吳永祥 雍 張 王 茵 吳麗萍 胡長(zhǎng)玉
(黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,安徽 黃山 245041)
鱖魚(Sinipercachuatsi)是鮨科(Serranidae)鱖屬(SinipercaGill)的魚類,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[3],2018年鱖魚年產(chǎn)量達(dá)到31.59萬(wàn)t,其市場(chǎng)需求量和養(yǎng)殖規(guī)模逐年遞增。目前,鱖魚主要以鮮食或加工成臭鱖魚等方式進(jìn)行銷售[4-5],由此產(chǎn)生約占魚體40%~55%的副產(chǎn)物,其中以內(nèi)臟為主[6]。鱖魚內(nèi)臟含有蛋白質(zhì)、氨基酸、微量元素以及不飽和脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[7-8],有較高的潛在開發(fā)價(jià)值。但目前除部分加工成寵物飼料,大多被直接丟棄或掩埋,造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[9-10]。
魚內(nèi)臟中以油脂居多,能提取出豐富的魚油,魚油富含的n-3系多不飽和脂肪酸,具有預(yù)防心血管疾病、抗炎、抗腫瘤、維護(hù)血脂平衡以及免疫增加等作用[11-14]。內(nèi)臟粗提油往往酸價(jià)偏高,存在磷脂、蛋白質(zhì)及色素沉淀等雜質(zhì),并伴有較重的魚腥味,嚴(yán)重影響其品質(zhì)及應(yīng)用價(jià)值[15-16]。
目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鱖魚的研究主要集中在鱖魚發(fā)酵工藝及其質(zhì)構(gòu)特性、揮發(fā)性成分的動(dòng)態(tài)變化[17-20],對(duì)鱖魚內(nèi)臟副產(chǎn)物中魚油的精煉及品質(zhì)研究仍然缺乏?;诖耍芯繑M采用蒸煮法提取鱖魚內(nèi)臟副產(chǎn)物中粗魚油,在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)脫膠、脫酸、脫色等關(guān)鍵精煉步驟進(jìn)行工藝優(yōu)化,確定最佳的精煉條件,并對(duì)精煉前后鱖魚魚油的理化指標(biāo)及脂肪酸組成進(jìn)行分析,以期為鱖魚內(nèi)臟副產(chǎn)物的有效開發(fā)與利用提供一定的數(shù)據(jù)參考。
新鮮鱖魚內(nèi)臟:由黃山市胡興堂桃花流水食品有限公司提供,保存于-18 ℃?zhèn)溆茫?/p>
碘化鉀:天津博迪化工股份有限公司;
三氯甲烷、硫代硫酸鈉:分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;
硫酸、氫氧化鈉、磷酸、重鉻酸鉀:分析純,西隴科學(xué)股份有限公司;
無(wú)水乙醇:分析純,上海玻爾化學(xué)試劑有限公司。
高速冷凍離心機(jī):Allegra 64R型,貝克曼庫(kù)爾特商貿(mào)(中國(guó))有限公司;
電熱恒溫水浴鍋:HWS-28型,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;
電子天平:AR124CN型,奧豪斯儀器(常州)有限公司;
濁度計(jì):WGZ-800型,上海昕瑞儀器儀表有限公司;
鼓風(fēng)干燥箱:DKL410C型,北京安捷來(lái)勒科技有限公司;
氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀:Agilent HP7890-5975C型,美國(guó)Agilent公司。
1.3.1 鱖魚內(nèi)臟中粗魚油的提取 將鱖魚內(nèi)臟除雜清洗干凈,置于組織搗碎機(jī)中搗成糜狀。取一定量?jī)?nèi)臟以料液比1∶5 (g/mL)加入蒸餾水,采用蒸煮法在85 ℃下恒溫提取90 min,靜置冷卻后,取上清液,在以4 000 r/min 離心10 min,加入等體積的熱水?dāng)嚢? min,4 000 r/min 離心10 min得粗魚油[21-22],置于4 ℃密封保存待用。
1.3.2 酸價(jià)的測(cè)定 參照GB 5009. 229—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中酸價(jià)的測(cè)定》中的熱乙醇指示劑滴定法,略加修改。量取50 mL 95%的乙醇與0.5 mL酚酞指示劑于1號(hào)錐形瓶中混勻,稱取油樣于2號(hào)錐形瓶中,油樣質(zhì)量記為m。將1號(hào)錐形瓶置于90~100 ℃的水浴中加熱至乙醇微沸,用0.1 mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定液進(jìn)行滴定,得到中和后的乙醇。將1號(hào)錐形瓶中的中和乙醇趁熱倒進(jìn)裝有油樣的2號(hào)瓶中形成懸濁液,置于90~100 ℃的水浴中加熱至乙醇微沸,對(duì)熱乙醇懸濁液進(jìn)行滴定,至滴定終點(diǎn)停止,記錄所消耗標(biāo)準(zhǔn)滴定液的毫升數(shù),記作V。按式(1)計(jì)算酸價(jià)。
(1)
式中:
XAV——酸價(jià),mg/g;
V——消耗的標(biāo)準(zhǔn)滴定液體積,mL;
40——NaOH的摩爾質(zhì)量,g/mol;
c——標(biāo)準(zhǔn)滴定液的濃度,mol/L;
m——油樣的質(zhì)量,g。
1.3.3 過(guò)氧化值的測(cè)定 參照GB 5009. 227—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過(guò)氧化值的測(cè)定》中的滴定法,略加修改。取2 g油樣置于碘量瓶中,加入30 mL CH3Cl3—冰乙酸輕搖混勻,加入1 mL KI震蕩0.5 min并置于暗處3 min,后轉(zhuǎn)移至250 mL錐形瓶,加入100 mL水。用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液滴定析出的碘,至淡黃色停止,再加入1 mL淀粉指示劑,繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失。記錄消耗的標(biāo)準(zhǔn)滴定液的毫升數(shù),記作V。按式(2)計(jì)算過(guò)氧化值。
(2)
式中:
X1——過(guò)氧化值,g/100 g;
V——消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積,mL;
V0——空白試驗(yàn)消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積,mL;
c——標(biāo)準(zhǔn)滴定液的濃度,mol/L;
0.126 9——與1.00 mL硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液[c(Na2S2O3)=1.000 mol/L]相當(dāng)?shù)牡獾馁|(zhì)量;
m——油樣質(zhì)量,g;
100——換算系數(shù)。
1.3.4 脫色率的測(cè)定 取魚油樣品和正己烷溶液,按體積比1∶10混合均勻,以正己烷溶液作為參照,在400~650 nm下進(jìn)行掃描,發(fā)現(xiàn)其最大吸收峰在448 nm處[9],故測(cè)定魚油在448 nm下的吸光度,并按照式(3)計(jì)算脫色率。
(3)
式中:
T——脫色率,%;
A0——魚油處理前的吸光度;
A1——魚油處理后的吸光度。
1.3.5 理化指標(biāo)的測(cè)定
(1) 感官評(píng)定:按SC/T 3502—2016執(zhí)行。
(2) 水分及揮發(fā)物含量:按GB 5009. 236—2016中電熱干燥箱法執(zhí)行。
(3) 不溶性雜質(zhì)含量:按GB/T 15688—2008中坩堝式過(guò)濾器法執(zhí)行。
(4) 不皂化物含量:按GB/T 5535.2—2008中己烷提取法執(zhí)行。
1.3.6 脂肪酸組成的測(cè)定
(1) 魚油甲酯化:稱取10 g精煉前后的鱖魚魚油,加入油重10%的無(wú)水硫酸鈉進(jìn)行干燥。取60 mg干燥后的魚油于試管中,加入4 mL異辛烷溶解試樣,溶解后加入0.2 mL 2 mol/L 氫氧化鉀甲醇溶液,振搖30 s后靜置至澄清。加入1 g硫酸氫鈉,反應(yīng)至有沉淀析出,吸取上清液進(jìn)行GC-MS分析[23]。
(2) GC條件:采用HP-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),以不分流進(jìn)樣,柱流量1 mL/min,進(jìn)樣量0.5 μL,進(jìn)樣溫度270 ℃。升溫程序:初溫100 ℃,保持13 min,以10 ℃/min速率升溫至180 ℃,保持6 min,再以1 ℃/min 速率升溫至200 ℃,保持20 min,然后以4 ℃/min 速率升溫至230 ℃,保持10.5 min[23-24]。
(3) MS條件:電子轟擊離子源,電子能量70 eV,掃描范圍m/z為35~450 amu全離子掃描。
1.3.7 魚油精煉工藝單因素試驗(yàn)
(1) 磷酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)魚油品質(zhì)的影響:稱取一定量的粗魚油,水浴加熱至70 ℃,加入粗魚油質(zhì)量1%的不同體積分?jǐn)?shù)(50%,55%,60%,65%,70%)的磷酸,攪拌均勻后70 ℃水浴1 min,再以10 000 r/min離心10 min,吸出上層油樣,即得脫膠魚油[25]。測(cè)定不同體積分?jǐn)?shù)磷酸下魚油的酸價(jià)和過(guò)氧化值,考察脫膠過(guò)程中磷酸體積分?jǐn)?shù)對(duì)魚油品質(zhì)的影響。
(2) NaOH添加量對(duì)魚油品質(zhì)的影響:稱取一定量的粗魚油,加入粗魚油質(zhì)量0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%的4 mol/L NaOH溶液,均勻攪拌,加熱至70 ℃,保溫30 min后冷卻至室溫,以10 000 r/min離心10 min,除去沉淀。加入魚油體積10%的95 ℃熱水,再以10 000 r/min離心5 min,吸出上層油樣,即為脫酸魚油[26]。測(cè)定NaOH溶液不同添加量下魚油的酸價(jià)和過(guò)氧化值,考察脫酸過(guò)程中NaOH溶液添加量對(duì)魚油品質(zhì)的影響。
(3) 活性白土添加量對(duì)魚油品質(zhì)的影響:稱取一定量的粗魚油,水浴加熱至60 ℃,加入魚油質(zhì)量5%,10%,15%,20%,25%的活性白土,攪拌30 min后,以10 000 r/min 離心10 min,吸出上層油樣,即為脫色魚油[23,27]。測(cè)定活性白土不同添加量下魚油的酸價(jià)和過(guò)氧化值,考察脫色過(guò)程中活性白土添加量對(duì)魚油品質(zhì)的影響。
1.3.8 響應(yīng)面試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇磷酸體積分?jǐn)?shù)、NaOH添加量、活性白土添加量為影響因素,采用Box-Behnken設(shè)計(jì)原理,以魚油酸價(jià)和過(guò)氧化值為評(píng)價(jià)指標(biāo),設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn),依次進(jìn)行脫膠、脫酸、脫色,以優(yōu)化魚油精煉工藝條件。
1.3.9 濁度的測(cè)定 采用臺(tái)式濁度儀測(cè)定魚油精煉前后的濁度。將蒸餾水通過(guò)針筒過(guò)濾器進(jìn)行二次過(guò)濾得到零濁度水,加入試樣瓶?jī)?nèi)至十字刻度橫線,并對(duì)準(zhǔn)試樣座上的白色定位線,調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕,使顯示為零。采用同樣方法用100 UTU福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校準(zhǔn),重復(fù)調(diào)零校準(zhǔn)步驟。換用精煉前后的魚油樣品進(jìn)行測(cè)定,讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)值。
1.3.10 黏度的測(cè)定 采用毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)定魚油精煉前后的黏度。將毛細(xì)管黏度計(jì)倒置插入魚油中,用食指堵住另一端的粗管口,用洗耳球連接支管口抽氣吸取魚油,將魚油吸至毛細(xì)管最上方圈線,使魚油在兩圈線內(nèi)充分填充,迅速將黏度計(jì)豎直放置,靜置等待魚油流下,待魚油液面下降至與第1個(gè)圈線相切時(shí),開始計(jì)時(shí);待魚油流出第2個(gè)圈線后,停止計(jì)時(shí)。按式(4)計(jì)算黏度。
KV=0.009 594×t,
(4)
式中:
KV——運(yùn)動(dòng)黏度,mm/s2;
0.009 594——黏度計(jì)常數(shù),mm2/s2;
t——試樣流動(dòng)時(shí)間,s。
所得數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)及方差分析。運(yùn)用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件中單因素方差分析的Duncan’s多重比較法分析數(shù)據(jù)間的顯著差異,P<0.05表示差異顯著。
由圖1可知,魚油酸價(jià)隨著磷酸體積分?jǐn)?shù)的增加呈先減小后增大的趨勢(shì),當(dāng)磷酸體積分?jǐn)?shù)達(dá)到55%時(shí),魚油酸價(jià)最低,為(6.255±0.163) mg/g,與未添加磷酸的對(duì)照組相比,魚油酸價(jià)降低了8.35%。相比于對(duì)照組,添加磷酸后魚油的過(guò)氧化值顯著降低(P<0.05);當(dāng)磷酸體積分?jǐn)?shù)為55%,魚油過(guò)氧化值達(dá)到最低,為(0.325±0.004) g/100 g,過(guò)氧化值降低了58.09%。然而,當(dāng)磷酸體積分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí),酸性增強(qiáng),魚油的氧化程度增大,酸價(jià)和過(guò)氧化值也隨之增大。綜上,脫膠工藝處理可以有效去除魚油中磷脂類膠體物質(zhì),使魚油酸價(jià)和過(guò)氧化值顯著降低,與陳轉(zhuǎn)霞等[28]和李沖沖等[9]對(duì)魚油脫膠的研究結(jié)果基本一致。
字母不同表示差異顯著(P<0.05)
由圖2可知,鱖魚內(nèi)臟粗魚油的酸價(jià)和過(guò)氧化值均隨著NaOH添加量的增加呈顯著下降的趨勢(shì)(P<0.05)。當(dāng)NaOH添加量為2%時(shí),魚油酸價(jià)最低,為(3.586±0.338) mg/g,與未添加NaOH的對(duì)照組相比(6.504±0.323) mg/g,魚油酸價(jià)降低了44.86%;當(dāng)NaOH添加量為1.5%時(shí),魚油過(guò)氧化值最低,為(0.572±0.001) g/100 g,與對(duì)照組相比,過(guò)氧化值降低了28.90%;這可能是由于NaOH添加量增大,堿液與游離脂肪酸能更好地中和,降低了魚油酸價(jià)和過(guò)氧化值[29]。綜上,NaOH的添加能有效去除魚油中的游離脂肪酸,對(duì)鱖魚內(nèi)臟粗魚油脫酸效果顯著。
字母不同表示差異顯著(P<0.05)
如圖3所示,鱖魚內(nèi)臟粗魚油酸價(jià)隨著活性白土添加量的增加呈先下降后上升的趨勢(shì),當(dāng)活性白土添加量達(dá)到10%時(shí),魚油酸價(jià)達(dá)到最低值,為(5.556±0.320) mg/g,與未添加活性白土的對(duì)照組相比魚油酸價(jià)降低了15.93%。相比于對(duì)照組,添加活性白土后魚油的過(guò)氧化值顯著降低(P<0.05);當(dāng)活性白土添加量為15%,魚油過(guò)氧化值為(0.537±0.007) g/100 g,過(guò)氧化值降低了26.94%。如表1所示,活性白土可以很好地吸附鱖魚內(nèi)臟魚油中的色素類物質(zhì),隨著活性炭添加量的增多,魚油脫色效果顯著提高,但繼續(xù)增大活性炭的添加量,脫色率反而降低;這可能是活性炭添加過(guò)多時(shí),活性炭會(huì)快速沉降,降低了吸附表面積,導(dǎo)致脫色率降低[9]。
字母不同表示差異顯著(P<0.05)
在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步選擇磷酸體積分?jǐn)?shù)、NaOH添加量、活性白土添加量為考察因素,以魚油酸價(jià)(Y1)、過(guò)氧化值(Y2)為響應(yīng)值,設(shè)計(jì)三因素三水平Box-Behnken試驗(yàn),試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表2,試驗(yàn)結(jié)果見表3。利用 Design-Expert Ⅴ 8.0.6 軟件進(jìn)行多元回歸擬合分析,得到回歸方程為:
Y1=1.93+0.15A-0.40B-0.13C+0.27AB+0.95AC+0.021BC+0.60A2+0.044B2+0.21C2,
(5)
Y2=0.16-0.02A-0.014B-0.027C-0.021AB+0.035AC-0.017BC+0.0095A2-0.0055B2+0.01C2。
(6)
表1 活性白土添加量對(duì)魚油脫色效果的影響?
表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素與水平表
表3 酸價(jià)和過(guò)氧化值的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果
表4 酸價(jià)的回歸模型方差分析?
過(guò)氧化值的回歸模型方差分析結(jié)果見表5。回歸模型P<0.05,表明模型具有顯著性;失擬項(xiàng)P值為0.232 3>0.05,失擬項(xiàng)不顯著,說(shuō)明未知因素對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果影響較小。因此,該模型在試驗(yàn)范圍內(nèi),能夠適用于鱖魚內(nèi)臟魚油精煉最佳工藝的分析預(yù)測(cè)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知,在此試驗(yàn)設(shè)計(jì)中,一次項(xiàng)A對(duì)魚油過(guò)氧化值的影響達(dá)到了顯著水平(P<0.05),C對(duì)魚油過(guò)氧化值的影響達(dá)到了極顯著水平(P<0.01),交互項(xiàng)AC對(duì)魚油過(guò)氧化值的影響也達(dá)到了顯著水平(P<0.05),其他因素的影響不顯著。
表5 過(guò)氧化值的回歸模型方差分析?
利用Design-Expert V 8.0.6軟件對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,得到鱖魚內(nèi)臟魚油最佳精煉條件:磷酸體積分?jǐn)?shù)為50%、NaOH添加量為2%、活性白土添加量為15%。采用上述條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),測(cè)得酸價(jià)為(0.94±0.03) mg/g、過(guò)氧化值為(0.12±0.01) g/100 g,與酸價(jià)預(yù)測(cè)值0.951 mg/g、過(guò)氧化值預(yù)測(cè)值0.116 g/100 g的相對(duì)誤差分別為1.68%和3.88%,進(jìn)一步說(shuō)明此模型對(duì)試驗(yàn)的擬合度較好,得到的回歸方程在試驗(yàn)中有實(shí)際意義。
通過(guò)測(cè)定魚油的感官品質(zhì)、理化指標(biāo)及物理特性,對(duì)鱖魚內(nèi)臟粗魚油和精煉魚油的品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如表6所示。經(jīng)活性白土脫色工藝優(yōu)化,魚油色澤呈亮黃色,澄清透明,達(dá)到一級(jí)精制魚油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(SC/T 3502—2016)。經(jīng)脫酸工藝優(yōu)化,酸價(jià)降低至(0.94±0.03) mg/g,達(dá)到一級(jí)精制魚油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);精煉后魚油的過(guò)氧化值降低至(0.12±0.01) g/100 g,達(dá)到二級(jí)精制魚油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)脫膠工藝優(yōu)化,不溶性雜質(zhì)和不皂化物的含量顯著降低,達(dá)到一級(jí)精制魚油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。精煉后魚油的濁度為(5.15±0.07) NTU,相比于精煉前降低了99.07%;精煉后魚油的黏度為(66.52±0.01) mm2/s,相比于精煉前降低了13.79%。以上結(jié)果顯示,鱖魚內(nèi)臟魚油經(jīng)脫膠、脫酸及脫色工藝精制后的感官品質(zhì)、理化指標(biāo)及物理特性等品質(zhì)特性均得到有效改善,說(shuō)明該條件下的精煉工藝可行。
表6 魚油精煉前后品質(zhì)的比較
按最佳工藝條件對(duì)鱖魚內(nèi)臟魚油進(jìn)行精煉,并對(duì)粗魚油、精煉魚油的脂肪酸組成及含量進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果如表7所示。鱖魚內(nèi)臟魚油主要是由C16~C18脂肪酸組成,包括飽和脂肪酸2種、單不飽和脂肪酸3種、多不飽和脂肪酸1種。精煉魚油的不飽和脂肪酸主要為十八碳烯酸(36.73%)和共軛亞油酸(27.02%),還含有少量的6-十八烯酸、9-十六烯酸,共占總脂肪酸含量的68.25%。鱖魚內(nèi)臟魚油在精煉過(guò)程中,各脂肪酸組成及含量變化不明顯,說(shuō)明精煉過(guò)程沒有引起脂肪酸的氧化分解。陳轉(zhuǎn)霞等[28]和林煌華等[29]也有相同的發(fā)現(xiàn),脫膠、脫酸及脫色等精煉工藝對(duì)粗魚油脂肪酸組成及含量的影響不顯著,這可能與殘留物以及皂類的去除有關(guān)。
表7 魚油精煉前后脂肪酸組成的分析
試驗(yàn)采用蒸煮法提取鱖魚內(nèi)臟副產(chǎn)物中粗魚油,在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化魚油精煉工藝,得到其最優(yōu)加工參數(shù):磷酸體積分?jǐn)?shù)50%,NaOH添加量2%,活性白土添加量15%。在此條件下,預(yù)測(cè)值與實(shí)際值相符,表明得到的回歸方程在試驗(yàn)中有實(shí)際意義。精制后的鱖魚內(nèi)臟魚油的感官品質(zhì)、理化指標(biāo)及物理特性等品質(zhì)特性均得到有效改善,達(dá)到了水產(chǎn)行業(yè)精制魚油的一級(jí)、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SC/T 3502—2016)。精煉前后魚油的各脂肪酸組成及含量無(wú)顯著差異,說(shuō)明精煉過(guò)程沒有引起脂肪酸的氧化分解。研究結(jié)果揭示了鱖魚內(nèi)臟魚油的精煉工藝及其品質(zhì)變化,然而魚油在貯藏過(guò)程中具有易氧化的特性,如何增強(qiáng)魚油的抗氧化特性,需要進(jìn)一步的探索。