水产副产物中功能性成分研究进展

◎ 张 瑜

（安徽职业技术学院，安徽 合肥 230011）

1978年以来，我国水产业取得快速发展。根据《中国渔业统计年鉴》，2022年我国水产品总产量5 603万t，同比增长4.28%。其中，鱼类产量3 304万t，甲壳类产量570万t，贝类产量1 267万t。水产业在发展的同时也产生了大量的水产副产物，约占原料鱼的40%～55%[1]。如何合理利用水产副产物成了急需解决的问题。研究发现，这些副产物中富含多种生物活性成分，如果不进行精深加工而直接抛弃，不仅造成资源浪费，还会给环境保护带来负担。

1 水产副产物中的功能性成分及提取方法

1.1 甲壳素

甲壳素，又名甲壳质，具有强化机体免疫的功能，能够抑制老化、预防疾病、加速病患的痊愈以及调节机体生理和机能等，还有抑菌、降糖、降脂效果[2]。甲壳素主要存在于昆虫的外壳、甲壳类动物的骨骼和外壳中，主要从虾、蟹等水产品的加工副产物中提取[3]。目前，制备甲壳素常见的方法有酶解法、酸碱法、微生物发酵法[4]等。

1.1.1 酶解法

酶解法主要利用稀酸溶液结合蛋白酶（蛋白酶可以是碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、风味蛋白酶或枯草杆菌中性蛋白酶）处理水产品副产物提取甲壳素，如去除虾壳中的碳酸盐、蛋白质和脂质，提取甲壳素[2]。纪蕾等[5]利用中性蛋白酶提取鹰爪虾加工副产物中的甲壳素，蛋白质去除率为79.45%±0.28%，甲壳素得率为11.22%±0.72%。李丽等[6]利用蛋白酶提取蟹肉罐头下脚料中甲壳素，经脱色、脱钙处理后，甲壳素得率为13.71%。

1.1.2 酸碱法

酸碱法是目前利用虾壳、蟹壳等水产副产物提取制备甲壳素和壳聚糖最普遍的方法。制备过程可归纳为“三脱”，一脱碳酸盐、二脱蛋白质、三脱脂类等物质，烘干得到甲壳素。蓝尉冰等[7-8]先用6%的NaOH溶液及240 W的微波脱蛋白，再用5%的HCl溶液在160 W微波中提取南美对虾中甲壳素，甲壳素得率为26.34%±0.24%。酸碱法提取甲壳素的优势是操作比较简单，但是容易产生废液、废水等污染物，环境污染严重。而且，脱乙酰化会改变甲壳素的生理特性。

1.1.3 微生物发酵法

微生物发酵法主要利用真菌或细菌发酵体系中产生的有机酸及蛋白酶去除虾蟹壳中的矿物质及蛋白质，从而获得高纯度的甲壳素[9]。陈亚[10]利用乳酸菌发酵虾壳，常温发酵96 h，甲壳素提取率可达13.8%。黄璠[11]研究联合使用鼠李糖乳杆菌和枯草芽孢杆菌共同发酵制备蟹壳中的甲壳素，蛋白质的脱除率达85.45%，矿物质的脱除率达98.98%。微生物可以有效利用虾壳中的蛋白质、氨基酸、脂类及矿物质等营养元素，相对于酸碱提取法，微生物发酵法反应条件温和、过程环保。

1.2 虾青素

虾青素，又称虾黄素。天然虾青素主要存在于真菌、藻类、甲壳动物和鲑鱼等生物中，主要以游离虾青素、虾青素单酯和虾青素双酯的形式存在[12]。虾青素具有抗氧化性[13]、抗脂质过氧化[14]、增强免疫[15]等生理功能。虾青素以虾青素酯结合态的形式存在于虾蟹外壳中，含量较低，提取成本较高，从水产副产物中提取虾青素还处于实验室阶段。制备虾青素常见的方法有有机溶剂提取法、酶解法、超临界CO2萃取法、超声辅助双连续型离子液体微乳液提取法等。

1.2.1 有机溶剂提取法

虾青素为脂溶性色素，在选择虾青素的提取溶剂时，不仅要考虑虾青素的提取率，还要考虑溶剂的极性（见表1）。有机溶剂提取法的优点是得率较高，但有些有机溶剂有毒性，存在一定的安全隐患，所以在使用有机溶剂时需要特别注意筛选。

表1 有机溶剂提取法提取虾青素的部分实验情况表

1.2.2 酶解法

酶解法主要利用蛋白酶降解与虾青素结合的蛋白质，实现蛋白脱除，易于虾青素的提取，反应条件温和、设备要求简便、用料少。酶解法提取虾青素的部分实验情况如表2所示。

表2 酶解法提取虾青素的部分实验情况表

1.2.3 超临界CO2萃取法

CO2超临界状态下对溶质溶解力强，利用超临界CO2萃取法提取虾青素，所得产品纯度高、溶剂残留少且无毒副作用。以南美白对虾虾头为原料，采用超临界CO2萃取法从中萃取虾青素，研究发现当萃取压力403.95 Pa，萃取温度39.95 ℃，CO2流量1.16 L·min-1时，所得虾青素的纯度最高，提取量为796.3 μg·g-1[21]。翁婷等[22]研究发现，在萃取压35 MPa、夹带剂1.00 mL·g-1和萃取温度60 ℃的条件下萃取3.5 h，南极磷虾的虾青素得率为84.41%±0.57%。临界CO2萃取虾青素不存在正己烷萃取后面临的溶剂回收问题，规避了试剂残留、污染环境的风险。

1.2.4 超声辅助双连续型离子液体微乳液提取法

离子液体具有熔点低、热稳定性好、溶解能力强以及可设计等优点，张莉莉等[23]利用超声辅助离子液体四丁基三氟乙酸磷（[P4444]CF3COO）和辛基三丁基溴化磷（[P4448]Br）双连续型离子液体提取虾青素，虾青素提取率可达97.75%，提取量为（48.21±0.07）μg·g-1。该方法所需温度低、耗时短、提取率高，能较好地保护虾青素的稳定性。

1.3 抗氧化肽

抗氧化肽作为一种天然抗氧化剂，其活性强于氨基酸和蛋白质，具有低毒、高效、易吸收等特点，是生物活性肽中重要的一种多肽[24]。研究表明，虾加工废弃物的酶解物有抗氧化活性[25]。目前，抗氧化肽的制备途径主要有3种。①直接从生物体中提取内源性抗氧化肽。②通过酶解法、酸水解法或发酵法制备抗氧化肽。③利用化学反应或DNA重组方法人工合成抗氧化肽[26]。酶解法提取抗氧化肽的部分实验情况如表3所示。

表3 酶解法提取抗氧化肽的部分实验情况表

1.4 矿质元素

水产品中含有丰富的矿物质，如南极磷虾中含有K、Na、Mg、Ca、P、Cu、Mn、Cr、Zn、Fe、Se 11种矿物质[29]。矿物质的测定方法主要有原子吸收分光光度法、气相色谱法、氢化物原子荧光光谱法、冷原子吸收光谱法、火焰原子吸收法、电感耦合等离子体质谱法、液相色谱-原子荧光光谱法、电位滴定法等[30]。沈晓盛等[29]利用离子色谱法和原子吸收法测定了南极磷虾中11种矿物质的含量并研究了氟与矿物质元素的相关性，发现氟与Mg、Ca、P、Mn、Se含量呈现明显的正相关。全沁果等[31]利用电感耦合等离子体质谱法测定南极磷虾粉中K、Na、Mg、Ca、P等常量元素的含量以及Cr、Fe、Cu、Zn、As、Se、Cd等微量元素的含量，发现常量元素中钙和磷的含量最为突出；微量元素中铁的含量丰富，达113.49 mg·kg-1，且Fe、Cu、Zn分布均衡，符合营养学标准。研究发现用4%的NaOH溶液浸泡虾壳，然后干燥过筛，用乳酸浸提，每10 g虾壳中可提取乳酸钙762.48 mg[32]。将虾壳中的无机碳酸钙转化成易被人体吸收利用的有机酸钙，则更易溶解、更易被吸收、安全性更好[33]，可被广泛应用于食品和医药行业中。

2 水产品副产物功能性成分在食品保鲜领域的应用

2.1 甲壳素及其衍生物

甲壳素可以转变成壳聚糖，壳聚糖作为一种优良的膜材料，安全、无毒，在食品保鲜食用方面具有很大优势，可以对食品起防腐的作用。羧甲基甲壳素可使猕猴桃和阳桃的保鲜时间比空白样品保鲜时间延长3～9 d[34]。由甲壳素制成的薄膜对多种有毒细菌有良好的抗菌活性，含量为0.5%甲壳素的复合膜在抗拉强度、断裂伸长率、黏度值、透光性方面有优势，对水的抑制作用最优[35]。

2.2 虾青素

虾青素-羧甲基壳聚糖可有效抑制微生物的生长繁殖，可以将罗氏沼货架期延长3～4 d[36]。李啟彬等[37]研究发现，一定浓度的细菌素QY-C与虾青素结合的脂质体对单增李斯特菌（ATCC 19111T）有良好的抗氧化和抑菌性能。作为单一抗氧化剂，虾青素对南湾鳙鱼油的抗氧化性比脂溶性茶多酚还强，0.02%虾青素与0.02%茶多酚共同作为抗氧化剂可以使南湾鳙鱼油的贮藏期在20 ℃条件下延长100 d[38]，保鲜效果良好。

3 结语

从水产品副产物中提取功能性成分的方法有很多，如酸碱法、微生物发酵法、有机溶剂提取法、酶解法、超声辅助双连续型离子液体微乳液提取法和超临界CO2萃取法等，不同的提取方法提取率不同，对环境产生的影响也不尽相同，各有利弊，还需综合考虑资源、提取率及环保要求等多方因素筛选出适合规模化生产的工艺，充分提取水产品副产物中的功能性成分，从而促使资源得到有效利用，实现水产品行业的绿色可持续发展。