龍蝦下腳料中蝦油的提取工藝和性質(zhì)研究*

陳軍，趙立，史宇杰

(淮陰工學(xué)院生化學(xué)院，江蘇淮安，223003)

克氏原螯蝦又稱小龍蝦(Proeambarus clarki)，英文名為crayfish，原產(chǎn)于北美洲，1929年由日本移植到我國。由于其生命力強(qiáng)，現(xiàn)已廣泛分布于我國十幾個省市。小龍蝦作為一種新的大眾食品，具有營養(yǎng)價值高、味道鮮美等特點(diǎn)，近年來迅速風(fēng)靡國內(nèi)市場，成為餐飲業(yè)的熱門菜肴之一。目前，龍蝦的出口主要為歐美市場，而以蝦仁出口居多，龍蝦在此加工過程中會產(chǎn)生大量的廢棄物，主要為蝦頭、蝦殼，占總蝦體的85%左右，如能對龍蝦下腳料充分利用，不僅可以保護(hù)環(huán)境，還可以節(jié)約資源，創(chuàng)造價值。根據(jù)目前的市場來看，從龍蝦下腳料中提取甲殼素［1］、殼聚糖［2］等已形成產(chǎn)業(yè)化，而且?guī)砹撕芨叩男б妫r有從中提取蝦油的研究。

目前，對油脂的提取主要有有機(jī)溶劑提取法［3］、超臨界萃取法［4］、超聲波輔助提?。?］等，本研究擬利用有機(jī)溶劑萃取法從龍蝦下腳料中提取蝦油，對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，對蝦油脂肪酸分析，并對其氧化穩(wěn)定性進(jìn)行探討。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

龍蝦預(yù)處理:龍蝦經(jīng)水煮后，剔除肉，收集所有下腳料，在鼓風(fēng)干燥箱中干燥。條件50℃，10 h左右，使龍蝦的含水量保持在20%左右(因?yàn)樗趾康蜁r，提取速率反而不高;水分含量太高時，提取過程中龍蝦頭粉末容易與提取溶劑形成黏稠狀混合物，影響溶劑與龍蝦頭粉末的分離，而且部分極性油脂提取不完全)，利用多功能粉碎機(jī)粉碎40目，備用。本實(shí)驗(yàn)所用蝦粉水分含量為17.5%。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

無水乙醇、氫氧化鈉、磷酸、異辛烷、無水硫酸鈉、氯化鈉、丙酮等分析純試劑。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

SB－1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海愛朗儀器有限公司;FB5－5/T冷凍干燥箱，杭州創(chuàng)意真空冷凍干燥設(shè)備廠;TH2－D臺式恒溫振蕩箱，太倉市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠;SHZ－D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限公司;Rancimat 743氧化穩(wěn)定性測定儀，瑞士萬通有限公司;GC－14B脂肪酸分析儀(日本島津)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.1.1 乙醇濃度對蝦油提取率的影響

固定提取液料比(mL∶g)6∶1、提取溫度 50℃、提取時間1.5 h、提取1次條件下，選擇乙醇的體積分?jǐn)?shù)為60%、70%、80%、90%和100%進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，提取結(jié)束，經(jīng)5 000 r/min離心15 min后取上層油液，稱量，按下式計(jì)算蝦油提取率:

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值，1.2.1.2～1.2.1.5同。

1.2.1.2 液料比對蝦油提取率的影響

固定乙醇濃度80%、提取溫度50℃、提取時間1.5 h、提取1次條件下，選擇提取液料比(mL∶g)為4:1、5∶1、6∶1、7∶1、和8∶1 進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.2.1.3 提取溫度對提取效果的影響

固定乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、提取液料比為6∶1、提取時間1.5 h、提取1次條件下，選擇提取溫度為30、40、50、60和70℃進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.2.1.4 提取時間對提取效果的影響

固定乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、提取液料比為6∶1、提取溫度50℃、提取1次條件下，選擇提取時間為0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 h進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.2.1.5 提取次數(shù)對提取效果的影響

固定乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、提取液料比為6∶1、提取溫度50℃、提取時間1.5 h，選擇提取次數(shù)為1、2、3、4和5進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

通過spss11.5軟件對上述5個單因素實(shí)驗(yàn)進(jìn)行方差分析，選取影響提取率顯著的因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，固定提取時間1 h，提取次數(shù)2次，確定乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，液料比6∶1，提取溫度50℃為擬合設(shè)計(jì)中心，根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以乙醇濃度(A)、液料比(B)和提取溫度(C)為自變量，以提取率為響應(yīng)值進(jìn)行三因素三水平的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)置如表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表

將粗提的蝦油精煉處理［6］，對其性質(zhì)進(jìn)行研究。

1.2.7 精煉蝦油的脂肪酸測定

采用GB/T 9695.2－2008肉與肉制品脂肪酸測定方法進(jìn)行。

1.2.8 精煉蝦油的抗氧化性研究

采用GB/T 21121－2007動植物油脂氧化穩(wěn)定性的測定(加速氧化測試)方法進(jìn)行。本方法是將一定量的油脂在反應(yīng)管中加熱并過量通氧，促使油脂氧化產(chǎn)生氫過氧化物，氫過氧化物受熱分解，產(chǎn)生短碳鏈揮發(fā)性物質(zhì)如醇、醛、酸等，揮發(fā)性物質(zhì)被吸收瓶中的蒸餾水吸收，通過測定吸收液的電導(dǎo)變化，反映油脂的氧化穩(wěn)定性，其表示方法為誘導(dǎo)時間(用h表示)。時間越長，表示油脂的抗氧化性越好，反之越差［7］。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用spss11.5軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 乙醇濃度對蝦油提取率的影響

圖1中無60%的數(shù)據(jù)，原因在于濃度過低提取率太低造成，故忽略。從圖1中可以看出，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為90%時，提取率達(dá)到最大值，為5.13%。乙醇體積分?jǐn)?shù)大于90%實(shí)驗(yàn)時，油脂提取出現(xiàn)了回流(即油脂又回到原料中)［8］。但是90%的乙醇提取蝦油時，提取蝦油由于水分含量太低，流動性差，不易于從器皿中取出。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出，在利用80%的乙醇提取蝦油時，蝦油具有很好的流動性，其提取率可達(dá)到4.74%。

圖1 乙醇濃度對蝦油提取率的影響

2.1.2 提取液料比對蝦油提取率的影響

從圖2中可以看出，提取率隨提取液料比的增加而升高，在達(dá)到6∶1時提取率為6.12%，之后隨著液料比增加，提取率增加很少，在液料比為8∶1時提取率僅提高0.15%。

圖2 提取液料比對蝦油提取率的影響

2.1.3 提取溫度對蝦油提取率的影響

從圖3中可以看出，隨著溫度的升高，分子運(yùn)動速度加劇，蝦粉與溶劑之間的傳質(zhì)速度加快;同時，溶劑的溶解能力也加大，所以提取率隨著提取溫度的升高而增加。提取溫度為50℃時提取率達(dá)到了6.12%，達(dá)到60℃時，提取率僅上升了0.15%，之后提取率不增反降，溫度為80℃時，提取率下降到了4.87%，這主要是因?yàn)闇囟雀哂?0℃時，提取劑的揮發(fā)與泄漏加劇，影響了提取效果。

圖3 提取溫度對蝦油提取率的影響

2.1.4 提取時間對蝦油提取率的影響

從圖4中可以看出，當(dāng)提取時間達(dá)到1 h后，時間對提取率的影響不明顯，提取時間為1 h時提取率為6.13%，提取時間為3 h時提取率僅增加0.35%。由于實(shí)驗(yàn)用搖床震蕩提取，所以傳質(zhì)速度快，導(dǎo)致油脂溶解速度快。長時間的提取會引起資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)效率的降低，因此提取時間定為1 h。

圖4 提取時間對蝦油提取率的影響

2.1.5 提取次數(shù)對蝦油提取率的影響

從圖5可見，多次對同一批蝦粉進(jìn)行提取，可以將蝦粉中的殘留油脂被提取出來。2次提取后，在提取率上有著質(zhì)的飛躍，由提取1次的6.29%提取到9.71%。提取次數(shù)再增加，提取率上升微小，提取5次時，僅為11.30%。本著節(jié)約資源和提高生產(chǎn)效率，因此蝦粉提取油脂確定在2次即可。

圖5 提取次數(shù)對蝦油提取率的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)曲面回歸方程的建立及方差分析

響應(yīng)曲面分析結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)際測定值對表2中的數(shù)據(jù)采用逐步回歸擬合，得到提取率(%)對乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)，液料比(B)，提取溫度(C)［u4］的響應(yīng)模型如下∶

提取率=10.73+0.12A+0.65B－0.072C－0.43A2－0.56B2+0.027C2－0.31AB+0.012AC－0.033BC

對所建的模型進(jìn)行方差分析(見表3)。

表3 蝦油提取率回歸方程各項(xiàng)方差分析

由表3可知，模型的F值為21.93，相關(guān)系數(shù)為0.965 7，提取率預(yù)測模型達(dá)到極顯著水平(P=0.965 7)，而且失擬項(xiàng)不顯著(P=0.072)，表明在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，模型能夠很好地表明各因素值和提取率值之間的關(guān)系。從三因素對提取率的影響來看，一次項(xiàng)B(液料比)對模型的影響極顯著(P＜0.000 1)，B和C對提取率的影響不顯著(P=0.099 4，0.282 7)，而AB間(乙醇濃度和液料比)交互作用影響十分顯著(P＜0.01)，AC和BC間交互作用不顯著(P＞0.05)。二次項(xiàng)A2和B2對提取率有極顯著的影響(P=0.001 6，0.000 3)。

2.2.2 交互作用對響應(yīng)值結(jié)果影響分析

根據(jù)響應(yīng)面分析可知，A(乙醇體積分?jǐn)?shù))和B(液料比)之間的交互作用極顯著，因此固定模型中的因素C(提取溫度)為0(中心值，50℃)水平，得到2個因素交互作用對提取率的影響，并根據(jù)模型繪制三維曲面圖，見圖6。

由圖6可見，兩者交互作用很明顯，在提取液料比不變的情況下，隨著乙醇濃度的增加，提取率呈先增長后變緩的趨勢;乙醇濃度不變的情況下，隨著液料比的增加，提取率增加，向+1水平偏移。液料比高和乙醇濃度高的情況下，蝦油的提取率較高，2個因素的最優(yōu)值均向+1水平偏移。

2.2.3 最佳工藝參數(shù)確定及驗(yàn)證

圖6 乙醇濃度和液料比之間的交互作用圖

通過軟件分析，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為78.88%，液料比為6.65∶1，提取溫度為40℃，提取率達(dá)到最大值為11.04%。按實(shí)際生產(chǎn)，可將各因素固定在80%，6.6∶1，提取溫度為40℃，在此基礎(chǔ)上做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)際提取率為10.96%，與理論值接近。

2.3 精煉蝦油的脂肪酸測定結(jié)果

衡量油脂營養(yǎng)價值高低的2個指標(biāo)是不飽和脂肪酸和必需脂肪酸的含量［7］。表4列出了蝦油脂肪酸組成測試結(jié)果，從蝦油中共檢測到脂肪酸14種，共為80.41%，其他未知成分19.59%。其中飽和脂肪酸4種，占總脂肪酸的47.98%;不飽和脂肪酸9種，占總脂肪酸的52.02%(單不飽和脂肪酸含量達(dá)到33.08%，多不飽和脂肪酸含量達(dá)到18.94%)，順式脂肪酸含量占不飽和脂肪酸含量高達(dá)95.65%。必需脂肪酸中亞油酸和亞麻酸含量占總脂肪酸的17.26%，EPA和DHA含量占多不飽和脂肪酸含量的7.35%，說明油脂具有很好的營養(yǎng)價值。

表4 蝦油脂肪酸組成結(jié)果

2.3 精煉蝦油的氧化穩(wěn)定性結(jié)果

不同種類的油脂氧化穩(wěn)定性，取決于脂肪酸飽和程度的高低及本身含有的抗氧化物質(zhì)的多少。利用Rancimat測定儀，可快速并且直觀地反映各種油脂的氧化穩(wěn)定性。表5列出了蝦油的誘導(dǎo)時間，以自制豬油作為對照，從表5中可以看出抗氧化性蝦油的誘導(dǎo)時間為0.86h，低于豬油，這是由于蝦油有較高的不飽和脂肪酸含量(47.98%)所致，因此在利用蝦油的過程中要考慮添加抗氧化物質(zhì)以延長蝦油的保質(zhì)期。

表5 蝦油氧化性誘導(dǎo)時間

3 結(jié)論

(1)通過蝦油提取單因素設(shè)計(jì)和響應(yīng)面優(yōu)化得到蝦油提取的預(yù)測模型為:提取率(%)=10.73+0.12A+ 0.65B－0.072C－0.43A2－0.56B2+0.027C2－0.31AB+0.012AC－0.033BC;最佳提取條件為:乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)78.88%，液料比(B)6.65，溫度(C)40℃，提取時間1h，提取次數(shù)2次。優(yōu)化提取條件得到最佳提取率預(yù)測值為11.04%，實(shí)測值為10.96%。

(2)通過對精煉蝦油的脂肪酸分析，從蝦油中共檢測到脂肪酸14種，其中飽和脂肪酸4種，占總脂肪酸的47.98%;不飽和脂肪酸9種，占總脂肪酸的52.02%(單不飽和脂肪酸含量達(dá)到33.08%，多不飽和脂肪酸含量達(dá)到18.94%)，順式脂肪酸含量占不飽和脂肪酸含量高達(dá)95.65%。必需脂肪酸中亞油酸和亞麻酸含量占總脂肪酸的17.26%，ω-3脂肪酸(EPA和DHA)含量占多不飽和脂肪酸含量的7.35%，說明油脂具有很好的營養(yǎng)價值。

(3)精煉蝦油的誘導(dǎo)時間為0.86h，其抗氧化性較差，因此考慮在產(chǎn)業(yè)化時添加抗氧化劑以利于蝦油的貯藏和利用。

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