进展J.国外医学卫生学分册,2008,35(4):231-234.6 Miki W.Biological function and activities of animal carotenoids J.Appl Chem,1991,63(1):141-146.7 孟
14、现成,雷剑.虾青素在鱼类饲粮中应用研究进展J.江西饲料,2008,(5):4-8.8 王锐,费小红.四种增色剂在观赏鱼中应用的研究J.北京水产,2005,(4):37-38.9 林晓,储小军,周蒂,等.虾青素的来源、功能及应用J.环境与职业医学,2008,25(6):615-620.10 朱晓立,裘晖.虾青素的分布来源J.湖南饲料,2008,(5):35-37,12.11 郭文晶,张守勤,张格.超高压提取雨生红球藻中虾青素的工艺优化J.农业机械学报,2008,39(5):201-203.12 周锦珂,李金华,葛发欢,等.酶法提取雨生红球藻中虾青素的新工艺研究J.中药材,2008,31(9):1
15、423-1425.13 王灵昭,邓家权.微波法提取雨生红球藻中虾青素的工艺研究J.食品研究与开发,2007,28(12):96-100.14 王灵昭.雨生红球藻中虾青素提取方法的比较研究J.食品研究与开发,2008,29(7):16-19.15 Praiya Thana,Siti Machmudah,Motonobu Goto,et al.Response surface methodology to supercritical carbon dioxide extraction of astaxanthin from Haematococcus pluvialisJ.Bioresource Technology,2008,(99):3110-3115.16 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):105-108,150.17 周湘池,刘必谦,娄永江,等.虾青素的CO2超临界流体萃取J.水利渔业,2004,24(5):21-23.18 葛立军,唐振兴,谢祥茂.甲壳素废水中虾青素与蛋白质絮凝工艺条件的研究J.食品工业科技,2002,23(12):45-47.19 赵仪,陈兴才.木瓜蛋白酶在
