对虾加工副产物中虾青素的提取制备及其生物活性研究

摘要

虾青素具有抗氧化、抗癌变、抗疲劳、增强免疫力等众多生物活性，因而被广泛应用于饲料、食品、医药及化工等行业。
　　虾类加工副产物中含有的色素主要为虾青素（Astaxanthin)，本课题研究的目的是利用虾壳资源充分回收虾青素，对虾青素粗品进行纯化；同时对纯化后的虾青素进行微胶囊化包埋，增强游离虾青素的稳定性，扩大其应用范围；并研究虾青素的抗氧化及抗疲劳等活性，为其功能性的开发利用奠定基础。主要研究内容如下：
　　1、经过比较不同前处理方式、溶剂类型及提取次数对虾青素提取率的影响，确定选用加酸前处理脱钙、乙醇浸提法及二次浸提工艺等技术手段提取虾壳中的天然虾青素。以虾青素提取率为评价指标，以料液比、pH、温度、时间为影响因子进行单因素实验，筛选出适当的因素和水平，进行正交试验，获得虾青素最佳的提取条件为料液比1∶10、pH3.0、温度60℃、时间3.5h，该条件下虾青素提取率为271.3μg/g。
　　2、虾青素酯皂化的工艺条件为20g/L NaOH-乙醇皂化液在5℃条件下恒温振荡皂化15min，得到的游离虾青素最多，比未皂化时游离虾青素浓度提高了39.8％。利用AB-8大孔树脂对虾青素进行分离纯化，得到最佳的吸附和解析条件。最佳洗脱剂为二氯甲烷，上样质量浓度为12.8μg/mL，上样流速1.0mL/min，洗脱流速为1.0mL/min。经纯化后的虾青素纯度达27%，与未纯化相比，提高了约7倍。通过对纯化后的虾青素进行红外光谱和核磁共振分析，结果表明从虾壳中提取的红色素为虾青素。
　　3、对纯化后的虾青素采用喷雾干燥法制备虾青素微胶囊，并应用响应面分析法优化虾青素微胶囊工艺。实验以羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）、麦芽糊精为壁材，在单因素试验的基础上，以虾青素微胶囊包埋率（Y）为响应值，以壁材比例（A）、壁材质量浓度（B）、蔗糖酯添加量（C）三个因素为响应因子，利用响应面法建立了二次回归方程，获得了制备虾青素微胶囊的最佳工艺条件为：HP-β-CD∶麦芽糊精为2.9∶1，壁材质量浓度为0.21g/mL，蔗糖酯添加量为2%，虾青素添加量4%，喷雾进风温度170℃，在该条件下虾青素微胶囊包埋率为95.31%。
　　4、分析微胶囊理化性质，考察温度、氧气、光照等环境因素对微胶囊贮藏稳定性的影响。结果显示：虾青素微胶囊为橘红色粉末状，近似球形，含水率为2.94%，密度为0.29g/cm3，溶解性94.82%且颗粒流动性好。贮藏试验结果表明，温度、氧气、光照等环境因素都会促进虾青素微胶囊的氧化，因此，虾青素微胶囊产品应真空包装，避光，低温贮藏；求得不同温度下虾青素降解过程的速率常数和活化能，在相同温度条件下，晶体虾青素降解反应的速率常数均大于微胶囊虾青素，且其随着贮藏温度的增加随之增加，根据Arrhenius方程，计算得到微胶囊虾青素降解的活化能为13.15kJ/mol，晶体虾青素降解的活化能为12.96kJ/mol，因此，微胶囊化技术可以增大虾青素降解反应所需的活化能，从而有效的抑制降解反应的进行。
　　5、探讨了虾青素的部分活性。通过对虾壳中提取的虾青素进行小鼠负重游泳实验，测定各项相关的生化指标，对虾青素的抗疲劳和抗氧化活性进行研究，并探寻二者之间的关系。结果显示，天然虾青素能延长小鼠力竭游泳时间，增强小鼠调节血糖的能力，提高小鼠体内肝糖元、肌糖元的储备量，加快运动后小鼠体内肝糖元、肌糖元的回复速度，降低运动后小鼠全血乳酸和血清尿素氮的含量并加速体内二者的清除；能抑制运动后小鼠肝脏及血液中氧化代谢产物MDA及NO的产生，增强抗氧化酶T-AOC、T-SOD、GSH-Px的活性。天然虾青素对小鼠具有抗疲劳和抗氧化作用，且通过抗氧化与抗疲劳相关性的分析，发现小鼠体内抗氧化能力越强时，抗疲劳能力越强。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 虾青素

1.3 微胶囊包埋技术

1.4 本课题的立论依据和主要研究内容

第二章 虾壳中虾青素提取工艺条件的确定及优化

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

第三章 虾青素的纯化

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 响应面法优化虾青素微胶囊制备工艺

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

第五章 微胶囊虾青素理化指标及其稳定性研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 实验方法

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

第六章 虾青素抗疲劳及抗氧化作用的研究

6.1 前言

6.2 材料与方法

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 课题展望

参考文献

硕士研究生期间撰写的学术论文

致谢