生物资源利用

虾壳生物活性物质的综合利用主要内容一、虾青素的开发利用二、甲壳素的开发利用三、虾壳中钙的开发利用四、虾壳中蛋白质的开发利用一、虾青素简介虾青素在自然界中，广泛存在于虾、蟹、鱼、某些藻类及真菌中，许多甲壳动物由于体内积累有虾青素而变成了红色，另外，在一些鸟类中也发现了虾青素的存在。在大多数情况下，虾青素呈鲜艳的红色或橙色。虾青素分子式为C40H52O4，相对分子质量为596.86，是一种类胡萝卜素，其分子结构与我们比较熟悉的β-胡萝卜素很相似，是一种氧化胡萝卜素。从化学结构上看，虾青素可认为是在β-胡萝卜素的2个β-紫萝酮环上的3、4位分别由一个羟基和酮基取代以后的产物。1、虾青素的生理功能1.1显著的抗氧化功能虾青素它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。因为在虾青素结构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α-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。虾青素的结构特点使其极易与自由基反响而去除自由基，起到抗氧化作用。虾青素去除自由基和猝灭活性氧的活性比维生素E强百倍以上。同时，虾青素具有抑制脂过氧化的作用。Emiko发现虾青素是对糖尿病肾病的小鼠的II型糖尿病具有强效的保护作用。在这项研究中，虾青素可以防止糖尿病肾病的主要是通过在线粒体内去除活性氧的作用，预计对预防糖尿病肾病将非常有用。因此，虾青素的抗氧化性强劲，兼具很强的β-胡萝卜素、维生素E和维生素A的某些生物学功能。1.2增强免疫和抗癌作用科学家研究了虾青素和β-胡萝卜素对小鼠淋巴细胞体外组织培养系统的免疫调节效应，结果说明虾青素表现出更强的免疫调节作用。由于虾青素是活性很强的抗氧化剂，可以有效地去除体内的自由基，抑制肿瘤的生长，所以可以有效的预防或者减缓癌症。Tanaka通过动物实验观察到虾青素对口腔癌和膀胱癌有预防作用。研究小组发现饮水中参加虾青素的小鼠膀胱癌发生率显著降低。Gradelet等人研究了虾青素等类胡萝卜素对小鼠肝癌的影响，研究结果说明虾青素和β-胡萝卜素在抑制肝癌方面有显著效果。

1.3显著的着色作用

虾青素是类胡萝卜素合成的终点，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、脚、项均呈现健康的金黄色或红色。因此，虾青素是鱼类饲料中的首选色素。鸡蛋黄中的虾青素可加深蛋黄的颜色。虾青素的着色效果不仅表现在家禽的养殖上，更引人注目的是它对水产动物的着色。虾青素在大马哈鱼和鲑鱼中的存在可使其肉具有鲜艳靓丽的色泽，是养殖大马哈鱼和鲑鱼饵料中的首选色素。1.4促进生长繁殖的作用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。研究说明，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。Christiansen进行的一项实验说明，只有当饲料中虾青素含量到达一定范围时大西洋鲑鱼才能正常生长，否那么就停止生长；浓度过低时鱼苗死亡率到达50%。Torrissen发现，成年鲑、鳟鱼类之所以在某些特定水域中不能繁衍后代，就是因为他们产的卵子中以及鱼苗体内缺乏虾青素。1.5虾青素的其他保护作用除了上述医药保健作用外，大量的研究说明，虾青素还具有抗炎症、解毒、促进肝脏功能、保护细胞中的线粒体、保护眼睛、保护皮肤以及提高细胞健康等作用。因为虾青素是一种非常强的抗氧化剂，并且容易穿过血液屏障到达各个组织器官，而抗氧化剂必须与被保护的组织器官密切接触，才能到达其保护作用。2、虾青素的应用2.1作为高级营养保健食品和药品虾青素作为高级营养保健食品和药品具有很多独特的性质。它能显著提高人体的免疫力，可有效去除肌细胞中因运动产生的自由基，强化需氧代谢，因此具有显著的抗疲劳和抗衰老作用。它是唯一能通过血脑屏障的类胡萝卜素，可直接与肌肉组织结合，因此虾青素对眼睛和大脑的抗氧化保护优势明显。可有效防止视网膜的氧化和感光器细胞的损伤，在预防和治疗“年龄相关性黄斑变性〞、改善视网膜功能方面具有良好效果，并具有保护中枢神经系统的能力。治疗不育症,虾青素对于胚胎和精子的形成发育必不可少。虾青素在体內具有显著升高高密度脂蛋白(HDL)和降低低密度脂蛋白(LDL)的成效，因此虾青素能减轻载脂蛋白的氧化，可用于预防动脉硬化、冠心病和缺血性脑损伤。2.2应用于养殖业饲料(1)水产品养殖

虾青素是一种优良的饲料添加剂，在防治水产品疾病方面,有很重要的功用，可提高水产动物的免疫力、提高成活和繁殖率，对于长期困扰养殖业经营者的养殖品经常病死的问题，喂以含有虾青素的饵料是解决的方法之一。水生动物进食含有虾青素的饵料后，会将虾青素富集在皮肤、肉等组织中，使它们的皮肤、肉加深色泽，它们的营养价值也因虾青素含量的增加而增加，不但极大地提高了产品的市场价格，也有利于消费者的身体健康。(2)禽畜养殖目前，天然虾青素作为蛋禽和家畜的饲料添加剂的市场巨大，其需求还在不断地增长。对于饲养的禽畜，虾青素在防治疾病方面具有很好的成效，虾青素提高免疫力和消炎能力，使动物的成活率、生育能力提高，传染病大大减少。而且，在家禽饲料中添加虾青素可使鸡蛋蛋黄的色素含量增加。喂养的肉禽，皮肤、脚、嚎呈现出金黄色，这些都大大提高了蛋、肉的商品价值。另外，虾青素作为营养物质还可促进家禽的生长和提高产蛋率，而且这种蛋富含虾青素，非常有利于人体的健康。同时，在孵化初期的周内，还能促进鸡仔的生长和饲料利用率、降低鸡仔的死亡率、提高孵化率、抵抗沙门氏菌的感染、延长鸡蛋的货架期。2.3虾青素在化装品中的应用虾青素可作为脂溶性的色素。具有艳丽的红色和强的抗氧化性能。由于虾青素的抗光敏作用比β-胡萝卜素更强，在化装品中，不仅能有效地起到保色、保味、保质等作用,而且还可作为长时间保持的着色剂，如唇膏、口红等。3虾青素来源〔1〕人工合成虾青素在世界市场上，虾青素的人工合成品已是较常见的产品之一。主要供给商有Roche及BASF等公司。Roche公司于80年代末以〔S〕-3-乙酸基-4-氧代-β-紫罗酮为原料化学合成了反式虾青素，商品名为“Carophyllpin〞，虾青素的含量为5%～10%，是目前市场上鲑鱼饲料的主要来源。人工合成虾青素不仅价格昂贵，而且在应用效果上，人工虾青素的生物吸收效果也较天然虾青素差，在生物平安方面，利用化学手段合成虾青素时将不可防止的引入杂质化学物质，如合成过程中产生的非天然副产物等，将降低其生物利用平安性。随着天然虾青素的兴起，世界各国对化学合成虾青素的管理也越来越严，如美国食品与药物管理局〔FDA〕已禁止化学合成的虾青素进入保健食品市场。(2)天然虾青素目前，天然虾青素的生物来源一般有3种：水产品加工工业的废弃物、红法夫酵母和微藻〔雨生红球藻〕。在自然界中，虾青素主要以酯的形式大量存在于软体动物〔如虾和蟹〕的壳内，虽然含量低，甲壳中的灰分和甲壳质也限制了虾青素的提取，但由于目前还没有找到更好的方法，且国内外的虾蟹加工业每年有1000万吨的甲壳类废弃物，资源丰富，因此国内外从虾壳中提取虾青素的方式仍然占很大局部。雨生红球藻在生长过程中，假设氮源缺乏，其体内会积累虾青素。如果在培养过程中再添加二价铁离子，那么会提高其合成能力，促进虾青素的沉积。据报道，用蓝光照射也可诱导其合成类胡萝卜素和虾青素。目前，国外优质雨生红球藻中虾青素占类胡萝卜素总量达90%以上，藻细胞虾青素含量高。二虾壳中甲壳素的开发利用

甲壳素又名几丁质、甲壳糖、壳多糖、虫膜质、蟹壳素等,是一种天然高分子聚合物,属于氨基多糖,化学名为β-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D葡聚糖，虾壳中的结构材料就是甲壳素。甲壳素、壳聚糖是地球上至今为止发现的膳食纤维中的唯一阳离子的高分子集团,并且具有成膜性、人体可吸收性、抗辐射和抑菌防霉等优点。以此制成壳聚糖生物保健品,已被欧美各国誉为除蛋白质、脂肪、糖、纤维素和矿物质之外人体所需的第六大生命要素。由此可预见，伴随着甲壳素、壳聚糖及其衍生物产品的深人研究,将有越来越多的应用潜力被开发出来。甲壳素、壳聚糖以及它们的衍生物具有良好的生物相容性,生物降解和生物活性等优点.在医学、药物制剂学、化工、食品、化装品、印染、造纸、农业、环保以及酶的固定化载体等方面具有广泛的用途。1在食品工业上的应用〔1〕焙烤食品生产面包或其他焙烤食品时，在面团中加人壳聚糖，它能与蛋白质形成稳定的乳化液。此种成品柔软可口，保湿性能好。目前在日本市场上己有添加壳聚糖的烤甜饼出售。〔2〕肉类食品将壳聚糖与竣甲基纤维素按比例制成复合络盐纤维，与同质量的牛肉制成肉丸，口味与纯牛肉无差异，但热量仅为其一半。〔3〕调味食品甲壳素作为食品的增稠剂和稳定剂，可用于蛋黄酱、花生酱等。〔4〕饮料甲壳素作为乳化剂可，使得产品组织细腻、泡沫感丰富。〔5〕食品防腐保鲜壳聚糖具有很强的杀菌能力，可用于食品的保鲜。〔6〕食品包装膜将壳聚糖和淀粉、水混合制成的薄膜，具有可食、无毒、耐油、可自动生物降解、不污染环境等优点。〔7〕保健食品甲壳素作为功能性食品具有免疫强化机能,抑制老化,预防疾病,促进疾病痊愈和调节人体生理机能大功能。二在医学上的应用〔1〕制造人造皮肤以甲壳素为原料制成的人造皮肤，具有良好的组织相容性，并能加速创面愈合。〔2〕抗肿瘤作用壳聚糖通过增强肌体非特异性免疫，对肿瘤有抑制作用。机理主要是提高巨噬细胞活性，抑制癌细胞转移。〔3〕制造手术缝合线甲壳素制成的手术缝合线，能加速伤口愈合，被组织降解吸收。〔4〕其他药理作用增强免疫力，降低胆固醇、降血压、降血糖、强化肝功、调节神经内分泌系统等。三化装品方面的应用壳聚糖的有机酸是阳离子高分子电解质,溶于水，有很强的增粘、保温、抗静电作用。可用于护发剂，固化剂及护扶剂等。四环保方面的应用壳聚糖能吸附众多金属离子、染料等，可用于金属的富集、回收、别离、污水处理等。三虾壳中的钙及其利用虾头、虾壳含钙量很高，是一种很好的钙源。可以通过某种方法将虾壳中的钙成分进行处理，制成吸收率高、溶解性好的果酸钙，具有很大开发利用价值。果酸钙是钙、柠檬酸和苹果酸按一定比例构成的复合物，果酸钙是一种平安性很高的食品原料钙，被美国FDA列入平安原料(GRAS)。果酸钙是一种新型的钙营养强化剂，不同于单独的柠檬酸钙和苹果酸钙，更不是两者简单的混合物，与传统的补钙剂碳酸钙相比，更适合生理性胃酸分泌缺乏的老年人群补钙。另外，用果酸钙作为钙强化剂的饮料已在世界多个地区销售。日本卫生福利部已批准果酸钙作为“特殊健康食品〞的原料，加拿大政府也已经批准果酸钙咀嚼片和软胶囊作为医药上的钙质补充剂。四虾壳中的蛋白质及其利用虾壳中的蛋白质含量约为7%-13%，是一种优质的动物性蛋白质，研究说明，虾壳中蛋白质的氨基酸成分比较平衡，在氨基酸组成上与牛奶蛋白质和酪蛋白极为相近，品质较优良。其主要氨基