CO2超临界萃取技术对金枪鱼油挥发性成分的分析

王亚男 季晓敏 黄 健 王求娟 陈义芳 夏静波 苏秀榕

（宁波大学海洋学院1，宁波 315211）

（北京普析通用仪器有限责任公司2，北京 101200）

（宁波今日食品有限公司3，宁波 315502）

CO2超临界萃取技术对金枪鱼油挥发性成分的分析

王亚男1季晓敏1黄 健2王求娟3陈义芳3夏静波3苏秀榕1

（宁波大学海洋学院1，宁波 315211）

（北京普析通用仪器有限责任公司2，北京 101200）

（宁波今日食品有限公司3，宁波 315502）

采用超临界CO2萃取技术精制金枪鱼粗鱼油，依据现有对油脂氧化程度的评价指标：过氧化值（POV）和酸值（AV），运用电子鼻和顶空固相微萃取－气质联用法对不同萃取条件下的鱼油进行分析。结果表明，超临界CO2精制的鱼油酸值和过氧化值符合水产行业标准对精制鱼油的要求，32℃，20 MPa酸值最小，30 MPa过氧化值最小。电子鼻能够快速、灵敏的检测到鱼油中挥发性物质的变化，通过PCA和LDA方法分析原鱼油、32℃，20 MPa、32℃，30 MPa和40℃，20 MPa条件精制的鱼油挥发性物质明显不同，利用GC－MS分别检测出46、19、12和23种挥发性物质，包括酸类、醛类、烃类、酮类、醇类、酯类，还有少量杂环化合物、胺类等。超临界CO2流体萃取技术对醛类、酮类、胺类等主要影响鱼油风味的物质去除率达到100%，对酸类去除效果良好。

超临界CO2鱼油 精制 电子鼻 挥发性物质

金枪鱼油富含丰富的DHA、EPA等多不饱和脂肪酸，具有极高的利用价值。传统蒸煮方法所得的金枪鱼粗鱼油不仅腥臭味重、颜色深，而且还含有少许蛋白、游离脂肪酸、脂溶色素等杂质，尤其是鱼油中多烯不饱和脂肪酸的氧化和非脂肪成分的腐败产生的臭味物质，具有毒害作用［1］。因此所得粗鱼油需要经过进一步精制，然而，目前使用最多的精制方法有酸法脱胶［2］、化学法脱酸［3］、吸附法脱色［4］和真空蒸汽脱臭［5］，这些方法要向油脂中加入强碱、强酸等化学物质，不仅会造成油脂损耗，降低油脂产量，而且游离脂肪酸的回收利用过程会造成严重的环境污染［3］。超临界CO2流体萃取具有低温、无污染、选择性萃取和分离等优点，能有效防止鱼油的氧化，减少鱼油中的有毒物质，是一种较好的提取方法［6］。国内最新研究采用超临界丙烷和液态氨［1］，对鱼油脱臭工艺进行了初步研究，国外Turkay等［7］、Dunford等［8］对高酸值植物油进行超临界CO2流体萃取，但对超临界CO2精制鱼油的详细研究未见报道。随着我国鱼油制品行业的迅猛发展，对鱼油品质的鉴定及储存条件的要求也随之提高［9］。因此，探讨不同萃取条件下鱼油品质的评判方法具有重要意义。

本试验利用超临界CO2流体萃取精制金枪鱼粗鱼油的基础上，着重利用电子鼻技术定性区分不同萃取条件下精制鱼油的挥发性物质，通过顶空固相微萃取（HS－SPME）和气 －质联用仪（GC－MS）分析不同萃取条件下精制鱼油的挥发性成分变化规律，以期寻找一种简洁有效、利用价值高的金枪鱼油精炼工艺及分析方法，并为鱼油产品质量标准的制定提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

金枪鱼粗鱼油（POV＝26.01 mmol／kg；AV＝17.72 mgKOH／g）：宁波今日食品有限公司；超临界CO2流体萃取装置 HL－（5＋1）L／50MPa－ⅡA型：杭州华黎泵业有限公司；电子鼻PEN 3：德国AIRSENSE公司；顶空固相微萃取65μm聚二甲基硅氧烷萃取头：美国Supelco公司；Agilent 7890气相色谱仪：美国安捷伦科技有限公司；M7－80Ei型质谱仪：北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 方法

1.2.1 超临界CO2流体精制金枪鱼粗鱼油

称取一定量的粗鱼油装入超临界CO2流体萃取装置的5 L萃取釜中，设定萃取釜、分离釜Ⅰ和分离釜Ⅱ的温度；温度恒定后，开启高压泵打入CO2，调节萃取釜、分离釜Ⅰ和分离釜Ⅱ的压力到试验水平，开始循环萃取。

1.2.2 理化指标检测

POV：GB／T 5538—2005；AV：GB／T 5530—2005。

1.2.3 电子鼻检测

称取不同条件下得到的精制鱼油各1 g，分装于15mL螺纹口样品瓶中并密封（每个样品做5个平行），而后在室温下放置30min，待瓶内气体平衡，再利用电子鼻检测。

条件：测试时间200 s，传感器清洗时间500 s，内部流量300mL／min，进样流量300mL／min。

1.2.4 GC－MS检测

顶空固相微萃取条件：将SPME针头插入待测样品瓶中，于25℃水浴吸附30min，立即在气－质联用仪进样口220℃热解析5min，启动气质联用仪进行分析。

气相色谱条件：DB－5毛细管色谱柱（30 m×0.25mm×2.5μm）；载气 He，流速 1mL／min；不分流模式进样，进样时间1min，恒流1mL／min；进样口温度和传输线温度均为220℃；程序升温：起始柱温50℃，以5℃／min升至200℃，保留5min，再以10℃／min升至250℃，保持2min。

质谱条件：离子源为电子轰击源（EI），电离电压70 eV，离子源温度230℃，扫描范围45～400 u。

1.2.5 数据处理

对电子鼻测定的数据采用PEN3自带WinMuster数据处理软件；选取平稳状态下149～150 s的测量数据作为分析点。用PCA进行分析时，横纵坐标包含了在PCA转换中得到的第一主成分和第二成分的贡献率［10］。贡献率越大，说明主要成分可以较好的反映原来多指标的信息。一般情况下，总贡献率超过70%～85%的方法即可使用［11－12］。LDA是研究样品所属类型的一种统计方法，更加注重样品在空间中的分布状态及彼此之间的距离分析，将样品信号数据通过运算法则投影到某一方向，使得组与组之间的投影尽可能分开［13］。

GC－MS检测的样品中各挥发性成分分析采用NIST质谱和Willey谱库做自动检索。将谱库中化合物相似度低于80（最大值为100）的组分标为未鉴定出，各组分相对百分含量按照峰面积归一化法计算。

2 结果与讨论

2.1 不同萃取条件对鱼油理化性质的影响

2.1.1 萃取压力对酸值过氧化值的影响

从图1可以看出，萃取温度为32℃，在12～35 MPa范围内，压力对鱼油酸值和过氧化值的影响呈先下降后上升的趋势。压力为20 MPa时的油脂酸值最小；压力为30 MPa时的油脂过氧化值最小，并且该条件下得到的精制鱼油符合SC／T 3502—2000水产行业标准对精制鱼油的要求。鱼油中臭味化合物如醛类、酮类以及部分游离脂肪酸在CO2流体中具有很好的溶解度，能被超临界萃取技术分离开来［14］。压力过低达不到萃取精制效果；压力增大精制效果反而降低的原因是，CO2流体将原鱼油从萃取釜带入分离釜中，造成测定结果中含有原样品，影响萃取效果。

图1 萃取压力对酸值和过氧化值的影响

2.1.2 萃取温度对酸值过氧化值的影响

图2 萃取温度对酸值过氧化值的影响

从图2可以看出，20 MPa，萃取温度为32℃时的油脂酸值最小；温度为40℃时的油脂过氧化值最小。但是与压力相比，温度对鱼油酸值、过氧化值影响较小。萃取温度的升高能大大提高油脂的蒸气压和扩散系数，但温度过高会使CO2密度下降，此时虽可提高油脂的挥发度和扩散系数，但难以补偿CO2密度降低所造成的油脂溶解能力下降，它取决于升温所降低的CO2密度与增加的扩散系数2种竞争效应相持的结果［15］。

2.2 不同萃取条件与鱼油挥发性物质的关系

2.2.1 萃取压力与鱼油挥发性物质的关系

对不同压力条件下萃取鱼油的挥发性物质做PCA和LDA分析，如图3～图4所示，总的贡献率均达到80%以上。随着压力的变化，鱼油的风味物质随之发生变化。采用LDA方法进行分析，各条件下的鱼油能很好的区分，说明在不同萃取压力条件下得到的鱼油之间在挥发性物质上存在明显差异。这主要是由于不同萃取压力对精制效果的不同引起的，压力不同对小分子醛、酮、酸类化合物的提取效果不同。

因此，有必要运用顶空固相微萃取和气质联用技术结合理化指标，对原鱼油、20、30 MPa萃取的鱼油挥发性物质做进一步分析，以期探究鱼油挥发性物质随萃取压力的变化情况。

图3 不同萃取压力精制鱼油的PCA分析

图4 不同萃取压力精制鱼油的LDA分析

2.2.2 萃取温度与鱼油挥发性物质的关系

如图5～图6所示，检测数据经PCA和LDA分析，总的贡献率均能达到90%以上，说明该方法也适用于不同温度下精制鱼油挥发性物质的分析。PCA方法分析（图5）显示，不同处理温度数据点间有差距，说明电子鼻对不同萃取温度的鱼油响应有差别。LDA方法分析（图6）显示，32℃和50℃数据点距离较近，但是区别于其他温度条件下所得鱼油，说明萃取温度对鱼油挥发性物质存在一定影响。因此，运用顶空固相微萃取气质联用技术对原鱼油、32、40℃萃取的鱼油挥发性物质做进一步分析。

图5 不同萃取温度精制鱼油的PCA分析

图6 不同萃取温度精制鱼油的LDA分析

2.3 鱼油挥发性物质的GC－MS分析结果

采用SPME－GC－MS法测定原鱼油、32℃，20 MPa、32℃，30 MPa和40℃，20 MPa条件萃取的鱼油挥发性物质分别有46、19、12和23种。这些物质主要是酸类、醛类、烃类、酮类、醇类、酯类，还有少量杂环化合物、胺类和其他物质。从表1可以看出，鱼油中挥发性物质的种类经过超临界CO2流体萃取之后明显减少，尤其是醛类、酸类和胺类物质，主要原因是碳数为3～10的小分子的醛、酮类等分子具有较好的挥发性［16］，随CO2流体被萃取分离。

从表1中可以看出，在精制前挥发性物质中，醛类（7.5%）主要有丙烯醛、2－戊烯醛、己醛、2，4－庚二烯醛、2，4－二烯醛的作用最为明显。低级醛具有刺激性气味，而C8以上的高级醛则呈水果香味，其中2，4－庚二烯醛和2，4－二烯醛含量最高，在脱臭油中添加2，4－庚二烯醛，能产生油漆氧化气味［17］。己醛则有明显的青草味，2，4－葵二烯醛呈腥膻味，是鱼腥味的主要物质。在超临界精制条件下，醛类脱除效果较佳，尤其在32℃、30 MPa条件下得到的鱼油中未检出；酮类（2.1%）含量稍低，当其与醛类及其他化合物相互作用，可使腥味增强或改变［18］。原鱼油中，4－甲基 －3－己酮和 3，5－辛二烯－2－酮检出的含量较多，经32℃、30 MPa条件精制后被完全除去；酸类（68.5%）在原鱼油挥发性物质中含量最高，主要原因是油脂氧化酸败产生了许多低级酸类物质，这也是原鱼油酸值较高的原因。但由图7可见，经过超临界萃取后的鱼油酸类物质含量明显降低；胺类化合物是蛋白质分解产物，普遍认为与鱼腥臭味有关，海产鱼类中含量较高，经过超临界萃取后，胺类（4.9%）已被完全除去。

表1 不同萃取条件鱼油的挥发性物质

表1 （续）

另外，原鱼油中检出的烃类（12.4%）含量较多，其中烯烃含量最多，这是腥味产生的一个潜在的影响因素，试验对其去除效果具有一定影响；醇类（4.0%）物质经32℃、30 MPa条件已达到完全去除的效果；酯类（2.6%）经处理后产生了新物质，并且相对含量升高，尤其是3－甲基－1－丁醇乙酸酯，该物质有类似香蕉的气味，但其产生机理还有待于进一步研究；检出的2种呋喃类化合物，其中（E）－2－［2－戊烯基］呋喃是豆油回味的典型物质，这同裘爱泳［17］等研究结果类似。

图7 不同鱼油挥发性物质的相对含量

3 结论

超临界CO2精制的鱼油酸值和过氧化值符合水产行业标准对精制鱼油的要求，尤其在32℃，20 MPa和32℃，30 MPa萃取条件下得到的鱼油酸值和过氧化值最小，这与电子鼻结合GC－MS的检测结果一致。电子鼻能够快速、灵敏的检测到鱼油中挥发性物质的变化通过GC－MS对不同精制条件下得到的鱼油挥发性物质分析得出：32℃、30 MPa条件下精制的鱼油中，醛、酮、醇、胺类和杂环类化合物等主要影响鱼油风味的物质去除效果达到100%；酸类去除效果较好，这也是酸值降低的主要原因。酯类化合物经不同条件处理，会产生新的挥发性物质，且相对含量有所增高，产生机理有待研究。

鱼油中的挥发性醛、酮、低级酸类物质是多不饱和脂肪酸氧化的产物，并且含量随着鱼油储藏时间的延长和氧化程度的增加而增加，这些成分能够通过超临界萃取优先除去，并且对于主要理化指标酸值、过氧化值的测定，能达到行业标准对精制鱼油的要求。电子鼻技术可以快速检测出不同精制效果的鱼油挥发性物质的变化，对于建立模型用于鱼油精制品质的快速鉴定具有良好的应用前景。

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The Analysis of the Effect of Supercritical CO2
Extraction Technology on Volatile Component of Tuna Oils

Wang Ya′nan1Ji Xiaomin1Huang Jian2Wang Qiujuan3Chen Yifang3Xia Jingbo3Su Xiurong1

（School of Marine Sciences，Ningbo University1，Ningbo 315211）
（Beijing Purkinje General Instrument Corporation Limited2，Beijing 101200）
（Ningbo Jinri Food Corporation Limited3，Ningbo 315502）

Based on the existing evaluation indexes of oil oxidation degree，supercritical CO2extraction technology was used to refine crude fish oil.Electronic nose and headspace－solid phasemicro－extraction（HS－SPME）coupled with gas chromatography－mass spectrometry（GC－MS）were used to analyze the volatiles of tuna fish oil which was extracted differently.The results showed that the AV and POV of the products of fish oilmet the requirements of industry standard，and the AV was the lowest by 32℃，20 MPa，the POV was the lowest by 32℃，30 MPa and 40℃，20 MPa，and electronic nose can be sensitive to detect the volatiles change of fish oil.The volatiles of crude fish oilwhich were tested by 32℃，20 MPa、32℃，30 MPa and 40℃，20 MPa were significantly different by PCA and LDAmethods.Therewere 46，19，12，and 23 kinds of volatile compounds including acids，aldehydes，ketones，and hydrocarbons，alcohols，esters，aswell as a number of heterocyclic compounds，amines.The odor which may affect fish oil including aldehydes，ketones，amines，etc，were removed up to 100%by using supercritical CO2extraction technology，besides，the acidswere removed efficiently.

supercritical CO2extraction，fish oil，refine，electronic nose，volatile substance

TQ646

A

1003－0174（2015）06－0074－06

宁波市科技局农业与社发重大科技项目（2010C 10040）

2014－01－15

王亚男，女，1988年出生，硕士，食品科学

苏秀榕，女，1956年出生，教授，博士生导师，食品科学与工程、生化与分子生物学