王曉涵,溫運(yùn)啟,姜曉明,李兆杰,薛 勇,陳桂東,馬 磊,薛長(zhǎng)湖

(中囯海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島 226003)

鳀屬魚(yú)類產(chǎn)量豐富,是中國(guó)近海魚(yú)類中最大的魚(yú)類種群資源,約占世界水產(chǎn)品產(chǎn)量的 10%～20%[1-2]。其魚(yú)油中含有豐富的ω-3型多不飽和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acids,PUFA),特別是二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic acid,EPA)和二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA),具有增強(qiáng)免疫力、促進(jìn)嬰幼兒腦部發(fā)育的功效[3]。但是目前粗魚(yú)油加工中主要遇見(jiàn)的問(wèn)題是:a. 魚(yú)油中的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及氨基酸等物質(zhì)易發(fā)生氧化生成小分子醛酮等,產(chǎn)生不愉快的揮發(fā)性氣味[4-5]；b.魚(yú)油中ω-3型PUFA較易氧化,造成脂肪酸的損失,降低了魚(yú)油的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[6-7]。油脂氧化產(chǎn)物主要是初級(jí)產(chǎn)物氫過(guò)氧化物和次級(jí)產(chǎn)物低分子量的醛、酮、醇和短鏈烴等[8]。在魚(yú)油的堿煉過(guò)程中,皂腳具有吸附能力,可吸附一定的氧化產(chǎn)物[9];熱水洗脫也會(huì)帶走一部分的氧化產(chǎn)物;同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,充氮保護(hù)或者保持一定的真空度也可以有效降低氧化產(chǎn)物的生成。因此,研究堿煉過(guò)程中氧化產(chǎn)物含量的變化具有重要意義。

近年來(lái),研究人員對(duì)魚(yú)油的堿煉工藝做了較多優(yōu)化,代小風(fēng)等[10]通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化魷魚(yú)內(nèi)臟毛油的脫酸工藝;李沖沖等[11]研究NaOH添加量對(duì)魚(yú)粉副產(chǎn)物中的魚(yú)油脫酸效果的影響;趙闊等[12]研究在真空條件下超量堿對(duì)魚(yú)油脫酸效果的影響;朱建龍等[13-14]通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化雜魚(yú)油的脫酸工藝并對(duì)分析不同種類的魚(yú)油堿煉效果;陳娜[15]研究了金槍魚(yú)油在不同堿量下品質(zhì)變化情況。然而關(guān)于堿煉過(guò)程中魚(yú)油全氧化值的研究,特別是考慮空氣對(duì)魚(yú)油氧化干擾的文獻(xiàn)較少,大多數(shù)研究以魚(yú)油酸價(jià)作為評(píng)價(jià)魚(yú)油堿煉過(guò)程的重要指標(biāo),忽略了堿煉工藝對(duì)魚(yú)油氧化的影響。本文以鳀魚(yú)魚(yú)油為原料,在堿煉過(guò)程中通過(guò)充N2或保持高真空以減少PUFA的氧化,通過(guò)考察魚(yú)油中全氧化物的含量以優(yōu)化堿煉工藝,為魚(yú)油氧化產(chǎn)物的工業(yè)化脫除提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鳀魚(yú)魚(yú)油 舟山新諾佳生物工程有限責(zé)任公司;氫氧化鈉、碘化鉀、異辛烷、冰乙酸 分析純,均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液(0.1010 mol/L) 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.0100 mol/L) 廣州臻萃質(zhì)檢技術(shù)服務(wù)有限公司;Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cd、Pb混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL)、Bi、Ge、In、Sc內(nèi)標(biāo)溶液(100 μg/mL)、Li、Mg、Y、Ce、Tl、Co調(diào)諧溶液(1 μg/mL) 均購(gòu)于美國(guó)Agilent公司。

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 上海力辰邦西儀器科技有限公司;PLV-300全自動(dòng)羅維朋比色計(jì) 佩克昂科技有限公司;真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司;電感耦合等離子體質(zhì)譜8800 ICP-MS、7820型氣相色譜儀 美國(guó)Agilent公司;XT-mul微波消解儀 上海新拓儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 堿煉方法 取約100 g魚(yú)油于三口圓底燒瓶中,通入氮?dú)?置于磁力攪拌器的水浴中攪拌加熱至設(shè)定溫度,在不斷通入N2的條件下加入設(shè)定添加量的超量堿和設(shè)定濃度的氫氧化鈉溶液,初溫條件下保持一定時(shí)間,然后快速升溫至終溫90 ℃,保溫10 min后,反應(yīng)結(jié)束后將魚(yú)油冷卻至室溫離心(5000 r/min,25 min),取魚(yú)油層通入氮?dú)?加熱至90 ℃后用蒸餾水(95 ℃)洗滌多次至中性,氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫,離心(5000 r/min,25 min),取魚(yú)油于100 ℃條件下真空脫水,即得堿煉魚(yú)油[16],其中,超量堿計(jì)算公式[17]為:

W1=7.13×10-4×W0×AV

式(1)

W3=W1+W2

式(2)

式中：W0:用于堿煉的魚(yú)油質(zhì)量,g;W1:NaOH的理論添加量,g;AV:粗魚(yú)油酸價(jià),mgKOH/g;W2:NaOH的超量堿量,g;W3:堿總添加量，g。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 超量堿添加量對(duì)魚(yú)油全氧化值(TV)的影響 取約100 g魚(yú)油,水浴加熱至60 ℃后,加入濃度為2.5%的NaOH溶液,超量堿分別為0.05%、0.15%、0.25%、0.45%、0.65%,保持30 min,按1.2.1方法處理得到堿煉魚(yú)油,測(cè)定其過(guò)氧化值、茴香胺值,考察超量堿對(duì)魚(yú)油TV的影響。

1.2.2.2 堿液濃度對(duì)魚(yú)油TV的影響 取約100 g的魚(yú)油,水浴加熱至60 ℃后,加入濃度分別為1.5%、2%、2.5%、3.65%、5.11%的NaOH溶液,超量堿為0.25%,保持30 min,然后按1.2.1方法處理得到堿煉魚(yú)油,測(cè)定其過(guò)氧化值、茴香胺值,考察NaOH濃度對(duì)魚(yú)油TV的影響。

1.2.2.3 堿煉溫度對(duì)魚(yú)油TV的影響 取約100 g的魚(yú)油水浴加熱,溫度分別設(shè)置為40、50、60、70、80 ℃,加入2.5% NaOH溶液,超量堿為0.25%,保持30 min,按1.2.1方法處理得到堿煉魚(yú)油,測(cè)定其過(guò)氧化值、茴香胺值,考察溫度對(duì)魚(yú)油TV的影響。

1.2.2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)魚(yú)油TV的影響 取約100 g的魚(yú)油水浴加熱60 ℃,加入2.5% NaOH溶液,超量堿為0.25%,保持10、20、30、40、50 min,按1.2.1方法處理得到堿煉魚(yú)油,測(cè)定其過(guò)氧化值、茴香胺值,考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)魚(yú)油TV的影響。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取A超量堿、B堿液濃度、C溫度和D反應(yīng)時(shí)間作為自變量,以魚(yú)油的TV為因變量,每個(gè)因素取3個(gè)水平,設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)。研究各單因素的相互作用對(duì)魚(yú)油TV的影響,進(jìn)一步對(duì)魚(yú)油堿煉的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理[18],響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)的因素水平見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因素水平和編碼Table 1 Independent variables and their levels used in the response surface design

1.2.4 理化指標(biāo)測(cè)定 將制備的堿煉魚(yú)油測(cè)定其過(guò)氧化值、茴香胺值,并得到最終的TV。將粗魚(yú)油與優(yōu)化后的堿煉魚(yú)油測(cè)定其酸價(jià)。其中,TV計(jì)算公式如下:

TV=4×PV+p-AV[19]

式(3)

式中：TV表示魚(yú)油全氧化值;PV表示魚(yú)油的過(guò)氧化值,mmol/kg;p-AV表示魚(yú)油茴香胺值。

過(guò)氧化值測(cè)定參照國(guó)標(biāo)GB 5009.227-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中過(guò)氧化值的測(cè)定》。茴香胺值測(cè)定參照國(guó)標(biāo)GB/T 24304-2009/ISO 6885:2006《動(dòng)植物油脂 茴香胺值的測(cè)定》。酸價(jià)測(cè)定參照國(guó)標(biāo)GB 5009.229-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中酸價(jià)的測(cè)定》。

1.2.5 金屬元素檢測(cè) ICP-MS是一種檢測(cè)痕量金屬元素的高效技術(shù)手段,可檢測(cè)到ppb級(jí)的金屬元素,而微波消解技術(shù)能夠快速將樣品離子化[20-21],便于后續(xù)操作。參考Wang等[22]的方法測(cè)定魚(yú)油中金屬離子含量。

1.2.6 脂肪酸含量分析 參考Zhang等[23]的方法測(cè)定魚(yú)油中脂肪酸含量,并稍作修改。氣相色譜柱為SUPELCOWAXR10(30 m×0.32 mm,0.25 μm);載氣為氦氣,不分流進(jìn)樣;進(jìn)樣量1 μL;檢測(cè)溫度220 ℃;程序升溫:起始柱溫150 ℃,以3 ℃/min升至220 ℃,保持20 min。定性采用標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)照法,定量采用面積歸一化法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)3次求得平均值,并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。單因素實(shí)驗(yàn)用Microsoft Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,用Origin 2018軟件繪制趨勢(shì)曲線圖;響應(yīng)面試驗(yàn)用Design-Expert 8.0軟件設(shè)計(jì)并優(yōu)化最佳堿煉工藝。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 超量堿對(duì)魚(yú)油TV的影響 由圖1可知,隨著超量堿的增加,TV出現(xiàn)先緩慢增加再快速下降又上升的趨勢(shì),當(dāng)超量堿的添加量達(dá)到0.25%時(shí),TV達(dá)到最低,分析其原因可能是隨著超量堿增多,生成的皂腳量會(huì)逐漸增加,使得更多的氧化產(chǎn)物被皂腳吸附而被脫除。隨著超量堿的繼續(xù)增加,中性油損失增多,甘三酯轉(zhuǎn)化的甘二酯、甘一酯與自由基發(fā)生反應(yīng)的空間位阻變小,從而更有利于氧化產(chǎn)物的生成[17]。綜合考慮,選擇超量堿添加量為0.25%左右較為適宜,本實(shí)驗(yàn)選擇的超量堿添加量為0.15%、0.30%、0.45%。

圖1 超量堿對(duì)TV的影響Fig.1 Effect of alkali addition on total oxidation value注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05),圖2～圖4同。

2.1.2 堿液濃度對(duì)魚(yú)油TV的影響 由圖2可知,隨著堿液濃度逐漸增加,TV呈現(xiàn)迅速降低后逐漸升高又趨于穩(wěn)定的趨勢(shì),在堿液濃度為2.5%時(shí),TV最低。分析可能出現(xiàn)的原因是堿液濃度的增加有利于游離脂肪酸發(fā)生酸堿中和反應(yīng),加速皂腳從混合溶液中分離出來(lái),從而使被皂腳吸附的氧化產(chǎn)物得到有效脫除,降低TV。但是隨著堿液濃度的升高,皂腳的稠度增加,使皂腳表面積變小,與魚(yú)油接觸面降低,不利于氧化產(chǎn)物的析出,導(dǎo)致TV升高[24]。同時(shí)考慮到稠度過(guò)大的皂腳易引起分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓等設(shè)備堵塞,綜合考慮后,選擇堿液濃度為2.5%左右的NaOH溶液為宜,本實(shí)驗(yàn)選擇的堿液濃度為1.50%、2.58%、3.65%。

圖2 堿液濃度對(duì)TV的影響Fig.2 Effect of concentration of NaOH on total oxidation value

2.1.3 溫度對(duì)魚(yú)油TV的影響 由圖3可知,隨著堿煉溫度的增加,TV呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì),在60 ℃時(shí),TV最低。其原因可能是從動(dòng)力學(xué)角度分析,溫度升高加劇堿煉反應(yīng)內(nèi)分子的運(yùn)動(dòng),有利于氧化產(chǎn)物隨皂腳的離心而析出。之后隨著溫度進(jìn)一步升高,TV開(kāi)始緩慢上升,分析可能的原因是在較高的溫度下,油的黏度和皂腳的稠度下降,油-皂易分離,不利于魚(yú)油中的氧化產(chǎn)物吸附到皂腳中,反應(yīng)結(jié)束后,氧化產(chǎn)物仍留在魚(yú)油中,造成TV升高;另一方面,溫度的升高會(huì)導(dǎo)致油色加深[17]。綜上所述,控制反應(yīng)溫度60 ℃比較適宜。

圖3 堿煉溫度對(duì)TV的影響Fig.3 Effect of alkali temperature on total oxidation value

2.1.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)魚(yú)油TV的影響 由圖4可知,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),TV呈小幅上漲后迅速降低又迅速升高的趨勢(shì),在30 min時(shí),TV最低,可能的原因是氧化產(chǎn)物隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)隨皂腳的離心脫除地更加充分。之后在30～50 min時(shí),魚(yú)油TV呈直線上升,可能是因?yàn)橛?堿接觸時(shí)間越長(zhǎng),皂腳與毛油中蛋白質(zhì)、粘液質(zhì)等雜質(zhì)結(jié)合的可能性增大,皂腳表面生成較厚的膠態(tài)離子膜,不利于氧化產(chǎn)物的吸附[17]。在實(shí)際生產(chǎn)中,考慮到延長(zhǎng)堿煉時(shí)間會(huì)造成中性油的損耗,最終,選擇反應(yīng)時(shí)間為30 min最為適宜。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)TV的影響Fig.4 Effect of reaction time on total oxidation value

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,使用Design-Expert 8.0軟件設(shè)計(jì)四因素三水平的試驗(yàn)組合,實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 4 Experimental design and results for response surface analysis

2.2.2 回歸模型建立及顯著性分析 對(duì)粗魚(yú)油堿煉后TV的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析,二次回歸模型為:TV=61.60-6.74A-5.28B+0.94C+4.53D-0.97AB+4.59AC-5.67AD-6.66BC-3.04BD-5.84CD+3.58A2+1.47B2+7.24C2+3.60D2。

對(duì)所得模型及系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)及方差分析,如表5所示。由表5可知,回歸方程的F值為9.93,P<0.0001,表明模型具有顯著性。其中,一次項(xiàng)A、B、二次項(xiàng)C2影響極顯著(P<0.001);一次項(xiàng)D、交互項(xiàng)BC、CD影響非常顯著(P<0.01);交互項(xiàng)AC、AD、2次項(xiàng)A2、D2影響顯著(P<0.05)。

表5 回歸模型及方差分析Table 5 Analysis of variance of regression equation

2.2.3 響應(yīng)面分析 用Design-Expert 8.0軟件制作魚(yú)油堿煉各因素的三維響應(yīng)面圖,確定超量堿、堿液濃度、溫度和反應(yīng)時(shí)間及其交互作用對(duì)堿煉魚(yú)油TV影響。觀察響應(yīng)面平面的陡峭程度直觀反映各個(gè)因素對(duì)魚(yú)油堿煉TV變化的交互作用。響應(yīng)面平面越趨于陡峭說(shuō)明該因素受到其他因素干擾越敏感,對(duì)魚(yú)油堿煉TV影響越大[26],反之亦然。各因素間交互作用的響應(yīng)面圖見(jiàn)圖5～圖10。

由圖5可知,當(dāng)溫度為60 ℃,反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí),隨著堿液濃度的增加,魚(yú)油TV呈下降趨勢(shì),在超量堿添加量較低時(shí),魚(yú)油TV隨堿液濃度的增加而降低;當(dāng)堿液濃度較低時(shí),魚(yú)油TV隨超量堿的增加而降低,當(dāng)堿液濃度較高時(shí),呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。綜上所述,在較高的堿液濃度范圍內(nèi),超量堿對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著;在較高的超量堿范圍內(nèi),堿液濃度對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著。

圖5 超量堿和堿液濃度交互作用對(duì)魚(yú)油全氧化值的影響Fig.5 The effect of interaction between excess alkali and alkali concentration on total oxidation value of fish oil

由圖6可知,當(dāng)堿液濃度為2.58%、反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí),TV隨溫度的升高呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì);在溫度較高的時(shí)候,TV隨著超量堿的增加先降低后上升,在超量堿為0.25%時(shí),TV最低,在溫度較低時(shí),TV隨超量堿濃度的增加而降低。綜上所述,在較低的溫度下,超量堿對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著;在較低的超量堿范圍內(nèi),溫度對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著。

圖6 超量堿和溫度交互作用對(duì)魚(yú)油全氧化值的影響Fig.6 The effect of interaction between excess alkali and temperature on total oxidation value of fish oil

由圖7可知,當(dāng)堿液濃度為2.58%、溫度為60 ℃時(shí),隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),魚(yú)油TV先降低后升高,在30 min時(shí),魚(yú)油TV最低,并且隨著超堿量的降低,魚(yú)油的TV隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加;在反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),魚(yú)油旳TV隨超量堿濃度的降低而增大,在較短反應(yīng)時(shí)間時(shí),TV隨著超量堿濃度的增加而先降低后增大,在超量堿0.3%時(shí),TV最低。綜上所述,在較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間內(nèi),超量堿對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著;在較低的超量堿范圍內(nèi),反應(yīng)時(shí)間對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著。

圖7 超量堿和反應(yīng)時(shí)間交互作用對(duì)魚(yú)油全氧化值的影響Fig.7 The effect of interaction betweenexcess alkali and reaction time on total oxidation value of fish oil

由圖8可知,當(dāng)超量堿為0.3%、反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí),隨著溫度的增加,TV呈現(xiàn)先降低后緩慢上升的趨勢(shì),當(dāng)溫度上升到60 ℃時(shí),TV最低,后緩慢上升,并且隨堿液濃度的降低,TV的上升趨勢(shì)越來(lái)越顯著;隨著堿液濃度的增加,較低溫度下,TV呈上升趨勢(shì),然而隨著溫度的升高,TV隨著堿液濃度的增加呈下降趨勢(shì)。綜上所述,在較高的溫度下,堿液濃度對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著;在較低的堿液濃度范圍內(nèi),溫度對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著。

圖8 堿液濃度和溫度交互作用對(duì)魚(yú)油全氧化值的影響Fig.8 The effect of interaction between lye concentration and temperature on total oxidation value of fish oil

由圖9可知,當(dāng)超量堿為0.3%、溫度為60 ℃時(shí),隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),TV呈緩慢上升的趨勢(shì),但變化不明顯,隨著堿液濃度的降低,呈現(xiàn)出魚(yú)油TV升高的現(xiàn)象;反應(yīng)時(shí)間較短的時(shí)候,堿液濃度對(duì)TV的影響依舊不明顯,但是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),呈現(xiàn)出TV隨堿液濃度降低而增加的趨勢(shì)。綜上所述,在較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間內(nèi),堿液濃度對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著;在較低的堿液濃度范圍內(nèi),反應(yīng)時(shí)間對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著。

圖9 堿液濃度和反應(yīng)時(shí)間交互作用對(duì)魚(yú)油全氧化值的影響Fig.9 The effect of interaction between lye concentration and reaction time on total oxidation value of fish oil

由圖10可知,當(dāng)超量堿為0.3%,堿液濃度為2.5%時(shí),隨著溫度的升高,魚(yú)油TV呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì),溫度達(dá)到55 ℃時(shí),開(kāi)始呈現(xiàn)升高的趨勢(shì);并隨著保溫反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),在較低溫度下,呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì),而在溫度較高的情況下,呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。綜上所述,在較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間內(nèi),溫度對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著;在較低溫度下,反應(yīng)時(shí)間對(duì)魚(yú)油TV影響更為顯著。

圖10 溫度和反應(yīng)時(shí)間交互作用對(duì)魚(yú)油全氧化值的影響Fig.10 The effect of interaction between temperature and reaction time on the total oxidation value of fish oil

2.2.4 模型優(yōu)化及驗(yàn)證試驗(yàn) 通過(guò)回歸模型預(yù)測(cè),得到魚(yú)油堿煉的最佳堿煉工藝條件為超量堿0.45%、堿液濃度3.65%、溫度64.65 ℃、反應(yīng)時(shí)間39.6 min。為了檢驗(yàn)響應(yīng)面分析方法的可靠性以及提高實(shí)驗(yàn)的可操作性,將工藝條件進(jìn)行如下修正:超量堿0.45%、堿液濃度3.65%、溫度65 ℃、反應(yīng)時(shí)間40 min。經(jīng)檢驗(yàn),優(yōu)化后的魚(yú)油TV為59.35,與鳀魚(yú)原油123.48相比,脫除率51.94%;與預(yù)測(cè)值51.39相比,相對(duì)誤差為8.67%,小于10%,說(shuō)明該模型可以較好預(yù)測(cè)魚(yú)油堿煉工藝條件與TV之間的關(guān)系。酸價(jià)從未精煉的2.1627 mgKOH/g降低至0.8843 mg KOH/g,降低59.11%,符合一級(jí)精制魚(yú)油的標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化后的魚(yú)油堿煉工藝條件較為準(zhǔn)確,可用于后續(xù)魚(yú)油堿煉工藝的工業(yè)化生產(chǎn)。

2.3 堿煉工藝對(duì)魚(yú)油中金屬離子含量的影響

將粗魚(yú)油和優(yōu)化工藝條件下得到的堿煉魚(yú)油經(jīng)微波消解儀消化后,送至ICP-MS檢測(cè)。結(jié)果見(jiàn)表6。待測(cè)樣品中8種重金屬元素的RSD<10%,說(shuō)明該方法具有較好的準(zhǔn)確性和精密度,其中檢測(cè)的4種重金屬Cr元素從103.30 μg/kg降低至92.97 μg/kg,脫除率為10%;As元素從559.63 μg/kg降低至16.55 μg/kg,脫除率97.04%;Cd元素從2.46 μg/kg降低至1.87 μg/kg,脫除率為23.98%;Pb元素從85.70 μg/kg降低至60.50 μg/kg,脫除率為29.40%,堿煉后的含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的重金屬限量標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明通過(guò)酸堿中和反應(yīng)以及多次離心去除皂腳的堿煉過(guò)程,能夠?qū)⒋钟椭胁糠种亟饘傥皆谠砟_中,進(jìn)行一定程度的脫除。另一方面,在檢測(cè)的4種過(guò)渡金屬元素Mn、Fe、Cu、Zn中,Fe元素堿煉后從7769.23 μg/kg降低到2043.10 μg/kg,脫除率73.70%,效果明顯,其余三種過(guò)渡元素脫除效果不明顯。因?yàn)檫^(guò)渡金屬離子是影響魚(yú)油氧化的一項(xiàng)重要因素[27],所以Fe離子含量降低,能夠有效避免魚(yú)油因脂肪酸氧化造成的PUFA損失,減少魚(yú)油氧化產(chǎn)物。綜上所述,該堿煉工藝對(duì)于樣品金屬元素的脫除均有一定作用,能夠降低魚(yú)油內(nèi)金屬元素含量,特別是對(duì)As、Fe、Cd、Pb等元素脫除效果明顯。但是現(xiàn)在魚(yú)油中某些金屬離子含量仍未得到有效脫除,想要進(jìn)一步降低含量,仍需要結(jié)合其他精煉工藝。

表6 粗魚(yú)油和堿煉魚(yú)油金屬含量分析Table 6 Analytical composition of metal content in crude fish oil and refined fish oil

2.4 堿煉對(duì)魚(yú)油脂肪酸含量的影響

鳀魚(yú)粗魚(yú)油和優(yōu)化工藝條件下得到的堿煉魚(yú)油脂肪酸組成分析見(jiàn)表7。由表7可見(jiàn),鳀魚(yú)魚(yú)油主要由C14-C22脂肪酸組成,其中有3種飽和脂肪酸(Saturated fatty acid,SFA),2種單不飽和脂肪酸(Monounsaturated fatty acid,MUFA),6種PUFA;其中SFA占35.00%,不飽和脂肪酸占65.00%,其中PUFA占25.33%;不飽和脂肪酸含量明顯多于SFA。在SFA中,C16∶0含量最高,為19.29%,明顯高于C14∶0的7.78%和C18∶0的7.93%;在MUFA中,C18∶1含量最高為26.44%,C16∶1含量為13.23%;在PUFA中,DHA為14.78%,含量最高,且高于魷魚(yú)、鯖魚(yú)、金槍魚(yú)等其它魚(yú)類[29],依次降低的是EPA為6.44%、C18∶2為1.85%、C18∶3為1.04%、C22∶2為0.73%、C20∶4為0.49%。在鳀魚(yú)魚(yú)油中,含有豐富的C18∶1和DHA,其中C18∶1可參與糖脂代謝,降低血糖;DHA更是大腦重要的構(gòu)成成分,有助于大腦發(fā)育[30-32],所以鯷魚(yú)魚(yú)油具有良好的保健功能。

表7 粗魚(yú)油和堿煉魚(yú)油脂肪酸分析組成Table 7 Analytical composition of fatty acids in crude fish oil and refined fish oil

經(jīng)優(yōu)化的堿煉工藝得到的魚(yú)油與粗油相比,脂肪酸的變化不明顯。SFA占35.54%,增加了0.54%;MUFA的含量增多為42.03%,增加了2.36%;PUFA含量最少為22.43%,減少了2.90%。其中,DHA含量從14.78%減少到14.51%,EPA含量從6.44%減少到5.67%。這說(shuō)明優(yōu)化的魚(yú)油堿煉工藝對(duì)魚(yú)油脂肪酸組成影響比較小,因此本工藝能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

3 結(jié)論

本文利用響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)影響魚(yú)油中氧化產(chǎn)物脫除效果的堿煉四因素進(jìn)行優(yōu)化,得到二次回歸模型。該模型顯著性良好且可靠,能夠有效預(yù)測(cè)不同堿煉條件下TV的變化情況,由此確定魚(yú)油最佳堿煉工藝條件:超量堿0.45%、堿液濃度3.65%、溫度65 ℃、反應(yīng)時(shí)間40 min。在此最佳工藝條件下,魚(yú)油TV從123.48降為59.35,脫除率為51.94%;酸價(jià)從2.1627 mgKOH/g降為0.8843 mgKOH/g;同時(shí)魚(yú)油中的Fe、As元素的脫除率分別為73.70%、97.04%,這既利于減緩魚(yú)油因金屬元素引起的氧化,又能減少食用魚(yú)油中有害金屬元素含量。通過(guò)脂肪酸組成分析,堿煉前后魚(yú)油中PUFA含量從25.33%降低至22.43%,減少了2.9%,其中DHA含量減少0.27%,EPA含量減少0.77%,在此優(yōu)化的魚(yú)油堿煉工藝條件下魚(yú)油中PUFA損失較小。因此,本文通過(guò)堿煉對(duì)魚(yú)油中氧化產(chǎn)物的最佳脫除效果的研究,為魚(yú)油工業(yè)化生產(chǎn)提供一定參考。