凡纳对虾干虾壳营养成分检测分析

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凡纳对虾干虾壳营养成分检测分析 唐红枫   吴郭燚   严月   夏杏姣   胡超   杨文博   王蕾 （武汉东湖学院生命科学与化学学院，湖北武汉430212） 摘 要：以凡纳对虾干虾壳为原料，研究了虾壳的一般化学成分、氨基酸组成及比较了甲壳素的5种提取方法。结果表明：经过粉碎预处理的干虾壳更适用于成分测定，其中水分、脂肪、总灰分含量分别为10.21%、1.22%、20.11%；蛋白质采用NaOH水解法进行测定，含量为35.81%；矿物质中的Ca含量较高，为13.32%，甲壳素的提取采用方案Ⅱ，提取得率为24.55%，其中灰分含量为0.39%,达到食品级甲壳素标准。虾壳中氨基酸种类丰富,EAA/TAA为39.06%，EAA/NEAA为64.11%，Asp、Glu等呈鲜味的氨基酸含量较高，蛋白质营养价值高。        凡纳对虾( Penaeus  vannamei  boone)俗称南美白对虾，属对虾科( Penaeidae)、对虾属(Penaeus)，是广温广盐性热带虾类。凡纳对虾是当今世界养殖产量最高的三大虾类之一，其原产于南美洲太平洋沿岸海域。中国科学院海洋研究所张伟权教授率先由美国引进此虾，并在1992年突破了育苗 关，并推广全国各地养殖。近年来，凡纳对虾在我国不论是海水，还是淡水中养殖均取得了较大的进展，产量大幅度提高。2004年中国凡纳对虾产量为3.5x105 t，到2009年，年产量突破了1.3×10[6] t。        目前，我国凡纳对虾主要以虾仁出口为主，因此在对虾的加工过程中会产生大量的低值小虾、虾头、虾壳、虾足等下脚料，约占整虾的30%-40%。这些下脚料含有丰富的甲壳素、虾青素、蛋白质、不饱和脂肪酸等营养物质，以及丰富的矿物质元素和人体必需的微量元素。在我国，由于加工技术的滞后，这些下脚料仅有少部分被加工成动物饲料加以利用，绝大部分被作为垃圾丢弃。这样不仅会造成环境污染，更是对资源的严重浪费。        为了充分利用这一资源，有必要对其营养成分进行研究。而国内鲜有对虾壳的营养成分进行全面分析的报道。因此，本研究以凡纳对虾干虾壳为原料，对其蛋白质、氨基酸组成、甲壳素、虾青素等成分进行系统分析测定，并建立相应的检测方法，为探索虾壳废弃物综合利用的新途径提供参考。 1 材料与方法 1.1原料、试剂和仪器        凡纳对虾干虾壳由福建省诏安县海利水产食品有限公司提供。所用试剂均为分析纯。        精密电子天平（上海横平仪器仪表厂）、KDN-2C凯氏定氮仪（上海纤检仪器有限公司）、HH-W600荣华数显三用恒温水箱（江苏省金坛市荣华 仪器制造有限公司）、GZX-9240MBE数显鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）、GL-24M高速冷冻离心机（长沙湘麓离心机仪器有限 公司）、SP-752型紫外可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）、SX2马弗炉、220FS火焰原子吸收仪等。 1.2试验方法 1.2.1原料预处理        样品1：取适量虾壳，剪刀剪碎后放入研钵中碾碎，过100目筛。       样品2：将虾壳处理为0.5cmx0.5cm的虾壳片。 1.2.2虾壳中一般化学成分的测定        水分测定，取样品2，采用直接干燥法；灰分含量的测定，取样品2．先在电热板上以小火加热使试样充分炭化至无烟，然后置于马弗炉中，(550±25)℃至灰化完全；脂肪含量的测定，取样品2，采用索氏抽提法；总酸的测定，取样品2，采用直接滴定法；总糖的测定，取样品2，采用直接滴定法。 1.2.3虾青素的提取及含量测定        宋光泉等的试验结果表明，在25℃下，虾青素在有机物内的溶解度表现为：二氯甲烷> /氯仿>丙酮>乙醇，且以二氯甲烷为溶剂在60℃下提取的虾青素结构稳定。本研究采用二氯甲烷在室温下对样对样品1或样品2避光浸提24 h，过滤后的滤液于二氯甲烷回流装置中45℃回收，剩余液体即为虾青素油剂，采用分光光度法测定其含量。 1.2.4蛋白质含量的测定        称取1.0 g样品1，加入20%(m/v)的NaOH 20 ml.90℃反应2h；真空抽滤后保留滤液；重复以上操作2次；第3次抽滤后多次荡洗滤渣至中性，抽滤，合并滤液，定容，怍为样品3。分别取样品1、2、3，根据凯氏定氮法测定蛋白质含量，各设定3个平行。 1.2.5  总钙含量的测定        称取1.0 g样品1，加入质量分数为10%HCl溶液20 ml，50℃反应l h，真空抽滤后保留滤液；重复以上操作2次；第3次抽滤后多次振荡洗滤渣至中性，抽滤，合并滤液，定容．定容后的样液和灰分分别采用文献方法和火焰原子吸光光谱法测定钙的含量，均设定3组平行。 1.2.6氨基酸的测定        称取1.0 g样品1，于20 ml 6 mol/l HCI中水解，采用日立L-8900全自动氨基酸分析仪，按照标准操作规程进行。另取样品1经5 mol/l NaOH溶液水解，同机测定色氨酸含量。 1.2.7  甲壳素含量的测定        准确称取20.0 9样品2，按照参考文献方法(共5种甲壳素优化提取方案）进行虾壳的脱钙脱蛋白处理，脱色条件为：将粗提样品于10%（体积分数）的H2O2，80℃水浴中浸泡2h，水洗烘干至恒重，即为所得甲壳素。 2结果分析 2.1  虾壳中一般化学成分含量        凡纳对虾干虾壳中一般化学成分如表1所示。由于虾壳经过烘干密封包装处理，水分含量较低，为10.21%，而灰分含量较高，原因为虾壳中含有丰富的Ca、K、P、Na、n、Mg.Cu、7n、Mn、Se等常量和微量矿物元素。 登录/注册后可看大图 1.jpg (182.68 KB, 下载次数: 0) 下载附件 2014-3-11 08:45 上传        消化过程中，以0.01 g/ml标准蛋白标定滴定时所用盐酸浓度，以消化液呈澄清透明蓝绿色为消化终点，样品l的消化时间为2.5 h，与样品3所用时间相当，而样品2的消化时间为4h，明显长于经过处理后的样品1、3。粉末状虾壳与水解后的虾液更容易与浓硫酸充分反应，含氮有机物与浓硫酸在消化装置中加热，经一系列的分解、碳化和氧化还原反应等复杂过程，转变为无机氨。由于甲壳素中氮元素以乙酰氨基形式存在，因此能够被浓硫酸消化。从而在测定过程中，使样品1、2含氮量测定结果偏高，而样品3经过水解预处理，测定结果反映出虾壳中蛋白质含量的真实数值为35.81%。 2.3  凡纳对虾干虾壳的游离氨基酸组成（见表2）        从表2检测结果可知，干虾壳中游离总氨基酸(Total amino acids，TAA)的种类较齐全，为18种，占干重的2.117%。虾壳中包含8种必需氨基酸 (Essential amino acids, EAA),EAA[rAA为39.06%。必需氨基酸与非必需氨基酸( Non-essential  aminoacids．NEAA)的比值为64.11%。由此推断出凡纳对虾虾壳的氨基酸组成符合FAO/WHO推荐模式，其必需氨基酸种类齐全，比例恰当，蛋白质的质量较好，营养价值较高。虾壳中鲜味和甘味氨基酸含量非常丰富，包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸等，占氨基酸总量的36. 18%。因此，凡纳对虾虾壳水解液具有较强的鲜味，可用于开发虾味 海鲜调味料。 登录/注册后可看大图 1.jpg (251.4 KB, 下载次数: 0) 下载附件 2014-3-11 08:53 上传        如表3所示，方案V制备的甲壳素得率最高，为24,75%，其次为方案II。但从甲壳素质量而言，方案 II 中甲壳素中灰分含量远低于食品级甲壳素所规定的低于1%的标准，因此方案Ⅱ可作为优选方案用于生产实践。即虾壳的处理条件为：①酸处理脱无机盐：处理好的虾壳，用3.0%（质量分数）HCl按照1：10( m/v)脱钙，于常温(25℃)下处理15 h，反复水洗抽滤至中性，烘干；②碱处理脱蛋白质：取已经脱钙的虾壳于试剂瓶中，用8.0%（质量分数）NaOH按照1：20( m/v)在25 ℃条件下，脱蛋白4h，反应结束后反复水洗抽滤至中性，烘干；③脱色：脱色条件为10%（体积分数）的H2O2于80℃水浴2h。此方法所制备的甲壳素外观为白色片状，无特殊气味。 3结论        凡纳对虾虾壳是一种低热量、低脂肪、高蛋白、高钙和高甲壳素的食物原料，营养丰富，值得深入研究。        ①凡纳对虾虾壳中含有多种矿物元素，其中以钙的含量最高，且以CaCO3形式存在。比较了盐酸水解法和灰化火焰原子吸收法对虾壳中钙的测定，结果表明两种方法测定结果相近，均可作为虾壳中钙含量测定的检测方法，测定结果显示，CaCO3含量为33.3%。        ②虾壳中蛋白质含量丰富，虾壳经过粉碎过100目筛后，再通过20%( m/v)的NaOH 20 ml予90 ℃水解2h，重复操作2次，能将蛋白质充分水解出来，水解后的虾液更容易与浓硫酸充分反应，从而在凯氏定氮时节省消化时问，测定其含量为35.81%。        ③虾壳中氨基酸的种类较齐全、含量丰富，必需氨基酸含量占游离氨基酸总量的39.06%．必需氨基酸与非必需氨基酸比值为64.11%。天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸等鲜味氨基酸占氨基酸总量的36.18%。        ④甲壳素( chitin)是由 N-乙酰-D-胺基葡萄糖以β-1，4糖苷键连接形成的含氮直链多糖聚合物。甲壳素是自然界生成量仅次于纤维素的多糖类物质，是生成量最大的含氮化合物，甲壳素具有抗癌，抑制癌、瘤细胞转移，提高人体免疫力及护肝解毒作用。尤其适用于糖尿病、肝肾病、高血压、肥胖等症，有利于预防癌细胞病变和辅助放、化疗治疗肿瘤疾病。通过5种甲壳素提取优化方法的比较试验，凡纳对虾虾壳中甲壳索的优选方案为按照1:10的固液比，3.0%(质量分数)HCl按照常温（25℃）下处理15 h脱钙，8.0%（质量分数）NaOH按照1:20（m/v）25℃条件下，脱蛋白4h，脱色条件为10%（体积分数）的H2O2于80℃水浴2 h，所制备的甲壳素得率为24.55%，灰分含量为0.39%，达到食品级甲壳素标准。