鱈魚骨中可溶性鈣提取工藝的優(yōu)化

高倩倩 劉學(xué)軍 曲寧寧

（1.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院文理學(xué)院，吉林 吉林 132109；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130118）

鱈魚是鱈科中的狹鱈，即明太魚，國內(nèi)外市場常見的一種經(jīng)濟(jì)魚類，價(jià)格低廉，屬于白肉少脂魚［1］。在鱈魚加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的下腳料，其中魚頭、魚骨約占45%左右［2］。目前中國絕大多數(shù)下腳料沒有被利用，而是被直接的丟掉，只有一小部分用來生產(chǎn)魚粉［3］。

魚骨中含有大量鈣質(zhì)，鈣是人體不可缺少的元素，缺鈣會(huì)引起佝僂病、骨質(zhì)疏松等多種疾?。?］。中國膳食攝入量中以鈣的缺乏最明顯，其中兒童和青少年缺鈣更為嚴(yán)重。補(bǔ)鈣已成為中國人民保障身體健康的重點(diǎn)項(xiàng)目。魚骨中的鈣主要以羥磷灰石結(jié)晶形式存在，溶解度低，采用簡單的蒸制等物理方法不能有效的溶出骨中的鈣［5，6］。本試驗(yàn)以鱈魚骨為原料，研究了鹽酸提取可溶性鈣的最佳工藝條件，以最大限度的利用鱈魚資源，為其產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

鱈魚骨：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畜產(chǎn)品加工實(shí)驗(yàn)室提供；

硝酸＋高氯酸（1∶4）、鹽酸：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室提供；

鈣標(biāo)準(zhǔn)使用液：4，8，16，20μg／mL，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

自動(dòng)消解儀：ST－40型，北京普立泰科儀器有限公司；

原子吸收分光光度計(jì)：AA－6300型，日本島津公司；

恒溫鼓風(fēng)干燥箱：101A－2E，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；

電子天平：AUY120型，日本島津公司；

立式壓力蒸汽滅菌鍋：01J2003－04型，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

原料魚骨的選擇與處理→清洗→切段→烘干→研磨→過篩→骨粉

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）原料魚骨的選擇與處理：選擇新鮮的鱈魚骨，清洗魚骨表面雜物。

（2）切段：將鱈魚骨切成長約1cm 左右的骨段。

（3）烘干：將魚骨置于恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥，控制干燥溫度80 ℃、時(shí)間2.5h。

（4）研磨過篩：將干燥后的魚骨研成粉末，并過200 目篩，得到鱈魚骨粉備用。

1.3.3 骨粉中鈣含量的測定 根據(jù)文獻(xiàn)［7］，修改如下：

（1）消化：用電子天平準(zhǔn)確稱取0.5～1.0g魚骨粉放入消化瓶，加入硝酸＋高氯酸（1∶4）約10mL 左右，放入消化爐進(jìn)行消化，同時(shí)做空白試驗(yàn)。調(diào)節(jié)消化爐T 為100 ℃，消化10min，升溫至150 ℃，消化10min，繼續(xù)升溫至170 ℃，消化120min后，停止加熱，冷卻30min。

（2）稀釋：取出消化瓶，將消化液用純凈水稀釋200倍，備用。

（3）測量：配制鈣標(biāo)準(zhǔn)使用液濃度為4，8，16，20μg／mL，用原子吸收分光光度計(jì)在422.7nm 處測定空白樣和待測樣品的吸光度值。

（4）計(jì)算：鈣含量按式（1）計(jì)算。

式中：

R—— 鈣含量，%；

C1—— 樣品濃度，μg／mL；

C0—— 空白樣濃度，μg／mL；

V—— 定容體積，mL；

f—— 稀釋倍數(shù)

m—— 樣品質(zhì)量，g。

1.3.4 骨粉中鈣提取的單因素試驗(yàn) 通過預(yù)試驗(yàn)確定對鱈魚骨粉中鈣提取率影響最大的有HCl濃度、提取溫度、反應(yīng)時(shí)間和料液比4個(gè)因素。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)。

（1）HCl濃度的影響：準(zhǔn)確稱取1～2g鱈魚骨粉，固定提取溫度為108 ℃，高壓鍋電壓為121V，反應(yīng)時(shí)間為60min，料液比為1∶4（m∶V）。將反應(yīng)液用去離子水定容至100mL，用原子吸收分光光度計(jì)在422.7nm 處測定吸光度值，HCl溶液的濃度分別控制為1，2，3，4，5mol／L。計(jì)算鈣的提取率。

（2）提取溫度的影響：準(zhǔn)確稱取1～2g鱈魚骨粉，固定HCl濃度為3 mol／L，高壓鍋電壓為121V，反應(yīng)時(shí)間為60min，料液比為1∶4（m∶V）。將反應(yīng)液用去離子水定容至100mL，用原子吸收分光光度計(jì)在422.7nm 處測定吸光度值，提取溫度分別控制為92，100，108，116，124 ℃。計(jì)算鈣的提取率。

（3）反應(yīng)時(shí)間的影響：準(zhǔn)確稱取1～2g鱈魚骨粉，固定HCl濃度為3 mol／L，提取溫度為108 ℃，高壓鍋電壓為121V，料液比為1∶4（m∶V）。將反應(yīng)液用去離子水定容至100mL，用原子吸收分光光度計(jì)在422.7nm 處測定吸光度值，反應(yīng)時(shí)間分別控制為30，60，90，120，150min。計(jì)算鈣的提取率。

（4）料液比的影響：準(zhǔn)確稱取1～2g鱈魚骨粉，固定HCl濃度為3 mol／L），提取溫度為108 ℃，高壓鍋電壓為121V，反應(yīng)時(shí)間為60min。將反應(yīng)液用去離子水定容至100 mL，用原子吸收分光光度計(jì)在422.7nm處測定吸光度值，料液比分別控制為1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5（m∶V）。計(jì)算鈣的提取率。

1.3.5 鈣提取的旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn) 本試驗(yàn)選擇HCl濃度、提取溫度、反應(yīng)時(shí)間和料液比作為試驗(yàn)因素進(jìn)行旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)。根據(jù)Box－Behnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，進(jìn)一步進(jìn)行四因素三水平的RSM（response surface methodology）分析試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鱈魚骨粉中鈣標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

鱈魚骨粉中鈣標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 鈣標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 The standard curve of calcium

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果確定的響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平取值見表1。響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表2。

利用Box－Behken軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得出鱈魚骨中鈣提取率（Y）對鹽酸濃度（A）、提取溫度（B）、反應(yīng)時(shí)間（C）、料液比（D）的二次回歸模型：

對該模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)及方差分析，分析結(jié)果見表3。

由表3可知，模型達(dá)到了差異極顯著水平（P＜0.001），而誤差項(xiàng)不顯著，說明回歸方程與實(shí)際情況比較吻合，試驗(yàn)誤差比較小。因此可以用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。方差分析還表明，一次項(xiàng)、二次項(xiàng)、交互項(xiàng)都有較顯著影響，回歸模型中作用差異極顯著項(xiàng)有B、AB、AC、AD、BC、BD、CD、A2、B2、C2、D2，差異高度顯著項(xiàng)有A、C。其中二次多項(xiàng)式的相關(guān)系數(shù)R2＝99.14%，R2adj＝98.28%，模型的矯正決定系數(shù)R2pred95.06%，說明該模型能解釋約95%響應(yīng)值的變化，表明方程擬合程度較好。R2Pred的值與R2Adj的值在一致性上是合理的。所以此模型可以被用來指導(dǎo)設(shè)計(jì)響應(yīng)面。由P值和F 值可以看出4個(gè)因素對鱈魚骨中鈣提取率影響大小順序?yàn)樘崛囟龋痉磻?yīng)時(shí)間＞鹽酸濃度＞料液比。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 The response surface test factors level table

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The response surface design of results

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析Table 3 Response surface analysis of variance

2.3 響應(yīng)面曲面分析

由圖2～7可知，提取溫度對鱈魚骨中鈣提取率影響最為顯著，曲線變化幅度較大；其次是反應(yīng)時(shí)間、鹽酸濃度和料液比，曲線變化幅度平緩，這與方差分析的結(jié)果一致。等高線的形狀可反映出交互效應(yīng)的強(qiáng)弱，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，而圓形則與之相反。由圖2中等高線可以看出，提取溫度和反應(yīng)時(shí)間之間的交互作用較顯著，表現(xiàn)為等高線呈橢圓形。相比較而言，鹽酸濃度和反應(yīng)時(shí)間之間的交互作用較小，表現(xiàn)為等高線呈圓形。

根據(jù)軟件優(yōu)化得出，最佳工藝條件為鹽酸濃度3mol／L、提取溫度108 ℃、反應(yīng)時(shí)間60min、料液比1∶4（m∶V），此時(shí)鱈魚骨中鈣提取率為22.36%。

3 結(jié)論

圖2 鹽酸濃度與提取溫度交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 2 Hydrochloric acid concentration and extraction temperature interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖3 鹽酸濃度與反應(yīng)時(shí)間交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 3 Hydrochloric acid concentration and reaction time interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖4 鹽酸濃度與料液比交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 4 Hydrochloric acid concentration and feed liquid than interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖5 提取溫度與反應(yīng)時(shí)間交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 5 Extraction temperature and reaction time interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖6 提取溫度與料液比交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 6 Extraction temperature and feed liquid than interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖7 反應(yīng)時(shí)間與料液比交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 7 Reaction time and feed liquid than interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

本試驗(yàn)結(jié)果表明用原子吸收分光光度法測定鱈魚骨中鈣的含量，采用酸法提取鱈魚骨中的鈣，通過響應(yīng)面分析確定各因素對鈣提取率的影響，從而得出最佳工藝參數(shù)為HCl濃度3mol／L、提取溫度108 ℃、反應(yīng)時(shí)間60min、料液比1∶4（m∶V）。鱈魚骨中有57.96%的鈣可溶，在最佳條件下鱈魚骨中鈣提取率可達(dá)22.36%，鈣含量為38.58%。

1 張志剛.安全優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)食品的選購與消費(fèi)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005：129～130.

2 盧紅梅.鱈魚下腳料水解液的連續(xù)乳酸發(fā)酵［J］.無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（6）：103～106.

3 徐瑞美.口服補(bǔ)鈣劑的合理選擇及應(yīng)用［J］.中國誤診學(xué)雜志，2002，2（7）：1103.

4 陳海華，薛長湖.鈣鹽溶液漂洗對竹莢魚魚糜凝膠特性的影響［J］.食品與機(jī)械，2009，25（5）：5～9.

5 冉然，王華杰，高瑗，等.酸浸加壓軟化法制備魚鱗粉工藝的研究［J］.食品與機(jī)械，2010，26（2）：132～138.

6 郝記明，張靜，吉宏武，等.酶解制備吉尾魚水解蛋白粉的工藝研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2007，23（3）：47～49.

7 白艷.鰻魚骨的深加工及綜合利用［D］.上海：上海海洋大學(xué)，2010.