草鱼内脏油脂的提取方法及贮藏特性研究

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(华中农业大学食品科学技术学院,湖北武汉 430070)

随着鱼类加工业的迅速发展,鱼内脏等副产物的综合利用问题也逐渐被关注。我国水产养殖业虽然发达,但水产品加工率较低,副产物作为垃圾处理给环境带来了巨大负担,而对副产物的加工却未受到重视。鱼内脏是副产物中含量较多的部分,针对鱼内脏的进一步加工有利于解决副产物处理问题。

草鱼是我国四大家鱼之一,根据罗永康[1]对7种淡水鱼肌肉和内脏中的脂肪酸的分析,草鱼内脏中脂肪酸总量及不饱和脂肪酸含量均较高,且具有一定含量的ω-6、ω-3类脂肪酸。DHA(二十二碳六烯酸)和EPA(二十碳五烯酸)是ω-3类脂肪酸的重要成分,能增强大脑的记忆力和思维能力,具有防止记忆力衰退、降低胆固醇及降低血压等功效。目前鱼油提取工艺主要有蒸煮法、稀碱水解法、萃取法、低温提油法、水酶法、酸水解法等[2],实际生产中常用的是稀碱水解法和水酶法。稀碱水解法提取率较高,工艺简单,但NaOH水解后废液的处理会增加成本、造成环境污染[3];水酶法提取鱼油不使用有机溶剂,工艺简单,提取率高,提取条件温和,对鱼油品质有较好的保护作用[4]。鱼油中的多不饱和脂肪酸在贮藏过程中易氧化成氢过氧化物,氢过氧化物进一步氧化生成短链的羰基化合物等,导致鱼油酸败变质,针对以上氧化过程有效的抑制方法有避光、避热、低温、使用除氧剂、添加抗氧化剂或真空、充氮贮存等。目前市场上采取的保藏鱼油的方法主要是微胶囊化[5],或充入足量的氮气,以减少鱼油产品中氧气的浓度,从而防止鱼油氧化。

本文对鱼油的提取工艺和保藏方法进行了研究,以草鱼内脏为原料,研究不同提取方法对鱼油品质的影响,通过分析提取率、感官评价以及理化指标,确定适宜的草鱼内脏油提取的方法。并对适宜提取方法制备的鱼油进行贮藏,将感官评价和理化指标项结合,可更加准确的反映贮藏期间鱼油品质变化,以期为开发高价值鱼油产品提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜草鱼 华中农业大学农贸市场,取现宰杀的新鲜草鱼内脏,剔除鱼胆、鱼泡;盐酸、铁氰化钾、氯仿、氢氧化钠、叔丁基对苯二酚(TBHQ)、二叔丁基对甲酚(BHT)等 分析纯,国药集团化学试剂有限公司；碱性蛋白酶(5～160×104U/g) 上海如吉生物科技。

PH试纸 Mettler Toledo公司;RE-3000型旋转蒸发器上海亚荣生化仪器厂;SF-TDL-5A离心机 上海菲恰尔分析仪器有限公司;JJ-2型组织捣碎机 常州亿通分析仪器制造有限公司;DZ400/ZD真空充气包装机 上海余特包装机械制造有限公司;SF-300塑料薄膜封口机 温州市兴业机械设备有限公司;MTN-2800D氮吹浓缩装置 天津奥特赛恩斯仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鱼油提取方法

1.2.1.1 稀碱水解法 参考谭汝成等[3]的方法并做改动。称取新鲜草鱼内脏200 g于烧杯中,匀速搅碎(400 r/min),加入200 mL蒸馏水,在水浴锅中搅拌升温至40～45 ℃,用10% NaOH调节pH至8.0～9.0,60 ℃保温30 min,加入4% NaCl溶液至草鱼内脏含量12%,60 ℃盐析15 min,4000 r/min趁热离心10 min,吸出上清液得草鱼内脏油脂。

1.2.1.2 真空提油法 称取新鲜草鱼内脏200 g于烧杯中,匀速搅碎(400 r/min),加入60 mL蒸馏水,边搅拌边水浴升温至40～45 ℃,滴加10% NaOH调pH至8.0～9.0,在真空度0.085 MPa、60 ℃条件下水解45 min,加入4% NaCl溶液至原料量12%,60 ℃盐析15 min,4000r/min趁热离心10 min,吸出上清液得草鱼内脏油脂[6]。

1.2.1.3 有机溶剂萃取法 称取新鲜草鱼内脏200 g,匀速搅碎(400 r/min)置于烧杯中,加入900 mL氯仿甲醇混合液(2∶1,v/v),充分震荡1 h,于冷冻离心机中离心,10000 r/min,3 ℃离心10 min,取氯仿层于旋蒸仪中旋蒸得鱼油[7]。

1.2.1.4 水酶法 称取200 g草鱼内脏于烧杯内,匀速搅碎(400 r/min),加等体积蒸馏水(料液比1∶1),滴加10% NaOH溶液调节pH至8.0,加入2500 U/g原料的碱性蛋白酶,放于50 ℃水浴中保温3 h,蒸馏水洗涤灭酶,以4000 r/min离心10 min,吸出上清液得草鱼内脏油脂[8-9]。

1.2.2 鱼油得率

式中:m为离心后用胶头滴管吸出鱼油的质量,g;m0为新鲜草鱼内脏的质量,g。

1.2.3 感官评定方法 气味评定方法:将鱼油滴于掌心磨擦发热,闻气味;颜色评定方法:取10 mL鱼油于试管中观察颜色;黏度评定方法:将鱼油滴在食指上,以拇指接触缓慢拉伸以判断黏稠程度;透明度评定方法:取10 mL鱼油于试管中,对着光源观察是否有悬浮物[10]。评分标准见表1。

表1 鱼油的感官评定标准(分)Table 1 Sensory evaluation of fish oil(scores)

1.2.4 理化成分检测方法 水分:重量法,参照GB 5009.3-2016;碘价:硫代硫酸钠滴定法,参照GB/T 5532-2008;酸价:氢氧化钠滴定法,参照GB 5009.229-2016;过氧化值:硫代硫酸钠回滴法,参照GB 5009.227-2016;含皂量:盐酸回滴法,参照GB/T 5533-2008。

1.2.5 贮藏条件的研究

1.2.5.1 温度对鱼油贮藏特性的影响 将提取的草鱼内脏油置于250 mL棕色试剂瓶,密封避光,分别于4、10、25、35 ℃下贮藏180 d,定期(前60 d,取样频率5～8 d/次;60 d以后,取样频率为10～15 d/次,下同)检测油样的过氧化值(POV)、酸价(AV)和感官品质。

1.2.5.2 抗氧化剂对鱼油贮藏特性的影响 将提取的草鱼内脏油置于250 mL棕色试剂瓶,分别添加0.02%TBHQ、0.02%BHT、0.1%维生素E并搅拌均匀,未添加抗氧化剂为对照组,于25 ℃下密封避光贮藏180 d,定期检测油样的POV、AV和感官品质。

1.2.5.3 包装条件对鱼油贮藏特性的影响 将提取的草鱼内脏油,分别进行真空包装(于室温下,将高温蒸煮袋内抽真空后密封)和充氮包装(于室温下,向高温蒸煮袋内通入氮气1 min后密封),空气包装为对照组,于25 ℃下避光贮藏180 d,定期检测油样的POV、AV和感官品质。

1.3 数据处理

实验中各指标均进行两次重复,每次重复进行三次平行,所有数据采用Microsoft Excel 2010与SAS 9.2软件进行数据处理和分析。显著性分析采用Duncan检验,p>0.05判定为无显著差异,p<0.05判定为差异显著。

2 结果与分析

2.1 提取方法对鱼油品质的影响

2.1.1 提取方法对鱼油感官品质的影响 由表2鱼油感官品质评分可知,真空抽提和水酶法提取的鱼油颜色纯净清亮,浑浊度低,气味良好,感官品质优于其它两种提取方法;稀碱水解法耗时最短,鱼油感官品质仅次于真空抽提法和水酶法;有机溶剂萃取法所提鱼油气味刺鼻,色泽较深,粘度高,感官品质较差。

表2 鱼油感官品质评分(分)Table 2 Sensory scores of fish oil quality(scores)

2.1.2 提取方法对鱼油得率及品质的影响 由表3不同提取方法制备鱼油的得率及品质分析可知,不同方法的鱼油得率差异显著(p<0.05),水酶法鱼油得率较高(53.67%),稀碱水解法次之,其他两种方法较低,可能是由于蛋白酶对内脏中的蛋白质进行的水解破坏了蛋白质与脂肪等物质的结合,从而更利于内脏油脂的提取。

表3 不同提取方法制备鱼油的得率及品质分析Table 3 Yield and quality of fish oil extracted with different methods

参照国家SC-T 3502-2016《鱼油水产行业标准》判断提取鱼油品质[10]:四种不同方法提取鱼油水分及挥发物均符合粗制鱼油一级标准(水分及挥发物≤0.3%)。酸价、过氧化值是反映油脂氧化程度的重要指标,其值可有效反映鱼油的贮藏品质[11]。酸价体现了游离羧酸基团的量,可反映油脂的酸败程度。有机溶剂萃取法、真空抽提法、稀碱水解法提取鱼油的酸价较高,仅达粗制鱼油二级标准(AV≤15 mg/g),而水酶法可达一级标准(AV≤8 mg/g)。油脂初级氧化产物为过氧化物,其值在油脂贮藏过程中会发生不断变化,POV表示1 kg油脂中过氧化产物的含量,可反映油脂氧化程度。有机溶剂萃取法提取鱼油的过氧化值最高,仅达精制鱼油二级标准要求(POV≤10 meq/kg),其他方法可达精制鱼油一级标准要求(POV≤5 meq/kg)。不皂化物值可以反映油脂的纯度,四种方法制备油脂的不皂化物含量均达精制鱼油一级标准(不皂化物≤1.5%)。碘价反映了油脂的不饱和程度,稀碱水解法和水酶法提取油脂的碘价达到精制鱼油指标要求(碘价≥140 g/100 g),其他方法均不达标。

综上所述,水酶法是比较理想的鱼油提取方法,提取条件为pH8.0、酶解温度50 ℃、酶解时间3 h、酶用量2500 U/g、料液比1∶1。该条件下提取的粗鱼油除酸价外,均符合精制鱼油二级标准要求(水分及挥发物≤0.2%、酸价≤3.0 mg/g、过氧化值≤10 meq/kg、不皂化物≤3.0%、碘价≥140 g/100 g、杂质≤0.1%)。

2.2 鱼油的贮藏特性研究

2.2.1 不同贮藏条件下鱼油的感官品质 鱼油中不饱和脂肪酸含量较高,在贮藏过程中易氧化酸败,外观上表现为由透明状变为粘稠浑浊,表面形成硬膜,气味也由新鲜鱼腥味逐渐变为刺鼻的哈喇味。改变鱼油的贮藏温度、添加不同的抗氧化剂、采用不同的包装条件,研究鱼油的感官品质随时间的变化情况,结果见图1。由图1(a)可知,在避光、无抗氧化剂、密封条件下,温度越高,鱼油感官品质下降越快,4 ℃条件下草鱼内脏油稳定性最佳,46 d时才稍有哈喇味;由图1(b)可知,在避光、25 ℃、密封的贮藏条件下,三种抗氧化剂均能减缓鱼油感官品质的变化,其中0.02% TBHQ的抗氧化效果最好,保藏78 d以上才略有哈喇味;由图1(c)可知,在避光、无抗氧化剂、25 ℃条件下,真空包装贮藏较好,保藏75 d以上略有哈喇味。

图1 不同贮藏条件下鱼油感官品质的变化Fig.1 Changes of sensory quality of fish oil under different storage conditions注：a:温度；b:抗氧化剂；c:包装条件。

2.2.2 不同贮藏温度下鱼油的理化特性 温度对鱼油贮藏过程中POV值和AV值变化的影响见图2。由图2可知,草鱼内脏油的POV值和AV值均随贮藏时间的延长而增大。4 ℃时氧化速率最慢,35 ℃时氧化速率最快,即温度越高,草鱼内脏油的POV值和AV值变化曲线越陡,相应的,油样产生游离脂肪酸和初级氧化产物的速度越快,贮藏品质越差。研究表明,油样贮藏温度的增高可以加快氧化反应速度,故低温有利于鱼油贮藏。

图2 不同贮藏温度对鱼油贮藏理化特性的影响Fig.2 Effects of different storage temperatures on the chemical properties of fish oil

2.2.3 鱼油在不同包装条件下贮藏的理化特性 气体条件对鱼油贮藏理化品质的影响见图3。由图3可知,各组样品整体趋势为:随着贮藏时间的延长鱼油的POV值和AV值增大。25 ℃、避光、无抗氧化剂贮藏条件下,真空包装与充氮包装的鱼油POV和AV的变化明显慢于密封包装,其中真空包装抗氧化性能最好,能有效延缓油品氧化速度,较好保持储油品质。这说明油脂氧化速度随氧气分压的增大而增大,有效隔绝油脂与氧的接触,就能大大抑制油脂氧化酸败[12]。

图3 不同包装条件对鱼油贮藏理化特性的影响Fig.3 Effects of different package on the chemical properties of fish oil

2.2.4 抗氧化剂对鱼油贮藏理化特性的影响 油脂氧化通常为自由基链式反应,即在热、光和金属离子等外界催化作用下产生自由基,随之引发的链式反应。方式主要有光敏氧化,自动氧化和酶促氧化,其中自动氧化是最为常见的方式。发挥抗氧化作用很重要的途径之一是:加入可消除链式反应中的自由基的抗氧化剂,终止链式反应,抑制油脂氧化[13]。TBHQ和BHT均属于酚类抗氧化剂,可以有效清除活性自由基,并形成稳定的自由基中间体,从而阻止链式反应发生。抗氧化剂对鱼油贮藏理化品质的影响见图4,由图4可知,添加抗氧化剂样品的POV值和AV值上升较缓慢,其中添加0.02% TBHQ抗氧化性能最好,0.02%BHT次之,0.1% VE稍差。

图4 不同抗氧化剂对鱼油贮藏理化特性的影响Fig.4 Effect of different antioxidants on the chemical properties of fish oil

3 讨论与结论

本文主要对比研究了稀碱水解法、真空抽提法、有机溶剂萃取法和水酶法四种鱼油提取方法。结果表明,水酶法提取鱼油得率显著高于其他方法,且此法制备鱼油理化品质较优,除酸价外各指标均符合行业标准精制鱼油二级标准要求。水酶法提取条件为pH8.0、酶解温度50 ℃、酶解时间3 h、酶用量2500 U/g、料液比1∶1;在该条件下草鱼内脏油的得率为53.67%,含水量为0.20%,酸价为5.78 mg/g,过氧化值为4.44 meq/kg,不皂化物含量为0.28%,碘价为145.93 g/100 g。此外,稀碱水解法提取鱼油得率及品质次之,这可能由于二者分别通过蛋白酶或稀碱水解内脏蛋白质,破坏蛋白质与脂肪等物质的结合,利于提取鱼油得率及品质的改善。据薛淑静等[14]的研究,酶水解法不仅提取率高鱼油品质好,水解产生的酶解液对环境无污染,更能提高下脚料中蛋白质的利用率,综合考虑,水酶法的综合效益最好。

鱼油的氧化稳定性受到多种因素影响[15],光照,温度,酶,金属催化剂都可以诱发鱼油的链式氧化反应,导致其品质下降。为阻止链式氧化反应,延长产品货架期,可从降低温度、降低氧气分压、阻止自由基产生等方面采取措施。本文采用感官评价和理化分析相结合的考察方式从温度、包装条件、抗氧化剂角度探究提取鱼油合适贮藏条件。结果表明,低温,降低氧气分压,添加抗氧化剂均能较好减缓鱼油氧化变质的速度,提高鱼油的贮藏稳定性。其中添加0.02% TBHQ的效果优于BHT和VE,这可能与其分子结构中羟基较易贡献氢原子参与链式中断反应相关,从而有效抑制油脂氧化反应。