超聲波輔助法提取鵝肥肝油工藝的研究

侯 杰 王寶維， 葛文華 張名愛 岳 斌 史雪萍 陳 晨 韓海娜

(青島農業大學食品科學與工程學院1，青島 266109)

(青島農業大學優質水禽研究所2，青島 266109)

鵝肥肝油是指利用萃取的方法從經過填飼技術生產的鵝肥肝中提取的油脂。鵝肥肝中富含人體所需的不飽和脂肪酸、卵磷脂、三酰甘油以及各種微量元素等營養成分，不飽和脂肪酸含量較高，占總脂肪酸含量的65% ～68%［1－3］，其具有延緩衰老、降低血脂、軟化血管等作用。王偉偉等［4］研究發現鵝肥肝對大鼠高脂血癥具有修復作用。鵝肥肝所含有的人體必需脂肪酸——亞油酸［5］，人體不能自身合成，只能靠從外界攝取。因此，鵝肥肝油的提取對滿足不同消費群體的需要具有重要意義。目前，動物產品油脂的提取方法耗時長，溫度高，很容易使含有的不飽和脂肪酸發生氧化，使油脂的營養和經濟價值降低，不能盲目照搬用于鵝肝油的提取。因此，有必要提供一種更有效的鵝肥肝油的提取方法。超聲波提取技術是一項利用超聲波的空化作用、機械作用和熱效應來輔助提取指定物質的一項提取技術，該技術具有提取時間短、提取效果強、提取充分等特點，在油脂、蛋白質及植物活性物質提取，土壤中殺蟲劑的提取及蔬菜農殘的檢測等多方面得到應用［6－9］。在油脂提取方面已在如石榴籽油［10］、杏仁油［11］、獼猴桃籽油［12］、大豆油［13］等多種油脂的提取方面得到廣泛應用。王欣等［14］研究了超聲波輔助提取豐年蟲油的工藝，結果表明:在超聲功率為150 W、溫度60℃、時間40 min、料液比為1∶10時收率可達到較高收率，且與索氏提取方法相比較，超聲提取的油脂的各項指標均較好。劉云等［15］利用超聲波輔助提取了桃仁油，結果表明在提取溫度為57℃、時間為68 min、料液比為1∶10、功率160 W 時達到最優的收率。Qing－An Zhang等［16］研究了超聲波法提取杏仁粉油脂的工藝，結果表明，提取的最佳條件為溫度51℃、提取時間55 min、料液比19∶1、超聲波頻率為40 kHz。本研究利用超聲波輔助提取的方法提取鵝肥肝油。試驗采用超聲波提取法，研究超聲波功率、提取時間、料液比及提取溫度對鵝肥肝油提取工藝的影響，通過響應面設計試驗篩選出提取鵝肥肝油的最佳提取工藝，并對該條件下制備的鵝肥肝油脂肪酸含量進行測定，旨在為鵝肥肝的深加工提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗主要材料與試劑

鵝肥肝:山東濰坊銀河潤雁鵝業有限公司。

1.2 試驗儀器

SY－1000E超聲波提取儀:北京弘祥隆生物技術股份有限公司;DS－1型高速組織搗碎機:上海標本模型廠;DL－4000B型大容量離心機:上海飛鴿;E－52AA旋轉蒸發器:上海亞榮生化儀器廠;HW·SY21－K型電熱恒溫水浴鍋:北京市長風儀器儀表公司;AR2104X奧豪斯Adventurer電子天平:上海啟威電子有限公司;101－2A型電熱鼓風干燥箱:龍口市先科儀器公司;

1.3 試驗設計

1.3.1 料液比(m∶V)對超聲波提取工藝的影響

試驗設定超聲波功率為200 W，超聲處理時間為10 min，處理溫度為20℃的條件下，調節鵝肥肝與石油醚的比例為 1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8 分別進行試驗，測定鵝肥肝油收率，以研究不同料液比對超聲波提取過程的影響。

1.3.2 超聲波功率對超聲波提取工藝的影響

試驗設定料液比為1∶5，超聲處理時間為10 min，處理溫度為20℃的條件下，調節超聲波處理功率為100、200、300、400、500 W 分別進行試驗，測定鵝肥肝油收率，以研究不同超聲功率對超聲波提取過程的影響。

1.3.3 超聲波處理時間對超聲波提取工藝的影響

試驗設定料液比為1∶5，超聲功率為400 W，處理溫度為20℃的條件下，調節超聲波處理時間為5、10、15、20、25 min 分別進行試驗，測定鵝肥肝油收率，以研究不同超聲處理時間對超聲波提取過程的影響。

1.3.4 超聲波處理溫度對超聲波提取工藝的影響

試驗設定料液比為1∶5，超聲功率為400 W，處理時間為 10 min，調節處理溫度為 10 、20、30、40、50℃分別進行試驗，測定鵝肥肝油收率，以研究不同超聲處理溫度對超聲波提取過程的影響。

1.3.5 響應面試驗設計

以料液比、超聲波功率、超聲處理時間和處理溫度為4個因素，每個因素設計三個水平，并以鵝肥肝油的收率為指標設計響應面試驗，以確定超聲波法提取鵝肥肝油的最佳工藝條件，試驗設計的因素水平表如表1。

表1 響應面試驗因素水平編碼表

1.3.6 與普通溶劑浸提法的對比

按照優化的超聲波提取法的最佳提取條件，以石油醚為提取劑，以浸提法為方法提取鵝肥肝油，計算收率，并與最佳條件下超聲波收率相對比。

1.4 試驗方法

1.4.1 樣品前處理方法

將試驗用鵝肥肝斬拌成均勻的小塊，放入組織搗碎機中充分搗碎，分裝至不同的保鮮袋中，并置于零下18℃冰箱內保存待用。

1.4.2 超聲波提取方法

稱取一定質量處理后的鵝肥肝置于超聲波提取儀的處理杯中，按比例加入一定量的提取溶劑并攪拌均勻，設定好提取溫度、提取時間、提取功率，打開電源進行超聲波提取。提取完成后，將提取液于3 000 r/min的條件下離心10 min后過濾，取上清液進行過濾，利用真空旋轉蒸發儀去除濾液中提取劑，再干燥獲得鵝肥肝油，并計算收率。

1.4.3 鵝肥肝油收率的計算方法

收率=鵝肥肝油質量÷鵝肥肝質量×100%

1.4.4 氣相色譜法測定脂肪酸含量

前處理方法:稱取2 mg樣品，分別加入正己烷1.5 mL、乙酸乙酯 40 μL，然后加入 NaOCH3/CH3OH 100 μL后室溫條件下甲基化20 min。置于冷凍箱靜置10 min，取出后迅速加入60 μL的草酸，離心去沉淀，并將溶液通過無水NaSO4層以吸附其中的水分。使用Agilent 7890A氣相色譜進行分析，使用FID檢測器。氣相色譜柱為CP－Sil88熔融石英毛細管柱。

測定條件:進樣口溫度為250℃，壓力為18.597 psi，進樣量為1.0 μL，不分流。載氣為氮氣，柱壓為18.597 psi。采用程序升溫，起始溫度50℃，保持此溫度1 min;以25℃/min升至200℃，保持0 min;再以3℃/min升至230℃，保持6 min。FID檢測器280℃，燃氣為氫氣、空氣，流速分別為40 mL/min、450 mL/min;助燃氣為空氣，流速為30 mL/min。

1.5 數據分析

采用Excel建立數據庫，采用Design expert 7軟件進行響應面分析。

2 結果與分析

2.1 料液比對超聲波提取過程的影響

料液比對超聲波提取過程的影響見圖1。由圖1可以看出，隨著料液比的逐漸增大，鵝肥肝油的收率逐漸上升，但當料液比達到1∶5以后，再升高料液比收率則趨于平穩;因此，選取料液比分別為1∶4、1∶5、1∶6進行試驗。

圖1 料液比與收率關系

2.2 超聲功率對超聲波提取過程的影響

超聲功率對超聲波提取過程的影響見圖2。由圖2可知，隨著超聲波功率的增加，鵝肥肝油的收率呈現逐漸升高的趨勢，但當功率達到400 W以后，繼續提高超聲功率，收率不升反降;因此，選取超聲波功率分別為300、400、500 W進行試驗。

圖2 超聲波功率與收率關系

2.3 提取時間對超聲波提取過程的影響

提取時間對超聲波提取過程的影響見圖3。由圖3可知，隨著超聲波處理時間的不斷延長，鵝肥肝油的收率不斷提高。當處理時間達到10 min后，再延長處理時間鵝肥肝油的收率不再升高，而是基本趨于平穩;因此，選取提取時間分別為5、10、15 min進行試驗。

圖3 提取時間與收率關系

2.4 提取溫度對超聲波提取過程的影響

提取溫度對超聲波提取過程的影響見圖4。由圖4可知，當溫度在10～40℃時，鵝肥肝油收率隨著溫度的升高呈現不斷上升的趨勢。但當溫度超過40℃時鵝肥肝的收率呈現下降趨勢。而且在試驗過程中發現，溫度在50℃時，由于加熱棒加熱過程中時間較長局部溫度過高，容易造成鵝肥肝的焦糊及局部溶劑的大量揮發，這不利于鵝肥肝油的提取;因此;試驗選取溫度分別為35、40、45℃進行試驗。

圖4 提取溫度與收率關系

2.5 超聲波輔助法提取鵝肥肝油最佳工藝的優化

2.5.1 響應面試驗方案及結果

表2 響應面方案及結果

續表

2.5.2 響應面回歸模型的建立與分析

通過響應面軟件Design expert 7.0.0對試驗結果進行分析得出其線性回歸方程如下:Y=65.31+1.85A+5.41B+2.39C+0.47D －0.060AB －1.43AC－1.02AD+1.96BC －1.91BD+0.83CD －1.32A2－8.31B2－2.19C2－1.35D2

對上述響應面試驗進行方差分析，結果如表3。

表3 響應面方差分析表

表3表明，回歸模型整體呈極顯著(P＜0.01)，模型失擬項為0.053 5＞0.05，沒有顯著性影響，說明殘差由隨機誤差造成，且回歸方程可以代替真實點進行試驗結果的分析。模型決定系數R2=0.957，表明模型擬合度較好，可以良好的描述此試驗。一次項對試驗影響大小排序為B＞C＞A＞D，即:超聲波功率＞超聲處理時間＞料液比＞超聲處理溫度，其中超聲波功率對試驗有極顯著性影響(P＜0.01)，超聲處理時間和料液比對試驗有顯著性影響(P＜0.05)。交互項中BC和BD顯著性較好，說明超聲波功率和超聲處理時間，超聲波功率和處理溫度的相互作用對收率的影響較大。經Design expert 7.0軟件分析后，得出超聲波法提取鵝肥肝油的最佳工藝條件為:料液比1∶5，超聲波功率為400 W，提取時間為11 min，提取溫度為35℃，在此條件下鵝肥肝油的收率為67.44%。在最佳條件下重復3次驗證試驗，鵝肥肝油的收率分別為 66.59%、66.08%、65.93%，均在65%以上，與優選條件相差不大。

圖5 響應面分析圖

2.6 與普通溶劑浸提法對比

在相同條件下與普通的溶劑浸提法相比較，超聲波提取法收率比溶劑浸提法高22.4%(表4)。

表4 溶劑浸提法與超聲波提取法的對比

2.7 氣相色譜法測定鵝肥肝油中脂肪酸含量

由圖6標準品脂肪酸GC圖譜、圖7超聲波提取法提取的鵝肥肝油脂肪酸成分GC圖譜和表5可知，鵝肥肝油中脂肪酸以不飽和脂肪酸為主，其所占比例在71%以上，其中棕櫚酸(C16∶0)25.08%、棕櫚烯酸(C16∶1)4.25%、油酸(C18∶1)56.28%、肉豆蔻酸(C14∶0)0.83%和亞油酸(C18∶2)1.50%;飽和脂肪酸主要為硬脂酸為11.78%。

圖6 標準品脂肪酸圖譜

圖7 鵝肥肝油脂肪酸圖譜

表5 鵝肥肝油中脂肪酸成分

3 討論

3.1 料液比對超聲波提取鵝肥肝油的影響

料液比是影響超聲波提取過程的重要因素，隨著提取劑用量的增加，鵝肥肝油的收率相應的上升，這是因為相對于提取物，提取劑使用量越大，溶液的滲透壓也會越大，這有利于油脂的滲出，而且溶劑量的增大也增加了鵝肥肝油與石油醚的接觸面積。但是當料液比達到一定數值后鵝肥肝油的收率則趨于穩定，這是因為溶液體系中的滲透壓已經趨于平衡，大部分的鵝肥肝油已經滲出，提取劑的增加對收率影響不大［17－18］。

3.2 超聲波功率對超聲提取鵝肥肝油的影響

一般認為，超聲波主要依靠三大效應的相互作用發揮功效，這三大效應是指機械效應、空化效應和熱效應［19－20］。超聲波的機械作用對試驗樣品有很強大的破壞作用，會使組織變形，促使內部物質釋放和溶解。空化效應是液體中空化泡的生長和崩潰的過程，這種作用過程中空化泡的崩潰會產生瞬時壓力，造成物質的破裂和釋放。

超聲波功率與超聲波的機械效應和空化效應有著密切的關系［21］。超聲波功率越大，所產生的機械效應和空化效應越強烈，鵝肥肝油的釋放和擴散速度也就越快，因此鵝肥肝油的收率也會隨之上升。但是當超聲波功率達到一定值以后，鵝肥肝油的收率也相應趨于平穩甚至下降，首先這是因為鵝肥肝內外的滲透壓已經趨于平衡，提高功率對鵝肥肝油的滲出作用不大。其次，隨著功率的增大，體系的溫度也會在一定的范圍內升高，造成溶劑的揮發。而且超聲波功率過大會引起鵝肥肝油內部結構的破壞，造成收率不升反降。

3.3 提取時間對超聲波提取鵝肥肝油的影響

超聲波處理時間是影響提取效果的又一個因素，隨著處理時間延長鵝肥肝油的收率不斷上升，某段時間后趨于平穩。這是因為在超聲波處理初期提取液中滲透壓較大，隨著處理時間的延長鵝肥肝油在石油醚中得到充分的擴散，因此收率相應上升。某段時間后溶液中滲透壓逐漸達到平衡，收率也相應趨于平穩。

3.4 提取溫度對超聲波提取鵝肥肝油的影響

隨著溫度的不斷升高，鵝肥肝油的收率不斷上升，這是因為溫度的升高加大了溶劑分子和鵝肥肝油分子的動能，使鵝肥肝油分子更快速充分的擴散到石油醚溶液中，這有利于提取。但是當溫度超過某個值時收率不升反降，這一方面是應為隨著溫度的升高溶劑揮發不段加快，降低了溶液的料液比。另一方面由于加熱棒加熱過程中局部溫度過高，極易造成鵝肥肝的焦糊，這不僅降低了收率還影響了提取到的鵝肥肝油的品質。

3.5 超聲波提取法與普通溶劑浸提法對比

與超聲波提取法相比較，普通溶劑浸提法耗時長、所需溫度高、更易造成溶劑殘留和浪費。而超聲波提取法可以在較短的時間內達到高效提取，一般在10～20 min即可完成提取，而且需要溫度較低，可有效防止不飽和脂肪酸的氧化，大大節約了生產成本。因此，超聲波提取法是優于普通溶劑浸提法的較為理想的鵝肥肝油提取方法。

4 結論

4.1 利用響應面法確定的超聲波法提取鵝肥肝油的最佳工藝為:料液比1∶5，超聲波功率為400 W，提取時間為11 min，提取溫度為35℃，鵝肥肝油的收率為67.4%，比溶劑浸提法提高22.22%。

4.2 氣相色譜法測定結果表明，鵝肥肝油中不飽和脂肪酸占71%以上，以棕櫚酸(C16∶0)(25.08%)、棕櫚烯酸 (C16∶1)(4.25%)、油酸 (C18∶1)(56.28%)、肉豆蔻酸(C14∶0)(0.83%)和亞油酸(C18∶2)(1.50%)為主;飽和脂肪酸主要為硬脂酸(11.78%)。

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