超聲輔助提取魷魚肝臟油脂及其脂肪酸組成分析

高 娟 樓喬明 楊文鴿 張群飛 張進(jìn)杰 董栓泉

(寧波大學(xué)海洋學(xué)院，寧波 315211)

魷魚是海洋頭足類動(dòng)物中槍烏賊和柔魚的俗稱，具有生長周期短、繁殖力強(qiáng)和資源恢復(fù)迅速等特點(diǎn)，已成為世界主要的遠(yuǎn)洋捕撈品種和水產(chǎn)加工品種。目前各國對(duì)于魷魚的加工主要以魷魚干、即食魷魚絲、魷魚圈和冷凍魚糜制品為主，而占魷魚質(zhì)量15%～20%的肝臟，一般作為下腳料直接廢棄或加工成低值飼料[1-2]。魷魚肝臟油脂含量高，富含EPA和DHA等功能性脂肪酸，且其脂肪酸組成與魚油相似，可作為提取魚油的原料[3-5]。因此，充分利用魷魚肝臟既可減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，又能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

超聲波是一種高頻機(jī)械振蕩波，其空化效應(yīng)可以強(qiáng)化萃取速率和效果，縮短提取時(shí)間，減少溶劑用量，提高油脂的提取率[6-7]。目前國內(nèi)外對(duì)于超聲輔助提取魷魚肝臟油脂的文獻(xiàn)報(bào)道較少，本試驗(yàn)采用超聲輔助有機(jī)溶劑法對(duì)魷魚肝臟油脂的提取條件進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其脂肪酸組成進(jìn)行分析，以期為魷魚肝臟的精深加工和高值化綜合利用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮秘魯魷魚肝臟勻漿，冷凍干燥成粉。參照文獻(xiàn)[8]的方法測(cè)定其總脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.92%。

37種脂肪酸甲酯混標(biāo)：美國Sigma公司；石油醚、乙醚、正己烷、異丙醇等分析純：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

7890A型氣相色譜儀：美國Agilent公司；M7-80EI型質(zhì)譜儀：北京普析通用儀器有限公司；RE-52C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海青浦滬西儀器廠；FD-1D-80冷凍干燥機(jī)：北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；SB-5 200DTS雙頻超聲波清洗機(jī)：寧波新芝生物科技有限公司；EX-124型精密電子分析天平：奧豪斯儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 提取溶劑的選擇

稱取一定量的魷魚肝臟粉，分別以石油醚、乙醚、正己烷、正己烷-異丙醇(1∶1)、正己烷-異丙醇(3∶2)為提取溶劑，且以液料比8 mL/g，超聲波功率180 W，超聲時(shí)間30 min，溫度60 ℃對(duì)魷魚肝臟中的油脂進(jìn)行提取。

1.2.2 單因素試驗(yàn)和正交優(yōu)化試驗(yàn)

確定提取溶劑后，以液料比、提取時(shí)間、溫度為考察因子，以油脂提取率作為考核指標(biāo)進(jìn)行單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)；并在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用極差法對(duì)上述3個(gè)因子進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。

1.2.3 脂肪酸分析

甲酯化衍生：取10 mg魷魚肝臟油脂，加入1 mL正己烷充分溶解，再加入0.5 mol/L的KOH-甲醇溶液1 mL，旋渦混合1 min，靜置分層后，取上清液無水Na2SO4干燥，供GC/MS分析。

色譜條件：DB-WAX毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣(He)采用恒壓模式，壓力為0.4 MPa。進(jìn)樣量1 μL，分流比30∶1，進(jìn)樣口溫度250 ℃，檢測(cè)器溫度250 ℃。升溫程序?yàn)?00 ℃保持4 min，10 ℃/min升溫至200 ℃，保持6 min，4 ℃/min升至250 ℃，整個(gè)分析過程40 min。

質(zhì)譜條件：GC/MS接口溫度250 ℃，EI離子源，電離能量70 eV，離子源溫度250 ℃，全掃描模式檢測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，采用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，單因子方差分析(ANOVE，Tukey檢驗(yàn))進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并采用Duncan’s法進(jìn)行單因子多重比較分析，P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溶劑的選擇

分別選用低毒的石油醚、乙醚、正己烷、正己烷-異丙醇(1∶1)以及正己烷-異丙醇(3∶2)為提取溶劑，在液料比8 mL/g，超聲功率180 W，提取時(shí)間30 min，提取溫度60 ℃的條件下進(jìn)行超聲輔助提取，5種溶劑的提取率見表1。

表1 不同溶劑的油脂提取率

注：同一個(gè)圖表中標(biāo)記不同字母的兩項(xiàng)間具有顯著差異(P<0.05)，下同。

由表1可知，不同溶劑對(duì)魷魚肝臟油脂的提取率具有顯著差異(P<0.05)，其中正己烷的提取率最低，僅為(75.91±0.63)%；而正己烷-異丙醇(3∶2)溶劑的提取率最高，為(88.06±0.81)%，遠(yuǎn)高于石油醚和乙醚。有機(jī)溶劑提取油脂主要根據(jù)“相似相溶”原理，其提取效果與有機(jī)溶劑、原料和油脂的性質(zhì)密切相關(guān)。魷魚肝臟富含中性脂和極性脂，且油脂成分復(fù)雜[9]，單一性溶劑(正己烷、石油醚和乙醚)對(duì)其油脂的提取效果相對(duì)較低。因此選用正己烷-異丙醇(3∶2)作為提取溶劑進(jìn)行單因素和正交優(yōu)化試驗(yàn)。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 液料比對(duì)提取率的影響

以正己烷-異丙醇(3∶2)為提取溶劑，在超聲功率180 W，提取時(shí)間30 min，溫度60 ℃條件下，不同液料比對(duì)魷魚肝臟油脂提取率的影響如圖1所示。

圖1 液料比對(duì)提取率的影響

由圖1可知，當(dāng)液料比在4～10 mL/g范圍內(nèi)，隨著提取溶劑用量的增大，魷魚肝臟油脂提取率逐漸增加；這是因?yàn)樘崛∪軇┯昧康脑黾咏档土巳軇┲杏椭臐舛?，增加了物料與溶劑間的濃度差，從而提高了物料中的油脂向溶劑擴(kuò)散的速度，增大了提取率。當(dāng)液料比達(dá)到10 mL/g時(shí)，提取率達(dá)到最大值，為(89.76±0.74)%；繼續(xù)增加液料比對(duì)提取率沒有顯著影響，且較高的液料比易造成溶劑和能源的浪費(fèi)，并增加后續(xù)工藝的難度，因此魷魚肝臟油脂提取的最佳液料比為10 mL/g。

2.2.2 提取時(shí)間對(duì)提取率的影響

以正己烷-異丙醇(3∶2)為提取溶劑，在液料比8 mL/g，超聲功率180 W，提取溫度60 ℃條件下，不同提取時(shí)間對(duì)魷魚肝臟油脂提取率的影響如圖2所示。

由圖2可知，隨著提取時(shí)間的延長，油脂提取率先增大；并在30 min時(shí)，提取率達(dá)到最大值，為(88.05±0.73)%；之后隨著提取時(shí)間的增加，油脂提取率略有下降，這是因?yàn)殡S著提取時(shí)間的增加，油脂中的熱敏成分損失致使提取率降低[10]。因此魷魚肝臟油脂的提取時(shí)間不宜過長，30min為最佳提取時(shí)間。

圖2 提取時(shí)間對(duì)提取率的影響

2.2.3 提取溫度對(duì)提取率的影響

以正己烷-異丙醇(3∶2)為提取溶劑，在液料比8 mL/g，超聲波功率180 W，提取時(shí)間30 min條件下，不同提取溫度對(duì)魷魚肝臟油脂提取率的影響如圖3所示。

由圖3可知，在較低提取溫度時(shí)(20～50 ℃)，隨著提取溫度的升高，油脂提取率逐漸增大，這是因?yàn)樘崛囟鹊纳咴黾恿巳軇┓肿雍陀椭肿拥膭?dòng)能，促進(jìn)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，致使油脂提取率增加[11]。當(dāng)提取溫度為50 ℃時(shí)，油脂提取率達(dá)到最大值(88.86±0.58)%；此后提取溫度的增加對(duì)油脂提取率無顯著影響，因此魷魚肝臟油脂的提取溫度50 ℃較為適宜。

圖3 提取溫度對(duì)提取率的影響

2.3超聲波輔助提取魷魚肝臟油脂工藝條件的正交優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，以正己烷-異丙醇(3:2)為提取溶劑，在超聲波功率180 W條件下，選取液料比、提取時(shí)間、溫度為試驗(yàn)因素，以提取率為試驗(yàn)指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)方法考察各因素對(duì)油脂提取率的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2可以看出，在超聲波輔助提取魷魚肝臟油的過程中，各因素對(duì)油脂提取率的影響依次為：液料比>溫度>提取時(shí)間，即液料比的影響最大，溫度次之，提取時(shí)間的影響最小。表3方差分析表明，液料比對(duì)魷魚肝臟油脂提取率有極顯著影響(P<0.01)，溫度對(duì)提取率有顯著影響(P<0.05)，而提取時(shí)間對(duì)提取率的影響不顯著；優(yōu)化試驗(yàn)條件為A3B2C3，即液料比10 mL/g，超聲提取30 min，溫度60 ℃。對(duì)優(yōu)化條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，提取率達(dá)到91.26%，高于文獻(xiàn)報(bào)道的鉀法(82.09%)[12]和酶解法(90.67%)[13]；表明超聲輔助有機(jī)溶劑法是一種快速、高效提取魷魚肝臟油脂的方法。

表3 正交試驗(yàn)方差分析

注：F0.05(2,2)=19.000，F(xiàn)0.01(2,2)=99.000，**表示P<0.01，*表示P<0.05。

2.4 魷魚肝臟油脂的脂肪酸組成分析

將優(yōu)化條件下提取的魷魚肝臟油脂經(jīng)甲酯化處理，采用氣相色譜/質(zhì)譜法對(duì)其脂肪酸組成進(jìn)行分析，其總離子流色譜圖見圖4；通過標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)照和數(shù)據(jù)庫檢索對(duì)其脂肪酸組成進(jìn)行定性分析，并按峰面積歸一法進(jìn)行定量，分析結(jié)果列于表4。

表4 魚油脂肪酸組成分析

圖4 魷魚肝臟油脂脂肪酸組成總離子流色譜圖

從魷魚肝臟油脂中共分析鑒定出19種脂肪酸，以C16∶0(21.98%)、C18∶0(7.03%)、C18∶1n-9(17.19%)、C20∶5n-3(8.53%，EPA)和C22∶6n-3(22.60%，DHA)為主；其中多不飽和脂肪酸為38.33%，高于飽和脂肪酸(35.50%)和單不飽和脂肪酸(26.17%)。在所鑒定出的10種多不飽和脂肪酸中，以EPA和DHA等n-3型多不飽和脂肪酸為主，且DHA含量遠(yuǎn)高于EPA，二者總質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)31.12%，高于墨魚(30.19%)[14]、沙丁魚(25.80%)[15]和鱒魚(12.39%)[16]。EPA和DHA作為人和動(dòng)物生長發(fā)育的必需脂肪酸，具有促進(jìn)嬰幼兒大腦發(fā)育、調(diào)節(jié)血脂、預(yù)防動(dòng)脈硬化和腦血栓等心血管疾病以及提高免疫力等多種生理功能[17]。魷魚肝臟油脂中含有豐富的EPA和DHA等n-3型多不飽和脂肪酸，表明其有較高的營養(yǎng)保健價(jià)值和脂質(zhì)開發(fā)潛力，可作為EPA和DHA等功能性脂肪酸的重要膳食來源。

3 結(jié)論

3.1 經(jīng)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化得到超聲輔助提取魷魚肝臟油脂的最佳條件：正己烷-異丙醇(3∶2)為提取溶劑，液料比10 mL/g，提取時(shí)間30 min，溫度60 ℃；在該提取條件下，魷魚肝臟油脂提取率為91.26%。

3.2 魷魚肝臟油脂富含EPA和DHA等n-3型多不飽和脂肪酸，兩者總質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)31.12%，表明魷魚肝臟油脂具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和脂質(zhì)開發(fā)潛力，可作為EPA和DHA等功能性脂肪酸的重要膳食來源。

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