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、蝦青素的開發(fā)利用二、甲殼素的開發(fā)利用三、蝦殼中鈣的開發(fā)利用四、蝦殼中蛋白質(zhì)的開發(fā)利用一、蝦青素簡介蝦青素在自然界中，廣泛存在于蝦、蟹、魚、某些藻類及真菌中，許多甲殼動物由于體內(nèi)積累有蝦青素而變成了紅色，另外，在一些鳥類中也發(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，蝦青素可認為是在β-胡蘿卜素的2個β-紫蘿酮環(huán)上的3、4位分別由一個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。因為在蝦青素結(jié)構(gòu)中有很長的共軛雙鍵、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電子。蝦青素的結(jié)構(gòu)特點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強百倍以上。同時，蝦青素具有抑制脂過氧化的作用。Emiko發(fā)現(xiàn)蝦青素是對糖尿病腎病的小鼠的II型糖尿病具有強效的保護作用。在這項研究中，蝦青素可以防止糖尿病腎病的主要是通過在線粒體內(nèi)去除活性氧的作用，預(yù)計對預(yù)防糖尿病腎病將非常有用。因此，蝦青素的抗氧化性強勁，兼具很強的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增強免疫和抗癌作用科學(xué)家研究了蝦青素和β-胡蘿卜素對小鼠淋巴細胞體外組織培養(yǎng)系統(tǒng)的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)，結(jié)果說明蝦青素表現(xiàn)出更強的免疫調(diào)節(jié)作用。由于蝦青素是活性很強的抗氧化劑，可以有效地去除體內(nèi)的自由基，抑制腫瘤的生長，所以可以有效的預(yù)防或者減緩癌癥。Tanaka通過動物實驗觀察到蝦青素對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小鼠肝癌的影響，研究結(jié)果說明蝦青素和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，它進入動物體后可以不經(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、項均呈現(xiàn)健康的金黃色或紅色。因此，蝦青素是魚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水產(chǎn)動物的著色。蝦青素在大馬哈魚和鮭魚中的存在可使其肉具有鮮艷靚麗的色澤，是養(yǎng)殖大馬哈魚和鮭魚餌料中的首選色素。1.4促進生長繁殖的作用水生動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對光的敏感度，促進魚類的生長繁殖，它作為激素能促進魚卵受精，減少胚胎發(fā)育的死亡率，加快個體生長，增加成熟速度和生殖力。研究說明，在獨角蝦飼料中添加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進行的一項實驗說明，只有當飼料中蝦青素含量到達一定范圍時大西洋鮭魚才能正常生長，否那么就停止生長；濃度過低時魚苗死亡率到達50%。Torrissen發(fā)現(xiàn)，成年鮭、鱒魚類之所以在某些特定水域中不能繁衍后代，就是因為他們產(chǎn)的卵子中以及魚苗體內(nèi)缺乏蝦青素。1.5蝦青素的其他保護作用除了上述醫(yī)藥保健作用外，大量的研究說明，蝦青素還具有抗炎癥、解毒、促進肝臟功能、保護細胞中的線粒體、保護眼睛、保護皮膚以及提高細胞健康等作用。因為蝦青素是一種非常強的抗氧化劑，并且容易穿過血液屏障到達各個組織器官，而抗氧化劑必須與被保護的組織器官密切接觸，才能到達其保護作用。2、蝦青素的應(yīng)用2.1作為高級營養(yǎng)保健食品和藥品蝦青素作為高級營養(yǎng)保健食品和藥品具有很多獨特的性質(zhì)。它能顯著提高人體的免疫力，可有效去除肌細胞中因運動產(chǎn)生的自由基，強化需氧代謝，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，因此蝦青素對眼睛和大腦的抗氧化保護優(yōu)勢明顯。可有效防止視網(wǎng)膜的氧化和感光器細胞的損傷，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，并具有保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)的能力。治療不育癥,蝦青素對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)動物的免疫力、提高成活和繁殖率，對于長期困擾養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)營者的養(yǎng)殖品經(jīng)常病死的問題，喂以含有蝦青素的餌料是解決的方法之一。水生動物進食含有蝦青素的餌料后，會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，它們的營養(yǎng)價值也因蝦青素含量的增加而增加，不但極大地提高了產(chǎn)品的市場價格，也有利于消費者的身體健康。(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巨大，其需求還在不斷地增長。對于飼養(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、肉的商品價值。另外，蝦青素作為營養(yǎng)物質(zhì)還可促進家禽的生長和提高產(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，在孵化初期的周內(nèi)，還能促進雞仔的生長和飼料利用率、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，在化裝品中，不僅能有效地起到保色、保味、保質(zhì)等作用,而且還可作為長時間保持的著色劑，如唇膏、口紅等。3蝦青素來源〔1〕人工合成蝦青素在世界市場上，蝦青素的人工合成品已是較常見的產(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%，是目前市場上鮭魚飼料的主要來源。人工合成蝦青素不僅價格昂貴，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)手段合成蝦青素時將不可防止的引入雜質(zhì)化學(xué)物質(zhì)，如合成過程中產(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，世界各國對化學(xué)合成蝦青素的管理也越來越嚴，如美國食品與藥物管理局〔FDA〕已禁止化學(xué)合成的蝦青素進入保健食品市場。(2)天然蝦青素目前，天然蝦青素的生物來源一般有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，但由于目前還沒有找到更好的方法，且國內(nèi)外的蝦蟹加工業(yè)每年有1000萬噸的甲殼類廢棄物，資源豐富，因此國內(nèi)外從蝦殼中提取蝦青素的方式仍然占很大局部。雨生紅球藻在生長過程中，假設(shè)氮源缺乏，其體內(nèi)會積累蝦青素。如果在培養(yǎng)過程中再添加二價鐵離子，那么會提高其合成能力，促進蝦青素的沉積。據(jù)報道，用藍光照射也可誘導(dǎo)其合成類胡蘿卜素和蝦青素。目前，國外優(yōu)質(zhì)雨生紅球藻中蝦青素占類胡蘿卜素總量達90%以上，藻細胞蝦青素含量高。二蝦殼中甲殼素的開發(fā)利用

甲殼素又名幾丁質(zhì)、甲殼糖、殼多糖、蟲膜質(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離子的高分子集團,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。以此制成殼聚糖生物保健品,已被歐美各國譽為除蛋白質(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，伴隨著甲殼素、殼聚糖及其衍生物產(chǎn)品的深人研究,將有越來越多的應(yīng)用潛力被開發(fā)出來。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.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，在面團中加人殼聚糖，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，口味與純牛肉無差異，但熱量僅為其一半。〔3〕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。〔4〕飲料甲殼素作為乳化劑可，使得產(chǎn)品組織細膩、泡沫感豐富?！?〕食品防腐保鮮殼聚糖具有很強的殺菌能力，可用于食品的保鮮。〔6〕食品包裝膜將殼聚糖和淀粉、水混合制成的薄膜，具有可食、無毒、耐油、可自動生物降解、不污染環(huán)境等優(yōu)點?！?〕保健食品甲殼素作為功能性食品具有免疫強化機能,抑制老化,預(yù)防疾病,促進疾病痊愈和調(diào)節(jié)人體生理機能大功能。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。〔2〕抗腫瘤作用殼聚糖通過增強肌體非特異性免疫，對腫瘤有抑制作用。機理主要是提高巨噬細胞活性，抑制癌細胞轉(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?！?〕其他藥理作用增強免疫力，降低膽固醇、降血壓、降血糖、強化肝功、調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)等。三化裝品方面的應(yīng)用殼聚糖的有機酸是陽離子高分子電解質(zhì),溶于水，有很強的增粘、保溫、抗靜電作用?？捎糜谧o發(fā)劑，固化劑及護扶劑等。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。可以通過某種方法將蝦殼中的鈣成分進行處理，制成吸收率高、溶解性好的果酸鈣，具有很大開發(fā)利用價值。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FDA列入平安原料(GRAS)。果酸鈣是一種新型的鈣營養(yǎng)強化劑，不同于單獨的檸檬酸鈣和蘋果酸鈣，更不是兩者簡單的混合物，與傳統(tǒng)的補鈣劑碳酸鈣相比，更適合生理性胃酸分泌缺乏的老年人群補鈣。另外，用果酸鈣作為鈣強化劑的飲料已在世界多個地區(qū)銷售。日本衛(wèi)生福利部已批準果酸鈣作為“特殊健康食品〞的原料，加拿大政府也已經(jīng)批準果酸鈣咀嚼片和軟膠囊作為醫(yī)藥上的鈣質(zhì)補充劑。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)的動物性蛋白質(zhì)，研究說明，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