南极磷虾油的浓缩工艺对虾青素含量的影响

胥亚夫　李萌　韩雨哲　赵月

摘要：以磷虾油中的虾青素含量为评价指标对浓缩工艺中加热温度、加热时间、真空度等浓缩条件进行考察找到影响虾油中虾青素含量的关键因素明确各因素对虾青素含量的影响大小并结合生产实际最终确定最佳浓缩工艺为真空度-0.1 MPa加热温度为50 ℃加热时间为3 h。

关键词：南极磷虾油;虾青素;类胡萝卜素;浓缩条件

中图分类号：S937.3

南极磷虾油中富含高浓度的虾青素而由于虾青素自身具有很强的抗氧化活性是天然的抗氧化剂在虾油的生产过程中它极易受光、氧、热以及自由基的影响而发生氧化[1-2]被氧化的虾青素不仅颜色变黑而且会使得磷虾油失去原有的营养与保健价值。为了防止虾青素在虾油的加工过程中发生氧化最直接有效的方法便是研究浓缩工艺条件减少过程中氧化反应的发生。

本研究以南极磷虾为原料探索了虾油浓缩工艺中可能对虾青素含量产生影响的主要条件：加热温度、加热时间和真空度以虾油中虾青素含量为评价指标通过调节不同的加热温度、加热时间和真空度对南极磷虾油中的虾青素含量进行考察以期找到影响虾青素含量的关键因素明确各因素对虾青素含量的影响大小和确定最佳浓缩条件为虾油的产业化生产提供重要的技术支撑和技术保障从而降低生产过程中虾青素的损失提升虾油的品质。

1材料与方法

1.1材料与试剂

南极磷虾由辽渔集团远洋捕捞公司提供;三氯甲烷（分析纯）采购于济南沃尔德化工有限公司;无水乙醇（分析纯）采购于淄博鑫荣化工科技有限公司。

1.2仪器与设备

SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵;旋转蒸发器RE-2000EYP20002;AL204电子分析天平;UV759 CRT紫外可见分光光度计;旋涡混合器。

1.3虾油提取工艺流程

南极磷虾→加热→鼓风干燥→粉碎→浸提→固液分离→浓缩→南极磷虾油提取过程均在避光条件下进行。

1.4实验方法

1.4.1加热温度的考察取同一批次的虾粉100 g采用乙醇进行提取萃取液在真空状态下（真空度-0.1 MPa）加热4 h考察加热温度40、50、60、70 ℃和80 ℃虾青素含量的变化。考虑到生产过程中实际效率的问题最低考察温度设为40 ℃。

1.4.2加热时间的考察取同一批次的虾粉100 g采用乙醇进行提取萃取液在真空状态下（真空度-0.1 MPa）60 ℃加热考察加热时间2、3、4、5 h和6 h虾青素含量的变化。考虑到加热时间太短容易导致水分及挥发物的残留及水分含量高引起分层现象最低考察时间设为2 h。

1.4.3真空度的考察取同一批次的虾粉100 g采用乙醇进行提取萃取液在40、50 ℃和60 ℃加热4 h考察无真空条件和真空条件下（真空度-0.1 MPa）虾青素含量的变化。

1.4.4浓缩工艺条件优化取同一批次的虾粉100 g与乙醇按照一定比例混合后进行固液分离取萃取液开展优化试验。在单因素试验的基础上选取三个条件的加热温度和加热时间进行组合试验和条件优化考察不同浓缩条件对虾青素含量和水分及乙醇挥发物的影响。

1.5虾青素测定方法

虾青素含量测定参照美国药典 USP 37-NF32，利用有机溶剂氯仿对磷虾油良好的溶解性进行磷虾油溶液的配制然后用分光光度计测量磷虾油溶液在波长486 nm吸光值计算磷虾油中虾青素含量[3]每组样品结果为取平行三个样品平均值所得结果。

2结果和分析

2.1加热温度的考察

在真空条件（真空度-0.1 MPa）加热时间为4 h的条件下考察不同的加热温度对虾青素含量的影响。实验结果如表1所示在加热温度40～80 ℃的范围内虾青素随着温度的升高而呈下降趋势当加热温度为40 ℃时虾青素含量为413.74 mg/kg;当加热温度升高至80 ℃时虾青素含量降为245.48 mg/kg比40 ℃时降低了40.67%。随着加热温度的升高虾青素下降的趋势不断增加当加热温度在40～50 ℃变化时虾青素下降幅度较小仅为13.86 mg/kg当温度超过50 ℃时虾青素下降趋势明显增加。结果表明加热温度的提高会降低虾油中的虾青素含量使虾油的颜色变深虾青素被破坏影响虾油质量主要是由于虾青素的结构所致虾青素分子结构中含有很多长共軛不饱和双键所以它的性质极不稳定对热比较敏感[4]。

2.2加热时间的考察

在真空条件（真空度-0.1 MPa））加热温度为60 ℃的条件下考察不同的加热时间对于虾青素含量的影响。实验结果如表2所示在加热时间为2～4 h的时间内虾青素含量下降比较缓慢当加热时间持续延长时虾青素含量下降趋势逐渐明显当加热时间为2 h时虾青素含量为398.76 mg/kg当加热时间为3 h时虾青素含量仅仅下降了8.31 mg/kg当加热时间增至6 h时虾青素含量降至311.09 mg/kg降低了21.99%。结果表明加热时间的延长会导致虾油中虾青素含量的降低因此在提取虾油时考虑到营养成分的损失应尽量减少提取时间。

2.3真空条件的考察

在加热时间为4 h不同的加热温度（40、50、60 ℃）下有无真空条件对虾青素含量的影响如表3所示。由表3可以看出在加热时间为4 h加热温度分别为40、50 ℃和60 ℃的条件下在真空度-0.1 MPa的条件下虾油的虾青素含量均较在无真空条件下的虾青素含量高40～60 ℃过程中无真空条件下较真空的条件下虾青素含量分别下降12.1921.2224 mg/kg。结果表明真空条件有利于虾青素的稳定加热时无真空条件会导致虾青素含量的降低。

2.4浓缩工艺条件优化结果

在单因素实验的基础上选取三个条件的加热温度和加热时间在真空度-0.1 MPa的情况下进行综合对比实验考察加热温度和加热时间对于虾青素含量的影响。因为水分及乙醇挥发物的残留量对虾油的最终品质有很大影响水分及溶剂残留量过高容易引起虾油分层现象对于其有一定的标准要求标准中规定虾油的水分及挥发物的残留量≤5% [6]浓缩工艺与水分有着最直接的关系所以对水分及挥发物含量与虾青素同时进行考察选取最佳的温度和时间条件既可以满足生产加工要求又可以尽最大可能对虾油中的虾青素进行保护。实验结果如表4所示不同的加热温度、加热时间和真空度组合对虾青素含量和水分及挥发物含量具有比较显著的影响。

當加热温度为40 ℃时虽然对于虾青素的影响是最小的但是由于温度过低会导致水分及挥发物的残留量过高均大于5%（标准值）同时加工时间和加工效率有所延长。但当加热温度由40 ℃升至50 ℃时虾青素含量的损失很小降低幅度仅仅在10 mg/kg以内当加热温度为50 ℃时虾青素的含量均能保持在400 mg/kg以上当加热温度超过60 ℃时虾青素含量的降低比较明显说明当温度由40～50 ℃上升的过程中温度对于虾青素的影响并不大但是温度升至50 ℃以上时温度对于虾青素的影响起主要作用温度升高虾青素降低幅度明显这与单因素实验的结果比较一致所以综合考虑水分及挥发物残留量、加工效率和虾青素损失程度加热温度一般选择在50 ℃左右为宜。

当加热温度为50 ℃时随着加热时间的延长虾青素含量逐渐降低加热时间为2 h时虾青素为415.78 mg/kg但是由于加热时间太短水分及挥发物的残留量为5.54%>5%（标准值）当加热时间为3 h时虾青素含量为410.66 mg/kg与加热2 h相比虾青素含量仅仅降低了5.12 mg/kg降低幅度很小并且水分及挥发物的残留量为2.89%<5%（标准值）满足标准要求。随着加热时间的延长虾青素下降幅度有所增加在3 h延长至4 h的时间内虾青素的降低幅度增加至9.98 mg/kg综合加热时间对于虾青素含量的影响和溶剂残留的影响选取最佳条件为加热温度为50 ℃加热时间为3 h。

通过方差分析（表5）可知温度对虾青素有显著影响（P<0.05）温度和时间对水分及挥发物残留量有显著影响（P<0.05）。虾青素含量随温度升高呈降低趋势在温度为40 ℃时虾青素最高但此条件下水分及挥发物的残留量高于标准值;温度为50 ℃时水分及挥发物的残留量低于标准值且与60 ℃相差不显著;时间显著影响水分及挥发物的残留量加热时间为2 h时水分及挥发物残留量过高。故最终仍然选择第5组为最佳浓缩工艺条件即加热温度为50 ℃加热时间为3 h。

对该浓缩工艺进行实验验证进行3次平行实验。结果表明3次实验得到的虾油中虾青素的平均值为411.55 mg/kg与最佳浓缩工艺组合制备的虾油含有的虾青素结果相符说明该正交优化结果真实可靠。

3结论

研究中发现在无真空的条件下加热温度和加热时间对虾青素的影响增大温度越高加热时间的影响越显著同样加热时间越长温度的影响也越显著。综合加热温度和加热时间对于虾青素含量影响的研究结果最终选取最佳浓缩工艺条件为真空度-0.1 MPa加热温度为50 ℃加热时间为3 h。

该实验结果对于磷虾油产业化生产具有重要的指导意义在虾油的生产过程中若有真空存在的情况下真空条件有利于虾青素的稳定同等条件下无真空条件会导致虾青素含量的降低浓缩的过程中尽量保证真空的条件没有真空或真空度较低应避免高温和长时间操作否则会导致虾油中虾青素含量的降低。在有真空的条件下应考虑最佳浓缩条件加热温度和加热时间达到虾油标准的同时最大程度保护其主要抗氧化功效成分虾青素的含量以此获得高品质的磷虾油产品。

参考文献：

[1] 耿华田.虾青素简介[J].化学教育，2007，28（3）： 5-7.

[2] Pu J，Bankston J D，Sathivel S.Developing microencapsulated flaxseed oil containing shrimp （Litopenaeus setiferus） astaxanthin using a pilot scale spray dryer[J].Biosystems Engineering，2011，108（2）： 121-132.

[3] 孙来娣高华刘坤等.南极磷虾油关键质量指标检测及对比分析[J].中国油脂201338（12）：80-83.

[4] 张丽瑶张华敏王志祥等.光照、加热对虾青素稳定性和抗氧化性的影响[J].药学研究201837（2）：84-88.

[5] 翁新楚董新伟任国谱.EPA和DHA的生理功能及其氧化稳定性[J].生物工程进展1994，14（5）：56-60.

[6] 辽渔南极磷虾科技发展有限公司.Q/LNK 0001S-2019 南极磷虾油[S].大连.辽渔南极磷虾科技发展有限公司2019.

Abstract：Astaxanthin content in krill oil as evaluation index，the preparation conditions such as heating temperature，heating time and vacuum degree in the concentration process were investigated.Thenthe key factors affecting astaxanthin content in krill oil were found out，and the influence of each factor on astaxanthin content was determined. Combining with the production practice，the optimum concentration conditions were determined as vacuum degree 0.1 MPa，heating temperature 50 ℃ and heating time 3 h.

Key words：Antarctic krill oil; astaxanthin; carotenoid; concentration conditons

（收稿日期：2020-04-21;修回日期：2020-05-07）