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)

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。