超声波辅助提取章鱼内脏油脂的研究
2019-12-06李娇刘晓涵王雪静周畅李希羽智童心桑亚新
李娇，刘晓涵，王雪静，周畅，李希羽，智童心，桑亚新
（河北农业大学食品科技学院，河北保定071000）
章鱼（octopus）也叫八爪鱼，主要分布于浅水中，其肉嫩味美，营养丰富，是一种典型的海洋生物[1-2]。据统计，2016 年我国的章鱼捕捞量达13.7 万吨[3]。章鱼作为重要的海洋水产资源，同样有非常高的生物价值[4]。章鱼的蛋白质、牛磺酸以及油脂含量高，脂肪含量较低，氨基酸含量丰富[5-7]。章鱼的内脏是不可食用的部分，也是其加工过程中产生的最多的副产物，含量占50%以上[8-10]，并且其中含有丰富的脂肪酸。脂肪酸对人体的健康颇有益处，它能够有效降低胆固醇、血糖浓度和血液黏度，同时还可以预防由胆固醇高引起的一些疾病。目前关于章鱼内脏中油脂提取的报道较少，其所含有的丰富的脂肪酸的功效也没有得到充分体现。而章鱼内脏中所含有的多不饱和脂肪酸容易氧化变质，在没有得到有效处理时容易造成资源浪费和环境的污染。因此研究从章鱼内脏中提取油脂的工艺对减少环境污染和资源浪费，以及创造经济价值和社会效益具有重要意义。
目前，提取油脂的方法有稀碱水解法、溶剂提取法和酶水解法。稀碱水解法操作较简单，但提取率也相对较低；酶水解法的提取效率高，成本也高；溶剂提取法操作容易，提取率高，成本也低，因此应用最为广泛。张钦通过综合比较3 种常用方法对鱿鱼内脏脂肪酸提取率的影响，最终选择有机溶剂法[11]。孟瑶瑶采用乙醚做提取剂，通过响应面试验法优化狮头柑籽油的提取条件，获得脂肪酸的最佳提取率为37.61%[12]。同时超声波作为一种高频机械振荡波，可以强化萃取速率，缩短提取时间，减少溶剂用量，提高脂肪酸的提取率[13]。Ramandi Negin Fasih 等通过微波辅助提取罗汉果中的脂肪酸，使提取率得到有效提高[14]。
本试验采用超声辅助有机溶剂法提取章鱼内脏中油脂，并通过单因素和响应面试验优化提取条件，以期为章鱼内脏的深加工和高值化综合利用提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
章鱼肝脏：唐山丰瑞水产食品有限公司；乙酸乙酯、正己烷、石油醚、环己烷、异丙醇（均为分析纯）：国药集团。
1.2 仪器与设备
JJ-2B 组织捣碎匀浆机：金坛市医疗仪器厂；RE-52A 型旋转蒸发仪：西安安泰仪器有限公司；HH-2 型恒温水浴锅：常州市易晨仪器有限公司；TGL-16M 台式高速冷冻离心机：长沙易达仪器公司；SK5200H 超声清洗仪：上海科导超声仪器；FA2004 电子天平：上海舜宇有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 油脂的提取和测定
1.3.1.1 提取方法
章鱼剪碎后于组织匀浆机中捣碎，加入提取溶剂并调节至固定料液比，超声辅助提取一定时间，与水浴锅中温热，最后过滤去除沉淀，收集滤液，进行真空浓缩，即得内脏油脂。工艺流程如下：
章鱼肝脏组织匀浆→加入有机溶剂浸提→离心分离→取上清液→浓缩→萃取→章鱼内脏油脂
油脂提取率/%=提取章鱼内脏油脂的质量（g）/原料中章鱼内脏的质量（g）×100
1.3.1.2 油脂的基本成分的测定
水分的测定：参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》；粗脂肪的测定：参照GB 5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》。
1.3.1.3 提取剂的选择
根据油脂的极性大小的不同，分别选择油脂提取中常用的正己烷、石油醚、乙酸乙酯、环己烷、异丙醇5 种提取溶剂，经超声提取30 min 后，在料液比1 ∶6（g/mL），提取温度 60 ℃，提取时间 1 h 的条件下提取章鱼内脏残渣中的油脂含量，比较不同溶剂的提取效率，选择最佳提取溶剂。
1.3.2 单因素试验
1.3.2.1 料液比对提取效果的影响
取章鱼内脏残渣120 g，剪碎后匀浆10 min，分成6 份，分别编号 1 号～6 号，超声辅助提取 30 min，在提取温度60 ℃，提取时间1 h 条件下，按料液比1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、1 ∶8（g/mL）进行试验，测定各样品脂肪酸的提取率。
1.3.2.2 提取温度对提取效果的影响
取章鱼内脏残渣100 g，剪碎后匀浆10 min，平均分成5 份，分别编号1 号～5 号，超声辅助提取30 min后，在提取时间为 1 h，料液比 1 ∶6（g/mL）的条件下，按提取温度 30、40、50、60、70 ℃进行试验，测定各组分脂肪酸的油脂。
1.3.2.3 提取时间对提取效果的影响
取章鱼内脏残渣120 g，剪碎后匀浆10 min，平均分成6 份，分别编号1 号～6 号，经超声辅助提取30 min后，在料液比 1 ∶6（g/mL），提取温度 60 ℃，按提取时间0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h 进行试验，测定各组分油脂的提取率。
1.3.2.4 响应面试验设计
根据单因素试验结果，利用Box-Behnken Design设计原理，以料液比、提取温度、提取时间为3 个因素，每个因素选择3 个水平进行响应面试验优化分析，试验因素水平设计见表1 所示。
表1 响应面试验法的因素水平编码表Table 1 Independent variables and their levels used in the response face design
1.4 数据分析
试验结果均重复3 次取平均值，采用Excel 2007进行分析，并采用Design Expert 10.0.0 统计软件进行响应面设计及方差分析。
2 试验结果与分析
2.1 章鱼的含水量以及油脂含量
通过真空冷冻干燥测定章鱼内脏含水量为76.25 g/100 g，依据GB 5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》测定章鱼内脏粗脂肪含量15.2 g/100 g，换算为湿重粗脂肪含量为3.61 g/100 g。
2.2 不同提取溶剂对提取效果的影响
不同提取溶剂对章鱼内脏油脂提取率的影响见图1。
图1 不同提取溶剂对章鱼内脏油脂提取率的影响Fig.1 Effects of different extraction solvents on the extraction rate of visceral fatty acids in octopus
正己烷、石油醚、乙酸乙酯、环己烷以及异丙醇对油脂的提取率分别为67%、56%、72%、41 %、67 %。提取率的大小顺序依次为乙酸乙酯＞正己烷=异丙醇＞石油醚＞环己烷。同时相比于其他几种有机溶剂来说，乙酸乙酯的毒性较低，溶解性较好，生产成本也较低，因此本研究采用乙酸乙酯作为章鱼内脏中油脂的提取溶剂，这与郭正昭的研究结果一致[15]。
2.3 油脂提取的单因素试验
2.3.1 料液比对提取效果的影响
料液比对油脂提取率的影响如图2 所示。
图2 料液比对提取效果的影响Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on extraction
如图2 可知，随着溶剂体积的增加，油脂的提取率也增加，当料液比为1 ∶7（g/mL）时，油脂提取率达到最大，此后，增大溶剂体积，提取率趋于稳定变化幅度小。这是因为提取溶剂的增加有利于章鱼内脏油脂的溶出，而当溶剂体积持续增大时，需要足够多的溶剂来支持油脂的提取，因而使得后期提取率变化的减小。综合考虑生产效率及成本，本试验选择料液比1 ∶7（g/mL）作为油脂提取的最优料液比。
2.3.2 提取温度对提取效果的影响
提取温度对油脂提取效果的影响如图3 所示。
图3 提取温度对提取效果的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction efficiency
温度对超声提取率有重要影响[16]，由图3 可知，油脂的提取率随着温度的升高，提取率呈现先上升后下降的趋势，温度为50 ℃时，油脂的提取率达到最大为79%。温度超过50 ℃时，提取率随着温度的上升不断下降，这是因为当温度上升到50 ℃后，加速了提取试剂的挥发，使得提取率降低。因此，本研究选择50 ℃为提取温度。该结果与蒋新龙采用超声法提取八角金盘籽油的结果一致[17]。
2.3.3 提取时间对提取效果的影响
提取时间对油脂提取效果影响见图4。
图4 提取时间对提取效果的影响Fig.4 Effect of extraction time on extraction effect
由图4 可知，油脂的提取率随提取时间的增加，呈现出先上升后趋于稳定的趋势。提取时间在0.5 h～3.0 h 范围内，油脂提取率随时间的增加而增加，在2.0 h 达到最大为80%。继续增加提取时间，提取率变化不明显。这是因为较长时间提取会使有机溶剂损失，从而造成提取率的降低。因而本试验选择最佳提取时间2.0 h。
2.4 油脂提取的响应面试验
2.4.1 响应面试验结果
根据Design Expert 软件中的BBD 试验原理，以油脂的提取率作为指标，研究料液比（A）、提取温度（B）、提取时间（C）对提取率的影响，响应面试验法的设计和结果见表1。
表1 响应面试验设计结果Table 1 Response surface methodology（RSM）design resluts
对试验所得数据进行拟合，得到如下二元回归方程：Y=-35.158 75-1.194 38A+4.021 19B+6.797 50C+0.096 625AB+0.868 75AC+0.024 125BC-0.421 25A2-0.042 875B2-2.842 50C2。表2 为方差分析表。
表2 响应面回归模型的方差分析表Table 2 Regression model and analysis of variance
由表 2 可知，该模型达到极显著水平（P＜0.01），其中提取温度和提取时间对油脂提取率的影响为极显著；料液比对油脂的提取率的影响显著。方差分析结果显示，各因素对油脂提取率的影响顺序为：提取温度＞提取时间＞料液比。该模型的失拟项不显著（P＞0.05），说明了试验的误差小，拟合程度良好，可以用于油脂提取结果的预测。
2.4.2 响应面分析
各因素对油脂提取率影响的响应面图和等高线图见图5。
图5 两因素的交互作用对提取率的响应面图和等高线图Fig.5 Response surface plots and contour maps of variable parameters on the interaction rate
响应面曲面的陡峭成都表示因素对油脂的影响情况。等高线图表示两因素之间交互作用的强弱程度。等高线为椭圆时表示两种因素之间的交互作用强，等高线为圆形时表示两种因素之间的交互作用较弱。等高线的密集程度也可以表示因素的变化对脂肪酸提取率的影响程度[18]。
提取时间一定时，油脂提取率随提取温度和溶剂体积的增加呈现出先增加后下降的趋势，表明在适当的料液比和提取温度下有利于油脂的提取。在一定的料液比下，油脂提取率随提取时间和提取温度的增加同样呈先增加后降低的趋势。在提取时间和料液比的等高线图中，沿提取温度，等高线较密集，说明提取温度对提取率的影响程度较大。提取温度一定时，沿提取时间的等高线较密集，说明提取时间对提取率的影响较大。
2.4.3 最优提取条件的验证试验
回归模型分析得出的乙酸乙酯提取章鱼内脏残渣中油脂的最佳工艺条件为：料液比 1 ∶7.5（g/mL），提取温度56.36 ℃，提取时间2.62 h，该条件下油脂的提取率为82.431 9%。为了便于操作，将最佳工艺参数调整为料液比 1 ∶8（g/mL），提取温度 56 ℃，提取时间2.6 h，在该条件下进行3 次重复试验，求得平均提取率为81.12%，与预测值接近，表明此模型可以较好的反映3 个因素对章鱼内脏中油脂提取率的影响。
3 结论
本研究比较了5 种常见油脂提取剂对章鱼内脏中油脂提取率的影响，根据提取率的大小最终确定乙酸乙酯为本试验的提取剂。采用超声波辅助有机溶剂的方法提取章鱼内脏中的油脂，通过单因素试验和响应面试验优化得到最佳提取条件为：超声功率180 W，超声辅助提取时间 30 min，料液比 1 ∶8（g/mL），提取温度56 ℃，提取时间2.6 h，在此条件下，章鱼内脏中油脂的提取率达到81.12%。本试验对章鱼加工副产物即章鱼内脏的利用提供了一定的试验思路，并为章鱼内脏的高值化研究提供了理论依据。
