（化学工程专业论文）天然虾青素提取和纯化工艺研究.pdf

浙江大学硕士学位论文t 2 0 ) 摘要 p 5 0 8 3 3 3 本文研究了从新鲜虾壳中提取虾青素的工艺。该工艺包括粗色素油的提取， 虾青素酯的水解和虾青素粗品的纯化。 实验研究了用5 盐酸浸泡、水洗等预处理对用丙酮提取粗色素油效果的影 响，盐酸浸泡液p h 值为4 5 5 0 时，可以去除大部分矿物质。用丙酮浸取经盐 酸预处理后的虾壳，得到粗色素油。 实验研究了强碱树脂用量、温度、二氯甲烷与甲醇的比例对虾青素酯水解的 影响，强碱树脂用量增加，虾青素酯水解速度加快，但游离虾青素降解也明显加 快；水解温度太高，游离虾青素降解严重；二氯甲烷与甲醇的比例以1 ：3 为宜。 l 建立了虾青素酯水解动力学模型，结果表明该反应是一个虾青素酯水解的一 级反应和游离虾青素降解的零级反应组成的连串反应。虾青素酯水解的一级反应 速度常数和游离虾青素降解的零级反应速度常数都与树脂用量成线性关系。 f 2 5 。c 下，1 2g 粗色素油( 游离虾青素含量o 1 l ，虾青素酯1 2 3 ) 溶于5 0m l 二氯甲烷一甲醇( 1 ：4 ) 0 0 进行虾青素酯水解，水解液中游离虾青素的浓度与强碱树 脂的用量和反应时间的关系式为： 。= 3 2 1 8 4 2 9 5 0 2 e x p ( o 0 4 4 0 0 4 2 x ) t + ( 6 3 4 2 5 9 0 8 x ) t 式中：x 为碱树脂用量，g 5 0 m l ；t 为水解反应时间，h lc “为水解液中游离 、 虾青素的浓度，m g l 。 研究了硅胶、聚酰胺等固定相及洗脱剂对产品纯度的影响，结果表明聚酰胺 优于硅胶。随着二氯甲烷和正己烷混合溶剂中二氯甲烷比例的增加，聚酰胺柱洗 脱得到的产品纯度降低。研究了虾青素在聚酰胺介质上的吸附速度和吸附平衡， 表明聚酰胺吸附虾青素是物理吸附，并用l a n g m u i r 方程关联了平衡数据。测定 了以聚酰胺为吸附剂的固定床吸附流出曲线。 f 从新鲜虾壳中提取的粗色素油，虾青素含量约o 1 ，经过虾青素酯的水解、 聚酰胺柱的吸附分离得到的产品中虾青素含量有很大提高，部分产品虾青素含量 可达约8 ，可满足部分市场需求。上 关键词：虾青素、聚酰胺、水解反应、吸附，提纯， 7 ， xx 溉江大学硕士学位, g 力( 2 0 0 3 ) a b s t r a c t e x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o no fn a t u r a la s t a x a n t h i n t h ee x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o no fn a t u r a la s t a x a n t h i nf r o ms h r i m pw a s t e sw e r e s t u d i e d t h ep r o c e s si n c l u d e sh y d r o c h l o r i ca c i dp r e t r e a t m e n t ，a c e t o n ee x t r a c t i o n ， h y d r o l y s i s o fa s t a x a n t h i ne s t e r s b yc a t a l y s i s o fb a s i ci o n e x c h a n g er e s i n ，a n d a d s o r p t i o ns e p a r a t i o n d u r i n gp r e t r e a t m e n t 5 h y d r o c h l o r i ca c i dw a sa d d e dt os h r i m pw a s t e sa t r o o m t e m p e r a t u r e t oo b t a i naf i n a lp ho f 4 5 5 0f o r5hs oa st or e m o v em i n e r a ls u b s t a n c e s t h e ns h r i m pw a s t e sw e r ew a s h e dw i t hw a t e r , a n di m m e r s e di na c e t o n ef o ra b o u t2 4h t oe x t r a c tc a r o t e n o i d sa tr o o m t e m p e r a t u r e t h er e a c t i o nk i n e t i c sf o rt h eh y d r o l y s i so fa s t a x a n t h i ne s t e r sa n dt h ed e g r a d a t i o no f a s t a x a n t h i nd u r i n gh y d r o l y s i so ft h ep i g m e n te x t r a c tf r o ms h r i m pw a s t e sw e r e i n v e s t i g a t e d t h ed o s a g eo f b a s i ci o ne x c h a n g er e s i nw a si m p o r t a n tf o rp r o m o t i n gt h e h y d r o l y s i so f a s t a x a n t h i ne s t e r sa n dm i n i m i z i n gt h ed e g r a d a t i o no fa s t a x a n t h i nd u r i n g h y d r o l y s i s w i t hah i g h e rd o s a g eo f b a s i ci o ne x c h a n g er e s i n , t h er e a c t i o nr a t eo f h y d r o l y s i sw a sh i g h , b u tt h ed e g r a d a t i o no fa s t a x a n t h i no c c u r r e ds i g n i f i c a n t l y a h i g h e rt e m p e r a t u r e s h o u l db ea v o i d e dt om i n i m i z et h ed e g r a d a t i o no f a s t a x a n t h i n t h e m i x t u r eo fd i c h l o r o m e t h a n ea n dm e t h a n o l ( 1 ：3 ，v ，) w a sas u i t a b l es o l v e n t t h e r e a c t i o nc o n s i s t so f t h ef i r s to r d e rr e a c t i o no f t h eh y d r o l y s i so f a s t a x a n t h i ne s t e r sa n d t h ez e r oo r d e rr e a c t i o no ft h ed e g r a d a t i o no fa s t a x a n t h i n t h er a t ec o n s t a n t so ft h e h y d r o l y s i sr e a c t i o n ( f i r s to r d e r ) o f a s t a x a n t h i ne s t e r sa n dt h ed e g r a d a t i o n r e a c t i o n ( z e r o o r d e r ) o f a s t a x a n t h i nw e r ed i r e c t l yp r o p o r t i o n a lt ot h ed o s a g eo fb a s i ci o ne x c h a n g e r e s i n w h e n1 2 gp i ge x t r a c t sf 0 1 1 a s t a x a n t h i n , 1 2 3 a s t a x a n t h i ne s t e r s ) w e r e d i s s o l v e di n5 0m ld i c h l o r o m e t h a n e - m e t h a n o t ( 1 ：3 ( v ) ) ，h y d r o l y s i sa t2 5 c ，t h e e x p r e s s i o no f t h e c o n c e n t r a t i o no f a s t a x a n t h i n ，t h ed o s a g eo f b a s i ci o n e x c h a n g e r e s i n i i 巍江大学硕士学位老 s c ( 2 0 0 3 ) a n dt h er e a c t i o nt i m ei sa sf o l l o w s c 。= 3 21 8 4 2 9 5 0 2 e x p ( 0 0 4 4 0 0 4 2 x ) t + ( 6 3 4 2 5 9 0 8 x ) t w h e r ec a ni st h ec o n c e n t r a t i o n ( m g 1 ) o fa s t a x a n t h i ni nt h es o l u t i o na tr e a c t i o nt i m et ( 1 1 ) ；xi st h ed o s a g e ( g ) o f b a s i c i o n e x c h a n g e r e s i n i n a d s o r p t i o ns e p a r a t i o n , t h e e f f e c to fd i f f e r e n ta d s o r b e n t s i n c l u d m g s i l i c aa n d p o l y a m i d e w a ss t u d i e d ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tp o l y a m i d ew a sb e t t e rt h a ns i l i c a t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r m so fa s t a x a n t h i no np o l y a r n i d ew e r em e a s l l r e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ea d s o r p t i o ni s o t h e r m sw e r e l a n g m u i rt y p e t h e p u r i f i e dp r o d u c t w i t ha s t a x a n t h i nc o n t e mo f m o r et h a n8 w a so b t a i n e d k e y w o r d s ：a s t a x a n t h i n ，p o l y a m i d e ，h y d r o l y s i s ，p u r i f i c a t i o n ，a d s o r p t i o n i i i 淑江大学硕士学位论文( 2 3 ) 1 l - 一 刖舌 虾青素( a s t a x a n t h i n ) 是自然界中分布最广泛的一种叶黄素，呈粉红色，具 有独特的着色功能，能够促进抗体的产生，增强动物的免疫力，在抗氧化性，清 除自由基方面，其能力强于b 一胡萝h 素和生育酚。 虾青素属于酮式类胡萝卜素，它广泛存在于生物界中，特别是水产动物的虾、 蟹、鱼和鸟类的羽毛中。例如，虾青素是虾、蟹等甲壳类动物的主要色素，由于 在生物体内与蛋白质结合而呈青、棕等不同颜色。加热使蛋白质变性后，释放出 虾青素而呈现鲜艳红色。另外，一些藻类也能产生虾青素，如既能自养也能异养 生活的雨生红球藻( h a e m a t o c o c c u sp l u v i a l i s ) ，所以是虾青素的很重要来源之一。 红法夫酵母、粘红酵母b f 一6 等也能够产生虾青素。人工合成的虾青素的生产 在国外已有瑞士的h o f f m a n n - l a r o c h e a g 和德国的b a s f 公司。 本文研究从水产品加工工业废弃物的虾、蟹甲壳中提取天然虾青素，同时希 望在提取过程中不影响以后甲壳素、壳聚糖、氨基葡萄糖等其它成分的提取，提 高水产品废弃物的综合利用率，因而具有重要的应用前景。 本文主要研究了天然虾青素的提取和纯化工艺。以新鲜虾壳为原料，经提取、 水解、纯化后，使虾青素粗品中虾青素的含量达到了8 左右，可满足一部分市 场需求，为工业化生产提供基础数据。第一章对各种提取和纯化方法作了评价， 在此基础上提出粗色素油的提取、碱树脂水解虾青素酯及用聚酰胺作为吸附剂的 固定床吸附分离虾青素的工艺。第二章介绍虾青素的分析方法。第三章为虾青 素酯的水解，主要考察温度、碱树脂用量，溶剂二氯甲烷和甲醇的比例等因素 对虾青素酯水解反应的影响，并建立虾青素酯水解反应的动力学模型。第四章 为虾青素的纯化，介绍硅胶、聚酰胺等固定相及洗脱剂对产品纯度的影响，测 定聚酰胺的吸附平衡等温线，建立吸附平衡的数学模型。测定以聚酰胺为吸附 剂的固定床吸附流出曲线。第五章是结论部分，对全文作了归纳和总结。 鞭江太学碛士学位论文t z 3 ) 1 1 引言 第一章文献综述 类胡萝卜素( c a r o t e n o i d s ) 属于类萜化含物。分子中不含有氧原子的碳氨族类荫 萝卜素被称为胡萝卜素竣( c a r o t e n e s ) ；分子中有禽氧功能阁( 如羟慕、环氧基、甲 氧基、酾基、羧酸等) 的衍生物及其酯类则被称为奸黄素族( x a n t h o p h y l i s ) 。 类胡萝卜素是自然界分布最为广泛的一类色索，也怒最重要的色素。它们存 在于整个植物界、所有遴行光合体用的细脆组织巾，不过它们常被时绿素所遮蔽； 间时也存在于一些细菌、真菌、藻类及动物( 尤其鸟类和鱼类) 和无脊椎动物( 如虾、 赘) 之中。毽动秘和无脊稚动耱不能鑫身会成类胡萝卜紊，哭髓邋遗获食秘中摄 取并沉积于体内。已发现的类胡萝b 素( c a r o t e n o i d s ) 种类超过6 0 0 种，它们主要 怒岩藻焚素( f u c o x a n t h i n ) 、黄豁素( t u t e i n ) 、紫黄素( v i o l a x a n t h i n ) 秘赫黄霞 ( n e o x a n t h i n ) 。几种常见的类胡萝h 素结构见图1 1 。 类麓萝 、素靛予吾秘生耪终瓣煞色彩，终隽毙会嚣蘧豹辖囊色素，还参与巍 能传递和物质转化，具有抗光敏化作用、猝灭自由基等熏要生理功能，保护生物 终免受不澍环境灏素豹穆害。曼一方嚣，类囊萝 素作为藿要戆紫莠素泉源，毙 增强机体免疫功能，防瘸保健，在医药、食品、饲料和养殖业方面用途广泛1 1 1 。 二十避纪八卡年代化学会成炎勰萝卜索一度锈镄和独占世界枣场，年产近万 吨，主要用于饲料添加剂和食品工业。但天然类胡萝b 素在食品j n - r 业有着更广 泛的应用，9 0 年代以兹，西方鼷家大都将类胡萝卜素作为食用色素用予食品与 饮料中。9 0 年代后，天然类葫萝p 素逐渐成为一种强化营养食晶的重要添加裁。 瓣制食品中加类胡萝p 豢不仅可使色泽渗入，还髓增加其营养价德，可谓是一举 两得。此外，天然类胡萝 素还苟英它保健植彩漓，如嗣嵬草油或深海鱼油等一 起加工成软胶囊等新颖保健品【2 】。 由予类胡萝 、素具有极强静抗氧讫簸力，爵羝衡有害物质在体惩造成的氧证 损伤。研究表明：天然类胡萝卜素可以预防游离基所造成的组织损伤与细胞衰老； 必然类鞠萝卜素巾所含徽整懿玉米黄震、戆黄蕨等有益予心薤穗藤淤及颈貔盎警 硬化、视网膜黄斑退化和其它因机体衰老所引起的症状；类胡萝b 素能协同体内 黔“清溶系统”将愆食耪一超摄入薅肉翡各释“环境激素”f 翔多氯联苯等) 戳及 二恶英之类有害物质清除体外口】。 9 0 够饯嚣浚教已久豹天然来源瓣类翅萝卜索重薪嚣始走嫠熬赛枣场。与此 同时，开辟天然粪胡萝b 索新来源及其提取工艺成为各公司( 尤其专门从潦天然 濒汪麦学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 植物产品开发的制药公司) 的科研新课题。可以预觅，今后天然类胡萝b 素产销 烬急剧增长。 h 0 c h 2 0 h o 珏 j y e o p e n e 1 2 虾青素 图1 1 几耪常用豹类鹚萝p 索 1 2 1 分子式、分子量和结构式 虾青索( a s t a x a n t h i n ) ，学名为3 ，37 二羟基b ，t 3 胡萝1 - 索- 4 ，47 二酮 耩于叶黄族x a n t h o p h y l l s 樊的酮式类瑟萝 素。分子式蔻c 4 0 珏5 2 0 4 ，分予萤是 2 溉江大学硕士黜( 2 0 0 3 ) 5 9 6 8 。化学结构式见图1 2 。立体异构体见图1 3 。它具有两个手性碳原子，存 在三种立体异构体：( 3 r ，3 r ) 、( 3 r ，3 7 s ) 和( 3 s ，3 7 s ) ，几何构型 大部分是反式异构体，也是热力学上最稳定的构型f 3 】。 0 图1 2 虾青素化学结构式 0 h 帕，泌u 一“删 肿搿k 一“傩 图1 3 虾青素立体异构体 1 2 2 物理化学性质 虾青素具有水不溶性和亲脂性。溶于吡啶、苯、二硫化碳等有机溶剂，微溶 于石油醚、乙醇、甲醇、乙醚、异丙醇等大多数有机溶剂。室温下在部分溶剂中 的溶解度如表1 1 所示【l j o 表1 1 虾青素在部分溶剂中的溶解度( 室温) 浙江大学硕士学位论文t 2 0 0 3 1 虾青素纯品为暗紫棕色晶体，熔点约2 2 4 。c 4 。 虾青素在不同溶剂中有不同的最大吸收波长及吸光值。虾青素在部分溶剂中 的最大吸收波长及吸光值如表1 2 所示【”。 表1 2 虾青素在部分溶剂中的最大吸收波长及吸光值 虾青素在生物体中常与蛋白质结合而呈蓝紫色，蛋白质变性后才呈现橙红 色，而氧化后为虾红素( a s t a c e n e ) 。 虾青素为长链不饱和双键结构体系，因此性质不稳定，易于异构化和降解。 对热、氧、自然光、紫外光敏感，色拉油和抗氧化剂对其有一定的保护作用【5 j 。 有机溶剂能使天然虾青素降解褪色，褪色的速率顺序【6 】为： 丙酮 氯仿 石油醚 色拉油。 有机溶剂也能使天然虾青素异构化降解，而且在碱性条件下，易发生不可逆 变性。异构化的速率顺序1 5 j 为： 二氯甲烷 氯仿 二氯甲烷与甲醇的混合物 甲醇 乙腈 丙酮 二甲基亚砜。 而虾青素与脂肪酸结合形成的酯比脂肪酸与其它类胡萝h 素结合形成的酯 化合物性质稳定，不易被氧化【4 】。 虾青素有很强的抗氧化性，在清除自由基方面，其能力强于d 一胡萝h 素例。 有抗肿瘤及增强免疫的生理功能。有艳丽的颜色及极强的色素沉积能力1 7 】。 1 2 3 存在形式 虾青素广泛存在于生物界中，特别是水产动物的虾、蟹、鱼和鸟类的羽毛中。 例如，虾青素是虾、蟹等甲壳类动物的主要色素。火烈鸟的羽毛中，就存在有大 量的虾青素，在大马哈鱼的肉中，虾青素占类胡萝h 素的7 0 左右，有的甚至高 达9 9 8 。另外，一些藻类也能产生虾青素，如既能自养也能异养生活的雨生红 球藻( h a e m a t o c o c e u sp l u v i a l i s ) 。虾青素在生物体内与蛋白质结合存在而里青、 棕等不同颜色，加热使蛋白质变性后，释放出虾青素而呈现鲜艳红色。虾青素在 海产品中的含量和存在方式各有不同，由于虾青素中的结构式中具有羟基，因而 能与羧基结合生成稳定的虾青素酯。大多数天然虾青素是以虾青素酯存在的，有 的是一元酯，有的则是二元酯。虾青素在各种海产品中的分布和类型如表1 3 所 4 浙江大学碛士学位论文t 2 3 ) 不。 表1 3 虾青素在各种海产品中的分布和类型【3 + m o s tc r u s t a c e a n ss t u d i e da p p e a rt oh a v e m o s t l y t h e3 s ，y sf o r m , u n l i k ek d l l ”d e p e n d i n g o n t i s s u e s ，f r e eo re s t e r i f i e da s t a x a n t h i nm a y b ef o u n d + + + a l s oc o n t a i nas m a l lp r o p o r t i o no f f r e ea s t a x a n t h i n 1 2 4 来源 化学合成的虾青素作为食品添加剂已被美国食品与药品管理局( f d a ) 批准 使用，价格非常昂贵，每千克达2 0 0 0 2 5 0 0 美元【l 】。人工合成虾青素的过程中可 能被其它有害物质污染，产品中还含有非天然的异构体，出于安全的角度考虑， 化学合成的虾青素在多种食品、饲料、医药品及化妆品上的应用受到很大的限制。 因此人们对生产天然虾青素的兴趣大大提高。目前比较有前景的天然虾青素的生 产来源是甲壳类动物的壳、酵母菌和藻类。 濒粗走学碗士攀垃论文t 2 0 0 3 ) f 1 ) 纯学合成法 e h o 撼a n n - l a r o c h e 公司予8 0 雄代末合成了发式虾鬻豢，商品名为 “c a r o p h y l l p i n k ，虾寄豢盼含蕊为5 1 0 ，楚誉蘸市场土鳋垒镭料的主要来 源。以( s ) - - 3 - - 乙酸揍一4 一钒代b 一紫罗嗣为原料化学合成虾青綮【8 l 。 穗溪兹b a s f 公司驻3 一翠基5 ( 2 ，6 ，6 一三泽基一3 一襞一麓基一 环己烯熬) 一2 ，4 一戊= 烯三势基磷酸龄和2 ，7 二甲基一2 ，4 ，6 三十八烯 二醛爱疲合藏9 6 至9 7 1 舞全慕式虾赘索强。 ( 2 ) 甲壳纲渤物及其加工后的废物【1 1 荦蠢类熬年产量很大，熬工厂豹发窘耪占藤辩煞7 0 - 8 5 ，是提取豁毒素鹣 一种良好来源。1 9 8 4 年垒世界构有1 6 万吨粉筑虾被加工，以平均每吨凌弃物可 提毂爨3 5 霓虾海素售计，霉年霹获亵5 6 0 0 千竟蛏毒索。毽垂擎瓷类蓊工生产舔 脊素也存在不少缺点； ，穗褰含量低量变化大，一般在0 - 2 0 0 滔珏罐子瘦携； + 陵弃物本身易迅速腐败变质； + 体积大，运输成本摆对提巍； e 凡丁质、获分、溉度含量赢。 ( 3 ) 藻类例 缀多静类鹣藻类翔悉生红球藻( - i a e m i t t o c o e c 娃sp l u v i a t i s ) 帮微藻类黥夺球藻 含有较骞的虾奇索。雨辙红球藻在生长过程中，着氮源缺乏，其体内会积累虾谢 豢。毽运些徽藻逶雾壤莽条襻簿瓣，垒长较稷，黉要骏长蕊蠢葵培莠髑麓。 用红球藻生产的色素品质较好，其中主要为虾青索鼯( 6 0 - 8 0 ) ，此外还含有 势耪萝 、素、静鞠萝 素、紫黄豢( v i o t a x a n t h i n ) 、薪黄蠢国糊蕊婶、黄髂索g 珏据磷 等及少凝的游离虾青素、玉米黄质( z e a x a n t h i n ) 、角黄索渤n t l l a x 蝴_ i b j n ) 等。 纂炎培养瞧存在一些难瑟，鲤： + 患长缓慢 e 生长涅爱戴往0 ) 辩要光照 ， ，浮壁照囊，不易玻谗提取 + 敞开式池培养时翁污染 擎) 法夫酵姆( 1 h a f f t a r h o d o z y m a ) 1 】 野生法夫酵母约含2 0 0 - 5 0 0 呜僖予酵母酶爨稿萝卜索，其中9 0 为虾青素。 与甲壳类、藻类桷比，法夫酵母w 在发酵罐中快速代谢翻糍细胞密度生产簿优点。 餐鹭垒蓠株虾青索含爨较低，培养温度较低( 2 1 ) 等隈鼹了其互监生产的虿髓 性。因此虾青索离产菌株的选商、发酵工艺及规律的探索、瘢价发酵底物的研究 默及垒璃功髓等直莛耩究程用法夫酵鸯逶霄虾青素王照生产豹重点方瑟。 矗 浙；醴大学硕士学纯论文( 2 3 ) 1 2 5 生物活性及工业价值 虾鬻素目前已被广溅开发应用于食品、医药、化妆i 鞴及饮料中。虾青素虽是 一神类胡萝b 索，但某热生物作用远比茭它类胡萝卜素强。虾青索是一釉非维生 索a 原的类稿萝b 素，在动物体内不能转为维艇素a ，但它有极强的抗氧化性 能。能清除体内自由基，调节降低这些由光化学引致的伤害，对紫外线引致的皮 默癌有缀驽的治疗效果。虾青素迩能显蔫地健避淋巴结抗体的产生，特瘸是与体 内的t 细胞相关抗原的抗体产生【3 】。在食品上，不仅可以着色，还可有效地起 潮傈鲜、防丘变色、交臻、交震的1 窿震。豁青素瓣抗光敏 乍霜较。胡萝 、索更强， 阑外有含虾青索的化妆晶专利。医药及食品工业利用虾脊素的抗氧化作用、抗炎 瘥终震及免疫键遴律嚣泉作受蘩携预茨戴纯性缀缓损臻帮配制绦健食燕。瓣露盎下 脊索有艳丽红色，并可与肌动蛋白非特异性结合，加入水产饲料中可以改善养殖 惫类鹣瘦获及瓤凌麴色泽；另耱豁专素对垒类熬生长繁薅兵毒缀蓬要懿俘惩，可 促进鱼卵受精，减少胚胎发育的死亡率，促进个体生长，增加成熟速度和生殖力， 增翔鱼类豹抗瘸缝力。蝼专素还毽终为甓莠物震促进家禽款生长藏提毫产蛋率。 1 ，2 5 。1 生物活性 ( 1 ) 抗氧化作用【3 l 像羧基、过氧化基等强氧化剂和像缝态氧具霄非常礴的活性，能在人类的掰 陈代谢：j 建程中产生，它们可以促使细臆被剧烈破坏，影响人体的免疫反成枫制， 形成人体的老化和动脉粥样化形成、婴儿的视网膜病、与年龄有关的视网膜斑点 邋化和致癌律雨等许多鹃病态现象。 类胡萝卜素通过吸收纯态氧的活性点到类胡萝卜素链中，致使类胡萝卜素分 子簿解，苏防壹箕它分子绒组织被破坏，弼作麓缝淼氧襄蒸它活髋释类静淬灭裁。 虾街素作为纯态氧的淬灭剂和自由慕的清邋夫的抗氯化性质和保护脂类的 遗氧诧爱应翡靛力，已经不断戆被久靠：诞鞠。在实验室条伟下懿磁究显拳虾青素 的抗氧化性质优午其它类胡萝卜索1 0 倍，优于维生素b 的抗氧化性质8 0 倍到 5 5 0 售。 。 虾青素不象# 胡萝h 素，缺少在哺乳动物中的维生綮a 原的活性，不能转 他为维生素a 。蜒毒素熊逶过蠹艨蘑瘴，在器官审妻接发挥其摭氧耽髂用戆能 力，这与1 3 胡萝h 素也不同。 ( 2 ) 挽艟瘗和增强免疫功能h 1 在研究天然炎胡萝b 素的抗瘸作用时发现虾脊素具有很强的抗癌作用。虾青 豢、0 一胡萝b 素及3 坶i 簇胆蕙谯降低肝癌病灶的数目秘大小方躐效果显著，对 卣二乙基亚硝胺竣硝基丙烷引发黼肿瘤的鼠，喂铆3 至4 周的虾街素，可显著降 了 浙江大学碗士学位论文( 2 3 1 低肺肿瘤病灶的大小和数目。 f 3 ) 显色作用l l j 类胡萝h 素是鸟类羽毛中非常重要的成分，其明亮的黄色、桔黄和红色主要 是叶黄素如虾青素等所致。法夫酵母的动物色素沉积实验表明，在彩虹鳟 f r a i n b o wt r o u t ) 、鲑鱼、龙虾和鸡的蛋黄中虾青素沉积水平最高。 ( 4 ) 抗光敏作用【1 1 虾青素可解除光诱导的氧化胁迫，抑制光敏作用能力强。o s h i m a 等将组成 蛋黄卵磷脂的大型单片脂质体添加水溶性光敏物质或脂溶性光敏物质后进行光 照辐射，用以检测虾青素和b 胡萝h 素抑制磷脂双分子层的光敏氧化作用的效 果。结果表明虾青素比b 胡萝h 素抑制光敏氧化作用能力要强。 1 2 5 2 工业价值与应用 工业合成的虾青素主要用作动物饲料添加剂，用于鲑鱼、虹鳟鱼和猪饲料。 天然的虾青素在食品添加剂、保健品、制药业、化妆品等方面都有广泛的应用。 f 1 ) 在水产养殖中的应用例 研究表明，虾青素在促进抗体的产生、增强宿主的免疫功能，抗氧化、消除 自由基方面的能力均强于b 一胡萝h 素。 研究表明，虾青素对鱼类的生长繁殖有很重要的作用，虾青素可作为激素促 进鱼卵受精，减少胚胎的死亡率，促进个体生长，增加成熟速度和生殖力。 j o h n s o n ( 1 9 8 0 ) 将红法夫酵母添加到饵料中，鲑鱼和鲟鱼食用了经破碎细胞壁的红 法夫酵母后，虾青素积累在皮肤和肌肉中呈红色。这种鱼富含营养、色泽鲜艳、 味道好，在欧美市场很受青睐，其价格也要比普通的鱼高出许多倍。 f 2 ) 在畜禽养殖中的应用【3 j 虾青素在养禽业中也有很重要的作用。e a j o h n s o na n dm j l e w i se ta 1 ( 1 9 8 0 ) 报道，蛋鸡饲料中加入2 9 5 的红法夫酵母，蛋黄的最大吸光度从5 7 1n l 1 提高 到5 9 3l l i n ，而加入1 0 8 5 的黄玉米时，仅提高到5 7 5n l 1 。肉禽饲料添加了虾青 素后，皮肤、脚、喙呈现出金黄色，这些都大大提高了禽蛋、肉的商品价值。另 外，酵母作为单细胞蛋白，虾青素作为营养物质可促进家禽的生长和提高产蛋率； 而且这种蛋具有更丰富的营养，对人体的健康有利。 ( 3 ) 在制药及食品工业中的应用1 3 j 虾青素是一种非维生素a 原的天然类胡萝h 素，在动物体内不能转化为维生 素a ，但它有极强的抗肿瘤、抗氧化性能，有抑制肿瘤发生，增强免疫力，清除 体内自由基等多方面的生物学功能，制成药物预防氧化性组织损伤和配制保健食 品，可以预防游离基所造成的组织损伤与细胞衰老，有益于心脏健康以及可预防 血管硬化、视网膜黄斑退化和其它因机能衰老所引起的症状。虾青素在人类疾病 8 溉江大学硕士学垃论文( 2 0 0 3 1 预防和治疗中，能维持人体的免疫系统，保护眼睛和中枢神经系统的健康，具有 抗癌作用，保护人们免于紫外线的破坏，调节血液中的胆固醇的含量，抗动脉硬 化和相关疾病，抗细菌感染和抗发炎。对紫外线引起的皮肤癌有很好的治疗效果， 对由糖尿病引起的眼病也有较好的防治作用，在功能食品和医药方面有广泛的应 用前景。 1 3 虾青素的提取和精制方法 天然虾青素在前面叙述的三个主要的来源中含量一般都比较低，尤其在甲壳 类动物的壳中非常低。从已报道的文献和专利看，提取和精制方法大体可归纳为： 溶剂萃取法，层析法，超临界萃取法等，实际提取工艺大多是这些基本处理方法 的组合。 1 3 1 国内外文献 ( 一) 从酵母中提取 ( 1 ) 酵母培养基用丙酮浸取，硅胶柱柱层析，用正己烷一丙酮( 7 ：3 ，v ) 洗 脱【1 0 】。 法夫酵母热处理( 6 0 ，p h = 6 ，1h ) ，冷却，水洗，然后在5 0 c 下用碱水溶 液( p h = 9 3 ) 浸泡2h ，冷却，水洗，干燥，再用丙酮萃取，萃取率达9 8 ，虾青 素分解率o 】。 ( 2 ) 酵母用超临界二氧化碳萃取【1 2 1 。 法夫酵母液在常温下，4 0 0 0r m i n 离心2 0m i n ，收集菌体；加入抗氧化剂， 用冷却的丙酮悬浮细胞，先经胶体磨，再用高压均质机破碎( 4 0m r a ) - - - 次得破碎 细胞；丙酮萃取，真空浓缩；制备型h p l c 分离，虾青素组分真空浓缩得虾青素 干粉。 ( 3 ) 酵母用正己烷浸取，水洗，真空浓缩得粗色素油。皂化的配料比为粗色 素油一丙二醇一氢氧化钾一水( 5 ：3 ：1 ：1 ) ，反应温度6 0 1 2 ，反应1h 。在6 0 c 热水( 热 水一皂化油( 8 ：1 ，v ) 下结晶，趁热过滤，分离结晶物，用热水洗，干燥得番茄 红色素【b 】。 ( 二) 从海产品中提取 海产品中虾青素含量极低，而且主要以酯的形式存在，如虾壳中各组分的大 致含量为( 以于重计) ：甲壳质1 7 0 1 ，蛋白质4 1 ；9 ，总类胡萝h 素1 4 7 7 m g l o o g 。虾青素组成为：游离虾青素3 9 5 ，单酯1 9 7 2 ，二酯7 4 2 9 t 1 4 , 1 5 。 1 从磷虾壳中提取色素【m 】 ( 1 ) 日本的藤田孝夫等人经过研究后发现，氯仿、丙酮、吡啶、异丙醇、石 9 濒江大学礤士学位论文t 2 0 0 3 ) 油醚、己烷等能溶解虾青素和虾红素，用这类有机溶剂冷浸或回流热浸方法能同 时提取出磷虾壳中的脂肪和色素，然后用水洗去蛋白、臭味成分等杂质，再用活 性炭处理来精制抽提物。还可以根据需要，采用水蒸汽处理，分离不皂化物等操 作步骤进一步提纯，得到精制的红色油。 ( 2 ) 日本沓名裕等人指出，用正己烷或丙酮等提取出的磷虾色素液，也可以 用其它方法精制，如用催化剂选择性催化不饱和脂肪酸( 这种酸氧化后会使色素 带有异臭味) ，然后加酶水解脂肪物质，用尿素络合或分子蒸馏方法除去游离脂 肪酸，得到无臭的色泽稳定的色素。其精制工艺如下： 在1 0 0 公斤磷虾浓缩提取液( 粗色素含量2 1 9 毫克) 中加入5 0 0 升9 5 乙 醇、0 1 公斤氧化钯( 氢化催化剂) ，于4 5 c 和4 公斤厘米2 的氢气下进行氢化反 应2 小时，每公斤粗色素液吸氢3 0 升。反应结束后过滤和回收氧化钯，蒸出乙 醇。还原色素液中含色素2 0 8 毫克，碘值7 8 。在还原色素液中加入1 0 0 升水， 用稀硫酸调节p h 为7 0 ，添加溶解在5 0 升水中的0 5 公斤脂酶( 活性为3 万单位 克) 溶液，在3 8 c 下搅拌2 5 小时。然后在9 0 c j i l 热3 0 分钟，静置，分离出上 层色素液，于1 6 0 。c ，绝对压力o 6 7p a 下分子蒸馏色素液，以除去低沸点脂肪酸 和臭气成分，得到精制色素液2 0 2 公斤( 色素含量9 8 0 毫克) ，收率9 0 4 。 在上述工艺中也可以在酶处理色素液中，加入2 0 0 升饱和尿素乙醇溶液，于 7 5 c 搅拌2 0 小时，然后冷却，过滤生成结晶，减压除去乙醇。加入正己烷，水 洗，除去残留的尿素，蒸出正己烷，可得精制色素液2 0 8 公斤( 色素含量9 1 1 毫 克) ，收率8 6 5 。 这种精制色素液还可通过硅酸沸石色谱柱进行纯化，浓缩精制色素液含色 素可达4 8 7 3 毫克。 2 从蟹壳中提取虾青素 ( 1 ) 将蟹壳切成2c m 大小，投入反应槽，加2 5 1 5 ( w t ) 盐酸( 盐酸：蟹壳= 8 0 0 m l ：5 0 曲，室温下浸2 4h ，使矿物质溶解，过滤，用水将蟹壳洗净。净蟹壳 用丙酮( 丙酮：蟹壳= 5 m h l g ) 浸2 4h 。丙酮液加水，用正己烷及乙醚抽提色素。 上层有机相加无水硫酸钠脱水，4 0 1 2 下真空浓缩。加尽可能少的苯使浓缩物溶解， 加入硅胶柱中，进行柱层析，用苯一石油醚一丙酮( 1 0 ：3 ：2 ，v v v ) 作流动相，硅 胶柱形成红色带和黄色带，收集红色带的流出液。红色带溶液，真空蒸发，再用 正己烷溶解冷却结晶，得虾青素产品。产品纯度用t l c 检验【1 7 】。 ( 2 ) 将蟹壳切成2c m 大小，投入反应槽，加5 n a o h ，在室温或4 5 下浸 5h 去蛋白质，水洗。加5 盐酸，在室温或4 5 c 下浸1 0 1 2h ，水洗。移入萃取 釜，加8 0 乙醇在7 8 5 c 搅拌回流4h 。萃取液真空蒸发，蒸去乙醇，虾青素 在上层，水在下层。纯度9 8 ，收率1 5 【1 8 】。 1 0 淤江大学硕士学位论文( 2 3 ) 3 从小龙虾中提取虾青素 ( 1 ) 小龙虾研磨成泥，不断搅拌下，加丙酸至不冒气泡，p h = 4 5 5 0 ，再加 入精制的大豆油和自来水，分别为泥的1 2 和4 0 ，在8 5 9 0 。c 下加热6 0 7 5 m i n ，离心分离，分层为三相，最上层为含虾青素6 0 0 p p m 7 0 0 p p m 的油层【1 4 】i t 9 】。 ( 2 ) 小龙虾用丙酮浸取，离心分离，石油醚( 4 5 6 0 c ) 萃取，硫酸铵( 1 0 0 g 1 ) 洗蛋白质，水洗，干燥【2 0 】。 4 从金鱼中提取类胡萝b 素 用丙酮浸取，丙酮浸取液加正己烷一乙醚( 1 ：1 ，v ) 和水萃取色素。上层水 洗，无水硫酸钠干燥，4 0 。c 下真空浓缩。浓缩物通过硅胶柱，用乙醚正己烷溶液 分别为5 1 0 ，1 0 1 5 ，2 0 ，2 0 3 0 ，洗出四部分。第一部分用1 0 k o h 甲醇溶液在3 7 c 下皂化3h ，未皂化物重新过硅胶柱，用丙酮正己烷溶液分别为 5 ，1 0 2 0 ，2 0 3 0 ，4 0 ，洗出四部分，然后每部分分别用，l c 分离， 色谱柱s u m i e h i r a lo a - 2 0 0 0 ，流动相：正己烷一二氯甲烷一甲醇( 4 8 ：1 6 ：1 5 ， v 厂v ) 。第二至第四部分，因在碱中不稳定，用脂酶水解，再用正己烷一乙醚( 1 ：1 ， v v ) 萃取，然后每部分分别用i - i p l c 分离，色谱柱s u m i c h i r a lo a - 2 0 0 0 ，流动相： 正己烷一二氯甲烷一甲醇( 4 8 ：1 6 ：1 5 ，v ，) 。其中第三部分是虾青素和一些杂 质【2 ”。 ( 三) 从植物中提取 1 从花中提取虾青素 用乙醇一正己烷( 1 ：l ，v ) 萃取，得粗色素油( 含5 色素，其中虾青素含 8 0 ) 。粗色素油用正己烷溶解，在暗、冷处，硅胶柱吸附( 粗色素油：硅胶= 1 ：1 或2 ：1 ) ，正己烷洗柱，用2 5 乙醇正己烷冲洗，当红色带至柱底部时，再收集 红色带的洗脱液，到红色带变为橙绿色时结束收集。真空浓缩，得精制色素油， 总色素含量2 0 ，其中虾青素占8 0 t 2 舶。 2 从海参中提色素 海参0 4 5 吨加丙酸，低温2 1 下干燥4 天得4 7 6 k g ，室温、密封，用正己 烷浸取，然后加1 水，水合3 0m i n 后，6 5 * ( 2 ，8 0 0 0r p m 离心分离，脱胶，正 己烷层真空浓缩得脱胶油2 0 4k g 。脱胶油中含8 2 4 5p p m 类胡萝h 素 ( c a n t h a x a n t h i n ) 。脱胶油用o 5 硅胶，在8 2 下预处理，过滤，滤液加5 漂 白土，在1 0 4 ，真空度1 0 7 k p a ，加热2 0 m i n 。过滤，得浅黄色油1 5 4 k g 。大 部分色素吸附在漂白土上，用丙酮( 丙酮：漂白土= 1 ：2 ) 洗漂白土二次，洗脱液真 空浓缩得3 5 始红色色素油【2 3 】。 3 从番茄中提番茄红色素【1 3 】 番茄皮8k g ，冷冻干燥得2 0 8 蚝，再在3 8 4 1 下，用正己烷浸3 0m i n ， 溉江大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 萃6 7 次，合并萃取液，真空浓缩得粗色素油。烧瓶中加粗色素油1 1 4g ，丙二 醇6 7 4g ，在水浴中加热到5 5 c ，再加4 5 k o h 水溶液4 5 9g ( 粗色素油：丙二醇： 氢氧化钾：水= 5 5 ：3 3 ：1 ：1 3 ) ，于5 5 7 0 c 搅拌1h ，有紫红色的结晶物析出。再 加6 0 7 0 c 热水9 3 1g ( 8 0 水，2 0 皂化油) ，趁热过滤，分离结晶物，热水洗， 干燥得4 1 7 5m g 。此结晶物中含9 0 番茄红色素( 1 y c o p e n e ) ，其余为b 一胡萝h 素，叶黄素族( x a n t h o p h y l l s ) 和未知物。回收率以粗色素油计为6 6 7 ，以番茄皮 计为4 0 8 。 番茄糊用正己烷萃取得粗色素油。烧瓶中加粗色素油6 5g ，丙二醇1 3g ， 在水浴中加热到5 5 。c ，再加4 5 k o h 水溶液2g ( 粗色素油：丙二醇：氢氧化钾： 水= 4 8 ：9 7 ：1 ：1 2 ) ，于6 5 搅拌o 5h ，有紫红色的结晶物析出。再加4 0 5 0 热水1 0 0g ( 1 8 皂化油) ，趁热过滤，分离结晶物，热水洗，干燥得0 1 4g 。回收 率以粗色素油计为7 0 。 4 从菊花中提取类胡萝h 素 ( 1 ) 6g 干菊花用5 0 c 正己烷萃取几小时，过滤，浓缩得无溶剂的粗色素油。 烧瓶中加粗色素油1g ，丙二醇1g ，在水浴中加热到7 0 c ，再加4 5 k o h 水溶 液0 5g ( 粗色素油：丙二醇：氢氧化钾：水= 4 5 ：4 5 ：1 ：1 2 ) ，于7 0 c 下搅拌3h ，有 紫红色的结晶物析出。加热的去离子水，结晶，过滤，再热水洗，干燥得z e a x a n t h i n 浓缩油【2 4 】。 ( 2 ) 菊花用无水乙醇萃取。粗提色素油2 0 0g 用4 5 k o h 水溶液，6 5 搅拌 3 5m i n ，室温加7 0 0m l 水和3 0 0m l 乙醇搅拌3 0 m i l l ，过滤，滤饼水洗至浅色p h 至中性，然后用o 一5 乙醇2 0 0m l 和正己烷2 0 0m l 洗，得到纯度约7 0 结晶 物。再用二氯甲烷一正己烷( 1 ：1 ，v ，v ) 重结晶，方法是在约5 5 0m l 含1 - - 乙胺 的二氯甲烷中溶解，再加正己烷使溶液变混