鱈魚骨中可溶性鈣提取工藝的優化

高倩倩 劉學軍 曲寧寧

（1.吉林農業科技學院文理學院，吉林 吉林 132109；2.吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118）

鱈魚是鱈科中的狹鱈，即明太魚，國內外市場常見的一種經濟魚類，價格低廉，屬于白肉少脂魚［1］。在鱈魚加工過程中會產生大量的下腳料，其中魚頭、魚骨約占45%左右［2］。目前中國絕大多數下腳料沒有被利用，而是被直接的丟掉，只有一小部分用來生產魚粉［3］。

魚骨中含有大量鈣質，鈣是人體不可缺少的元素，缺鈣會引起佝僂病、骨質疏松等多種疾病［4］。中國膳食攝入量中以鈣的缺乏最明顯，其中兒童和青少年缺鈣更為嚴重。補鈣已成為中國人民保障身體健康的重點項目。魚骨中的鈣主要以羥磷灰石結晶形式存在，溶解度低，采用簡單的蒸制等物理方法不能有效的溶出骨中的鈣［5，6］。本試驗以鱈魚骨為原料，研究了鹽酸提取可溶性鈣的最佳工藝條件，以最大限度的利用鱈魚資源，為其產業化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

鱈魚骨：吉林農業大學畜產品加工實驗室提供；

硝酸＋高氯酸（1∶4）、鹽酸：吉林農業大學中心實驗室提供；

鈣標準使用液：4，8，16，20μg／mL，吉林農業大學中心實驗室提供。

1.2 試驗設備

自動消解儀：ST－40型，北京普立泰科儀器有限公司；

原子吸收分光光度計：AA－6300型，日本島津公司；

恒溫鼓風干燥箱：101A－2E，上海實驗儀器廠有限公司；

電子天平：AUY120型，日本島津公司；

立式壓力蒸汽滅菌鍋：01J2003－04型，上海博訊實業有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

原料魚骨的選擇與處理→清洗→切段→烘干→研磨→過篩→骨粉

1.3.2 操作要點

（1）原料魚骨的選擇與處理：選擇新鮮的鱈魚骨，清洗魚骨表面雜物。

（2）切段：將鱈魚骨切成長約1cm 左右的骨段。

（3）烘干：將魚骨置于恒溫鼓風干燥箱干燥，控制干燥溫度80 ℃、時間2.5h。

（4）研磨過篩：將干燥后的魚骨研成粉末，并過200 目篩，得到鱈魚骨粉備用。

1.3.3 骨粉中鈣含量的測定 根據文獻［7］，修改如下：

（1）消化：用電子天平準確稱取0.5～1.0g魚骨粉放入消化瓶，加入硝酸＋高氯酸（1∶4）約10mL 左右，放入消化爐進行消化，同時做空白試驗。調節消化爐T 為100 ℃，消化10min，升溫至150 ℃，消化10min，繼續升溫至170 ℃，消化120min后，停止加熱，冷卻30min。

（2）稀釋：取出消化瓶，將消化液用純凈水稀釋200倍，備用。

（3）測量：配制鈣標準使用液濃度為4，8，16，20μg／mL，用原子吸收分光光度計在422.7nm 處測定空白樣和待測樣品的吸光度值。

（4）計算：鈣含量按式（1）計算。

式中：

R—— 鈣含量，%；

C1—— 樣品濃度，μg／mL；

C0—— 空白樣濃度，μg／mL；

V—— 定容體積，mL；

f—— 稀釋倍數

m—— 樣品質量，g。

1.3.4 骨粉中鈣提取的單因素試驗 通過預試驗確定對鱈魚骨粉中鈣提取率影響最大的有HCl濃度、提取溫度、反應時間和料液比4個因素。在此基礎上設計單因素試驗。

（1）HCl濃度的影響：準確稱取1～2g鱈魚骨粉，固定提取溫度為108 ℃，高壓鍋電壓為121V，反應時間為60min，料液比為1∶4（m∶V）。將反應液用去離子水定容至100mL，用原子吸收分光光度計在422.7nm 處測定吸光度值，HCl溶液的濃度分別控制為1，2，3，4，5mol／L。計算鈣的提取率。

（2）提取溫度的影響：準確稱取1～2g鱈魚骨粉，固定HCl濃度為3 mol／L，高壓鍋電壓為121V，反應時間為60min，料液比為1∶4（m∶V）。將反應液用去離子水定容至100mL，用原子吸收分光光度計在422.7nm 處測定吸光度值，提取溫度分別控制為92，100，108，116，124 ℃。計算鈣的提取率。

（3）反應時間的影響：準確稱取1～2g鱈魚骨粉，固定HCl濃度為3 mol／L，提取溫度為108 ℃，高壓鍋電壓為121V，料液比為1∶4（m∶V）。將反應液用去離子水定容至100mL，用原子吸收分光光度計在422.7nm 處測定吸光度值，反應時間分別控制為30，60，90，120，150min。計算鈣的提取率。

（4）料液比的影響：準確稱取1～2g鱈魚骨粉，固定HCl濃度為3 mol／L），提取溫度為108 ℃，高壓鍋電壓為121V，反應時間為60min。將反應液用去離子水定容至100 mL，用原子吸收分光光度計在422.7nm處測定吸光度值，料液比分別控制為1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5（m∶V）。計算鈣的提取率。

1.3.5 鈣提取的旋轉正交試驗 本試驗選擇HCl濃度、提取溫度、反應時間和料液比作為試驗因素進行旋轉正交試驗。根據Box－Behnken的中心組合試驗設計原理，進一步進行四因素三水平的RSM（response surface methodology）分析試驗。

2 結果與分析

2.1 鱈魚骨粉中鈣標準曲線的繪制

鱈魚骨粉中鈣標準曲線見圖1。

圖1 鈣標準曲線Figure 1 The standard curve of calcium

2.2 響應面試驗結果

根據單因素試驗結果確定的響應面試驗因素與水平取值見表1。響應面試驗結果見表2。

利用Box－Behken軟件對試驗數據進行多元回歸擬合，得出鱈魚骨中鈣提取率（Y）對鹽酸濃度（A）、提取溫度（B）、反應時間（C）、料液比（D）的二次回歸模型：

對該模型進行顯著性檢驗及方差分析，分析結果見表3。

由表3可知，模型達到了差異極顯著水平（P＜0.001），而誤差項不顯著，說明回歸方程與實際情況比較吻合，試驗誤差比較小。因此可以用該回歸方程代替試驗真實點對試驗結果進行分析。方差分析還表明，一次項、二次項、交互項都有較顯著影響，回歸模型中作用差異極顯著項有B、AB、AC、AD、BC、BD、CD、A2、B2、C2、D2，差異高度顯著項有A、C。其中二次多項式的相關系數R2＝99.14%，R2adj＝98.28%，模型的矯正決定系數R2pred95.06%，說明該模型能解釋約95%響應值的變化，表明方程擬合程度較好。R2Pred的值與R2Adj的值在一致性上是合理的。所以此模型可以被用來指導設計響應面。由P值和F 值可以看出4個因素對鱈魚骨中鈣提取率影響大小順序為提取溫度＞反應時間＞鹽酸濃度＞料液比。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 The response surface test factors level table

表2 響應面試驗結果Table 2 The response surface design of results

表3 響應面試驗方差分析Table 3 Response surface analysis of variance

2.3 響應面曲面分析

由圖2～7可知，提取溫度對鱈魚骨中鈣提取率影響最為顯著，曲線變化幅度較大；其次是反應時間、鹽酸濃度和料液比，曲線變化幅度平緩，這與方差分析的結果一致。等高線的形狀可反映出交互效應的強弱，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，而圓形則與之相反。由圖2中等高線可以看出，提取溫度和反應時間之間的交互作用較顯著，表現為等高線呈橢圓形。相比較而言，鹽酸濃度和反應時間之間的交互作用較小，表現為等高線呈圓形。

根據軟件優化得出，最佳工藝條件為鹽酸濃度3mol／L、提取溫度108 ℃、反應時間60min、料液比1∶4（m∶V），此時鱈魚骨中鈣提取率為22.36%。

3 結論

圖2 鹽酸濃度與提取溫度交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 2 Hydrochloric acid concentration and extraction temperature interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖3 鹽酸濃度與反應時間交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 3 Hydrochloric acid concentration and reaction time interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖4 鹽酸濃度與料液比交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 4 Hydrochloric acid concentration and feed liquid than interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖5 提取溫度與反應時間交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 5 Extraction temperature and reaction time interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖6 提取溫度與料液比交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 6 Extraction temperature and feed liquid than interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

圖7 反應時間與料液比交互作用對鱈魚骨粉中鈣提取率的影響Figure 7 Reaction time and feed liquid than interaction to cod bone calcium in the influence of extraction

本試驗結果表明用原子吸收分光光度法測定鱈魚骨中鈣的含量，采用酸法提取鱈魚骨中的鈣，通過響應面分析確定各因素對鈣提取率的影響，從而得出最佳工藝參數為HCl濃度3mol／L、提取溫度108 ℃、反應時間60min、料液比1∶4（m∶V）。鱈魚骨中有57.96%的鈣可溶，在最佳條件下鱈魚骨中鈣提取率可達22.36%，鈣含量為38.58%。

1 張志剛.安全優質水產食品的選購與消費［M］.北京：中國農業出版社，2005：129～130.

2 盧紅梅.鱈魚下腳料水解液的連續乳酸發酵［J］.無錫輕工大學學報，2004，23（6）：103～106.

3 徐瑞美.口服補鈣劑的合理選擇及應用［J］.中國誤診學雜志，2002，2（7）：1103.

4 陳海華，薛長湖.鈣鹽溶液漂洗對竹莢魚魚糜凝膠特性的影響［J］.食品與機械，2009，25（5）：5～9.

5 冉然，王華杰，高瑗，等.酸浸加壓軟化法制備魚鱗粉工藝的研究［J］.食品與機械，2010，26（2）：132～138.

6 郝記明，張靜，吉宏武，等.酶解制備吉尾魚水解蛋白粉的工藝研究［J］.現代食品科技，2007，23（3）：47～49.

7 白艷.鰻魚骨的深加工及綜合利用［D］.上海：上海海洋大學，2010.