鉀法提取淡水魚(yú)內(nèi)臟魚(yú)油的工藝

黃蘋(píng)，魏曉倩，袁美蘭，趙利，江勇，白春清

國(guó)家淡水魚(yú)加工技術(shù)研發(fā)分中心（南昌），江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院（南昌 330013）

我國(guó)水產(chǎn)品資源十分豐富，年產(chǎn)量高達(dá)6 445.33萬(wàn)t[1]，淡水魚(yú)產(chǎn)量為3 123.59萬(wàn) t，各種水產(chǎn)品加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物占水產(chǎn)品總量的40%～60%，而副產(chǎn)物中內(nèi)臟的質(zhì)量又占了一大半[2]。若將這些下腳料棄之不用，會(huì)造成資源的浪費(fèi)，同時(shí)又對(duì)環(huán)境造成污染。近年來(lái)，人們逐漸意識(shí)到必須綜合利用現(xiàn)有資源，提高水產(chǎn)品的利用價(jià)值；同時(shí)低值水產(chǎn)品及其副產(chǎn)物的開(kāi)發(fā)利用不斷吸引著食品、生物、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域?qū)W者的探究[3]。眾所周知，四大家魚(yú)是鰱魚(yú)、青魚(yú)、草魚(yú)和鳙魚(yú)，其中青魚(yú)和草魚(yú)個(gè)頭比較大，其內(nèi)臟粗魚(yú)油含量高達(dá)30%～55%，非常適合用于魚(yú)油的提取。

雖然人體中能夠通過(guò)α-亞麻酸合成DHA，但是合成速度緩慢，因此需要從食物中額外補(bǔ)充。魚(yú)油是EPA和DHA等n-3多不飽和脂肪酸最豐富的天然來(lái)源，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，具有公認(rèn)的抗炎特性[4-5]。Di Nunzio等[6]還提出EPA和DHA都具有抗氧化作用，尤其是DHA。研究表明，魚(yú)油中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有幫助人體調(diào)節(jié)血脂，提高免疫力，預(yù)防老年癡呆，提高記憶力等多種功能[7-9]。適當(dāng)補(bǔ)充魚(yú)油，還可以預(yù)防一些心血管疾病[10]。此外，Burcu等[11]通過(guò)魚(yú)油（FO）治療改善了由順鉑（CP）引起的生化和組織學(xué)改變，表明魚(yú)油（FO）可預(yù)防CP的負(fù)面眼病。同時(shí)，已有研究證實(shí)這些添加了魚(yú)油的食品具有魚(yú)油同樣的生理功能，所以添加了魚(yú)油的食品成為了歐美市場(chǎng)上需求增長(zhǎng)速度最快的食品之一[12]。

目前國(guó)內(nèi)有關(guān)魚(yú)油提取方法的研究報(bào)道較多，比較成熟的魚(yú)油提取工藝有稀堿水解法、蒸煮法，酶解法和溶劑萃取法等，而近30年發(fā)展起來(lái)的超臨界流體萃取則主要是用來(lái)分離EPA和DHA，一般粗提取比較常見(jiàn)的還是鉀法和酶解法[13]。作為魚(yú)內(nèi)臟粗魚(yú)油的提取，我國(guó)最常用的還是稍加改進(jìn)過(guò)的淡堿水法——鉀法，即用氫氧化鉀和硝酸鉀代替?zhèn)鹘y(tǒng)水解工藝中的氫氧化鈉和氯化鈉，由于鉀鹽是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)肥料，再加上內(nèi)臟魚(yú)油提取過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢液，里面含有大量的氨基酸、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，是一種很不錯(cuò)綠色肥料。涂宗財(cái)?shù)萚14]采用鉀法提取草魚(yú)魚(yú)油并分析了其脂肪酸組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)得到的魚(yú)油具有良好的品質(zhì)。蔡彬新等[15]用鉀法提取大黃魚(yú)內(nèi)臟魚(yú)油的工藝研究中，考慮了魚(yú)油易酸敗變質(zhì)的特點(diǎn)，優(yōu)化了提取工藝，結(jié)果發(fā)現(xiàn)影響魚(yú)油提取的因素主次順序?yàn)閜H、水解時(shí)間、KCl用量和水解溫度，最佳工藝為料液比1∶1、pH 8.0、水解溫度60 ℃、水解時(shí)間30 min、KCl用量6%、鹽析時(shí)間15 min，在最佳條件下魚(yú)油提取率為83.03%。

采用鉀法提取淡水魚(yú)內(nèi)臟中的魚(yú)油，利用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化提取條件，以期為淡水魚(yú)內(nèi)臟的再利用提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

新鮮淡水魚(yú)混合內(nèi)臟，購(gòu)于南昌經(jīng)開(kāi)區(qū)樂(lè)買(mǎi)佳超市，除去膽囊、魚(yú)鰾及腸內(nèi)消化物，清洗干凈并瀝干，絞碎并混合均勻后放入冰箱冷凍以備用。

1.1.2 試驗(yàn)試劑

氫氧化鉀（分析純），上海山浦化工有限公司；硝酸鉀（分析純），天津市大茂化學(xué)試劑廠；蒸餾水。

1.1.3 試驗(yàn)儀器

JJ-2型組織搗碎勻漿機(jī)，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；HR2168飛利浦?jǐn)嚢铏C(jī)，珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)飛利浦家庭電器有限公司；HZF-A1000電子分天平，福州華志科學(xué)儀器有限公司；FA1004電子天平，上海舜宇恒平儀器有限公司；HH-601恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；PHS-3C型精密pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；TDL-5A離心機(jī)，上海菲恰爾分析儀器有限公司；FCD-217SE海爾臥式冷藏冰柜，青島海爾特種冰柜有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 魚(yú)油得率的計(jì)算

魚(yú)油得率=魚(yú)油質(zhì)量/原料內(nèi)臟質(zhì)量×100% （1）

1.2.2 鉀法提取魚(yú)油工藝單因素試驗(yàn)

不過(guò)這種節(jié)奏讓我注意到晚上在城市的街頭發(fā)生的事情。有一天晚上,我看到一個(gè)女人一邊奔跑一邊哭泣,她有著什么樣的故事呢?到了明天,她這段傷心的奔跑會(huì)像我微信中的步數(shù)一樣消失嗎?我在馬路邊看到一個(gè)男子彎腰嘔吐,兩個(gè)朋友扶著他。這讓我想起一個(gè)人租房子住的那段時(shí)光,從來(lái)不敢喝太多酒,怕一個(gè)人寂寞死在出租房而無(wú)人知曉。

稱(chēng)取20 g內(nèi)臟于250 mL錐形瓶，按一定液固比（mL/g）向錐形瓶中加蒸餾水，再用20%的氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH，攪拌均勻后置于一定溫度（T）下水浴加熱，保溫水解一段時(shí)間（t1），加入一定量的硝酸鉀鹽析保溫一段時(shí)間（t2），然后在4 500 r/min下趁熱離心15 min，分離出上層油脂，計(jì)算粗魚(yú)油得率。

以魚(yú)油的得率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別研究液固比、pH、水解溫度、水解時(shí)間、硝酸鉀用量以及鹽析時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率的影響。

1.2.2.1 pH對(duì)魚(yú)油得率的影響

試驗(yàn)條件：液固比1.5∶1（mL/g），水解溫度70℃，水解時(shí)間40 min，硝酸鉀用量為內(nèi)臟質(zhì)量的5%（1.0 g），鹽析時(shí)間15 min，pH分別為6，7，8，9和10。

1.2.2.2 液固比對(duì)魚(yú)油得率的影響

初始pH 7，水解溫度70 ℃，水解時(shí)間40 min，硝酸鉀用量為內(nèi)臟質(zhì)量的5%（1.0 g），鹽析時(shí)間15 min，液固比分別為1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1和3∶1（mL/g）。

1.2.2.3 水解溫度對(duì)魚(yú)油得率的影響

液固比1.5∶1（mL/g），初始pH 7，水解溫度分別為50，60，70，80和90 ℃，水解時(shí)間40 min，硝酸鉀用量1 g，鹽析時(shí)間15 min。

液固比1.5∶1（mL/g），初始pH 7，水解溫度70℃，水解時(shí)間分別為30，40，50，60和70 min，加1 g硝酸鉀，鹽析時(shí)間15 min。

1.2.2.5 鹽用量對(duì)魚(yú)油得率的影響

液固比1.5∶1（mL/g），初始pH 7，水解溫度70℃，水解時(shí)間30 min，硝酸鉀加入量分別為0.4，0.6，0.8，1.0和1.2 g，鹽析時(shí)間15 min。

1.2.2.6 鹽析時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率的影響

液固比1.5∶1（mL/g），初始pH 7，水解溫度70℃，水解時(shí)間30 min，硝酸鉀用量1 g，鹽析時(shí)間分別為10，20，30，40和50 min。

1.2.3 正交試驗(yàn)

為了能進(jìn)一步縮小最佳工藝的條件范圍，根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，排除了水解時(shí)間因素后，選擇pH、液固比、水解溫度、鹽用量以及鹽析時(shí)間這5個(gè)因素作為正交試驗(yàn)因子。以魚(yú)油得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用L16(45)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素水平見(jiàn)表 1。

表1 因素水平

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 pH對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果

pH對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，隨著pH的升高，魚(yú)油得率先增大后減小。當(dāng)pH為7時(shí)，魚(yú)油得率最高，為29.76%，說(shuō)明pH中性時(shí)，有利于魚(yú)油從脂肪組織中釋放出來(lái)。隨著堿性的增加，魚(yú)油會(huì)發(fā)生皂化反應(yīng)從而被水解，導(dǎo)致魚(yú)油得率降低。因此，提取魚(yú)油的最適pH初步確定為7。這一結(jié)果與劉峰等[16]從大麻哈魚(yú)脂肪線中提取魚(yú)油的研究中得到的最適pH 8有一定的差異，這可能是由于原料不同所導(dǎo)致的。

圖1 pH對(duì)魚(yú)內(nèi)臟魚(yú)油得率的影響

2.2 液固比對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果

液固比對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨著液固比的增加，魚(yú)油得率先呈現(xiàn)一定的上升趨勢(shì)，但當(dāng)液固比達(dá)到3∶1（mL/g）時(shí)，魚(yú)油得率開(kāi)始顯著下降。物料中添加一定量的水，有利于脂肪分子的釋放，當(dāng)達(dá)到某一平衡，脂肪提取完全。液固比增大，減少了鹽與物料的接觸，同時(shí)由于水分對(duì)油脂氧化作用有影響，水分含量累積到一定的量時(shí)，則水中的溶氧量及表面積增加，從而促進(jìn)油脂的氧化作用，油脂發(fā)生氧化分解，則魚(yú)油的得率就會(huì)下降[17-18]。在液固比為1.5∶1（mL/g）時(shí)魚(yú)油得率與2∶1（mL/g）和2.5∶1（mL/g）相比并沒(méi)有顯著性差異，因此，魚(yú)油提取最佳液固比初步定為1.5∶1（mL/g）。

圖2 液固比對(duì)魚(yú)油得率的影響

2.3 水解溫度對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果

水解溫度對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，魚(yú)油得率隨著水解溫度升高先增大后減小，在80℃時(shí)魚(yú)油得率最高。這說(shuō)明溫度的升高有利于魚(yú)油成分的釋放，從而提高魚(yú)油得率；但當(dāng)溫度升高到某一程度時(shí)，魚(yú)油則發(fā)生氧化水解，使得率下降。有研究表明溫度每升高10 ℃，氧化速率加快將近一倍，而且溫度過(guò)高，不飽和脂肪酸的穩(wěn)定性會(huì)大大降低，脂肪酸的氧化加速，不僅會(huì)影響脂肪的色澤和品質(zhì)，從能量的角度考慮，也會(huì)增加能耗[19-20]。而且單因素方差分析結(jié)果表明，70 ℃下魚(yú)油得率與80 ℃之間并無(wú)顯著性差異，因此確定最佳溫度為70 ℃。這與劉峰等[16]和吝少偉[21]的研究結(jié)果基本一致。

圖3 水解溫度對(duì)魚(yú)油得率的影響

2.4 水解時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果

水解時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，水解60 min時(shí)，魚(yú)油得率達(dá)到最大值，水解時(shí)間低于或高于60 min，魚(yú)油得率均降低。這是由于水解時(shí)間較短時(shí)，水解不夠充分，不能使魚(yú)油充分釋放，導(dǎo)致魚(yú)油得率較低；而水解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)又會(huì)造成魚(yú)油的氧化分解，因此得率反而下降，品質(zhì)也會(huì)降低[22]。雖然水解時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率有一定影響，但經(jīng)過(guò)單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)水解時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率影響較小，各水解時(shí)間下魚(yú)油得率的差異不顯著，因此從實(shí)際生產(chǎn)成本考慮，選擇最佳水解時(shí)間30 min。

圖4 水解時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率的影響

2.5 鹽用量對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果

鹽用量對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知，魚(yú)油的得率隨著硝酸鉀用量的增加先增大后緩慢減小。這是因?yàn)椴捎免浄ㄌ崛〉拇拄~(yú)油中含有水、蛋白殘?jiān)⒃砘锏入s質(zhì)，加入硝酸鉀后，有利于皂化物的鹽析，破壞乳化油，水溶液比重增大，粗魚(yú)油含水量減少，從而改善粗魚(yú)油的質(zhì)量，增大提油率；而鹽濃度過(guò)高時(shí)，皂化物形成的膠體發(fā)生解析，乳化現(xiàn)象加重，從而使提油率下降[23]。硝酸鉀用量為1 g時(shí)，魚(yú)油得率最高。因此，確定硝酸鉀用量最佳值1 g即5%。這與王海磊等[24]在提取鰱魚(yú)內(nèi)臟油時(shí)，KNO3用量為5%時(shí)得率最大的研究結(jié)果一致。

圖5 鹽用量對(duì)魚(yú)油得率的影響

2.6 鹽析時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率的影響結(jié)果

鹽析時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率的影響見(jiàn)圖6。由圖6可知，隨著鹽析時(shí)間的延長(zhǎng)，得率先增大后下降。這可能是由于一定的鹽析時(shí)間有助于魚(yú)油從乳狀液中分離出來(lái)，從而使得率增大；而鹽析時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)加重油脂乳化，并促進(jìn)其氧化分解，使魚(yú)油得率下降，且品質(zhì)降低[25]。綜合分析后選擇鹽析時(shí)間30 min。

圖6 鹽析時(shí)間對(duì)魚(yú)油得率的影響

2.7 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析表見(jiàn)圖表2。由圖2極差可知，影響提油率的主要因素分別是水解溫度、pH、液固比，而鹽析時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響處于中等水平，次要因素是鹽用量，即各因素的影響大小順序?yàn)樗鉁囟龋緋H＞液固比＞鹽析時(shí)間＞鹽用量，提油最佳工藝組合為A2B1C1D3E4，即pH 7，液固比1.25∶1（mL/g），水解溫度60 ℃，鹽用量5%（1 g），鹽析時(shí)間40 min。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，魚(yú)油得率為39.5%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析表

3 結(jié)論

以常見(jiàn)淡水魚(yú)類(lèi)內(nèi)臟為原料，采用鉀法提取魚(yú)內(nèi)臟中的魚(yú)油，以得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)魚(yú)內(nèi)臟提取魚(yú)油的影響因素進(jìn)行了研究。通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)得到魚(yú)油提取的最佳工藝條件：pH 7，液固比1.25∶1（mL/g），水解溫度60 ℃，水解時(shí)間30 min，鹽析時(shí)間40 min，鹽用量為內(nèi)臟質(zhì)量的5%（1 g）。在此條件下魚(yú)油得率為39.5%。