高白鲑副产物鱼油的提取工艺及品质分析

赛睿，张建

石河子大学食品学院（石河子 832003）

高白鲑（Coregonus peled）是鲑科、白鲑属的一种冷水性、滤食性鱼类。于1998年从俄罗斯引种并投放到新疆赛里木湖[1]。高白鲑以西藏拟鳋和钩虾等浮游动物为食，营养价值丰富[2]，广受消费者青睐。

高白鲑生产加工过程中会产生大量的副产物，包括内脏、鱼头、鱼尾、脊骨等，其副产物的开发利用研究并不充分，大多用以饲料加工或者直接丢弃，这不仅造成严重的资源浪费，还会出现环境污染问题[3]。副产物中含有大量粗蛋白和粗脂肪，头尾脂肪含量为18.26%，脊骨为31.27%，而由副产物提取的鱼油富含多种生物活性物质，如二十二碳六烯酸（DHA）、二十五碳烯酸（EPA）等，可以降低动脉硬化等心脑血管疾病[4]，预防老年痴呆症[5]及阿尔兹海默病，辅助减轻抑郁症[6]，预防糖尿病[7]、肺病和癌症[8]，具有更高的应用价值。

传统的加热蒸煮法是我国鱼油的主要提取方法[9]。但高温降解热敏和不稳定的天然化合物，可能产生反式脂肪酸[10]，以降低鱼油的品质。酶水解法被认为是绿色环保的提取方法[11]。其方法温和，无溶剂残留，工艺操作简单，可同时分离油脂和蛋白质，具有广阔的市场前景。国内外诸多科研人员对酶水解法提取鱼油的文献报道较多，但尚未报道过关于高白鲑鱼油的提取分析研究。因此，试验对高白鲑加工副产物头尾和脊骨的酶水解法提取鱼油工艺进行研究，并对粗鱼油进行品质分析，旨在获得最佳提取工艺条件，提高副产物不同部位的开发利用，为高白鲑副产物的高值化应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

高白鲑副产物（赛湖渔业科技开发有限公司）。

无水乙醇、石油醚（沸程30～60 ℃）、硫代硫酸钠、乙酸（AR，天津市富宇精细化工有限公司）；环己烷（AR，上海麦克林生化科技有限公司）。

1.1.2 仪器与设备

雷磁PHS-3E型pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；B250智能数显恒温油水浴锅（上海予卓仪器有限公司）；Multifuge X1R型高速冷冻离心机。

1.2 试验方法

1.2.1 样品的前处理

将高白鲑副头尾和脊骨绞碎成鱼糜后分别放入标记好的自封袋中，置于-80 ℃超低温冰箱中冻藏，备用。

1.2.2 酶水解法提取鱼油

高白鲑头尾（脊骨）鱼糜→加蒸馏水→调pH→加酶→酶解→灭酶→离心→粗鱼油

称取20.0 g头尾（脊骨）鱼糜，加入一定量的蒸馏水，用2 mol/L的NaOH调pH，调节水浴温度预热10 min后加一定量木瓜蛋白酶，酶解至规定时间，于95 ℃灭酶7 min，按5 000 r/min离心20 min，上层为鱼油。按照式（1）计算鱼油的提取率。

式中：X为提取率，%；m为提取的鱼油质量，g；m0为原料中的脂肪含量，g。

1.2.3 单因素试验设计

1.2.3.1 酶种类对高白鲑不同部位鱼油提取率的影响

称取20.0 g头尾（脊骨）鱼糜，采用表1中的酶及条件进行试验。其他酶解条件为料液比1∶1.5 g/mL（1∶2 g/mL）、加酶量1.6×104U。

表1 不同酶的反应温度及pH

1.2.3.2 酶解时间对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

研究酶解时间4.0，4.5，5.0，5.5，6.0和6.5 h对鱼油的提取率的影响。固定条件：料液比1∶1.5 g/mL（1∶2 g/mL）、加酶量2%（1.5%）、pH 5.5、酶解温度55 ℃。

1.2.3.3 酶解温度对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

研究酶解温度45，50，55，60和65 ℃对鱼油提取率的影响。固定条件：料液比1∶1.5 g/mL（1∶2 g/mL）、加酶量2.0%（1.5%）、酶解时间6 h（5 h）、pH 5.5。

1.2.3.4 加酶量对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

研究加酶量1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%对鱼油提取率的影响。固定条件：料液比1∶1.5 g/mL（1∶2 g/mL）、酶解时间6 h（5 h）、pH 5.5、酶解温度55 ℃。

1.2.3.5 pH对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

研究pH 4.5，5.0，5.5，6.0和6.5对鱼油提取率的影响。固定条件：料液比1∶1.5 g/mL（1∶2 g/mL）、加酶量2%（1.5%）、酶解时间6 h（5 h）、酶解温度55 ℃。

1.2.3.6 料液比对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

研究料液比1∶0.5，1∶1.0，1∶1.5，1∶2.0和1∶2.5 g/mL对鱼油提取的影响。固定条件：加酶量2.0%（1.5%）、酶解时间6 h（5 h）、酶解温度55 ℃、pH 5.5。

1.2.4 Box-Behnken响应面优化试验

固定酶解时间6 h（5 h）、pH 5.5，以高白鲑头尾（脊骨）鱼油提取率为目标函数Y1（Y2），选择酶解温度X1（X4）、加酶量X2（X5）、料液比X3（X6）为自变量，进行Box-Behnken三因素三水平优化试验。头尾（脊骨）鱼油试验因素水平见表2（表3）。

表2 Box-Behnken试验因素水平（头尾）

表3 Box-Behnken试验因素水平（脊骨）

1.2.5 理化指标的测定

水分及其挥发物参照GB 5009.236—2016《动植物油脂水分及挥发物的测定》中的第二法进行检测；过氧化值参照GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》中的第一法进行检测；碘价参照GB/T 5532—2008《动植物油脂碘值的测定》进行检测；酸价参照GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》中的第一法（KOH计）进行检测；不溶性杂质参照GB/T 15688—2008《动植物油脂不溶性杂质的测定》进行检测。

1.2.6 脂肪酸组成的测定

参照GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的测定》第二法进行检测。

1.2.7 数据处理试验均进行3 次重复，取平均值。数据使用Microsoft Excel 2019、SPSS 17.0、Origin 2021b进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 酶种类对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

由图1可知，不同种类的酶对鱼油提取率有所影响，同种酶不同部位鱼油的提取率也不同。因为酶种类的不同，对肽键的专一性也不同，故水解能力不同。

图1 酶种类对高白鲑不同部位鱼油提取率的影响

木瓜蛋白酶所提取的鱼油提取率最高，头尾（脊骨）鱼油提取率为78.77%（81.88%）。故选取木瓜蛋白酶进行后续试验。

2.1.2 酶解时间对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

图2中，随着时间的增加，脂肪细胞和蛋白质结构被破坏，从而释放油脂，头尾（脊骨）鱼油酶解时间在6 h（5 h）时，鱼油提取率最高，继续增加酶解时间，提取率反而降低，并且鱼油色泽加深。色素的生产可能是羰基化合物如PUFA氧化产生的醛类与氨基酸和蛋白质反应的结果，提取率降低可能是随着时间的继续增加，脂质发生氧化，脂质氧化产物与氨基酸或蛋白质的氨基发生反应[12]。Linder等[13]也证明随着水解时间的增加，鲑鱼头中的脂肪提取率不会进一步增加。不同部位最适时间不同，可能是因为高白鲑头尾和脊骨水分、蛋白质、脂肪含量不同，酶水解的时间受到原料自身的影响，故选取6 h（5 h）作为头尾（脊骨）鱼油的最适酶解时间。

图2 酶解时间对高白鲑不同部位鱼油提取率的影响

2.1.3 酶解温度对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

图3中，酶解温度在55 ℃时，高白鲑头尾、脊骨鱼油的提取率最高，随着酶解温度继续增加，提取率降低，可能因为酶解温度升高以后，降低了木瓜蛋白酶的活性，导致提取率下降。故酶解温度选取55 ℃。

图3 酶解温度对高白鲑不同部位鱼油提取率的影响

2.1.4 加酶量对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

由图4可知，随着酶添加量增多，头尾（脊骨）的提取率呈现先增加后降低趋势，头尾加酶量2.0%、脊骨加酶量1.5%时鱼油提取率最高。酶添加量的增多会导致水解度的增加，但不一定会使鱼油的提取率增加。而水解度的增加会导致油脂释放的过程中形成乳液，破坏脂质释放，降低提取率。这与李平等[14]研究木瓜蛋白酶提取三文鱼鱼皮油的结果一致。不同部位最适加酶量的不同是由于高白鲑头尾和脊骨部位的蛋白质含量不同，对酶的需求量也有所不同。故加酶量选取2%（1.5%）。

图4 加酶量对高白鲑不同部位鱼油提取率的影响

2.1.5 pH对头尾（脊骨）鱼油提取率的影响

由图5可知，pH由4.5增加到5.5，鱼油的提取率升高，pH的增加加大了蛋白质的水解，破乳能力得到提高，在pH 5.5时达到最高，而继续由pH 5.0增加到pH 6.5，鱼油提取率降低，说明酶解环境有特定的pH范围使酶发挥出最大功效，故选取pH 5.5为最适pH。

图5 pH对高白鲑不同部位鱼油提取率的影响

2.1.6 料液比对高白鲑副产物鱼油提取率的影响

图6中，头尾（脊骨）料液比1∶1.5 g/mL（1∶2.0 g/mL）时提取效果最佳。加入一定量水后有利于酶与底物的充分水解，加入过量的水后降低了底物浓度，使酶解能力降低、提取率降低。头尾与脊骨的水分不同导致水解过程中对水分的需求不同。故料液比选取1∶1.5 g/mL（1∶2.0 g/mL）。

图6 料液比对高白鲑不同部位鱼油提取率的影响

2.2 Box-Behnken响应面优化试验

2.2.1 高白鲑头尾鱼油提取响应面优化试验

使用Design Expert 8.0.6软件对表4中的试验数据进行拟合，得回归方程Y1=81.13-0.56X1+1.73X2-4.92X3-2.06X1X2+4.66X1X3+3.88X2X3-7.96-2.53-8.14。

表4 Box-Behnken试验设计与结果

由表5可知，模型P值＜0.000 1，差异极显著，失拟项P值为0.077 8，差异不显著，故该模型有效，可用来预测高白鲑头尾鱼油的提取率。模型中差异极显著有一次项X3，二次项，，交互项X1X2，X2X3差异高度显著，一次项X2，交互项X1X2，二次项差异显著，X1差异不显著。由F值可知，对高白鲑头尾鱼油提取率影响效果为料液比＞加酶量＞温度。回归决定系数R2=0.982 8，说明模型拟合效果较好，决定修正系数=0.960 8，表示真实试验值与预测值之间有较好的相关性且试验较稳定。模型预测的最佳试验条件为温度54.27 ℃、加酶量2.08%、料液比1∶1.35 g/mL，将温度参数微调为54.3 ℃，在其余条件不变的情况下进行6次试验取平均值，高白鲑头尾鱼油的提取率为82.16%，与预测值相符合，验证了模型的可靠性。

表5 回归模型方差分析

2.2.2 高白鲑脊骨鱼油提取响应面优化工艺

回归方程为Y2=83.80-3.84X4+0.77X5+3.44X6-1.99X4X5+4.33X4X6+0.68X5X6-9.55-4.20-4.56。

表7分析同表5分析。该模型有效，可用于预测高白鲑脊骨鱼油的提取率。一次项X4，X6，交互项X4X6，二次项、、差异极显著；X4X5差异高度显著；X5差异显著；X5X6差异不显著。模型预测的最佳试验条件为温度53.74 ℃、加酶量1.54%、料液比1∶2.15 g/mL，将温度参数微调为53.7 ℃，在其余条件不变的情况下进行6次试验取平均值，高白鲑脊骨鱼油验证试验结果为84.66%，与预测值相符，模型可靠。

表6 Box-Behnken试验设计与结果

表7 回归模型方差分析

2.3 理化指标测定结果

对最佳工艺条件下的头尾鱼油和脊骨鱼油，进行理化指标的分析。由表8可知，2种粗鱼油均符合SC/T 3502—2016《鱼油》粗鱼油一级标准。

表8 粗鱼油理化指标

2.4 脂肪酸组分分析

由表9可知，采用酶水解法提取的高白鲑头尾、脊骨鱼油共检测出28种脂肪酸。其中，棕榈油酸（C16∶1）和油酸（C18∶1n9c）含量最丰富，这与于淑池等[15]研究金鲳鱼骨油中的脂肪酸结果一致。棕榈油酸是一种有前途的抗炎脂质[16]，可能有助于改善代谢紊乱。头尾鱼油和脊骨鱼油中多不饱和脂肪酸分别为33.96%和35.86%。头尾鱼油、脊骨鱼油单不饱和脂肪酸分别为38.82%和36.70%。头尾鱼油DHA、EPA含量为9.20%和8.08%；脊骨鱼油DHA、EPA含量为9.65%和8.87%。预试验前期测得蒸煮法提取内脏鱼油的脂肪酸内含有反式脂肪酸C18∶2n6t和C18∶1n9t，大量摄入反式脂肪可能对人类健康造成多种不利影响，包括心血管疾病、糖尿病和癌症[17]。而试验均未在头尾鱼油和脊骨鱼油中检测到反式脂肪酸，可能是因为酶解法较为温和，且酶解温度较低。

表9 粗鱼油脂肪酸组成及相对含量 单位：%

3 结论

以高白鲑加工副产物头尾、脊骨为原料，鱼油提取率为指标，采用单因素结合响应面分析优化法，得到木瓜蛋白酶水解提取高白鲑头尾鱼油最佳工艺条件：酶解温度54.3 ℃、加酶量2.08%，料液比1∶1.35 g/mL、pH 5.5、酶解时间6 h。脊骨鱼油最佳工艺条件为酶解温度53.7 ℃、加酶量1.54%、料液比1∶2.15 g/mL、pH 5.5、酶解时间5 h。头尾鱼油和脊骨鱼油在最佳条件下的提取率分别为82.16%和84.66%。2种鱼油均符合水产行业标准SC/T 3502—2016《鱼油》粗鱼油一级标准；头尾（脊骨）鱼油脂肪酸组成中单不饱和脂肪酸38.82%（36.70%）、多不饱和脂肪酸33.96%（35.86%）、DHA 9.20%（9.65%）、EPA 8.08%（8.87%）。