超聲波輔助提取章魚內臟油脂的研究

李嬌，劉曉涵，王雪靜，周暢，李希羽，智童心，桑亞新

（河北農業大學食品科技學院，河北保定071000）

章魚（octopus）也叫八爪魚，主要分布于淺水中，其肉嫩味美，營養豐富，是一種典型的海洋生物[1-2]。據統計，2016 年我國的章魚捕撈量達13.7 萬噸[3]。章魚作為重要的海洋水產資源，同樣有非常高的生物價值[4]。章魚的蛋白質、牛磺酸以及油脂含量高，脂肪含量較低，氨基酸含量豐富[5-7]。章魚的內臟是不可食用的部分，也是其加工過程中產生的最多的副產物，含量占50%以上[8-10]，并且其中含有豐富的脂肪酸。脂肪酸對人體的健康頗有益處，它能夠有效降低膽固醇、血糖濃度和血液黏度，同時還可以預防由膽固醇高引起的一些疾病。目前關于章魚內臟中油脂提取的報道較少，其所含有的豐富的脂肪酸的功效也沒有得到充分體現。而章魚內臟中所含有的多不飽和脂肪酸容易氧化變質，在沒有得到有效處理時容易造成資源浪費和環境的污染。因此研究從章魚內臟中提取油脂的工藝對減少環境污染和資源浪費，以及創造經濟價值和社會效益具有重要意義。

目前，提取油脂的方法有稀堿水解法、溶劑提取法和酶水解法。稀堿水解法操作較簡單，但提取率也相對較低；酶水解法的提取效率高，成本也高；溶劑提取法操作容易，提取率高，成本也低，因此應用最為廣泛。張欽通過綜合比較3 種常用方法對魷魚內臟脂肪酸提取率的影響，最終選擇有機溶劑法[11]。孟瑤瑤采用乙醚做提取劑，通過響應面試驗法優化獅頭柑籽油的提取條件，獲得脂肪酸的最佳提取率為37.61%[12]。同時超聲波作為一種高頻機械振蕩波，可以強化萃取速率，縮短提取時間，減少溶劑用量，提高脂肪酸的提取率[13]。Ramandi Negin Fasih 等通過微波輔助提取羅漢果中的脂肪酸，使提取率得到有效提高[14]。

本試驗采用超聲輔助有機溶劑法提取章魚內臟中油脂，并通過單因素和響應面試驗優化提取條件，以期為章魚內臟的深加工和高值化綜合利用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

章魚肝臟：唐山豐瑞水產食品有限公司；乙酸乙酯、正己烷、石油醚、環己烷、異丙醇（均為分析純）：國藥集團。

1.2 儀器與設備

JJ-2B 組織搗碎勻漿機：金壇市醫療儀器廠；RE-52A 型旋轉蒸發儀：西安安泰儀器有限公司；HH-2 型恒溫水浴鍋：常州市易晨儀器有限公司；TGL-16M 臺式高速冷凍離心機：長沙易達儀器公司；SK5200H 超聲清洗儀：上海科導超聲儀器；FA2004 電子天平：上海舜宇有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 油脂的提取和測定

1.3.1.1 提取方法

章魚剪碎后于組織勻漿機中搗碎，加入提取溶劑并調節至固定料液比，超聲輔助提取一定時間，與水浴鍋中溫熱，最后過濾去除沉淀，收集濾液，進行真空濃縮，即得內臟油脂。工藝流程如下：

章魚肝臟組織勻漿→加入有機溶劑浸提→離心分離→取上清液→濃縮→萃取→章魚內臟油脂

油脂提取率/%=提取章魚內臟油脂的質量（g）/原料中章魚內臟的質量（g）×100

1.3.1.2 油脂的基本成分的測定

水分的測定：參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》；粗脂肪的測定：參照GB 5009.6-2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》。

1.3.1.3 提取劑的選擇

根據油脂的極性大小的不同，分別選擇油脂提取中常用的正己烷、石油醚、乙酸乙酯、環己烷、異丙醇5 種提取溶劑，經超聲提取30 min 后，在料液比1 ∶6（g/mL），提取溫度 60 ℃，提取時間 1 h 的條件下提取章魚內臟殘渣中的油脂含量，比較不同溶劑的提取效率，選擇最佳提取溶劑。

1.3.2 單因素試驗

1.3.2.1 料液比對提取效果的影響

取章魚內臟殘渣120 g，剪碎后勻漿10 min，分成6 份，分別編號 1 號～6 號，超聲輔助提取 30 min，在提取溫度60 ℃，提取時間1 h 條件下，按料液比1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、1 ∶8（g/mL）進行試驗，測定各樣品脂肪酸的提取率。

1.3.2.2 提取溫度對提取效果的影響

取章魚內臟殘渣100 g，剪碎后勻漿10 min，平均分成5 份，分別編號1 號～5 號，超聲輔助提取30 min后，在提取時間為 1 h，料液比 1 ∶6（g/mL）的條件下，按提取溫度 30、40、50、60、70 ℃進行試驗，測定各組分脂肪酸的油脂。

1.3.2.3 提取時間對提取效果的影響

取章魚內臟殘渣120 g，剪碎后勻漿10 min，平均分成6 份，分別編號1 號～6 號，經超聲輔助提取30 min后，在料液比 1 ∶6（g/mL），提取溫度 60 ℃，按提取時間0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h 進行試驗，測定各組分油脂的提取率。

1.3.2.4 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，利用Box-Behnken Design設計原理，以料液比、提取溫度、提取時間為3 個因素，每個因素選擇3 個水平進行響應面試驗優化分析，試驗因素水平設計見表1 所示。

表1 響應面試驗法的因素水平編碼表Table 1 Independent variables and their levels used in the response face design

1.4 數據分析

試驗結果均重復3 次取平均值，采用Excel 2007進行分析，并采用Design Expert 10.0.0 統計軟件進行響應面設計及方差分析。

2 試驗結果與分析

2.1 章魚的含水量以及油脂含量

通過真空冷凍干燥測定章魚內臟含水量為76.25 g/100 g，依據GB 5009.6-2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》測定章魚內臟粗脂肪含量15.2 g/100 g，換算為濕重粗脂肪含量為3.61 g/100 g。

2.2 不同提取溶劑對提取效果的影響

不同提取溶劑對章魚內臟油脂提取率的影響見圖1。

圖1 不同提取溶劑對章魚內臟油脂提取率的影響Fig.1 Effects of different extraction solvents on the extraction rate of visceral fatty acids in octopus

正己烷、石油醚、乙酸乙酯、環己烷以及異丙醇對油脂的提取率分別為67%、56%、72%、41 %、67 %。提取率的大小順序依次為乙酸乙酯＞正己烷=異丙醇＞石油醚＞環己烷。同時相比于其他幾種有機溶劑來說，乙酸乙酯的毒性較低，溶解性較好，生產成本也較低，因此本研究采用乙酸乙酯作為章魚內臟中油脂的提取溶劑，這與郭正昭的研究結果一致[15]。

2.3 油脂提取的單因素試驗

2.3.1 料液比對提取效果的影響

料液比對油脂提取率的影響如圖2 所示。

圖2 料液比對提取效果的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on extraction

如圖2 可知，隨著溶劑體積的增加，油脂的提取率也增加，當料液比為1 ∶7（g/mL）時，油脂提取率達到最大，此后，增大溶劑體積，提取率趨于穩定變化幅度小。這是因為提取溶劑的增加有利于章魚內臟油脂的溶出，而當溶劑體積持續增大時，需要足夠多的溶劑來支持油脂的提取，因而使得后期提取率變化的減小。綜合考慮生產效率及成本，本試驗選擇料液比1 ∶7（g/mL）作為油脂提取的最優料液比。

2.3.2 提取溫度對提取效果的影響

提取溫度對油脂提取效果的影響如圖3 所示。

圖3 提取溫度對提取效果的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction efficiency

溫度對超聲提取率有重要影響[16]，由圖3 可知，油脂的提取率隨著溫度的升高，提取率呈現先上升后下降的趨勢，溫度為50 ℃時，油脂的提取率達到最大為79%。溫度超過50 ℃時，提取率隨著溫度的上升不斷下降，這是因為當溫度上升到50 ℃后，加速了提取試劑的揮發，使得提取率降低。因此，本研究選擇50 ℃為提取溫度。該結果與蔣新龍采用超聲法提取八角金盤籽油的結果一致[17]。

2.3.3 提取時間對提取效果的影響

提取時間對油脂提取效果影響見圖4。

圖4 提取時間對提取效果的影響Fig.4 Effect of extraction time on extraction effect

由圖4 可知，油脂的提取率隨提取時間的增加，呈現出先上升后趨于穩定的趨勢。提取時間在0.5 h～3.0 h 范圍內，油脂提取率隨時間的增加而增加，在2.0 h 達到最大為80%。繼續增加提取時間，提取率變化不明顯。這是因為較長時間提取會使有機溶劑損失，從而造成提取率的降低。因而本試驗選擇最佳提取時間2.0 h。

2.4 油脂提取的響應面試驗

2.4.1 響應面試驗結果

根據Design Expert 軟件中的BBD 試驗原理，以油脂的提取率作為指標，研究料液比（A）、提取溫度（B）、提取時間（C）對提取率的影響，響應面試驗法的設計和結果見表1。

表1 響應面試驗設計結果Table 1 Response surface methodology（RSM）design resluts

對試驗所得數據進行擬合，得到如下二元回歸方程：Y=-35.158 75-1.194 38A+4.021 19B+6.797 50C+0.096 625AB+0.868 75AC+0.024 125BC-0.421 25A2-0.042 875B2-2.842 50C2。表2 為方差分析表。

表2 響應面回歸模型的方差分析表Table 2 Regression model and analysis of variance

由表 2 可知，該模型達到極顯著水平（P＜0.01），其中提取溫度和提取時間對油脂提取率的影響為極顯著；料液比對油脂的提取率的影響顯著。方差分析結果顯示，各因素對油脂提取率的影響順序為：提取溫度＞提取時間＞料液比。該模型的失擬項不顯著（P＞0.05），說明了試驗的誤差小，擬合程度良好，可以用于油脂提取結果的預測。

2.4.2 響應面分析

各因素對油脂提取率影響的響應面圖和等高線圖見圖5。

圖5 兩因素的交互作用對提取率的響應面圖和等高線圖Fig.5 Response surface plots and contour maps of variable parameters on the interaction rate

響應面曲面的陡峭成都表示因素對油脂的影響情況。等高線圖表示兩因素之間交互作用的強弱程度。等高線為橢圓時表示兩種因素之間的交互作用強，等高線為圓形時表示兩種因素之間的交互作用較弱。等高線的密集程度也可以表示因素的變化對脂肪酸提取率的影響程度[18]。

提取時間一定時，油脂提取率隨提取溫度和溶劑體積的增加呈現出先增加后下降的趨勢，表明在適當的料液比和提取溫度下有利于油脂的提取。在一定的料液比下，油脂提取率隨提取時間和提取溫度的增加同樣呈先增加后降低的趨勢。在提取時間和料液比的等高線圖中，沿提取溫度，等高線較密集，說明提取溫度對提取率的影響程度較大。提取溫度一定時，沿提取時間的等高線較密集，說明提取時間對提取率的影響較大。

2.4.3 最優提取條件的驗證試驗

回歸模型分析得出的乙酸乙酯提取章魚內臟殘渣中油脂的最佳工藝條件為：料液比 1 ∶7.5（g/mL），提取溫度56.36 ℃，提取時間2.62 h，該條件下油脂的提取率為82.431 9%。為了便于操作，將最佳工藝參數調整為料液比 1 ∶8（g/mL），提取溫度 56 ℃，提取時間2.6 h，在該條件下進行3 次重復試驗，求得平均提取率為81.12%，與預測值接近，表明此模型可以較好的反映3 個因素對章魚內臟中油脂提取率的影響。

3 結論

本研究比較了5 種常見油脂提取劑對章魚內臟中油脂提取率的影響，根據提取率的大小最終確定乙酸乙酯為本試驗的提取劑。采用超聲波輔助有機溶劑的方法提取章魚內臟中的油脂，通過單因素試驗和響應面試驗優化得到最佳提取條件為：超聲功率180 W，超聲輔助提取時間 30 min，料液比 1 ∶8（g/mL），提取溫度56 ℃，提取時間2.6 h，在此條件下，章魚內臟中油脂的提取率達到81.12%。本試驗對章魚加工副產物即章魚內臟的利用提供了一定的試驗思路，并為章魚內臟的高值化研究提供了理論依據。