南极磷虾油脱砷效果

朱子豪，邓尚贵*，李钰金，霍健聪，王金梅，徐燕娟

1. 浙江海洋大学食品与药学学院（舟山 316000）；2. 山东泰祥食品股份有限公司（荣成 264300）

南极磷虾是广泛生活在南极海域附近的一种小型虾类，具有资源保有量大、更新速度快、可捕捞资源大等特点，目前已成为各发达渔业国的重要捕捞对象[1]。我国在2010年始正式开启南极磷虾的商业捕捞活动，近年来南极磷虾产量稳定维持在8万 t左右，南极磷虾已成为我国重要的远洋渔业作业目标，国内也建立了以磷虾油精深加工为代表的南极磷虾加工利用产业链[2]。

南极磷虾主要生活在南极附近的近表浅海，独特的生活环境赋予其高蛋白、高脂肪、高矿物元素含量等性质，尤其是低温生长环境使其体内富含单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸[3]。由于南极磷虾体内砷、氟等有害元素含量较高，这给南极磷虾的利用带来诸多困难。尤其是富集于磷虾油内的砷，更成为困扰南极磷虾油产业的关键问题。目前，关于南极磷虾精深加工的研究多集中于磷虾油的提取精炼、南极磷虾中氟的脱除等方面，而对磷虾油中的砷的存在形式及脱除方法的研究基本处于一片空白[4-6]。基于这一背景，试验在确定南极磷虾油中砷的存在形式的基础上，系统研究了砷的脱除方法和残留砷的形态及含量，为磷虾油资源的充分利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

南极磷虾粗油（浙江海力生生物科技股份有限公司提供）；不同种类活性沸石（孔目≥100），国药集团上海化学试剂有限公司；砷标准品、丙酮、氢氧化钠等试剂（均购自国药集团上海化学试剂有限公司，分析纯）。

原子荧光光度计（AFS-9780型，北京海光仪器有限公司）；振荡器（Multi Reax，德国Heidolph公司）；低温高速冷冻离心机（Allegra 64 R，美国贝克曼库尔特有限公司）；紫外可见分光光度计（UV-2700，日本岛津中国有限公司）；色差仪（6051型，美国Microptix公司）；其余均为实验室常用设备。

1.2 试验方法

1.2.1 活性沸石的筛选和确定

取一定量沸石置于磷虾油中，恒温振荡2 h后过滤、干燥，沸石经粉碎后测定砷的含量。

1.2.2 磷虾油脱砷流程

精确量取50 mL磷虾油，与一定量活性沸石混合后置于振荡器中，在一定条件下振荡一段时间后过滤分离，得到脱砷磷虾油。

1.2.3 脱砷条件单因素试验

磷虾油具体脱砷条件如下：

1) 料液质量比：在50 ℃条件下，设料液质量比分别为1∶0.1，1∶0.2，1∶0.3，1∶0.4和1∶0.5，恒温水浴3 h。

2) 温度：当料液质量比为1∶0.2时，水浴加热温度分别设为45，50，55，60和65 ℃，恒温水浴3 h。

3) 脱砷时间：在50 ℃，料液质量比1∶0.2的条件下，水浴加热时间分别为1，2，3，4和5 h。

1.2.4 南极磷虾油总砷及无机砷测定

砷的检测参照GB 5009.11—2014《食品中总砷及无机砷的测定》执行，其中：

1.2.5 南极磷虾油色度鉴定

磷虾油色度鉴定参照GB/T 5492—2008《粮油检验 粮食、油料的色泽、气味、口味鉴定》。

1.2.6 砷赋存形态测定[7]

1) 样品前处理：精确称取3 mL（精确至0.01 mL）南极磷虾油样品，移入15 mL离心管中，再置于6 mL 90%甲醇中超声溶解，在4 ℃条件下静置5 min后吸取0.5 mL上清液，用SepPak C18柱（1 000 mg）洗脱（洗脱液为50%甲醇）。然后收集洗脱液，减压浓缩后加超纯水（0.22 μm膜过滤）定容至5 mL，以10 000 r/min离心5 min，最后将上清液以0.22 μm滤膜过滤后进行ICP-MS分析。

2) ICP-MS工作条件：射频功率为1 600 W，射频电压为1.80 V，载气为高纯He，采样深度为10.0 mm，载气流量为1.05 L/min，碰撞池氦气流量为4.0 mL/min，雾化室温度设为2.0 ℃，蠕动泵转速为0.5 r/min，As积分时间为0.3 s，重复3次。

3) 色谱条件：Dionex IonPac As19阴离子交换柱（250 mm×4 mm，10 μm）及保护住（50 mm×4 mm）；ASRS 300 4 mm阴离子抑制器；进样量为100 μL，进样流速为1.0 mL/min；流动相为38 mmol/L Na2CO3-15 mmol/L C2H3NaO2，流动相流速为1.0 mL/min；柱温为21 ℃；进样体积为25 μL。

与标准物保留时间对照，对砷的化合物进行定性分析。方法以标准物质的保留时间对南极磷虾萃取物以及南极磷虾油中的砷的化合物进行定性分析，以标准品的标准曲线对不同形态的砷进行定量分析。

2 结果与分析

2.1 活性沸石的筛选和确定

沸石具有天然的多空疏松层结构，比表面积大，对铅、汞、砷等多种重金属具有极强的吸附能力。由表1可知，不同沸石对砷均有较好的吸附能力，其中活性沸石吸附能力优于原石，而吸附能力最强的是钙型沸石，钠型沸石吸附能力其次。为确保南极磷虾油中砷的脱除，同时确保脱除过程尽量不引入容易引起油体浑浊和沉淀的高价金属离子，因而确定采用吸附能力较强的钠型沸石作为脱砷沸石。

表1 不同活性沸石对南极磷虾油中砷的吸附效果

2.2 活性沸石脱砷工艺确定

图1～图3分别是料液质量比、脱砷温度和脱砷时间对脱砷率的影响。由图1可知，随着料液质量比的增大，脱砷率呈现先上升后下降的趋势，其中1∶0.3的脱砷效果最好，达到88.86%；而随着料液质量比再增大，脱砷率反而降低，这可能是达到吸附饱和的钠型沸石在砷溶液中会出现由于持续振荡导致的已吸附的砷元素从沸石表面剥离的情况。脱砷时间对脱砷率的影响见图2，脱砷率与时间呈正相关关系，时间越长，脱砷效果越好，但当脱砷时间达到4 h后，单位脱砷时间的增加幅度越来越低，因而确定脱砷时间以4 h为最优；由图3可知，温度对脱砷率同样影响较大，呈现典型的峰状，表明温度过低或过高都对脱砷率不利，50 ℃是最佳脱砷温度。

2.3 脱砷对南极磷虾油色度的影响

表2～表4分别为料液质量比、脱砷温度和脱砷时间三因素对脱砷率测定时对色泽的影响，磷虾油测定结果采用色差仪测定样品的L*、a*、b*值表示，其中，L*表示亮度，a*表示红值，b*表示黄值。从结果可以看出，当料液质量比为1∶0.3时，随着料液质量比的增大，磷虾油红度基本不变，而亮度上升幅度逐渐减小，从生产成本和脱砷率角度考虑，1∶0.3为最佳料液质量比；从表3和表4可以看出，当脱砷时间为4 h，脱砷温度为50 ℃时，磷虾油的红度和亮度均较为稳定，随时间的延长和温度的升降变化不明显，色差检测结果同脱砷率工艺结果相同，因而确定出南极磷虾油的最佳脱砷条件：料液质量比1∶0.3、脱砷时间4 h、脱砷温度50 ℃。按此工艺条件处理得到的磷虾油产品见图4。

图1 料液质量比对脱砷效果的影响

图2 时间对脱砷效果的影响

图3 温度对脱砷效果的影响

表2 料液质量比对南极磷虾油色泽的影响

表3 时间对南极磷虾油色泽的影响

表4 脱砷温度对南极磷虾油色泽的影响

图4 脱砷前后南极磷虾油色度差别

2.4 脱砷磷虾油中砷的五种形态分析测定

对脱砷南极磷虾油进行砷形态的分析测定，其分析结果的色谱图如图5所示。共检出6种种砷化合物，分别为砷甜菜碱、二甲基砷酸、一甲基砷酸、三价砷、五价砷和另外一种含砷的化合物。如表5所示，其中砷甜菜碱（AsB）的含量最高，达到6.491±0.021 mg/kg，占总砷含量的88.21%；其次是含量为0.522±0.015 mg/kg的二甲基砷酸（DMA）和含量为0.034±0.009 mg/kg的一甲基砷酸。这三种检测出的有机砷含量超过总砷含量的95.69%。而检测出的两种无机砷亚砷酸、砷酸含量总计约为0.037 mg/kg，仅占总砷含量的0.50%。砷的毒副作用主要以三价态的形式体现，而有结果显示，砷甜菜碱在大部分海产品中均有存在，是海洋生物中砷元素的主要存在形式[8-9]。而众多研究表明砷甜菜碱的安全性极高，对人体无毒无害[10-12]。从检测结果来看，经脱砷处理后的南极磷虾油中绝大部分砷都以安全性较高的形态出现，这极大地提高了南极磷虾油的食用安全性，保障了磷虾油作为食品或原料的应用前景。

图5 南极磷虾油中五种砷化物色谱图

表5 南极磷虾油中五种形态砷化合物含量

3 结论

1) 钠型沸石对砷的吸附能力较好，且不引入引起磷虾油浑浊的高价离子。

2) 南极磷虾油的最佳脱砷工艺为：料液质量比1∶0.3、脱砷时间4 h、脱砷温度50 ℃。经此条件处理的磷虾油色泽较为清亮，透明度高，外观接近商品磷虾油，品质较好。

3) 经脱砷处理后的南极磷虾油中砷含量显著降低，且绝大部分砷都以有机砷的形式存在，磷虾油的食品安全性高。