虾壳虾青素酯皂化工艺研究

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第 7卷

第 4期

中国食品学报J u a fC ie eIsi t fF o ce c n e h ooy o r lo hn s n tueo o d S in ea d T c n l n t g

Vo . No 4 17 .

2 0 0 7年 8月

虾壳虾青素酯皂化工艺研究陈兴才赖虔赵仪(州大学生物科学与工程学院福州 3 0 0 )福 5 0 2摘要为了提高虾青素产品的纯度和得率，究了 K H— 25 H将不同的虾青素酯皂化成游离虾青素的皂化研 O CH O工艺，碱的种类、溶剂、浓度、如助碱皂化时间和温度对皂化的影响。碱浓度、应温度、应时间为因素，用以反反选

Uz 2 3)合水平均匀设计表进行试验，定了皂化的最佳工艺条件为： O - sH 4 . ( K 112混 ( x确 K H CHO 0 m 0 3 H/V￣ H, c o)温 2度 1 .o时间 3 .m n 6 0 C, 7 i。在上述条件下得到的游离虾青素含量从未皂化前的 81高到 8 . 0 .%提 5%。 7

关键词文章编号

虾青素

提取

皂化

10— 8 8 2 0 0— 0 4 0 0 9 7 4 ( 0 7)4 0 7— 6

虾青素 (s xnhn, at a ti)学名为 3 3一羟基 _, a,二 4

目前对虾青素酯皂化多采用 K H— H O O C H法。采用 K H CH O O -￣ H法及均匀设计法确定虾壳中

4一 二酮基一 B胡萝卜素，属于叶黄族 (a to B, xnh . p yl)式类胡萝卜，溶于有机溶剂，溶于 hl酮 s素易难

虾青素酯皂化的最佳工艺条件尚未见报道。

水，有独特的着色、氧化、具抗防癌【、进抗体产 促生、御紫外线、抵带维生素 A活性、改善视力、疫免

1材料和方法11材料 .

力、色素形成和神经连通以及改善生育等功能I 3 J。虾壳中富含虾青素和虾青素酯，其中虾青素酯与油脂性质相近，分复杂，化和检测困难。组纯 如果将虾青素酯皂化水解成游离虾青素，则游离

大明虾虾头、壳，虾市购；青素标准品，国虾美sm i a公司。 g

主要试剂：二氯甲烷、乙醚、己烷、正乙醇均为

虾青素含量增加，率提高，得分离容易，测简

单，检能有效除去提取物中非类胡萝卜等杂质。但由素于虾青素含有长链不饱和双键，环上又有烯酮醇， 比其它异戊二烯化合物更不稳定，、、和氧光热酸作用均易破坏虾青素的结构。随着皂化条件的加强( NO如 a H浓度、皂化温度和时间增加 )虾青素 .受热和碱作用不断加剧，得虾青素含量减少，使 得率明显下降。因此必须选择合适的皂化条件。本文以碱浓度、应温度、反反应时间为影响因素，通

分析纯；高效液相色谱用的乙腈、氯甲烷、二甲醇均为色谱纯；盐酸、 O A K H( R级 )。12主要仪器与设备 .

C Y 5 Bo紫外一见分光光度计 .国瓦 AR 0 i可美里安公司；atr s B S电子天平 .京赛多 Sr i S 10 ou 1北利斯天平有限公司；H一 C精密 p P S3 H计，上海雷

磁仪器厂；0— 2 2 1型电热干燥箱 .海市上海县实上验仪器厂； H一 H 8数显恒温水浴锅 (可振荡 )国华，电器有限公司：C 1A L一 0 T高效液相色谱仪 . 1岛 3本

过均匀设计试验确定了回归方程 .经偏导求极值后进行验证试验 .利用 H L P C法和 T C法进行检 L测，对所得结果用均匀设计 1 0软件进行回归再 . 0分析 .最后确定出虾壳中虾青素酯皂化的最佳工艺条件。

津公司；硅胶板 G 2 4 2 7 F 5 (0mmx 5mm)青岛海洋，化工有限公司。13方法 .

131虾青素的提取将新鲜虾壳放入塑料桶 . .中，不断搅拌下加入 5%的稀盐酸，至不冒气泡

(H5~ .), p . 70时再浸泡 5h后水洗至中性。将虾 0收稿日期：2 0— 2 0 070— 5

壳粉碎，去水，后在 10o下烘干。然 0 C 将经预处理的新鲜虾壳放入棕色磨口试剂瓶中，入二氯甲烷，用量为浸没虾壳量的 2倍，加其

基金项目：福建省自然科学基金资助项目( 0 1 0 4 Z560 )

作者简介：陈兴才，,9 7年出生，男 14副教授

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第7第4 卷期

虾壳虾青素酯皂化工艺研究

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室温，暗处、密封浸泡 7h J滤后将虾壳继续用 【 5。过

占本列总斑点的

百分比%。m1 m2% ×

新鲜二氯甲烷浸泡，提取过程重复 3次，壳变得虾几乎无颜色，液颜色为橙红色。滤

式中：——游离虾青素质量，; m。 g m厂类胡萝 b质量，。素 g

总

1 .虾青素酯的皂化提取液经浓缩后加入 .2 3 K H— H混合液，在磁力搅拌下进行皂化反 O CH O

应。应一定时间后停止搅拌，反加适量蒸馏水至反应混合液迅速分相，上层水相出现大量白色悬浮

2结果与讨论2 1单因素试验 .

物。当有色物质完全转入下层二氯甲烷相时，停止皂化反应，冰箱冷藏室中静置 3h直至有色的于，二氯甲烷相完全澄清分液 .收集下层有色的二氯甲烷相

211碱的选择 ..

虾青素酯水解是一个在碱性催

化下酯皂化成酸和醇的反应，又称为皂化反应。反应原理可以表示为：

l ..碱浓度的影响分别配制 l、0 4、0 -21 3 0 2、0 6、8 L K H— 2 5 H皂化液，5℃磁力搅拌下皂 0g O CH O/ 2一

化 1 n用紫外一 0 mi。可见分光光度计测定波长 4 0 8 n m处的吸光值。同时用正己烷一水乙醚 (无两者体积比 11混合展开剂进行薄层层析。:) 1 . 2温度和时间的影响 .2 3.在不同温度下用 4 0

￣

+K H一 O

呱

…

其中，——虾青素分子； R R——脂肪酸分子；K H O——碱性物质

gL K H— z 0皂化液对提取液进行皂化。皂/ O CH5H化温度分别为 5、5、 5和 3 l 2 5℃。皂化过程中定时取样测吸光值并作薄层层析。 1 .-均匀试验设计 . 23 3以碱浓度、应温度、反反应时间为影响因素，用 U ( 2x 均匀表进行选 1 3)

由于酯和碱液互不相溶，皂化反应是界面反应，任何影响油水相分散速度以及界面上两相分

子接触的因素都会影响皂化反应速度和皂化程度【, 7因此虾青素酯的皂化反应需要从提高酯与碱 1溶液相互接触程度方面进行设计碱取 K H、N O O a H、C ( H) a O 2、Mg ( H)和 O 2

均匀设计试验。每组试验重复 3次，取平均值。用高效液相色谱进行分析，再对所

得结果用均匀设计 1 0软件进行回归分析，做优化试验，到 . 0并得每个因素的优化条件，以确定最佳皂化效果的试验水平。最后做验证试验 1 -游离虾青素含量的计算 .3 3采用紫外分光光度法 (式法 )公进行虾青素含量的测定同。 1 -.样品液中类胡萝 b素含量的计算根据 . 31 3 B e— a b r定律【样品液中类胡萝 b素含量的 er L m e t 7 1,计算公式：6

N H。由于钾皂化物在水溶液中比其它皂化物 HO更易溶解，皂化物在温度较高时会释放出氨气，铵所以选用 KO作皂化物。 H

21 ..助溶剂的选择 2

直接在碱水溶液中皂化，

碱液不易与虾青素酯直接接触。应初期，搅拌反在作用下，碱与虾青素酯反应产物包裹在虾青素酯

外部，严重影响了皂化反应[ 8 1化率低。由于，皂 K H和虾青素酯在低级醇中有一定的溶解度， O这样虾青素酯就能与溶解的碱进行皂化反应[故本 9 1,试验选用乙醇代替水，可以提高皂化反应速度和皂化率。 21碱浓度的影响 .- 3由图 1知，随着碱浓度可的增大，离虾青素的含量呈直线下降，明游离游说

m

=

Ak xl 0 0

式中： m——类胡萝卜素含量，; g——溶液

吸光值；——溶液体积，LA m;:——lm光程 e长的色杯中， gL质量浓度溶质的理论吸收值。 1/

虾青素对碱不稳定，浓度越大，碱游离虾青素降解越严重在相同温度和时间下，0g 4 L的碱质量浓度最/适于虾青素酯皂化，图 2所示。如当碱质量浓度低

经计算，虾青素标准样品在二氯甲烷中的A 22:=4 c m。13 .游离虾青素含量的计算运用 B n S a .- 2 3 adcn软件对层析照片进行分析，得出游离虾青素斑点

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2o年第4 07期

于 4/,化反应不充分；碱质量浓度高于 0gL时皂而 4/ 0gL时，随着碱浓度的增大，离虾青素的量反游而下降 .这是由于皂化后生成的游离虾青素在强碱浓度下不稳定而发生了游离虾青素降解的缘故皂化后游离虾青素占总类胡萝卜

的量的百素分比明显比未皂化的游离虾青素的高。

因此碱对虾青素酯的皂化反应 .存在着碱对酯的皂化程度及碱对虾青素酯皂化产物 (离虾游青素 )降解的动态平衡。在碱质量浓度 4/ 0g L下， 控制好反应条件 .既可完全将虾青素酯皂化成游

离虾青素，又能使生成的游离虾青素的降解量相对较少，而得到的游离吓青素最多。从

●●

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碱质量浓度培

碱质量浓度/ gL

图 1不同碱浓度对游离虾青素稳定性的影响 F g 1 E f c f df r n l ai c n e tain i. f t o i e e t a k l o c n r t e f o o t b l y o r e a tx nh n n sa i t f f sa a t i i e

图 2碱浓度对皂化作用的影响F g2 T e e e t o l ai c n e t t n i . h f cs f a k l o c nr i aoo t e a o fc to n h s p ni ai n i

21温度和时间的影响温度和时间对虾青素 .4 .酯皂化反应的影响如图 3所示。 试验结果表明：皂化温度对反应速度有显著影响。皂化温度 5 l、5 3=皂化时间 8、、5 2、5c及 I 3

高 .皂化反应产物——游离虾青素的降解作用也越来越严重。2= 3= . 5c和 5c时均是在很短的时问 I I内完成皂化反应。由于游离虾青素在较高温度下对 4/ 0g L碱不稳定 .随着时间的增加 .发生了严重

1 .、、 . m n时游离虾青素含量较高。 06 7 93 i 温度超过 2= 5 I.皂化速度越来越快 .然而伴随着温度的升 c

的降解反应，从而导致皂化反应得到的游离虾青素含量直线下降。

彗姗{ 抽撇

键热

0

2 0

4 0

6 0

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10 2

皂化时间/ n mi

图 3皂化温度和时间的影响F g3 T e e e t o a o i c t n t mp rt r n i i . h f cs f s p n f ai e ea u e a d

t i o me

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虾壳虾青素酯皂化工艺研究

比较不同温度下皂化得到的游离虾青素含量随时间的变化曲线可知 .化温度越高 .应速度皂反越快，离虾青素的分解速度也越快。游因此碱浓度、应时间、度对皂化的影响较反温

萝 t的含量较高，到 8 .%。而皂化反应前游 -素达 38离虾青素含量只占原料总类胡萝 t的 81运 -素 .%(用 B nSa a d cn软件对层析照片扫描所得 .图 4所如示 )。 22均匀试验设计 _

大，特别是温度的影响。用 4 L K H— 2 O 0g O CH5H,/ 1二化 1 . mi 5c皂 I 0 n所得游离虾青素占原料总类胡 6

221方案设计由于虾青素含量与高效液相色 .. 谱中的峰面积呈线性关系 .所以以皂化后游离虾青素含量相对于原提取液中游离虾青含量增加比值作为指标 y,算公式是：计、,一

f皂化后游离虾青素高效液相色谱峰面积\\皂化前游离虾青素高效液相色谱峰面积，『^. .

1% 00

本试验选用均匀设计法中的 U ( 2x拟水 1 3)

平构造混合水平均匀设计表㈣。由于虾青素在高温下不稳定 .且所使用的二氯甲烷的沸点为 3 .c, 9二 5 I所以将温度因素进行拟水平，只设 5、5 2二 1、5c三 I图4 BnSa a d c n软件工作界面Fi . W o k ntrac b Ba Sc n ot r g4 r i e f e y nd a s f wa e

水平。每个试验号安排 3次重复试验。验方案及试结果见表 1。

表 1均匀设计方案及结果 T b e T e s h me n e u t f u i r d s n a l l h c e s a d r s l o n f m e i s o g

从表 1以看出，可经皂化试验后 .有几组试验的游离虾青素含量反而减少了。这是由于为保证经均匀试验后得到的回归方程具有更广的适应

范围的方案，: O CH O即 K H- 2 5 H质量浓度 2~ 4g O 6/ L,反应时间 5 9 n~3 mi。 222回归分析根据均匀设计 1 0软件进行，. . 0回归分析，到回归系数和标准回归系数，得见表2。

性，

在试验安排时对影响因素采用了多水平、宽较

表 2回归分析结果T b e 2 R g e s n a ay i r s l f e u t n a l e r s i n l s e ut o q ai o s s o

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27 0年第4 0期强

经 F检验， F=2 .3>F.(, ) 06 21 o 6 5=1 . o 1 7所以，回归方程显著性为 O=0O。 t .1

质量浓度 4 . gL皂化时间 3 . m n皂化温度 03/。 67 i,1. 6 0℃。

根据标准回归系数的绝对值。各影响因素对

根据文献资料。虾青素及其酯共占总类胡萝

指标影响的主次顺序依次为：,(化温度 ) 皂>(的浓度 ) (化时间 )碱 皂。 223试验优化 ..对回归方程求偏导，得最优条件为： 14 ., 23 .,= 6, K H— 2 O X= 03 X= 67 X31 .即 O CH5H 0

卜的 9%左右。素 0理论上当皂化完全时， y值最高可以达到 8 .%。 64

22验证试验对皂化最优条件做 3次极值验 .4 .证试验，结果见表 4。

表 4

验证试验结果

T be 4 T e r s l fc ni t n ts a l h e u t o o f ma i e t s r o

皂化后 HL C图见图 5 P。游离虾青素含量占 总类胡萝卜的 8 .,理论值 8 .%比较，素 57与% 64优

化方案试验结果与理论值基本相符。

》

幽

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 l 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3

时间，i mn

图 5虾青素酯皂化样品色谱图F g5 Ch o t g a a l s f m a o i c t n o sa a t i se s i . r ma o r ms o s mp e r f o s p n f a i a tx nh n e tr i o f

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3结论 采用薄层层析法分析虾壳中提取的总类胡萝卜，果表明虾壳中主要含有虾青素酯。素结通过皂化反应 .将虾青素酯水解为游离虾青素。据均匀根

质量浓度 4 . g皂化时间 3 . m n

皂化温度 0/ 3 L, 7 i, 0 1 . o。在此条件下可以将虾青素酯完全皂化， 60 C 所得游离虾青素的含量从未皂化前的 81 .%提高到8 7。 5.%

试验得到皂化的最佳工艺条件为： OH—。 K C HOH

参考文献1 T n k T. Ma i H, Oh ih H e a. C e p e e t n f r t r l a c n g n s b n t r l o c ri g a t o . aaa kt a ns i t 1 h mo rv n i o a o a c r i o e e i y a u al o s y c u r x n h— n

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S u is o h a o i c t n Te h o o y o t x n h n Es e s f o t d e n t e S p n f a i c n l g f Asa a t i t r r m h i u t i o S r mp Cr s

C e iga L iQa Z a i hn X nci a in ho Y ( oee o i c n ea d Bo nier g F zo nvri,F zo 5 0 2 C lg f Bo i c n ieg ei uh u U i sy uh u 3 0 0 ) l se n n e tAb t a t I r e o i c e s h p r y a d t e ye d o sa a t i r d c, t e s p n f ain e h oo y o s s r c n o d r t n r a e t e u t i n h il f a tx n h n p o u t h a o i c t tc n l g f a— i o tx n h n e t r b H— 2 OH d t e ef cs o o i ge fc o s s c s t e k n f ak l, f x,t e ak l c n a a t i s s y KO e C Hs n a h f t f s me s l a t r u h a h i d o l a i l e n u h l ai o— c n rt n, s p n f ai n t mp rt r a d t o h s p nf a in f a tx ti e tr w r t de . F r t e a e f et i ao a o i c t e e au e n i i o me n t e a o i c t o sa a h n s s e e su i d o h s k o i o n e

d tr nn h f ce tsp nf an o dt n,te a po r t nfr o 2( 2x eemiig

te ef in a o ic ig c n io s h p rp ae u i m fr U1 1 3)wa h sn t o o nfr i i i i o m s c oe o g n u i m od sg x e me t T e e u t h we t a h p i m s p nfc i g c n i o s we e s f l w: KOH— 2 0H 0 3 gL e i n e p r n . h r s l s o d h t t e o t i s mu a o i a n o d t n r a ol i i o C H5 4 ./

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Ke r s As x n h n Exa t n S p n f a in y wo d t a t i a tc i a o i c t o i o

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