魏 帥，唐崟珺，馬嘉億，劉穎琳，劉振洋，劉書(shū)成,2,*

（1.廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院，廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省海洋生物制品工程實(shí)驗(yàn)室，廣東省海洋食品工程技術(shù)研究中心，水產(chǎn)品深加工廣東普通高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088；2.大連工業(yè)大學(xué)海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116034）

凡納濱對(duì)蝦占據(jù)了中國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖市場(chǎng)的主要份額，2021 年蝦海水養(yǎng)殖量約157 萬(wàn)t，比2020 年增長(zhǎng)5.7%，凡納濱對(duì)蝦海水養(yǎng)殖量占蝦海水養(yǎng)殖總量的81%，而廣東地區(qū)凡納濱對(duì)蝦海水養(yǎng)殖產(chǎn)量為52萬(wàn)t，占我國(guó)凡納濱對(duì)蝦海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的41%[1]。大部分的對(duì)蝦原料在被取下蝦肉后便失去了利用價(jià)值，蝦頭、蝦殼等副產(chǎn)物除小部分用于加工調(diào)味基料、生產(chǎn)飼料和制備甲殼素外，大部分作為廢棄物丟棄，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。凡納濱對(duì)蝦的蝦頭、蝦殼和蝦尾約占蝦總質(zhì)量的44%[2]。廣東湛江是全國(guó)凡納濱對(duì)蝦產(chǎn)量和出口量最大的地區(qū)，在湛江每年對(duì)蝦加工過(guò)程中產(chǎn)生的下腳料就達(dá)3 萬(wàn)t。蝦頭、蝦殼副產(chǎn)物中包含多種營(yíng)養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)、甲殼素、類(lèi)胡蘿卜素等[3-4]，這些資源的有效提取和利用對(duì)豐富對(duì)蝦產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于凡納濱對(duì)蝦副產(chǎn)物的利用多集中在蛋白質(zhì)和蝦青素這兩類(lèi)產(chǎn)品上，對(duì)于脂類(lèi)的提取工藝研究較少。研究顯示，蝦頭中含有人體所需的不飽和脂肪酸，其中對(duì)人體心血管功能有很好保護(hù)作用的DHA 和EPA 含量分別為10.54%和6.47%，均高于蝦肉中的含量[5]。目前蝦類(lèi)研究采用的提取方法中，溶劑萃取法簡(jiǎn)便易行，成本低，但使用的溶劑極易對(duì)產(chǎn)物造成污染，還會(huì)破壞其他營(yíng)養(yǎng)成分[6]。超臨界CO2萃取技術(shù)利用超臨界流體的溶解能力，已用于植物油脂的提取[7]和南極磷蝦油的提取[8]等，但存在提取率不高的問(wèn)題。采用適合的夾帶劑種類(lèi)與劑量可提高超臨界的提取率，乙醇作為較清潔的有機(jī)溶劑，容易與提取物分離，且可以提高油脂提取率，其已被用作夾帶劑添加到超臨界萃取中[9]。超聲波輔助提取技術(shù)利用超聲在振蕩過(guò)程中產(chǎn)生的空化、高剪切、攪拌等增強(qiáng)目標(biāo)物質(zhì)以固相到萃取溶劑的傳質(zhì)，從而有效提升提取效果，具有無(wú)毒、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，有利于促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[10]。超聲聯(lián)合超臨界CO2萃取可顯著提高香根草油的提取率，油產(chǎn)量比未處理組增加28%，聯(lián)合處理提高了油品質(zhì)量，小幅提升了單不飽和脂肪酸選擇性，提高植物化合物的含量和抗氧化活性[11]。因此，為更好地利用對(duì)蝦加工副產(chǎn)物蝦頭，本文探究了超臨界萃取的壓力、時(shí)間和溫度及超聲聯(lián)合處理對(duì)蝦頭中油脂提取率的影響，并測(cè)定其揮發(fā)性成分，以期為對(duì)蝦副產(chǎn)物中蝦頭油脂的提取工藝和風(fēng)味特征分析提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

凡納濱對(duì)蝦：購(gòu)于廣東省湛江市霞山區(qū)東風(fēng)市場(chǎng)，加冰運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室，清洗后取下蝦頭，在熱泵干燥機(jī)中進(jìn)行干制，采用高速萬(wàn)能粉碎機(jī)進(jìn)行制粉，4 ℃保存?zhèn)溆?；無(wú)水乙醇和石油醚（沸程30～60 ℃）：購(gòu)于佛山西隴化工有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

超聲波-超臨界聚合反應(yīng)裝置，南京先歐儀器制造有限公司；L3.5TB1 型熱泵干燥機(jī)，廣東威而信實(shí)業(yè)有限公司；LD-Y500型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，上海頂帥電器有限公司；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海梅香儀器有限公司；JIDI-21R型離心機(jī)，廣州吉迪儀器有限公司；BSA224S型電子天平，北京賽多利斯公司；PEN3型電子鼻分析系統(tǒng)，德國(guó)Airsense 公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS 固相萃取頭，美國(guó)Supelco 公司；GCMS-TQ8050NX型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，Rtx-5MS石英毛細(xì)管分析柱（30 m×0.25 mm×0.25μm），日本島津公司。

1.2 方法

1.2.1 超臨界CO2提取油脂單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1.1 萃取壓力的篩選

稱(chēng)取10.0 g 蝦頭樣品粉末，按照質(zhì)量比1∶1 加入乙醇，萃取壓力分別設(shè)置為：15、20、25、30、35 MPa，于50 ℃萃取60 min，每組做兩次重復(fù)試驗(yàn)，研究不同萃取壓力對(duì)蝦頭油脂提取率的影響。

1.2.1.2 萃取溫度的篩選

稱(chēng)取10.0 g 蝦頭樣品粉末，按照質(zhì)量比1∶1 加入乙醇，萃取溫度分別設(shè)置為：35、40、45、50、55 ℃，采用試驗(yàn)優(yōu)化的壓力萃取60 min，研究不同萃取溫度對(duì)蝦頭油脂提取率的影響。

1.2.1.3 萃取時(shí)間的篩選

稱(chēng)取10.0 g 蝦頭樣品粉末，按照質(zhì)量比1∶1 加入乙醇，萃取時(shí)間分別設(shè)置為：30、60、90、120、150 min，采用試驗(yàn)優(yōu)化的壓力和溫度進(jìn)行萃取，研究不同萃取時(shí)間對(duì)蝦頭油脂提取率的影響。

1.2.2 超臨界CO2聯(lián)合超聲提取油脂方法

在經(jīng)優(yōu)化的超臨界萃取條件下進(jìn)行超聲波處理，當(dāng)萃取釜內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定條件開(kāi)始萃取時(shí)，打開(kāi)超聲波處理設(shè)備，處理時(shí)間為每次10 s、間隔5 s，持續(xù)20 min，功率2.5 kW，頻率35 kHz，研究超臨界萃取結(jié)合超聲波處理對(duì)蝦頭油脂提取率的影響。

1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.3.1 蝦頭中脂肪含量

參照GB 5009.6—2016[12]中第一法索氏抽提法測(cè)定脂肪含量（單位：g/100 g），稱(chēng)取2.0 g蝦頭粉末樣品，放進(jìn)抽提管，使用沸程30～60 ℃的石油醚作抽提溶劑。

1.2.3.2 蝦頭中油脂提取率

采用以下公式計(jì)算：

1.2.3.3 揮發(fā)性成分測(cè)定

將提取的蝦油3 mL 與3.0 g 氯化鈉混合后置于15 mL 的頂空瓶中，40 ℃水浴鍋中加熱10 min，使用50/30μm DVB/CAR/PDMS的萃取針吸附30 min。萃取針在GC-MS進(jìn)樣口解吸5 min，不分流進(jìn)樣。揮發(fā)性物質(zhì)檢測(cè)采用GC-MS-TQ8050NX（配毛細(xì)血管柱Rtx-5 MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣是純度99.999%的氦氣，流速為1.0 mL/min；柱溫程序?yàn)椋?0 ℃保持1 min，以4 ℃/min加熱到92 ℃，保持2 min，以5 ℃/min加熱到200 ℃，以6 ℃/min加熱至240 ℃，保持4 min。電離能設(shè)置為70 eV，接口溫度為250 ℃，離子源溫度為250 ℃，質(zhì)量掃描范圍為40～450 amu。所檢測(cè)成分的質(zhì)譜與NIST14數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)匹配和定性分析，根據(jù)相對(duì)峰面積計(jì)算各揮發(fā)性成分相對(duì)含量。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件分析處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 26 軟件進(jìn)行顯著性分析，所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果以表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取壓力對(duì)蝦頭油脂提取率的影響

由圖1 可見(jiàn)，在50 ℃下萃取60 min，增加壓力可提高蝦油提取率，壓力在15～30 MPa范圍內(nèi)無(wú)顯著差異；35 MPa 時(shí)蝦油提取率最高，為28.75%，是15 MPa時(shí)提取率的近5倍，顯著高于15～25 MPa時(shí)的提取率（P＜0.05）。超臨界萃取壓力增大時(shí)，會(huì)增強(qiáng)分子間作用力，使被提取物在性質(zhì)上更接近于脂類(lèi)狀態(tài)[13]。此時(shí)蝦頭粉末中油脂會(huì)溶于其中，達(dá)到萃取效果，即在15～30 MPa 壓力范圍內(nèi)，提取率隨壓力增大而升高。雖然35 MPa 壓力下提取率高于其他水平，但與30 MPa下提取率無(wú)顯著差異。綜合考慮能耗和升壓時(shí)間，確定蝦頭油脂提取的最優(yōu)萃取壓力為30 MPa。

圖1 萃取壓力對(duì)蝦頭油脂提取率的影響Fig.1 Effects of extraction pressures on the extraction rates of shrimp head oil

2.2 萃取溫度對(duì)蝦頭油脂提取率的影響

由圖2 可見(jiàn)，30 MPa 萃取60 min 時(shí)，隨著萃取溫度的升高，蝦頭油脂提取率降低。提取率在35～50 ℃范圍內(nèi)無(wú)顯著差異，35 ℃條件下提取率最高，為40.59%，顯著高于55 ℃時(shí)的提取率（P＜0.05）。超臨界萃取溫度升高會(huì)降低超臨界CO2的密度，一定溫度范圍內(nèi)會(huì)增加溶質(zhì)的擴(kuò)散和解離速率，但溫度過(guò)高會(huì)影響油類(lèi)品質(zhì)并引起油脂溶解能力下降，導(dǎo)致萃取率降低[14]。劉鴻雁等[15]探究了超臨界萃取溫度對(duì)玉米胚芽油提取率的影響，發(fā)現(xiàn)在萃取溫度30～40 ℃范圍內(nèi)，提取率隨溫度升高而升高，但當(dāng)萃取溫度處于40～50 ℃時(shí)，提取率隨溫度升高而降低。綜合考慮能耗及溫度對(duì)提取率的影響，確定蝦頭油脂提取的最佳萃取溫度為35 ℃。

圖2 萃取溫度對(duì)蝦頭油脂提取率的影響Fig.2 Effects of extraction temperatures on the extraction rates of shrimp head oil

2.3 萃取時(shí)間對(duì)蝦頭油脂提取率的影響

由圖3可見(jiàn)，在30 MPa、35 ℃條件下，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，蝦頭油脂提取率逐漸升高。在30～90 min范圍內(nèi)蝦油提取率無(wú)顯著差異，繼續(xù)增加萃取時(shí)間，提取率顯著增加。萃取150 min 時(shí)蝦油提取率最高，為43.02%，顯著高于其他各組（P＜0.05）。隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，超臨界流體在物料中浸提作用增加，油脂得到充分浸提，從而使提取率升高[14]。當(dāng)萃取時(shí)間為120 min 時(shí)，蝦油提取率為38.03%，顯著高于30、60、90 min 萃取組（P＜0.05）。考慮到能耗以及時(shí)間成本，確定蝦頭油脂提取的萃取時(shí)間為120 min。

圖3 萃取時(shí)間對(duì)蝦頭油脂提取率的影響Fig.3 Effects of extraction time on the extraction rates of shrimp head oil

2.4 超聲波聯(lián)合超臨界處理對(duì)蝦頭油脂提取率的影響

超聲波在萃取工藝中可產(chǎn)生空化效應(yīng)，在高功率的超聲波作用下會(huì)促進(jìn)超臨界CO2流體中產(chǎn)生細(xì)小空泡，在空泡破裂的瞬間產(chǎn)生極高壓力，蝦頭粉末中油脂被快速揮發(fā)出來(lái)，溶解于超臨界流體中，從而提高提取率[11，16]。因此采用超聲波結(jié)合超臨界處理提取蝦油，設(shè)置超聲條件為處理10 s、間隔5 s，總處理時(shí)長(zhǎng)20 min，功率2.5 kW，頻率35 kHz。超聲波聯(lián)合超臨界處理后，蝦油提取率提升至52.97%±0.95%，顯著高于單獨(dú)超臨界提取（P＜0.05）。

2.5 揮發(fā)性成分分析

水產(chǎn)品中報(bào)道的揮發(fā)性物質(zhì)主要有醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酸類(lèi)、酚類(lèi)和含氮、硫及雜環(huán)類(lèi)化合物[17]。由表1 可見(jiàn)，蝦油中共檢測(cè)出22 種揮發(fā)性物質(zhì)，包括烷烴類(lèi)（5種）、醛類(lèi)（6種）、酯類(lèi)（2種）、酸類(lèi)（3種）、苯類(lèi)（5種）和醚類(lèi)（1種）。蝦油中醛類(lèi)物質(zhì)占比26.62%。醛類(lèi)具有刺激性氣味，主要來(lái)源于脂肪酸降解、氨基酸降解等，微量的醛在蝦油中可起到調(diào)節(jié)的作用[18]。酯類(lèi)物質(zhì)通常源于短鏈酸和醇的酯化反應(yīng)，可以提高和改善香味[19-20]。酸類(lèi)可以通過(guò)氨基酸脫氨作用、糖類(lèi)降解等產(chǎn)生。蝦油中酸類(lèi)物質(zhì)相對(duì)含量較低，為3.94%，有刺激性氣味，可起到調(diào)和作用。凡納濱對(duì)蝦蝦油中共檢測(cè)出烷烴類(lèi)化合物5 種，占比45.28%，在南極磷蝦油中也檢測(cè)出辛烷、17-烷烯、庚烷等烷烴類(lèi)物質(zhì)[21]，但蝦油烷烴類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)不同，比例也有差異，可能由于原料差異和提取方法不同所致。

表1 蝦油中揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)含量Table 1 The relative contents of volatile components of shrimp head oil 單位：%

3 結(jié)論

本研究以凡納濱對(duì)蝦加工副產(chǎn)物蝦頭為原料，采用超臨界CO2聯(lián)合超聲提取蝦油。結(jié)果表明，采用30 MPa、35 ℃超臨界CO2提取120 min，在壓力達(dá)到30 MPa 時(shí)開(kāi)啟超聲處理，得到蝦油提取率為52.97%±0.95%。聯(lián)合超聲處理可顯著提高蝦頭中油脂提取率，后續(xù)可以進(jìn)一步研究超聲聯(lián)合方式以及超聲工作參數(shù)，如功率、作用時(shí)間等，對(duì)蝦油提取效果的影響和作用規(guī)律。采用GC-MS 分析超臨界CO2聯(lián)合超聲提取蝦油中揮發(fā)性成分，共檢測(cè)出烷烴類(lèi)、醛類(lèi)、酯類(lèi)、酸類(lèi)等共22 種成分，后期可進(jìn)一步分析其主要風(fēng)味貢獻(xiàn)物質(zhì)，并進(jìn)行定量分析，確定超臨界CO2聯(lián)合超聲提取蝦頭中油脂的風(fēng)味特征標(biāo)志物。