超臨界CO2萃取甲魚油工藝研究

趙淑靜，汪有先，何 云，包建強(qiáng)(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海201306)

甲魚隸屬鱉科，又名中華鱉、王八[1]。甲魚全身都是寶，不同部位具有不同的保健功能[2]，醫(yī)療保健能效更是早在3 000多年前的《神農(nóng)本草經(jīng)》中就有記載[3]。據(jù)研究表明，魚油中的ω-3系多不飽和脂肪酸(PUFA)頗為豐富[4]。甲魚油中不僅含有較多的鋅、鐵等微量元素[5]，還含有豐富的不飽和脂肪酸：亞麻酸、亞油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA) 。由于甲魚油脂肪酸不飽和程度極高，其具有健腦明目、保護(hù)視網(wǎng)膜、促進(jìn)膽固醇的代謝、降壓降脂、抗炎消腫、提高免疫力、延緩衰老等藥食兼用的特殊功效[6]，所以添加了甲魚油的保健品一直備受人們青睞。

目前，對(duì)甲魚油的研究并不多，關(guān)于甲魚油的文獻(xiàn)也比較少，但隨著養(yǎng)殖技術(shù)的成熟，養(yǎng)殖模式的改進(jìn)，全球甲魚養(yǎng)殖產(chǎn)量呈直線上升的趨勢(shì)，從2005年的14萬(wàn)t增長(zhǎng)到2014年的34.1萬(wàn)t[7]，加工過(guò)程中出現(xiàn)的副產(chǎn)物也隨之增多。據(jù)報(bào)道，每加工1萬(wàn)t魚可得到0.2萬(wàn)t魚骨、肉、內(nèi)臟等廢棄物，可以從中提取200 t魚油。

關(guān)于魚油的提取方法目前常用的有酶解法[8]、淡堿水解法[9]、超臨界CO2萃取法[10]等，其中酶解法和淡堿水解法提取的魚油不僅質(zhì)量會(huì)受到有機(jī)溶劑的影響，還存在污染環(huán)境等問(wèn)題，而超臨界CO2萃取法是具有“綠色”特性的提取方法。Ferdosh等[11]采用超臨界CO2萃取金槍魚魚頭中的油脂，發(fā)現(xiàn)ω-3 PUFA占總脂肪的22.30%。甲魚油類似魚油，可以參照魚油的提取方法。本文以甲魚四肢根部脂肪為原料，選擇超臨界CO2萃取法萃取甲魚油，通過(guò)正交試驗(yàn)確定甲魚油萃取的最佳工藝參數(shù)，并對(duì)甲魚油的基本理化性質(zhì)和脂肪酸組成進(jìn)行分析，可為甲魚下腳料的綜合開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甲魚四肢根部的黃色脂肪塊(寧波明鳳漁業(yè)有限公司)。原料脂肪解凍絞碎之后每25 g封裝于塑料自封袋中，于-50℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

CO2(純度>99.9%)，食品級(jí)，上海利旦工業(yè)氣體有限公司；Supelco 脂肪酸甲酯混標(biāo)(純度>99%)；甲醇、正己烷為色譜純；氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水乙醚、冰乙酸、碘化鉀、淀粉、韋氏試劑、酚酞、磷酸等，均為分析純。

Speed SFE-2超臨界萃取儀，美國(guó) Applied Separations公司；H1850R高速冷凍離心機(jī)；R250B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；Agilent 6890N-5975C氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 甲魚油萃取工藝

稱取新鮮甲魚脂肪塊25 g左右放入50 mL萃取釜中，打開冷凝系統(tǒng)使溫度降到5℃，檢查設(shè)備的氣密性，設(shè)定萃取溫度和出口閥溫度，打開CO2、N2儲(chǔ)氣罐閥門，設(shè)定萃取壓力，靜態(tài)萃取10 min，打開出口閥收集萃取的甲魚油，同時(shí)在出氣閥處放置氮吹儀，減少甲魚油與空氣的接觸。精確稱量甲魚油質(zhì)量，計(jì)算萃取率。萃取率=甲魚油質(zhì)量/原料中脂肪質(zhì)量×100%。

由于設(shè)備的限制，CO2流量控制在1.6 kg/(h·g)，且最大萃取壓力不能超過(guò)45 MPa。

1.2.2 甲魚脂肪塊基本成分的測(cè)定

采用105℃烘箱干燥法測(cè)定水分含量，具體參照GB 5009.3—2016；采用索氏抽提法測(cè)定粗脂肪含量，具體參照GB 5009.6—2016；采用高溫灼燒法測(cè)定灰分含量，具體參照GB 5009.4—2016。

1.2.3 甲魚油理化性質(zhì)測(cè)定

過(guò)氧化值：參照 GB 5009.227—2016；酸值：參照 GB 5009.229—2016；碘值：參照GB/T 5532—2008 (韋氏法)；水分及揮發(fā)物：參照GB 5009.236—2016。

1.2.4 甲魚油脂肪酸組成分析

樣品甲酯化[12]：取甲魚油0.1 g，加5 mL 0.5 mol/L 氫氧化鈉甲醇溶液、100 μL內(nèi)標(biāo)(10 mg/mL十九烷酸氯仿溶液)于圓底燒瓶中，100℃水浴中加熱回流10 min，直至無(wú)油滴，然后加3 mL三氟化硼甲醇溶液反應(yīng)5～10 min，最后加入2 mL正己烷冷凝回流2 min，取出冷凝裝置將回流瓶冷卻至室溫后加10 mL飽和氯化鈉溶液混合并將其移入具塞試管中，反復(fù)沖洗回流瓶3次，將洗液一并倒入具塞試管中靜置，加入5 mL飽和NaCl溶液混合。待分層后吸取上層溶液用 0.22 μm 微孔過(guò)濾膜過(guò)濾后，于4℃下保存，待氣相色譜分析。

氣相色譜條件：色譜柱為SP-2560毛細(xì)管柱(100 m×0.25 mm×0.2 μm)，柱流量1.0 mL/min；初溫70℃，以50℃/min的速率升高到140℃，再以4℃/min的速率升高到180℃，最后以3℃/min的速率升高到225℃；載氣為高純氮?dú)?純度99.99%)；進(jìn)樣口溫度250℃；分流比45∶1；進(jìn)樣量1 μL。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲魚脂肪塊基本成分(見表1)

表1 甲魚脂肪塊基本成分 %

由表1可知，甲魚四肢根部脂肪塊中粗脂肪含量高達(dá)86.66%，可作為甲魚油提取的良好原料。

2.2 超臨界CO2萃取甲魚油單因素試驗(yàn)

2.2.1 萃取壓力對(duì)甲魚油萃取率的影響

在萃取溫度50℃、萃取時(shí)間 5 h的條件下，不同萃取壓力條件下甲魚油的萃取率變化如圖1所示。

圖1 萃取壓力對(duì)甲魚油萃取率的影響

由圖1可知，在選定的萃取壓力范圍內(nèi)，隨著萃取壓力的增加，甲魚油的萃取率逐漸增加。這是因?yàn)閴毫Ω淖兞薈O2的密度及溶解能力[13]，致使甲魚油的萃取率隨萃取壓力持續(xù)增加，但當(dāng)萃取壓力增加到一定程度時(shí)，CO2對(duì)溶質(zhì)的溶解能力增加緩慢，繼續(xù)增壓不僅達(dá)不到預(yù)期的效果，可能反而會(huì)降低溶解性，且由于設(shè)備的限制，不能超過(guò)45 MPa。故萃取壓力選為 35～45 MPa。

2.2.2 萃取溫度對(duì)甲魚油萃取率的影響

在萃取壓力40 MPa、萃取時(shí)間5 h的條件下，不同萃取溫度條件下甲魚油萃取率變化如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)萃取溫度在45～50℃時(shí)，甲魚油萃取率隨著萃取溫度的升高而增加，而在50～60℃范圍內(nèi)時(shí)，隨著萃取溫度的升高，萃取率逐漸降低。這可能是因?yàn)闇囟冗^(guò)高降低了超臨界流體的密度，使物質(zhì)的溶解度降低而不利于萃取[14]。 為了保護(hù)甲魚油的生物活性物質(zhì)，不易采用太高的溫度。故萃取溫度選為45～55℃。

2.2.3 萃取時(shí)間對(duì)甲魚油萃取率的影響

在萃取溫度50℃、萃取壓力40 MPa條件下，不同萃取時(shí)間條件下甲魚油萃取率變化如圖3所示。

圖3 萃取時(shí)間對(duì)甲魚油萃取率的影響

由圖3可知，在選定的萃取時(shí)間范圍內(nèi)，萃取率隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但當(dāng)萃取時(shí)間達(dá)到5 h后，萃取率增加曲線趨于平緩。綜合考慮，萃取時(shí)間選為4～6 h。

2.3 超臨界CO2萃取甲魚油正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取萃取壓力(A)、萃取溫度(B)、萃取時(shí)間(C)作為正交試驗(yàn)因素，以甲魚油萃取率為指標(biāo)，采用 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，正交試驗(yàn)因素水平編碼見表2，正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)因素水平編碼

表3 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

由表3可知，超臨界CO2萃取甲魚油過(guò)程中，各因素對(duì)萃取率影響大小依次為：萃取溫度>萃取壓力>萃取時(shí)間，即萃取溫度對(duì)甲魚油的萃取率影響最大，萃取壓力次之，萃取時(shí)間最小。得到超臨界CO2萃取甲魚油的最佳工藝條件為A3B3C2，即萃取溫度55℃、萃取壓力45 MPa、萃取時(shí)間5 h。在最佳條件下得到甲魚油萃取率為96.42%，比酶解法[8]高出了26.37%。

2.4 甲魚油的理化性質(zhì)(見表4)

由表4可知，在最佳條件下超臨界CO2萃取法得到的甲魚油外觀呈淺黃色，澄清透明，稍有魚腥味，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到粗魚油行業(yè)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到保健食品的要求。

表4 甲魚油的理化性質(zhì)

2.5 甲魚油的脂肪酸組成

對(duì)萃取的甲魚油進(jìn)行氣相色譜分析，測(cè)定其脂肪酸組成，結(jié)果見表5。

表5 甲魚油的脂肪酸組成 %

由表5可知，甲魚油共測(cè)出33種脂肪酸，單不飽和脂肪酸所占比例最高的是油酸，多不飽和脂肪酸以亞油酸為主，其中DHA和EPA總量達(dá)到了10.94%，且測(cè)得的油酸、EPA等的含量同陶軼松[8]、韓玉謙[15]等測(cè)定結(jié)果相近。研究發(fā)現(xiàn)，富含ω-3 PUFA的魚油對(duì)降低兔子血中的膽固醇有明顯的效果[16]，因此及時(shí)補(bǔ)充含有ω-3 PUFA的魚油對(duì)人體健康有很大的益處[17]。

3 結(jié) 論

(1)采用單因素試驗(yàn)結(jié)合正交試驗(yàn)對(duì)甲魚油的超臨界CO2萃取工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳工藝條件為萃取壓力45 MPa、萃取溫度55℃、萃取時(shí)間5 h。在最佳工藝條件下，甲魚油萃取率為96.42%。

(2)采用超臨界CO2萃取技術(shù)得到的甲魚油品質(zhì)較好，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了粗魚油行業(yè)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，外觀呈淺黃色，澄清透明，具有輕微魚腥味；整個(gè)過(guò)程不使用有機(jī)溶劑，安全性高。

(3)采用超臨界CO2萃取法得到的甲魚油中含33種脂肪酸，不飽和脂肪酸含量達(dá)到79.97%，含有人體必需脂肪酸α-亞麻酸、亞油酸。其中單不飽和脂肪酸含量為49.85%，多不飽和脂肪酸含量為30.12%，DHA和EPA總量為10.94%。

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