南極磷蝦油脫砷效果

朱子豪，鄧尚貴*，李鈺金，霍健聰，王金梅，徐燕娟

1. 浙江海洋大學(xué)食品與藥學(xué)學(xué)院（舟山 316000）；2. 山東泰祥食品股份有限公司（榮成 264300）

南極磷蝦是廣泛生活在南極海域附近的一種小型蝦類，具有資源保有量大、更新速度快、可捕撈資源大等特點(diǎn)，目前已成為各發(fā)達(dá)漁業(yè)國(guó)的重要捕撈對(duì)象[1]。我國(guó)在2010年始正式開啟南極磷蝦的商業(yè)捕撈活動(dòng)，近年來南極磷蝦產(chǎn)量穩(wěn)定維持在8萬 t左右，南極磷蝦已成為我國(guó)重要的遠(yuǎn)洋漁業(yè)作業(yè)目標(biāo)，國(guó)內(nèi)也建立了以磷蝦油精深加工為代表的南極磷蝦加工利用產(chǎn)業(yè)鏈[2]。

南極磷蝦主要生活在南極附近的近表淺海，獨(dú)特的生活環(huán)境賦予其高蛋白、高脂肪、高礦物元素含量等性質(zhì)，尤其是低溫生長(zhǎng)環(huán)境使其體內(nèi)富含單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸[3]。由于南極磷蝦體內(nèi)砷、氟等有害元素含量較高，這給南極磷蝦的利用帶來諸多困難。尤其是富集于磷蝦油內(nèi)的砷，更成為困擾南極磷蝦油產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵問題。目前，關(guān)于南極磷蝦精深加工的研究多集中于磷蝦油的提取精煉、南極磷蝦中氟的脫除等方面，而對(duì)磷蝦油中的砷的存在形式及脫除方法的研究基本處于一片空白[4-6]。基于這一背景，試驗(yàn)在確定南極磷蝦油中砷的存在形式的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了砷的脫除方法和殘留砷的形態(tài)及含量，為磷蝦油資源的充分利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

南極磷蝦粗油（浙江海力生生物科技股份有限公司提供）；不同種類活性沸石（孔目≥100），國(guó)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑有限公司；砷標(biāo)準(zhǔn)品、丙酮、氫氧化鈉等試劑（均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑有限公司，分析純）。

原子熒光光度計(jì)（AFS-9780型，北京海光儀器有限公司）；振蕩器（Multi Reax，德國(guó)Heidolph公司）；低溫高速冷凍離心機(jī)（Allegra 64 R，美國(guó)貝克曼庫爾特有限公司）；紫外可見分光光度計(jì)（UV-2700，日本島津中國(guó)有限公司）；色差儀（6051型，美國(guó)Microptix公司）；其余均為實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 活性沸石的篩選和確定

取一定量沸石置于磷蝦油中，恒溫振蕩2 h后過濾、干燥，沸石經(jīng)粉碎后測(cè)定砷的含量。

1.2.2 磷蝦油脫砷流程

精確量取50 mL磷蝦油，與一定量活性沸石混合后置于振蕩器中，在一定條件下振蕩一段時(shí)間后過濾分離，得到脫砷磷蝦油。

1.2.3 脫砷條件單因素試驗(yàn)

磷蝦油具體脫砷條件如下：

1) 料液質(zhì)量比：在50 ℃條件下，設(shè)料液質(zhì)量比分別為1∶0.1，1∶0.2，1∶0.3，1∶0.4和1∶0.5，恒溫水浴3 h。

2) 溫度：當(dāng)料液質(zhì)量比為1∶0.2時(shí)，水浴加熱溫度分別設(shè)為45，50，55，60和65 ℃，恒溫水浴3 h。

3) 脫砷時(shí)間：在50 ℃，料液質(zhì)量比1∶0.2的條件下，水浴加熱時(shí)間分別為1，2，3，4和5 h。

1.2.4 南極磷蝦油總砷及無機(jī)砷測(cè)定

砷的檢測(cè)參照GB 5009.11—2014《食品中總砷及無機(jī)砷的測(cè)定》執(zhí)行，其中：

1.2.5 南極磷蝦油色度鑒定

磷蝦油色度鑒定參照GB/T 5492—2008《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料的色澤、氣味、口味鑒定》。

1.2.6 砷賦存形態(tài)測(cè)定[7]

1) 樣品前處理：精確稱取3 mL（精確至0.01 mL）南極磷蝦油樣品，移入15 mL離心管中，再置于6 mL 90%甲醇中超聲溶解，在4 ℃條件下靜置5 min后吸取0.5 mL上清液，用SepPak C18柱（1 000 mg）洗脫（洗脫液為50%甲醇）。然后收集洗脫液，減壓濃縮后加超純水（0.22 μm膜過濾）定容至5 mL，以10 000 r/min離心5 min，最后將上清液以0.22 μm濾膜過濾后進(jìn)行ICP-MS分析。

2) ICP-MS工作條件：射頻功率為1 600 W，射頻電壓為1.80 V，載氣為高純He，采樣深度為10.0 mm，載氣流量為1.05 L/min，碰撞池氦氣流量為4.0 mL/min，霧化室溫度設(shè)為2.0 ℃，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為0.5 r/min，As積分時(shí)間為0.3 s，重復(fù)3次。

3) 色譜條件：Dionex IonPac As19陰離子交換柱（250 mm×4 mm，10 μm）及保護(hù)住（50 mm×4 mm）；ASRS 300 4 mm陰離子抑制器；進(jìn)樣量為100 μL，進(jìn)樣流速為1.0 mL/min；流動(dòng)相為38 mmol/L Na2CO3-15 mmol/L C2H3NaO2，流動(dòng)相流速為1.0 mL/min；柱溫為21 ℃；進(jìn)樣體積為25 μL。

與標(biāo)準(zhǔn)物保留時(shí)間對(duì)照，對(duì)砷的化合物進(jìn)行定性分析。方法以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的保留時(shí)間對(duì)南極磷蝦萃取物以及南極磷蝦油中的砷的化合物進(jìn)行定性分析，以標(biāo)準(zhǔn)品的標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)不同形態(tài)的砷進(jìn)行定量分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 活性沸石的篩選和確定

沸石具有天然的多空疏松層結(jié)構(gòu)，比表面積大，對(duì)鉛、汞、砷等多種重金屬具有極強(qiáng)的吸附能力。由表1可知，不同沸石對(duì)砷均有較好的吸附能力，其中活性沸石吸附能力優(yōu)于原石，而吸附能力最強(qiáng)的是鈣型沸石，鈉型沸石吸附能力其次。為確保南極磷蝦油中砷的脫除，同時(shí)確保脫除過程盡量不引入容易引起油體渾濁和沉淀的高價(jià)金屬離子，因而確定采用吸附能力較強(qiáng)的鈉型沸石作為脫砷沸石。

表1 不同活性沸石對(duì)南極磷蝦油中砷的吸附效果

2.2 活性沸石脫砷工藝確定

圖1～圖3分別是料液質(zhì)量比、脫砷溫度和脫砷時(shí)間對(duì)脫砷率的影響。由圖1可知，隨著料液質(zhì)量比的增大，脫砷率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其中1∶0.3的脫砷效果最好，達(dá)到88.86%；而隨著料液質(zhì)量比再增大，脫砷率反而降低，這可能是達(dá)到吸附飽和的鈉型沸石在砷溶液中會(huì)出現(xiàn)由于持續(xù)振蕩導(dǎo)致的已吸附的砷元素從沸石表面剝離的情況。脫砷時(shí)間對(duì)脫砷率的影響見圖2，脫砷率與時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系，時(shí)間越長(zhǎng)，脫砷效果越好，但當(dāng)脫砷時(shí)間達(dá)到4 h后，單位脫砷時(shí)間的增加幅度越來越低，因而確定脫砷時(shí)間以4 h為最優(yōu)；由圖3可知，溫度對(duì)脫砷率同樣影響較大，呈現(xiàn)典型的峰狀，表明溫度過低或過高都對(duì)脫砷率不利，50 ℃是最佳脫砷溫度。

2.3 脫砷對(duì)南極磷蝦油色度的影響

表2～表4分別為料液質(zhì)量比、脫砷溫度和脫砷時(shí)間三因素對(duì)脫砷率測(cè)定時(shí)對(duì)色澤的影響，磷蝦油測(cè)定結(jié)果采用色差儀測(cè)定樣品的L*、a*、b*值表示，其中，L*表示亮度，a*表示紅值，b*表示黃值。從結(jié)果可以看出，當(dāng)料液質(zhì)量比為1∶0.3時(shí)，隨著料液質(zhì)量比的增大，磷蝦油紅度基本不變，而亮度上升幅度逐漸減小，從生產(chǎn)成本和脫砷率角度考慮，1∶0.3為最佳料液質(zhì)量比；從表3和表4可以看出，當(dāng)脫砷時(shí)間為4 h，脫砷溫度為50 ℃時(shí)，磷蝦油的紅度和亮度均較為穩(wěn)定，隨時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升降變化不明顯，色差檢測(cè)結(jié)果同脫砷率工藝結(jié)果相同，因而確定出南極磷蝦油的最佳脫砷條件：料液質(zhì)量比1∶0.3、脫砷時(shí)間4 h、脫砷溫度50 ℃。按此工藝條件處理得到的磷蝦油產(chǎn)品見圖4。

圖1 料液質(zhì)量比對(duì)脫砷效果的影響

圖2 時(shí)間對(duì)脫砷效果的影響

圖3 溫度對(duì)脫砷效果的影響

表2 料液質(zhì)量比對(duì)南極磷蝦油色澤的影響

表3 時(shí)間對(duì)南極磷蝦油色澤的影響

表4 脫砷溫度對(duì)南極磷蝦油色澤的影響

圖4 脫砷前后南極磷蝦油色度差別

2.4 脫砷磷蝦油中砷的五種形態(tài)分析測(cè)定

對(duì)脫砷南極磷蝦油進(jìn)行砷形態(tài)的分析測(cè)定，其分析結(jié)果的色譜圖如圖5所示。共檢出6種種砷化合物，分別為砷甜菜堿、二甲基砷酸、一甲基砷酸、三價(jià)砷、五價(jià)砷和另外一種含砷的化合物。如表5所示，其中砷甜菜堿（AsB）的含量最高，達(dá)到6.491±0.021 mg/kg，占總砷含量的88.21%；其次是含量為0.522±0.015 mg/kg的二甲基砷酸（DMA）和含量為0.034±0.009 mg/kg的一甲基砷酸。這三種檢測(cè)出的有機(jī)砷含量超過總砷含量的95.69%。而檢測(cè)出的兩種無機(jī)砷亞砷酸、砷酸含量總計(jì)約為0.037 mg/kg，僅占總砷含量的0.50%。砷的毒副作用主要以三價(jià)態(tài)的形式體現(xiàn)，而有結(jié)果顯示，砷甜菜堿在大部分海產(chǎn)品中均有存在，是海洋生物中砷元素的主要存在形式[8-9]。而眾多研究表明砷甜菜堿的安全性極高，對(duì)人體無毒無害[10-12]。從檢測(cè)結(jié)果來看，經(jīng)脫砷處理后的南極磷蝦油中絕大部分砷都以安全性較高的形態(tài)出現(xiàn)，這極大地提高了南極磷蝦油的食用安全性，保障了磷蝦油作為食品或原料的應(yīng)用前景。

圖5 南極磷蝦油中五種砷化物色譜圖

表5 南極磷蝦油中五種形態(tài)砷化合物含量

3 結(jié)論

1) 鈉型沸石對(duì)砷的吸附能力較好，且不引入引起磷蝦油渾濁的高價(jià)離子。

2) 南極磷蝦油的最佳脫砷工藝為：料液質(zhì)量比1∶0.3、脫砷時(shí)間4 h、脫砷溫度50 ℃。經(jīng)此條件處理的磷蝦油色澤較為清亮，透明度高，外觀接近商品磷蝦油，品質(zhì)較好。

3) 經(jīng)脫砷處理后的南極磷蝦油中砷含量顯著降低，且絕大部分砷都以有機(jī)砷的形式存在，磷蝦油的食品安全性高。