凡纳对虾干虾壳营养成分检测分析
2013-02-20唐红枫吴郭燚夏杏姣杨文博
■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)
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3.5×105t,到2009年,年产量突破了1.3×106t[1]。
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%[2]。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)、HHW600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0.5 cm×0.5 cm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[3];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[4];脂肪含量的测定,取样品2,采用索氏抽提法[5];总酸的测定,取样品2,采用直接滴定法[6];总糖的测定,取样品2,采用直接滴定法[6]。
1.2.3 虾青素的提取及含量测定
宋光泉等[7]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[8]。
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2 h;真空抽滤后保留滤液;重复以上操作2次;第3次抽滤后多次荡洗滤渣至中性,抽滤,合并滤液,定容,作为样品3[9]。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1 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[10]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 HCl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 g样品2,按照参考文献方法[11-15]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2 h,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、Fe、Mg、Cu、Zn、Mn、Se等常量和微量矿物元素。
表1 凡纳对虾虾壳中一般化学成分分析(以湿重计)
2.2 蛋白质测定结果分析
3种样品经过消化后测定结果见图1。
图1 3种样品预处理后虾壳含氮量测定结果
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1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4 h,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/TAA为39.06%。必需氨基酸与非必需氨基酸(Non-essential amino acids,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。
表2 对虾虾壳中游离氨基酸的含量(以干重计%)
2.4 甲壳素含量测定分析(见表3)
表3 5种甲壳素试验方案测定结果
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4 h,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2 h。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于90℃水解2 h,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间,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素的优选方案为按照1∶10的固液比,3.0%(质量分数)HCl按照于常温(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4 h,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。