蝦頭殼廢料綜合性精深加工工藝的研究

摘要：探討了從蝦頭殼下腳料中提取蛋白質(zhì)、蝦青素、甲殼素以及活性鈣等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)蝦頭殼下腳料的連續(xù)性精深加工進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：提取工藝；蛋白質(zhì)；蝦青素；甲殼素；活性鈣

中圖分類號(hào)：ＴＳ２５４．９文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０11）08－1681-04

Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎｄ Ｆｕｒｔｈｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｓｈｒｉｍｐ Ｓｈｅｌｌ Ｗａｓｔｅ

ＣＨＥＮ Ｈｏｎｇ－ｌｉａｎ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｊｕａｎ２，ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｙｅ２，ＣＡＩ Ｙａｎ－ｚｈｉ２

（１．Ｗｕｈａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｉｎｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００２３，China；２．Ｆｉｓｈｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００７１，China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Tｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ of extracting ｐｒｏｔｅｉｎｓ， ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ， ｃｈｉｔｉｎ ａｎｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｏｆ ｓｈｒｉｍｐ was discussed； and ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ refinery ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｓｈｒｉｍｐ ｗａｓｔｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｐｒｏｔｅｉｎ； ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ； ｃｈｉｔｉｎ； ａｃｔｉｖｅ ｃａｌｃｉｕｍ

淡水小龍蝦的蝦仁、湯料蝦是我國(guó)加工出口的主要水產(chǎn)品，目前我國(guó)絕大多數(shù)小龍蝦與海水蝦的加工出口企業(yè)，將鮮蝦蒸煮剝?nèi)∥r仁后產(chǎn)生的大量蝦頭殼作為廢料處理，蝦頭殼廢料中含有２０％～３０％的動(dòng)物蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，３０％～４０％的鈣等無(wú)機(jī)物［１］，蝦殼含有２０％～３０％的甲殼素與４％～８％的蝦青素。我國(guó)蝦類加工所產(chǎn)生的蝦頭殼廢料占蝦類加工原料的８０％左右，這些蝦類廢料如果不精深加工可造成水產(chǎn)資源的浪費(fèi)，增加水產(chǎn)品的加工成本，并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。因此，本文以蝦頭殼廢料為原料進(jìn)行精深加工，采用蝦頭殼廢料酶水解提取蝦蛋白、低濃度有機(jī)溶劑提取蝦青素、檸檬酸脫鈣提取甲殼素等連續(xù)綜合性的加工工藝的研究，逐步提取蝦頭殼內(nèi)的高附加值物質(zhì)，避免了酸堿提取工藝對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染，提高了加工產(chǎn)品的安全性。

１材料與方法

１．１材料

蝦頭殼來(lái)源于武漢高龍水產(chǎn)食品有限公司。試劑有木瓜蛋白酶、二氯甲烷、檸檬酸等，購(gòu)于試劑公司。儀器有ＬＤ５－１０型離心機(jī)、ＤＫＢ－８Ａ型電熱恒溫水槽、ＵＶ－１８００型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、日立Ｌ－８８００氨基酸分析儀、ＫＤＮ－０４Ａ型定氮儀、節(jié)能萬(wàn)用電阻爐等。

１．２方法

１．２．１蝦蛋白質(zhì)的提取方法蝦蛋白質(zhì)提取的原理是采用酶水解法，利用４因素３水平正交試驗(yàn)選擇出最佳提取條件，采用酶水解法提取蝦頭殼蛋白質(zhì)無(wú)酸堿反應(yīng)的污染，為蝦青素以及甲殼素的提取提供了安全保障。

工藝流程：原料洗凈用絞肉機(jī)絞碎→稱重→加適量水→木瓜蛋白酶→調(diào)節(jié)ｐＨ值至５.0→恒溫消化→過(guò)濾液酶滅活→調(diào)節(jié)ｐＨ值至６．５→濾液離心→沉淀烘干→蝦濃縮蛋白質(zhì)成品。

１．２．２蝦青素的提取方法宋光泉等［２］的試驗(yàn)結(jié)果表明在室溫下，蝦青素在有機(jī)物內(nèi)溶解度：二氯甲烷＞氯仿＞丙酮＞乙醇，以二氯甲烷為溶劑在６０℃下提取的蝦青素結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，作為蝦青素的萃取劑最好，因此，本研究采用二氯甲烷在室溫下避光浸提２４ ｈ，過(guò)濾后將濾液倒入二氯甲烷回流裝置中于４５℃下蒸餾回收二氯甲烷，回收完畢后二氯甲烷回收裝置中剩余液體即為蝦青素油劑。

１．２．３蝦青素油劑濃度測(cè)定取１ μＬ蝦青素油劑于１ ｃｍ的比色皿中，用二氯甲烷稀釋３ ０００倍（即加入２ ９９９ μＬ二氯甲烷），混勻，此溶液為待測(cè)液。以二氯甲烷為空白對(duì)照組，使用１ ｃｍ的比色皿，在分光光度計(jì)上測(cè)定待測(cè)液在２４５ ｎｍ處的吸光度。

１．２．４蝦青素含量的計(jì)算試樣中蝦青素含量ｙ（％，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）按以下公式進(jìn)行計(jì)算。

式中，ｘ為待測(cè)液濃度（ｍｇ／ｍＬ）；３ ０００為樣品的稀釋倍數(shù)；ｍ為樣品的總質(zhì)量（ｇ）；Ｖ為從原料（重量）中提取出的蝦青素油劑體積（ｍＬ）。

１．２．５檸檬酸鈣的提取方法目前提取檸檬酸鈣普遍采用石灰乳中和檸檬酸溶液，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得成晶。也可以蛋殼為原料，經(jīng)清洗、粉碎、煅燒制成石灰乳，然后用檸檬酸溶液中和，再經(jīng)過(guò)濾、水洗、干燥得成品。本試驗(yàn)直接采用檸檬酸浸提蝦殼中的鈣，方法簡(jiǎn)便且無(wú)污染。

采用單因素試驗(yàn)尋找檸檬酸鈣提取過(guò)程中所用檸檬酸溶液的最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)。按料液比１∶５～１∶１０的比例分別向等量提取蝦青素后經(jīng)過(guò)濾洗凈的蝦頭殼中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檸檬酸溶液，攪拌４～８ ｈ，過(guò)濾分離液體和脫鈣甲殼素，濾液于５ ０００ ｒ／ｍｉｎ離心１０ ｍｉｎ，分離的固體經(jīng)過(guò)低溫干燥后即為檸檬酸鈣。

１．２．６甲殼素的提取方法蝦、蟹、螺殼中的甲殼素的提取方法一般是先用酸浸漬后再用堿處理除去蝦、蟹、螺頭殼內(nèi)含有的蛋白質(zhì)、鈣等雜質(zhì)，清洗干凈后為甲殼素粗制品，粗制品用０．５％的高錳酸鉀和雙氧水浸泡處理，最后用水洗凈、干燥即為白色甲殼素成品［３］。本研究提取甲殼素首先采用酶水解蛋白質(zhì)，再將蝦頭殼進(jìn)行脫鈣、脫色，清洗干凈，置于６５℃條件下干燥，用機(jī)械粉碎即為甲殼素成品。

１．２．７水分含量測(cè)定蝦頭殼、蝦蛋白粉、甲殼素等固體的水分含量測(cè)定。取固體物質(zhì)稱重→在１０５℃的干燥箱中干燥２～３ ｈ→稱重→再次干燥→稱重，直至恒重（兩次所得重量相差不超過(guò)０．３ ｍｇ）。

１．２．８灰分含量測(cè)定稱取適量的蝦頭殼、蝦蛋白粉、甲殼素樣品（０．５～１．０ ｇ）于坩堝內(nèi)，在電爐上灼燒灰化，至坩堝內(nèi)無(wú)黑煙冒出，再將坩堝轉(zhuǎn)入箱式節(jié)能電阻爐中，５００℃灼燒６ ｈ，待爐內(nèi)溫度降至２００℃以下后將坩堝移入干燥器內(nèi)，冷卻后稱重，重復(fù)灼燒２ ｈ，再次稱重，重復(fù)灼燒直至前后兩次稱重相差不超過(guò)０．３ ｍｇ。

１．２．９脂肪含量測(cè)定稱取適量干燥的蝦頭殼、蝦濃縮蛋白粉、甲殼素樣品（１．０～３．０ ｇ）放入濾紙?zhí)字校徊⒎湃胨魇咸崛∑鞯奶崛」軆?nèi)，注意勿使濾紙筒高于虹吸管的虹吸部分，向提取管內(nèi)加入乙醚，讓其虹吸１次，再加乙醚到虹吸管高度的一半處，將溫度調(diào)節(jié)至３５℃左右，水浴加熱索氏提取器，直至乙醚液體為無(wú)色時(shí)說(shuō)明抽提完畢，將脂肪瓶表面用酒精擦拭干凈，烘干稱重。

１．２．１０蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用凱氏定氮法［４］測(cè)定蝦頭殼、蝦濃縮蛋白粉等樣品蛋白質(zhì)含量。

１．２．１１氨基酸含量測(cè)定蝦頭殼、蝦濃縮蛋白粉等的氨基酸含量采用日立Ｌ－８８００氨基酸分析儀測(cè)定。

２結(jié)果與分析

２．１蝦頭殼內(nèi)蛋白質(zhì)最佳提取條件的選擇

蝦頭殼中蛋白質(zhì)提取對(duì)底物濃度、酶用量、消化溫度、消化時(shí)間進(jìn)行正交試驗(yàn)，設(shè)計(jì)４因素３水平的正交試驗(yàn)表，選出最優(yōu)酶水解條件，因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表１，結(jié)果見(jiàn)表２。

由表２極差可以看出，Ａ＞Ｂ＞Ｄ＞Ｃ，對(duì)蝦頭殼內(nèi)的蛋白質(zhì)得率影響最大的是底物濃度，其次為酶用量，然后為反應(yīng)時(shí)間，而溫度對(duì)其影響最小（在一定范圍內(nèi)），其結(jié)果顯示蝦頭殼內(nèi)的蛋白質(zhì)得率隨底物濃度和酶用量的升高而升高，而隨溫度的升高和時(shí)間增長(zhǎng)蛋白質(zhì)的得率均出現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。Ａ３Ｂ３Ｃ２Ｄ２為最佳反應(yīng)條件，蝦頭殼酶水解反應(yīng)最佳條件為底物濃度３００ ｍｇ／ｍＬ，酶用量８ ０００ Ｕ／ｇ，提取溫度４５℃，提取時(shí)間６ ｈ。

２．２蝦青素含量測(cè)定

２００ ｇ原料中提取出的蝦青素油劑為０．１８ ｍＬ，采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，以二氯甲烷為溶劑于波長(zhǎng)為２４５ ｎｍ處測(cè)得待測(cè)液的濃度為１．０６９ ｍｇ／ｍＬ，計(jì)算得蝦青素含量為２．８８６ ｍｇ／ｇ。Ａｌｖａｒｅｚ等［５］用丙酮從冷凍干燥的南極鱗蝦廢棄物中提取蝦青素，產(chǎn)出率達(dá)到１２９．５ ｍｇ／ｇ，所以本研究采用二氯甲烷為浸泡液提取的蝦青素產(chǎn)量明顯低于Ａｌｖａｒｅｚ等用丙酮提取的含量，但是丙酮萃取雜質(zhì)含量高，需要非極性溶劑進(jìn)行反萃取，工藝復(fù)雜，溶劑回收成本高，且丙酮有一定的毒性，在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。而二氯甲烷在低溫４０℃即可蒸餾回收，對(duì)蝦青素理化因子的穩(wěn)定與抗氧化保存極為有利，所以用二氯甲烷是提取蝦青素較好的溶劑。

２．３不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檸檬酸對(duì)蝦頭殼脫鈣試驗(yàn)分析

根據(jù)上述設(shè)置了５個(gè)反應(yīng)的檸檬酸脫鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的梯度，從表3的結(jié)果可以看出，檸檬酸脫鈣率隨著檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，但達(dá)到一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)后逐漸下降呈先增大后減小的趨勢(shì)，即在檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為１５％時(shí)脫鈣率達(dá)到最高，其變化規(guī)律為檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)１０％～１５％時(shí)檸檬酸的脫鈣率逐漸上升，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)１５％～２０％時(shí)檸檬酸的脫鈣率逐漸下降，上述試驗(yàn)結(jié)果表明檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)１５％為最適。

２．４甲殼素含量測(cè)定

計(jì)算所得甲殼素的含量為３．９３％（每１００ ｇ蝦頭殼原料中含３．９３ ｇ甲殼素）。

２．５水分含量測(cè)定

蝦頭殼中水分含量的測(cè)定采用平行試驗(yàn)，所得結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以得出蝦頭殼中水分平均含量為７3．85％，干物質(zhì)含量為２6．15％。

２．６脂肪含量測(cè)定

從表5可以看出平均脂肪含量分別為蝦頭殼６．２４％、蛋白粉含量２５．００％、甲殼素含量４．９９％。

２．７灰分含量測(cè)定

由表6計(jì)算得出蝦頭殼、蛋白粉和甲殼素平均灰分含量分別為：３４．１６％、１２．６２％、５．１６％。

３結(jié)論

采用正交試驗(yàn)法對(duì)蝦頭殼蛋白質(zhì)的提取條件進(jìn)行篩選，確定最佳提取條件為：底物濃度３００ ｍｇ／ｍＬ，酶用量８ ０００ Ｕ／ｇ，提取溫度４５℃，提取時(shí)間６ ｈ。

本研究本著綜合利用蝦頭殼下腳料進(jìn)行系列精深加工，取得具有高利用價(jià)值的蝦青素、甲殼素以及活性鈣等產(chǎn)品，增加了蝦廢料的附加值，減少水產(chǎn)資源浪費(fèi)和對(duì)生態(tài)環(huán)境的面源污染，對(duì)于蝦廢料來(lái)說(shuō)是一種切實(shí)可行的利用途徑。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 丁純梅，陶庭先，吳之傳．龍蝦蝦殼的綜合利用（Ｉ）—蝦殼紅色素的提取及其性質(zhì)研究［Ｊ］．化學(xué)世界，１９９５，３６（８）：４４４－４４５．

［２］ 宋光泉，閻杰， 王榮輝， 等． 天然蝦青素的提取純化及其應(yīng)用［Ｊ］ ．廣東化工，２００７，３４（１１）：６３－６６．

［３］ 任慧霞，陸經(jīng)毅，柳華義．甲殼素的制備及其測(cè)定方法［Ｊ］．山東醫(yī)藥工業(yè)，２０００，（１９）１：３９－４０．

［４］ 施特爾馬赫．酶的測(cè)定方法［Ｍ］． 錢嘉淵，譯．北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，１９９２．

［５］ ＡＬＶＡＲＥＺ Ｇ，ＰＥＤＲＯ Ｉ，ＣＯＮＴＲＥＲＡＳ Ｖ，ｅｔ ａ１．Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ Ａｎｔａｒｃｔｉｃ ｋｒｉｌｌ ｒｅｓｉｄｕｅｓ［Ｊ］． Ｃｏｎｔｒｉｂ Ｃｉｅｎｔ Ｔｅｃｎｏｌ（Ｓｐａｎｉｓｈ），１９９０，２０（８９）：５－８．