響應(yīng)面法優(yōu)化乙醇提取大黃魚魚卵油工藝的研究

黃璐瑤，張 敏，黃 瑩，梁 鵬

(福建農(nóng)林大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，福州 350002)

大黃魚又稱黃瓜魚，曾是我國四大經(jīng)濟魚類之一，主要分布于我國福建省寧德市沿海地區(qū)。根據(jù)2017年中國漁業(yè)年鑒統(tǒng)計研究，大黃魚產(chǎn)量共計16.55萬t，其中僅福建省區(qū)域的大黃魚產(chǎn)量高達14.65萬t，占全國總量的88.52%，表明大黃魚在福建漁業(yè)資源中占有重要地位。由于大黃魚的肉質(zhì)鮮嫩，口感極佳且易于烹飪，人們常用大黃魚作為原料加工制成各種產(chǎn)品[1]。研究表明，魚卵是一種富含不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、磷脂、鈣、鐵等營養(yǎng)元素的海洋食品，具有極高的食用營養(yǎng)價值[2-4]。在大黃魚加工過程中，大黃魚魚卵往往被人們當(dāng)作腥臭物所丟棄，導(dǎo)致大黃魚魚卵的營養(yǎng)價值被忽略，甚至造成環(huán)境污染。

目前，國內(nèi)外提取魚油的方法主要有復(fù)合蛋白酶水解法[5]、傳統(tǒng)淡堿水解法[6]、超臨界流體萃取法[7-9]、蒸煮法以及有機溶劑法[10]。近年來已有多位學(xué)者將有機溶劑法應(yīng)用于提取脂質(zhì)，并取得較好的效果[11-13]。研究表明，乙醇毒性遠低于氯仿、正己烷等，而且乙醇價格低廉、易制備、可回收。但目前關(guān)于使用乙醇提取大黃魚魚卵油的研究未見報道。因此，本試驗利用乙醇(95%)提取大黃魚魚卵油，通過響應(yīng)面法優(yōu)化乙醇提取大黃魚魚卵油的工藝條件，旨在為大黃魚魚卵的開發(fā)和綜合利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮大黃魚魚卵，由福建岳海水產(chǎn)食品有限公司提供；乙醇(95%)，分析純，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

LGJ-12S冷凍干燥機；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；HHS-11-8型電熱恒溫水浴鍋；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；Agilent 7890A氣相色譜儀，美國Agilent公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 大黃魚魚卵油的提取工藝

大黃魚魚卵冷凍干燥處理(溫度-60℃，時間24 h，經(jīng)冷凍干燥處理后的魚卵水分含量為(1.0±0.005)%)→加95%乙醇調(diào)節(jié)料液比→調(diào)節(jié)提取溫度→設(shè)置攪拌時間→過濾→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇→分離得大黃魚魚卵油。

大黃魚魚卵油得率=提取所得魚卵油質(zhì)量/原料質(zhì)量×100%

1.2.2 大黃魚魚卵油脂肪酸組成分析

委托福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，依據(jù)文獻[14-15]進行大黃魚魚卵油脂肪酸組成分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 料液比對大黃魚魚卵油得率的影響

以大黃魚魚卵(50 g)為原料，提取溫度55℃，提取時間6 h，考察料液比對魚卵油得率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 料液比對大黃魚魚卵油得率的影響

由圖1可知，在料液比為1∶8～1∶14時，魚卵油得率隨著料液比的增大而升高，當(dāng)料液比為1∶14～1∶16時，魚卵油得率呈下降趨勢。可能是因為在料液比為1∶14時，魚卵中的大部分魚卵油已被提出，此時魚卵油與乙醇溶液達到平衡狀態(tài)[11]；而當(dāng)料液比為1∶16時，破壞了這種平衡狀態(tài)，故魚卵油得率降低。綜合考慮，選擇1∶14為最佳料液比。

2.1.2 提取溫度對大黃魚魚卵油得率的影響

以大黃魚魚卵(50 g)為原料，料液比1∶14，提取時間6 h，考察提取溫度對魚卵油得率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 提取溫度對大黃魚魚卵油得率的影響

由圖2可知，隨著提取溫度的升高，魚卵油得率先增加后減少，當(dāng)提取溫度達到55℃時，魚卵油得率達到最大，隨后隨著提取溫度升高，魚卵油得率開始減少。研究發(fā)現(xiàn)，溫度過高會影響油脂得率[12]，其原因可能是提取溫度過高加快了提取溶劑揮發(fā)，導(dǎo)致魚卵與乙醇溶液的接觸面減少，故魚卵油得率呈下降趨勢。因此，選擇55℃為最佳提取溫度。

2.1.3 提取時間對大黃魚魚卵油得率的影響

以大黃魚魚卵(50 g)為原料，料液比1∶14，提取溫度55℃，考察提取時間對魚卵油得率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 提取時間對大黃魚魚卵油得率的影響

由圖3可知，魚卵油得率與提取時間的關(guān)系呈現(xiàn)先增后降的趨勢，在提取時間為6 h時，魚卵油得率最高，但隨著提取時間繼續(xù)延長，魚卵油得率開始下降。其原因可能是提取時間過長會導(dǎo)致大部分魚卵原料氧化分解[13]，從而影響魚卵油得率。因此，從魚卵油品質(zhì)以及生產(chǎn)成本方面考慮，確定6 h為最佳提取時間。

2.2 響應(yīng)面試驗

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗基礎(chǔ)上，選取料液比(A)、提取溫度(B)和提取時間(C)3個因素為自變量，以魚卵油得率(Y)為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken 中心組合試驗設(shè)計原理，采用Design-Expert 8.0.6 Trial軟件設(shè)計三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗。響應(yīng)面試驗因素水平見表1，響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗因素水平

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果

擬合得到魚卵油得率(Y)與料液比(A)、提取溫度(B)和提取時間(C)之間的二次回歸方程模型為：

Y=30.22+0.075A-0.21B-0.34C-0.46AB+0.015AC-0.26BC-1.22A2-1.49B2-0.84C2

采用Design-Expert 8.0.6 Trial軟件對表2數(shù)據(jù)進行回歸模型擬合和方差分析，方差分析結(jié)果見表3。

由表3可知：回歸方程模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.956 1，P=0.000 6，說明模型差異極顯著(P<0.01)；而失擬項P=0.990 9，差異不顯著，說明該模型擬合度良好，有一定可靠性，證明采用響應(yīng)面法預(yù)測大黃魚魚卵油得率是可行的。各因素對魚卵油得率的影響大小順序為提取時間>提取溫度>料液比。其中，模型的極顯著因子項(P<0.01)有A2、B2和C2；顯著的因子項(P<0.05)為C。由此可見，各試驗因素對響應(yīng)值的影響并非簡單的線性關(guān)系，而是呈現(xiàn)出一種二次拋物面關(guān)系。

表3 回歸模型的方差分析

注：P<0.05，表示差異顯著；P<0.01，表示差異極顯著。

2.3 驗證試驗

由Design-Expert 8.0.6 Trial軟件預(yù)測得出乙醇提取大黃魚魚卵油的最優(yōu)工藝條件為：料液比1∶14.04，提取溫度54.71℃，提取時間5.81 h。最優(yōu)條件下的魚卵油得率預(yù)測值為30.26%?？紤]到實際操作的可行性，將以上工藝條件修正為：料液比1∶14，提取溫度55℃，提取時間5.8 h。在修正條件下進行4次平行驗證試驗，得到魚卵油平均得率為(30.23±0.03)%，與理論預(yù)測值相符，說明該優(yōu)化結(jié)果可靠，具有實際應(yīng)用價值。

2.4 大黃魚魚卵油脂肪酸組成(見表4)

由表4可知：大黃魚魚卵油中主要檢測出25種脂肪酸，飽和脂肪酸成分共8種，總含量為(17.0±0.58)%；單不飽和脂肪酸成分共7種，總含量為(36.6±1.22)%；多不飽和脂肪酸成分10種，總含量為(31.0±0.96)%，其中DHA和EPA的總含量高達(21.9±0.83)%。有研究表明[4]，攝入魚油中的ω-3 脂肪酸EPA和DHA能夠顯著降低心腦血管疾病的發(fā)病率，增強記憶力。因此，研究和開發(fā)大黃魚魚卵油資源可以有效促進大黃魚產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。

表4 大黃魚魚卵油主要脂肪酸組成及相對含量%

脂肪酸相對含量脂肪酸相對含量豆蔻酸3.1±0.02山崳酸0.1±0.00豆蔻油酸0.1±0.018,11,14-二十碳三烯酸0.1±0.01十五碳酸0.4±0.01芥酸0.1±0.01棕櫚酸11.1±0.0311,14,17-二十碳三烯酸0.1±0.04棕櫚油酸16.7±0.14二十碳四烯酸0.9±0.03十七碳酸0.2±0.01二十二碳二烯酸2.2±0.12十七碳一烯酸0.7±0.06木焦油酸0.1±0.02硬脂酸1.8±0.18二十碳五烯酸4.8±0.18油酸17.8±0.14二十四碳一烯酸0.1±0.01亞油酸2.4±0.05二十二碳六烯酸17.1±0.20γ-亞麻酸0.1±0.11DHA+EPA21.9±0.83花生一烯酸1.1±0.02SFA17.0±0.58α-亞麻酸1.1±0.01MUFA36.6±1.22二十一碳酸0.2±0.01PUFA31.0±0.96花生二烯酸2.2±0.03UFA67.6±1.57

3 結(jié) 論

本試驗采用乙醇提取法，對大黃魚魚卵中的魚卵油進行提取。通過單因素試驗以及響應(yīng)面優(yōu)化分析法對大黃魚魚卵油提取工藝進行優(yōu)化，得出最優(yōu)工藝條件為：料液比1∶14，提取溫度55℃，提取時間5.8 h。在最優(yōu)條件下，魚卵油平均得率為(30.23±0.03)%，與模型預(yù)測值30.26%接近，證明該模型具有較好的擬合度和可靠性。

大黃魚魚卵油中富含多種不飽和脂肪酸，且DHA和EPA總含量高達(21.9±0.83)%。試驗結(jié)果表明，該優(yōu)化工藝條件對進一步開發(fā)利用大黃魚魚卵油資源具有較好的參考價值，能夠有效拓展大黃魚魚卵加工新途徑。