超声波辅助法提取鹅肥肝油工艺的研究

侯 杰 王宝维， 葛文华 张名爱 岳 斌 史雪萍 陈 晨 韩海娜

(青岛农业大学食品科学与工程学院1，青岛 266109)

(青岛农业大学优质水禽研究所2，青岛 266109)

鹅肥肝油是指利用萃取的方法从经过填饲技术生产的鹅肥肝中提取的油脂。鹅肥肝中富含人体所需的不饱和脂肪酸、卵磷脂、三酰甘油以及各种微量元素等营养成分，不饱和脂肪酸含量较高，占总脂肪酸含量的65% ～68%［1－3］，其具有延缓衰老、降低血脂、软化血管等作用。王伟伟等［4］研究发现鹅肥肝对大鼠高脂血症具有修复作用。鹅肥肝所含有的人体必需脂肪酸——亚油酸［5］，人体不能自身合成，只能靠从外界摄取。因此，鹅肥肝油的提取对满足不同消费群体的需要具有重要意义。目前，动物产品油脂的提取方法耗时长，温度高，很容易使含有的不饱和脂肪酸发生氧化，使油脂的营养和经济价值降低，不能盲目照搬用于鹅肝油的提取。因此，有必要提供一种更有效的鹅肥肝油的提取方法。超声波提取技术是一项利用超声波的空化作用、机械作用和热效应来辅助提取指定物质的一项提取技术，该技术具有提取时间短、提取效果强、提取充分等特点，在油脂、蛋白质及植物活性物质提取，土壤中杀虫剂的提取及蔬菜农残的检测等多方面得到应用［6－9］。在油脂提取方面已在如石榴籽油［10］、杏仁油［11］、猕猴桃籽油［12］、大豆油［13］等多种油脂的提取方面得到广泛应用。王欣等［14］研究了超声波辅助提取丰年虫油的工艺，结果表明:在超声功率为150 W、温度60℃、时间40 min、料液比为1∶10时收率可达到较高收率，且与索氏提取方法相比较，超声提取的油脂的各项指标均较好。刘云等［15］利用超声波辅助提取了桃仁油，结果表明在提取温度为57℃、时间为68 min、料液比为1∶10、功率160 W 时达到最优的收率。Qing－An Zhang等［16］研究了超声波法提取杏仁粉油脂的工艺，结果表明，提取的最佳条件为温度51℃、提取时间55 min、料液比19∶1、超声波频率为40 kHz。本研究利用超声波辅助提取的方法提取鹅肥肝油。试验采用超声波提取法，研究超声波功率、提取时间、料液比及提取温度对鹅肥肝油提取工艺的影响，通过响应面设计试验筛选出提取鹅肥肝油的最佳提取工艺，并对该条件下制备的鹅肥肝油脂肪酸含量进行测定，旨在为鹅肥肝的深加工提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验主要材料与试剂

鹅肥肝:山东潍坊银河润雁鹅业有限公司。

1.2 试验仪器

SY－1000E超声波提取仪:北京弘祥隆生物技术股份有限公司;DS－1型高速组织捣碎机:上海标本模型厂;DL－4000B型大容量离心机:上海飞鸽;E－52AA旋转蒸发器:上海亚荣生化仪器厂;HW·SY21－K型电热恒温水浴锅:北京市长风仪器仪表公司;AR2104X奥豪斯Adventurer电子天平:上海启威电子有限公司;101－2A型电热鼓风干燥箱:龙口市先科仪器公司;

1.3 试验设计

1.3.1 料液比(m∶V)对超声波提取工艺的影响

试验设定超声波功率为200 W，超声处理时间为10 min，处理温度为20℃的条件下，调节鹅肥肝与石油醚的比例为 1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8 分别进行试验，测定鹅肥肝油收率，以研究不同料液比对超声波提取过程的影响。

1.3.2 超声波功率对超声波提取工艺的影响

试验设定料液比为1∶5，超声处理时间为10 min，处理温度为20℃的条件下，调节超声波处理功率为100、200、300、400、500 W 分别进行试验，测定鹅肥肝油收率，以研究不同超声功率对超声波提取过程的影响。

1.3.3 超声波处理时间对超声波提取工艺的影响

试验设定料液比为1∶5，超声功率为400 W，处理温度为20℃的条件下，调节超声波处理时间为5、10、15、20、25 min 分别进行试验，测定鹅肥肝油收率，以研究不同超声处理时间对超声波提取过程的影响。

1.3.4 超声波处理温度对超声波提取工艺的影响

试验设定料液比为1∶5，超声功率为400 W，处理时间为 10 min，调节处理温度为 10 、20、30、40、50℃分别进行试验，测定鹅肥肝油收率，以研究不同超声处理温度对超声波提取过程的影响。

1.3.5 响应面试验设计

以料液比、超声波功率、超声处理时间和处理温度为4个因素，每个因素设计三个水平，并以鹅肥肝油的收率为指标设计响应面试验，以确定超声波法提取鹅肥肝油的最佳工艺条件，试验设计的因素水平表如表1。

表1 响应面试验因素水平编码表

1.3.6 与普通溶剂浸提法的对比

按照优化的超声波提取法的最佳提取条件，以石油醚为提取剂，以浸提法为方法提取鹅肥肝油，计算收率，并与最佳条件下超声波收率相对比。

1.4 试验方法

1.4.1 样品前处理方法

将试验用鹅肥肝斩拌成均匀的小块，放入组织捣碎机中充分捣碎，分装至不同的保鲜袋中，并置于零下18℃冰箱内保存待用。

1.4.2 超声波提取方法

称取一定质量处理后的鹅肥肝置于超声波提取仪的处理杯中，按比例加入一定量的提取溶剂并搅拌均匀，设定好提取温度、提取时间、提取功率，打开电源进行超声波提取。提取完成后，将提取液于3 000 r/min的条件下离心10 min后过滤，取上清液进行过滤，利用真空旋转蒸发仪去除滤液中提取剂，再干燥获得鹅肥肝油，并计算收率。

1.4.3 鹅肥肝油收率的计算方法

收率=鹅肥肝油质量÷鹅肥肝质量×100%

1.4.4 气相色谱法测定脂肪酸含量

前处理方法:称取2 mg样品，分别加入正己烷1.5 mL、乙酸乙酯 40 μL，然后加入 NaOCH3/CH3OH 100 μL后室温条件下甲基化20 min。置于冷冻箱静置10 min，取出后迅速加入60 μL的草酸，离心去沉淀，并将溶液通过无水NaSO4层以吸附其中的水分。使用Agilent 7890A气相色谱进行分析，使用FID检测器。气相色谱柱为CP－Sil88熔融石英毛细管柱。

测定条件:进样口温度为250℃，压力为18.597 psi，进样量为1.0 μL，不分流。载气为氮气，柱压为18.597 psi。采用程序升温，起始温度50℃，保持此温度1 min;以25℃/min升至200℃，保持0 min;再以3℃/min升至230℃，保持6 min。FID检测器280℃，燃气为氢气、空气，流速分别为40 mL/min、450 mL/min;助燃气为空气，流速为30 mL/min。

1.5 数据分析

采用Excel建立数据库，采用Design expert 7软件进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 料液比对超声波提取过程的影响

料液比对超声波提取过程的影响见图1。由图1可以看出，随着料液比的逐渐增大，鹅肥肝油的收率逐渐上升，但当料液比达到1∶5以后，再升高料液比收率则趋于平稳;因此，选取料液比分别为1∶4、1∶5、1∶6进行试验。

图1 料液比与收率关系

2.2 超声功率对超声波提取过程的影响

超声功率对超声波提取过程的影响见图2。由图2可知，随着超声波功率的增加，鹅肥肝油的收率呈现逐渐升高的趋势，但当功率达到400 W以后，继续提高超声功率，收率不升反降;因此，选取超声波功率分别为300、400、500 W进行试验。

图2 超声波功率与收率关系

2.3 提取时间对超声波提取过程的影响

提取时间对超声波提取过程的影响见图3。由图3可知，随着超声波处理时间的不断延长，鹅肥肝油的收率不断提高。当处理时间达到10 min后，再延长处理时间鹅肥肝油的收率不再升高，而是基本趋于平稳;因此，选取提取时间分别为5、10、15 min进行试验。

图3 提取时间与收率关系

2.4 提取温度对超声波提取过程的影响

提取温度对超声波提取过程的影响见图4。由图4可知，当温度在10～40℃时，鹅肥肝油收率随着温度的升高呈现不断上升的趋势。但当温度超过40℃时鹅肥肝的收率呈现下降趋势。而且在试验过程中发现，温度在50℃时，由于加热棒加热过程中时间较长局部温度过高，容易造成鹅肥肝的焦糊及局部溶剂的大量挥发，这不利于鹅肥肝油的提取;因此;试验选取温度分别为35、40、45℃进行试验。

图4 提取温度与收率关系

2.5 超声波辅助法提取鹅肥肝油最佳工艺的优化

2.5.1 响应面试验方案及结果

表2 响应面方案及结果

续表

2.5.2 响应面回归模型的建立与分析

通过响应面软件Design expert 7.0.0对试验结果进行分析得出其线性回归方程如下:Y=65.31+1.85A+5.41B+2.39C+0.47D －0.060AB －1.43AC－1.02AD+1.96BC －1.91BD+0.83CD －1.32A2－8.31B2－2.19C2－1.35D2

对上述响应面试验进行方差分析，结果如表3。

表3 响应面方差分析表

表3表明，回归模型整体呈极显著(P＜0.01)，模型失拟项为0.053 5＞0.05，没有显著性影响，说明残差由随机误差造成，且回归方程可以代替真实点进行试验结果的分析。模型决定系数R2=0.957，表明模型拟合度较好，可以良好的描述此试验。一次项对试验影响大小排序为B＞C＞A＞D，即:超声波功率＞超声处理时间＞料液比＞超声处理温度，其中超声波功率对试验有极显著性影响(P＜0.01)，超声处理时间和料液比对试验有显著性影响(P＜0.05)。交互项中BC和BD显著性较好，说明超声波功率和超声处理时间，超声波功率和处理温度的相互作用对收率的影响较大。经Design expert 7.0软件分析后，得出超声波法提取鹅肥肝油的最佳工艺条件为:料液比1∶5，超声波功率为400 W，提取时间为11 min，提取温度为35℃，在此条件下鹅肥肝油的收率为67.44%。在最佳条件下重复3次验证试验，鹅肥肝油的收率分别为 66.59%、66.08%、65.93%，均在65%以上，与优选条件相差不大。

图5 响应面分析图

2.6 与普通溶剂浸提法对比

在相同条件下与普通的溶剂浸提法相比较，超声波提取法收率比溶剂浸提法高22.4%(表4)。

表4 溶剂浸提法与超声波提取法的对比

2.7 气相色谱法测定鹅肥肝油中脂肪酸含量

由图6标准品脂肪酸GC图谱、图7超声波提取法提取的鹅肥肝油脂肪酸成分GC图谱和表5可知，鹅肥肝油中脂肪酸以不饱和脂肪酸为主，其所占比例在71%以上，其中棕榈酸(C16∶0)25.08%、棕榈烯酸(C16∶1)4.25%、油酸(C18∶1)56.28%、肉豆蔻酸(C14∶0)0.83%和亚油酸(C18∶2)1.50%;饱和脂肪酸主要为硬脂酸为11.78%。

图6 标准品脂肪酸图谱

图7 鹅肥肝油脂肪酸图谱

表5 鹅肥肝油中脂肪酸成分

3 讨论

3.1 料液比对超声波提取鹅肥肝油的影响

料液比是影响超声波提取过程的重要因素，随着提取剂用量的增加，鹅肥肝油的收率相应的上升，这是因为相对于提取物，提取剂使用量越大，溶液的渗透压也会越大，这有利于油脂的渗出，而且溶剂量的增大也增加了鹅肥肝油与石油醚的接触面积。但是当料液比达到一定数值后鹅肥肝油的收率则趋于稳定，这是因为溶液体系中的渗透压已经趋于平衡，大部分的鹅肥肝油已经渗出，提取剂的增加对收率影响不大［17－18］。

3.2 超声波功率对超声提取鹅肥肝油的影响

一般认为，超声波主要依靠三大效应的相互作用发挥功效，这三大效应是指机械效应、空化效应和热效应［19－20］。超声波的机械作用对试验样品有很强大的破坏作用，会使组织变形，促使内部物质释放和溶解。空化效应是液体中空化泡的生长和崩溃的过程，这种作用过程中空化泡的崩溃会产生瞬时压力，造成物质的破裂和释放。

超声波功率与超声波的机械效应和空化效应有着密切的关系［21］。超声波功率越大，所产生的机械效应和空化效应越强烈，鹅肥肝油的释放和扩散速度也就越快，因此鹅肥肝油的收率也会随之上升。但是当超声波功率达到一定值以后，鹅肥肝油的收率也相应趋于平稳甚至下降，首先这是因为鹅肥肝内外的渗透压已经趋于平衡，提高功率对鹅肥肝油的渗出作用不大。其次，随着功率的增大，体系的温度也会在一定的范围内升高，造成溶剂的挥发。而且超声波功率过大会引起鹅肥肝油内部结构的破坏，造成收率不升反降。

3.3 提取时间对超声波提取鹅肥肝油的影响

超声波处理时间是影响提取效果的又一个因素，随着处理时间延长鹅肥肝油的收率不断上升，某段时间后趋于平稳。这是因为在超声波处理初期提取液中渗透压较大，随着处理时间的延长鹅肥肝油在石油醚中得到充分的扩散，因此收率相应上升。某段时间后溶液中渗透压逐渐达到平衡，收率也相应趋于平稳。

3.4 提取温度对超声波提取鹅肥肝油的影响

随着温度的不断升高，鹅肥肝油的收率不断上升，这是因为温度的升高加大了溶剂分子和鹅肥肝油分子的动能，使鹅肥肝油分子更快速充分的扩散到石油醚溶液中，这有利于提取。但是当温度超过某个值时收率不升反降，这一方面是应为随着温度的升高溶剂挥发不段加快，降低了溶液的料液比。另一方面由于加热棒加热过程中局部温度过高，极易造成鹅肥肝的焦糊，这不仅降低了收率还影响了提取到的鹅肥肝油的品质。

3.5 超声波提取法与普通溶剂浸提法对比

与超声波提取法相比较，普通溶剂浸提法耗时长、所需温度高、更易造成溶剂残留和浪费。而超声波提取法可以在较短的时间内达到高效提取，一般在10～20 min即可完成提取，而且需要温度较低，可有效防止不饱和脂肪酸的氧化，大大节约了生产成本。因此，超声波提取法是优于普通溶剂浸提法的较为理想的鹅肥肝油提取方法。

4 结论

4.1 利用响应面法确定的超声波法提取鹅肥肝油的最佳工艺为:料液比1∶5，超声波功率为400 W，提取时间为11 min，提取温度为35℃，鹅肥肝油的收率为67.4%，比溶剂浸提法提高22.22%。

4.2 气相色谱法测定结果表明，鹅肥肝油中不饱和脂肪酸占71%以上，以棕榈酸(C16∶0)(25.08%)、棕榈烯酸 (C16∶1)(4.25%)、油酸 (C18∶1)(56.28%)、肉豆蔻酸(C14∶0)(0.83%)和亚油酸(C18∶2)(1.50%)为主;饱和脂肪酸主要为硬脂酸(11.78%)。

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