生物資源利用

蝦殼生物活性物質(zhì)的綜合利用主要內(nèi)容一、蝦青素的開(kāi)發(fā)利用二、甲殼素的開(kāi)發(fā)利用三、蝦殼中鈣的開(kāi)發(fā)利用四、蝦殼中蛋白質(zhì)的開(kāi)發(fā)利用一、蝦青素簡(jiǎn)介蝦青素在自然界中，廣泛存在于蝦、蟹、魚(yú)、某些藻類及真菌中，許多甲殼動(dòng)物由于體內(nèi)積累有蝦青素而變成了紅色，另外，在一些鳥(niǎo)類中也發(fā)現(xiàn)了蝦青素的存在。在大多數(shù)情況下，蝦青素呈鮮艷的紅色或橙色。蝦青素分子式為C40H52O4，相對(duì)分子質(zhì)量為596.86，是一種類胡蘿卜素，其分子結(jié)構(gòu)與我們比較熟悉的β-胡蘿卜素很相似，是一種氧化胡蘿卜素。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，蝦青素可認(rèn)為是在β-胡蘿卜素的2個(gè)β-紫蘿酮環(huán)上的3、4位分別由一個(gè)羥基和酮基取代以后的產(chǎn)物。1、蝦青素的生理功能1.1顯著的抗氧化功能蝦青素它是一種優(yōu)良的抗氧化劑，在猝滅自由基方面起著重要的作用。因?yàn)樵谖r青素結(jié)構(gòu)中有很長(zhǎng)的共軛雙鍵、羥基和在共軛雙鍵鏈末端的不飽和的酮基，其中羥基和酮基又構(gòu)成α-羥基酮。這些結(jié)構(gòu)都具有比較活潑的電子效應(yīng)，能向自由基提供電子或吸引自由基的未配對(duì)電子。蝦青素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其極易與自由基反響而去除自由基，起到抗氧化作用。蝦青素去除自由基和猝滅活性氧的活性比維生素E強(qiáng)百倍以上。同時(shí)，蝦青素具有抑制脂過(guò)氧化的作用。Emiko發(fā)現(xiàn)蝦青素是對(duì)糖尿病腎病的小鼠的II型糖尿病具有強(qiáng)效的保護(hù)作用。在這項(xiàng)研究中，蝦青素可以防止糖尿病腎病的主要是通過(guò)在線粒體內(nèi)去除活性氧的作用，預(yù)計(jì)對(duì)預(yù)防糖尿病腎病將非常有用。因此，蝦青素的抗氧化性強(qiáng)勁，兼具很強(qiáng)的β-胡蘿卜素、維生素E和維生素A的某些生物學(xué)功能。1.2增強(qiáng)免疫和抗癌作用科學(xué)家研究了蝦青素和β-胡蘿卜素對(duì)小鼠淋巴細(xì)胞體外組織培養(yǎng)系統(tǒng)的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)，結(jié)果說(shuō)明蝦青素表現(xiàn)出更強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用。由于蝦青素是活性很強(qiáng)的抗氧化劑，可以有效地去除體內(nèi)的自由基，抑制腫瘤的生長(zhǎng)，所以可以有效的預(yù)防或者減緩癌癥。Tanaka通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察到蝦青素對(duì)口腔癌和膀胱癌有預(yù)防作用。研究小組發(fā)現(xiàn)飲水中參加蝦青素的小鼠膀胱癌發(fā)生率顯著降低。Gradelet等人研究了蝦青素等類胡蘿卜素對(duì)小鼠肝癌的影響，研究結(jié)果說(shuō)明蝦青素和β-胡蘿卜素在抑制肝癌方面有顯著效果。

1.3顯著的著色作用

蝦青素是類胡蘿卜素合成的終點(diǎn)，它進(jìn)入動(dòng)物體后可以不經(jīng)修飾或生化轉(zhuǎn)化而直接貯存在組織中，使一些水生動(dòng)物的皮膚和肌肉出現(xiàn)健康而鮮艷的顏色，使禽蛋及禽的羽毛、皮膚、腳、項(xiàng)均呈現(xiàn)健康的金黃色或紅色。因此，蝦青素是魚(yú)類飼料中的首選色素。雞蛋黃中的蝦青素可加深蛋黃的顏色。蝦青素的著色效果不僅表現(xiàn)在家禽的養(yǎng)殖上，更引人注目的是它對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的著色。蝦青素在大馬哈魚(yú)和鮭魚(yú)中的存在可使其肉具有鮮艷靚麗的色澤，是養(yǎng)殖大馬哈魚(yú)和鮭魚(yú)餌料中的首選色素。1.4促進(jìn)生長(zhǎng)繁殖的作用水生動(dòng)物的卵子中蝦青素的含量很高，這種高含量的蝦青素可削弱魚(yú)對(duì)光的敏感度，促進(jìn)魚(yú)類的生長(zhǎng)繁殖，它作為激素能促進(jìn)魚(yú)卵受精，減少胚胎發(fā)育的死亡率，加快個(gè)體生長(zhǎng)，增加成熟速度和生殖力。研究說(shuō)明，在獨(dú)角蝦飼料中添加50mg/kg的蝦青素，可明顯提高蝦的存活率、增重和飼料轉(zhuǎn)化率。蝦青素還能提高家禽的產(chǎn)蛋率。Christiansen進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，只有當(dāng)飼料中蝦青素含量到達(dá)一定范圍時(shí)大西洋鮭魚(yú)才能正常生長(zhǎng)，否那么就停止生長(zhǎng)；濃度過(guò)低時(shí)魚(yú)苗死亡率到達(dá)50%。Torrissen發(fā)現(xiàn)，成年鮭、鱒魚(yú)類之所以在某些特定水域中不能繁衍后代，就是因?yàn)樗麄儺a(chǎn)的卵子中以及魚(yú)苗體內(nèi)缺乏蝦青素。1.5蝦青素的其他保護(hù)作用除了上述醫(yī)藥保健作用外，大量的研究說(shuō)明，蝦青素還具有抗炎癥、解毒、促進(jìn)肝臟功能、保護(hù)細(xì)胞中的線粒體、保護(hù)眼睛、保護(hù)皮膚以及提高細(xì)胞健康等作用。因?yàn)槲r青素是一種非常強(qiáng)的抗氧化劑，并且容易穿過(guò)血液屏障到達(dá)各個(gè)組織器官，而抗氧化劑必須與被保護(hù)的組織器官密切接觸，才能到達(dá)其保護(hù)作用。2、蝦青素的應(yīng)用2.1作為高級(jí)營(yíng)養(yǎng)保健食品和藥品蝦青素作為高級(jí)營(yíng)養(yǎng)保健食品和藥品具有很多獨(dú)特的性質(zhì)。它能顯著提高人體的免疫力，可有效去除肌細(xì)胞中因運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的自由基，強(qiáng)化需氧代謝，因此具有顯著的抗疲勞和抗衰老作用。它是唯一能通過(guò)血腦屏障的類胡蘿卜素，可直接與肌肉組織結(jié)合，因此蝦青素對(duì)眼睛和大腦的抗氧化保護(hù)優(yōu)勢(shì)明顯?？捎行Х乐挂暰W(wǎng)膜的氧化和感光器細(xì)胞的損傷，在預(yù)防和治療“年齡相關(guān)性黃斑變性〞、改善視網(wǎng)膜功能方面具有良好效果，并具有保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的能力。治療不育癥,蝦青素對(duì)于胚胎和精子的形成發(fā)育必不可少。蝦青素在體內(nèi)具有顯著升高高密度脂蛋白(HDL)和降低低密度脂蛋白(LDL)的成效，因此蝦青素能減輕載脂蛋白的氧化，可用于預(yù)防動(dòng)脈硬化、冠心病和缺血性腦損傷。2.2應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)飼料(1)水產(chǎn)品養(yǎng)殖

蝦青素是一種優(yōu)良的飼料添加劑，在防治水產(chǎn)品疾病方面,有很重要的功用，可提高水產(chǎn)動(dòng)物的免疫力、提高成活和繁殖率，對(duì)于長(zhǎng)期困擾養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)營(yíng)者的養(yǎng)殖品經(jīng)常病死的問(wèn)題，喂以含有蝦青素的餌料是解決的方法之一。水生動(dòng)物進(jìn)食含有蝦青素的餌料后，會(huì)將蝦青素富集在皮膚、肉等組織中，使它們的皮膚、肉加深色澤，它們的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也因蝦青素含量的增加而增加，不但極大地提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格，也有利于消費(fèi)者的身體健康。(2)禽畜養(yǎng)殖目前，天然蝦青素作為蛋禽和家畜的飼料添加劑的市場(chǎng)巨大，其需求還在不斷地增長(zhǎng)。對(duì)于飼養(yǎng)的禽畜，蝦青素在防治疾病方面具有很好的成效，蝦青素提高免疫力和消炎能力，使動(dòng)物的成活率、生育能力提高，傳染病大大減少。而且，在家禽飼料中添加蝦青素可使雞蛋蛋黃的色素含量增加。喂養(yǎng)的肉禽，皮膚、腳、嚎呈現(xiàn)出金黃色，這些都大大提高了蛋、肉的商品價(jià)值。另外，蝦青素作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)還可促進(jìn)家禽的生長(zhǎng)和提高產(chǎn)蛋率，而且這種蛋富含蝦青素，非常有利于人體的健康。同時(shí)，在孵化初期的周內(nèi)，還能促進(jìn)雞仔的生長(zhǎng)和飼料利用率、降低雞仔的死亡率、提高孵化率、抵抗沙門氏菌的感染、延長(zhǎng)雞蛋的貨架期。2.3蝦青素在化裝品中的應(yīng)用蝦青素可作為脂溶性的色素。具有艷麗的紅色和強(qiáng)的抗氧化性能。由于蝦青素的抗光敏作用比β-胡蘿卜素更強(qiáng)，在化裝品中，不僅能有效地起到保色、保味、保質(zhì)等作用,而且還可作為長(zhǎng)時(shí)間保持的著色劑，如唇膏、口紅等。3蝦青素來(lái)源〔1〕人工合成蝦青素在世界市場(chǎng)上，蝦青素的人工合成品已是較常見(jiàn)的產(chǎn)品之一。主要供給商有Roche及BASF等公司。Roche公司于80年代末以〔S〕-3-乙酸基-4-氧代-β-紫羅酮為原料化學(xué)合成了反式蝦青素，商品名為“Carophyllpin〞，蝦青素的含量為5%～10%，是目前市場(chǎng)上鮭魚(yú)飼料的主要來(lái)源。人工合成蝦青素不僅價(jià)格昂貴，而且在應(yīng)用效果上，人工蝦青素的生物吸收效果也較天然蝦青素差，在生物平安方面，利用化學(xué)手段合成蝦青素時(shí)將不可防止的引入雜質(zhì)化學(xué)物質(zhì)，如合成過(guò)程中產(chǎn)生的非天然副產(chǎn)物等，將降低其生物利用平安性。隨著天然蝦青素的興起，世界各國(guó)對(duì)化學(xué)合成蝦青素的管理也越來(lái)越嚴(yán)，如美國(guó)食品與藥物管理局〔FDA〕已禁止化學(xué)合成的蝦青素進(jìn)入保健食品市場(chǎng)。(2)天然蝦青素目前，天然蝦青素的生物來(lái)源一般有3種：水產(chǎn)品加工工業(yè)的廢棄物、紅法夫酵母和微藻〔雨生紅球藻〕。在自然界中，蝦青素主要以酯的形式大量存在于軟體動(dòng)物〔如蝦和蟹〕的殼內(nèi)，雖然含量低，甲殼中的灰分和甲殼質(zhì)也限制了蝦青素的提取，但由于目前還沒(méi)有找到更好的方法，且國(guó)內(nèi)外的蝦蟹加工業(yè)每年有1000萬(wàn)噸的甲殼類廢棄物，資源豐富，因此國(guó)內(nèi)外從蝦殼中提取蝦青素的方式仍然占很大局部。雨生紅球藻在生長(zhǎng)過(guò)程中，假設(shè)氮源缺乏，其體內(nèi)會(huì)積累蝦青素。如果在培養(yǎng)過(guò)程中再添加二價(jià)鐵離子，那么會(huì)提高其合成能力，促進(jìn)蝦青素的沉積。據(jù)報(bào)道，用藍(lán)光照射也可誘導(dǎo)其合成類胡蘿卜素和蝦青素。目前，國(guó)外優(yōu)質(zhì)雨生紅球藻中蝦青素占類胡蘿卜素總量達(dá)90%以上，藻細(xì)胞蝦青素含量高。二蝦殼中甲殼素的開(kāi)發(fā)利用

甲殼素又名幾丁質(zhì)、甲殼糖、殼多糖、蟲(chóng)膜質(zhì)、蟹殼素等,是一種天然高分子聚合物,屬于氨基多糖,化學(xué)名為β-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脫氧-D葡聚糖，蝦殼中的結(jié)構(gòu)材料就是甲殼素。甲殼素、殼聚糖是地球上至今為止發(fā)現(xiàn)的膳食纖維中的唯一陽(yáng)離子的高分子集團(tuán),并且具有成膜性、人體可吸收性、抗輻射和抑菌防霉等優(yōu)點(diǎn)。以此制成殼聚糖生物保健品,已被歐美各國(guó)譽(yù)為除蛋白質(zhì)、脂肪、糖、纖維素和礦物質(zhì)之外人體所需的第六大生命要素。由此可預(yù)見(jiàn)，伴隨著甲殼素、殼聚糖及其衍生物產(chǎn)品的深人研究,將有越來(lái)越多的應(yīng)用潛力被開(kāi)發(fā)出來(lái)。甲殼素、殼聚糖以及它們的衍生物具有良好的生物相容性,生物降解和生物活性等優(yōu)點(diǎn).在醫(yī)學(xué)、藥物制劑學(xué)、化工、食品、化裝品、印染、造紙、農(nóng)業(yè)、環(huán)保以及酶的固定化載體等方面具有廣泛的用途。1在食品工業(yè)上的應(yīng)用〔1〕焙烤食品生產(chǎn)面包或其他焙烤食品時(shí)，在面團(tuán)中加人殼聚糖，它能與蛋白質(zhì)形成穩(wěn)定的乳化液。此種成品柔軟可口，保濕性能好。目前在日本市場(chǎng)上己有添加殼聚糖的烤甜餅出售?！?〕肉類食品將殼聚糖與竣甲基纖維素按比例制成復(fù)合絡(luò)鹽纖維，與同質(zhì)量的牛肉制成肉丸，口味與純牛肉無(wú)差異，但熱量?jī)H為其一半?！?〕調(diào)味食品甲殼素作為食品的增稠劑和穩(wěn)定劑，可用于蛋黃醬、花生醬等?！?〕飲料甲殼素作為乳化劑可，使得產(chǎn)品組織細(xì)膩、泡沫感豐富?！?〕食品防腐保鮮殼聚糖具有很強(qiáng)的殺菌能力，可用于食品的保鮮?！?〕食品包裝膜將殼聚糖和淀粉、水混合制成的薄膜，具有可食、無(wú)毒、耐油、可自動(dòng)生物降解、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)?！?〕保健食品甲殼素作為功能性食品具有免疫強(qiáng)化機(jī)能,抑制老化,預(yù)防疾病,促進(jìn)疾病痊愈和調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能大功能。二在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用〔1〕制造人造皮膚以甲殼素為原料制成的人造皮膚，具有良好的組織相容性，并能加速創(chuàng)面愈合?！?〕抗腫瘤作用殼聚糖通過(guò)增強(qiáng)肌體非特異性免疫，對(duì)腫瘤有抑制作用。機(jī)理主要是提高巨噬細(xì)胞活性，抑制癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移?！?〕制造手術(shù)縫合線甲殼素制成的手術(shù)縫合線，能加速傷口愈合，被組織降解吸收?！?〕其他藥理作用增強(qiáng)免疫力，降低膽固醇、降血壓、降血糖、強(qiáng)化肝功、調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)等。三化裝品方面的應(yīng)用殼聚糖的有機(jī)酸是陽(yáng)離子高分子電解質(zhì),溶于水，有很強(qiáng)的增粘、保溫、抗靜電作用。可用于護(hù)發(fā)劑，固化劑及護(hù)扶劑等。四環(huán)保方面的應(yīng)用殼聚糖能吸附眾多金屬離子、染料等，可用于金屬的富集、回收、別離、污水處理等。三蝦殼中的鈣及其利用蝦頭、蝦殼含鈣量很高，是一種很好的鈣源?？梢酝ㄟ^(guò)某種方法將蝦殼中的鈣成分進(jìn)行處理，制成吸收率高、溶解性好的果酸鈣，具有很大開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。果酸鈣是鈣、檸檬酸和蘋果酸按一定比例構(gòu)成的復(fù)合物，果酸鈣是一種平安性很高的食品原料鈣，被美國(guó)FDA列入平安原料(GRAS)。果酸鈣是一種新型的鈣營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，不同于單獨(dú)的檸檬酸鈣和蘋果酸鈣，更不是兩者簡(jiǎn)單的混合物，與傳統(tǒng)的補(bǔ)鈣劑碳酸鈣相比，更適合生理性胃酸分泌缺乏的老年人群補(bǔ)鈣。另外，用果酸鈣作為鈣強(qiáng)化劑的飲料已在世界多個(gè)地區(qū)銷售。日本衛(wèi)生福利部已批準(zhǔn)果酸鈣作為“特殊健康食品〞的原料，加拿大政府也已經(jīng)批準(zhǔn)果酸鈣咀嚼片和軟膠囊作為醫(yī)藥上的鈣質(zhì)補(bǔ)充劑。四蝦殼中的蛋白質(zhì)及其利用蝦殼中的蛋白質(zhì)含量約為7%-13%，是一種優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物性蛋白質(zhì)，研究說(shuō)明，蝦殼中蛋白質(zhì)的氨基酸成分比較平衡，在氨基酸組成上與牛奶蛋白質(zhì)和酪蛋白極為相近，品質(zhì)較優(yōu)良。其主要氨基