虾壳粉的营养价值评价及虾青素闪提工艺参数研究

2021-07-21聂芙蓉郭良兴李梦云邢利敏

现代牧业 2021年2期

聂芙蓉，郭良兴，李梦云，邢利敏，程伟

(1.河南牧业经济学院动物科技学院，河南郑州 450046；2.郑州市反刍动物营养重点实验室，河南郑州 450046；3.河南省非常规饲料资源创新利用重点实验室，河南郑州 450046)

蛋白质饲料短缺在一定程度上成为畜牧业发展的障碍，为此非常规饲料资源开发研究空前活跃[1]。我国小龙虾虾壳总量约58万吨/年[2]，成本低，蛋白质和钙含量丰富；另外，还含有一定量的虾青素等，提取出来的虾青素可以应用到各个行业[3,4]，特别是在饲料禁抗的今天可作为一种首选的饲料添加剂。目前对虾壳粉的营养价值评价大多停留在其蛋白质含量方面[5,6,7]，未见有全面系统评价的文献；在虾青素的提取方法上虽有一些研究报道，但未见有关用闪式提取技术的报道。对虾壳粉的营养价值做了全面的分析评价，并用乙酸乙酯作溶剂，利用闪式提取技术研究虾壳粉中虾青素提取的工艺参数，能为更好利用虾壳粉，解决我国面临的蛋白质饲料原料短缺的现状提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验材料

虾壳粉：湖北潜江小龙虾虾壳粉加工厂；虾青素标准品：北京索莱宝科技有限公司。

1.1.2 主要试验仪器

闪式提取器(JHBE-50T)：北京金鼐科技发展有限公司；闪式提取控制器(JHBE-50T)：宁波贝德尔电讯电机有限公司；YRE-201D旋转蒸发器：巩义予华仪器有限责任公司。

1.2 试验方法

1.2.1 虾壳粉中各成分的测定

粗蛋白、粗灰分、粗脂肪、水溶性氯化物、氨基酸、能量、总磷、钙、维生素D3、重金属砷、汞、铅、胃蛋白酶消化率、挥发性盐基氮的测定分别参照国标方法。

1.2.2 虾青素标准曲线的绘制

虾青素标液配制：将20 mg虾青素标准品先放入小烧杯中用乙酸乙酯溶剂，再转入100 mL的棕色容量瓶中用乙酸乙酯定容，再稀释成40 μg/mL的虾青素标液。

用96孔板酶标仪，在 474 nm 处测吸光值，绘制标准曲线(见图1)。试验中虾青素浓度和吸光值之间关系式为y=0.0184x+0.0708，R2=0.9958，线性关系良好。

图1 虾青素的标准曲线

1.2.3 闪式提取时间的设定

分别称取虾壳粉100 g，置于3个盛有2000 mL乙酸乙酯(99.5%)的大烧杯中，此时虾壳粉与乙酸乙酯的比例为1∶20(g/mL)，提取温度为室温，闪式提取器转速为3500 r/min，研究闪提时间分别为 2 min、4 min、6 min对虾壳粉提取率的影响。常温提取后，过滤两次，用旋转蒸发仪将溶液中的乙酸乙酯回收，待溶液剩50 mL左右时停止蒸发，冷却至室温，用乙酸乙酯定容至100 mL的棕色容量瓶中，摇匀，静置，移取2 mL上清液置于50 mL的棕色容量瓶中，用纯度为99.5%的乙酸乙酯定容至刻度线。将稀释过的溶液取200 μL置于酶标仪中，在474 nm处测吸光值。

1.2.4 闪式提取转速的设定

分别称取虾壳粉100 g，置于3个盛有2000 mL乙酸乙酯(99.5%)的大烧杯中，此时虾壳粉与乙酸乙酯的比例为1∶20(g/mL)，提取温度为室温，闪提时间2 min，研究提取转速分别为3500 r/min、4000 r/min、4500 r/min对虾壳粉提取率的影响。具体方法同1.2.3。

1.2.5 闪式提取料液比的设定

分别称取虾壳粉100 g，置于3个1000 mL、1500 mL、2000 mL乙酸乙酯(99.5%)大烧杯中，提取温度为室温，闪提时间2 min，闪提器的转速为4000 r/min，研究虾壳粉与乙酸乙酯的比例分别为 1∶10、 1∶15、 1∶20(g/mL)对虾青素提取率的影响。方法同1.2.3。

2 结果与分析

2.1 虾壳粉中各营养成分含量的结果分析

2.1.1 虾壳粉中常规养分含量

虾壳粉中常规养分含量见表1。由表1可知虾壳粉中粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、钙的含量均比较高。

表1 虾壳粉的常规营养成分含量 %

2.1.2 虾壳粉中氨基酸的含量及评分

虾壳粉中含有17种氨基酸，其中必需氨基酸7种(见表2)。总氨基酸为31.38%，必需氨基酸为11.93%，必需氨基酸占总氨基酸的38.02%，必需氨基酸与非必需氨基酸的比值为61.34%，氨基酸中同风味的谷氨酸、天冬氨酸含量较多，其中谷氨酸含量为4.63%，天冬氨酸含量为2.57%，分别占总量的14.75%和10.70%。

表2 虾壳粉中各氨基酸含量 %

根据粮食与农业组织/世界卫生组织(FAO/WHO)(1973)建议的，氨基酸评分标准模式和全鸡蛋蛋白的氨基酸模式[8]评定虾壳粉的质量，分别按以下公式计算氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)[9]。

由表3可知，虾壳粉中必需氨基酸占总氨基酸的比例低于鸡蛋蛋白标准模式，但高于FAO模式。AAS以(苯丙氨酸+酪氨酸)最高，(蛋氨酸+胱氨酸)最低；CS以(蛋氨酸+胱氨酸)最低，苏氨酸最高。

表3 虾壳粉中必需氨基酸评价 %

2.1.3 虾壳粉中其他成分及体外消化率

虾壳粉中其他成分及体外消化率见表4。由表4可知，虾壳粉的总能为16.257 MJ/kg，胃蛋白酶消化率为83.1%，挥发性盐基氮的含量为1.11 mg/100 g；重金属中总砷为1.62 mg/kg，其他均为检测到。

表4 虾壳粉中其他成分及体外消化率

2.2 虾青素闪式提取率的结果与分析

2.2.1 闪式提取时间对虾青素提取效果的影响

虾青素的提取时间和吸光值不成正比，6 min时测得的吸光值比4 min测得的吸光值大，2 min测得的吸光值比6 min测得的吸光值大，提取时间为2 min时的提取效果最好(见图2)。6 min的吸光值比4 min的吸光值大，可能是提取时间越长，虾青素被氧化的越多。

图2 不同闪式提取时间的吸光值

2.2.2 闪式提取转速对虾青素提取效果的影响

由图3可以看出，在闪式提取器提取2 min时，4000 r/min的吸光值大于4500 r/min的吸光值，4500 r/min的吸光值大于3500 r/min的吸光值，4000 r/min的吸光值最大，提取效果最好。3500 r/min时，吸光值不是最大，可能是转速太小，虾青素不能完全溶于乙酸乙酯中，4500 r/min时闪提转速太大，将物质破环，导致吸光值降低。

图3 不同闪提转速的吸光值

2.2.3 料液比对虾青素提取效果的影响

在闪提2 min，闪式提取器转速为4000 r/min时，虾壳粉与乙酸乙酯的比例为1∶20的提取效果最好(见图4)。可能是随着料液比增大，虾青素溶于乙酸乙酯的量越多。

图4 不同料液比的吸光值

3 讨论

3.1 虾壳粉中主要成分含量的分析

试验所测得的虾壳粉中粗蛋白含量(39.18%)高于宋翔[6]等报道的南美白对虾虾壳粗蛋白含量、低于张祥刚[7]等报道的南极磷虾虾壳粗蛋白含量、与唐红枫[5]等报道的凡纳对虾虾壳粗蛋白含量和王润莲[10]等人在虾、蟹、螺副产物的营养价值测定结果基本接近；粗脂肪含量与所报道的这几种虾壳中含量相比最高；钙含量高于南极磷虾虾壳含量，但是低于凡纳对虾虾壳含量和南美白对虾虾壳含量；其他几种虾壳均未检测总磷和水溶性氯化物的含量。导致这些指标差异的原因可能是：虾品种的不同、虾壳的加工与否以及加工方法和虾壳粉中虾肉的含量的多少等。同时，试验还测定了虾壳粉中总能值含量为16257.00 J/g，相对较高，但未见有关虾壳粉能量的报道，无从比较。

氨基酸是蛋白质的基本组成单元，动物性饲料中氨基酸的含量及组成，不仅决定蛋白质的营养价值，而且与香味、风味有关。必需氨基酸的组成与含量通常是衡量一种蛋白质饲料优劣的重要指标[11]。必需氨基酸含量越高，必需氨基酸与非必需氨基酸的比值越高，营养价值越高[12]。试验虾壳粉的总氨基酸为31.38%，必需氨基酸为11.93%，必需氨基酸占总氨基酸的38.02%，必需氨基酸与非必需氨基酸的比值为61.34%，说明其营养价值比较高。

根据FAO/WHO的理想模式，质量好的蛋白质组成氨基酸的EAA/NEAA在60%以上、EAA/TAA在40%左右[13]。本虾壳粉的氨基酸EAA/NEAA为61.34%，EAA/TAA为38.02%，均基本符合理想模式。

与鲜味有直接关系的氨基酸是谷氨酸和天冬氨酸[14,15]，试验虾壳粉中谷氨酸含量为4.63%，天冬氨酸含量为2.57%，相对含量比较高，分别占总量的14.75%和10.70%。这说明虾壳粉能够适当增加饲料的风味。

TVB-N是评价动物源性饲料原料质量和新鲜度的一个重要指标[16-22]，已使用该指标在饲料行业中进行评估动物性饲料原料及其饲料产品的新鲜度，并且鱼粉、肉骨粉、血球粉等饲料原料的国家标准[23-25]中规定了TVB-N的限量值。但还未见对虾壳粉的TVB-N的限量值。试验中测定的挥发性盐基氮的含量为1.11 mg/100 g，远低于鱼粉、肉骨粉、血球粉等饲料原料的国家标准，说明新鲜度较好。动物性蛋白质饲料胃蛋白酶消化率，从其蛋白质利用的角度对其进行评价，比单纯粗蛋白更准确。因虾壳粉本身是下脚料，虾肉相对较少，胃蛋白酶消化率稍低于鱼粉和肉粉，但就其原料本身来讲，83.1%的胃蛋白酶消化率也相对较高了。

动物性饲料中的重金属含量与动物产品的重金属含量密切相关，特别是肝脏、肾脏等是重金属主要存在器官，食用后对人体造成危害[26]；参照国家饲料卫生标准(GB 13078-2017)，标准规定甲壳类动物及其副产品的总砷含量小于等于15 mg/kg。试验测得虾壳粉中的总砷(以As计)含量为1.62 mg/kg；在检出限为0.00015 mg/kg的条件下，未检测出汞；在定量限为2 mg/kg的条件下，未检测出铅。试验样品只测出来重金属砷，且符合饲料卫生标准，是一种安全的饲料原料。

3.2 影响虾青素提取率的因素

同一溶剂同一品种的虾壳比较，试验提取的虾青素量多。张旭等[27]从小龙虾虾壳中提取虾青素时，虾壳与乙酸乙酯的比例为1∶2，溶剂用量太少，可能是虾青素不能完全溶解到乙酸乙酯中，导致虾青素的提取量少。

不同溶剂同一品种的虾壳比较，两种提取方法的料液比一样，宋庆洋[28]等人的试验温度为30 ℃，提取时间为2 h，提取两次，提取结果和本试验的结果相差44.46 μg/g，并且花费时间长；本试验提取只需要2 min，可以节省很多时间，但是提取率大于宋庆洋等人的提取率。

同一溶剂，虾壳粉与乙酸乙酯的比值都为1∶20，本试验的提取率是何立坚[29]等人提取率的6倍多，可能是明虾虾壳中的虾青素本来含量就少，也可能和试验方法有关。

不同溶剂、不同温度和不同提取时间进行比较，南美白对虾虾壳中虾青素的提取率大于本实验的提取率。王茵[30]等人对南美白对虾虾壳进行了前处理脱钙，用几次浸泡的方式，反复提取，温度为60℃，而本实验提取温度为室温，没有反复提取和浸泡，用的溶剂不同，虾的品种也不同，没有王茵等人得出的虾青素提取率高。但本试验方法不用浸泡、用时最短、不需要加热、温度低、操作简单方便，值得借鉴推广。