酶法提取羅非魚內臟魚油及脂肪酸組成分析

王倩倩 呂 順 陸劍鋒 姜紹通 林 琳

（合肥工業大學生物與食品工程學院安徽省農產品精深加工重點實驗室，合肥 230009）

酶法提取羅非魚內臟魚油及脂肪酸組成分析

王倩倩 呂 順 陸劍鋒 姜紹通 林 琳

（合肥工業大學生物與食品工程學院安徽省農產品精深加工重點實驗室，合肥 230009）

對酶法提取羅非魚內臟魚油的工藝條件進行研究，并對提取魚油的基本理化性質和脂肪酸組成進行分析。考察了酶種類、酶解溫度、pH、液料比、加酶量和酶解時間對羅非魚內臟魚油提取率的影響，通過單因素試驗和響應面法優化得到酶法提取羅非魚內臟魚油的最佳工藝條件為：酶解溫度50℃、pH 7.5、液料比5∶1、加酶量3 400 U／g、酶解時間1 h。在此條件下，魚油提取率達到88.95%，酸價達到SC／T 3502—2000的粗魚油一級標準。羅非魚內臟魚油中飽和脂肪酸相對質量分數為36.66%，單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸分別占總脂肪酸質量的38.13%和25.18%，表明羅非魚內臟魚油是一種營養品質較高的油脂。

羅非魚 胰蛋白酶 魚油 響應面法 脂肪酸

羅非魚（Tilapia）俗名非洲鯽魚，屬于硬骨魚類綱鱸形目麗魚科羅非魚屬，原產非洲，肉質潔白，營養豐富，味道鮮美，備受人們的青睞。2008年我國羅非魚產量達到110萬t［1］。羅非魚是我國淡水養殖產量提高最快的品種，出口產量主要以冷凍魚片為主。由于羅非魚體型較扁，魚片利用率只占整條魚的46%，而魚片加工廢棄物卻占54%，其中魚頭占26.5%，內臟占6.8%，魚排占16.5%，魚鱗占2.2%［2］。羅非魚在加工過程中產生大量的可食用和不可食用的副產物，充分利用這些物質，不僅可以提高魚類生產加工的附加值，還能夠有效減少環境污染，帶來更大的經濟效益。魚內臟中含有大量油脂，是優質魚油的生產原料。魚油中富含各種不飽和脂肪酸、脂溶性維生素及其他成分，其中ω－3型多不飽和脂肪酸具有特殊的生物活性，在生物系統中有廣泛的功能。臨床研究已經證實，ω－3型多不飽和脂肪酸有促進大腦發育、降低患心血管疾病的風險、抗炎抗腫瘤等生理作用［3－5］。

隨著人們認識的不斷深入，魚油相關產品越來越暢銷，進一步刺激了人們對于魚油提取及濃縮方法的研究［6］。酶解法是利用蛋白酶對蛋白質進行水解，破壞蛋白質和脂肪的結合關系，從而釋放出油脂。酶法提油技術以其溫和的提取條件不僅保護了油脂的有效成分及增加油脂的溶出［7］，而且為淡水產品的附加值和資源的利用提供了一種行之有效的方法。該法生產的魚油質量高，同時可以充分利用蛋白酶水解產生的酶解液（含有小肽和氨基酸）生產各種功能性多肽和海鮮調味料等產品。因此利用酶解法提取羅非魚內臟魚油對于淡水魚廢棄物的綜合利用和環境保護具有重要意義。本研究以羅非魚內臟為原料，通過蛋白酶酶解法，運用響應面法優化魚油提取條件，旨在找出一條適合于工業化生產羅非魚魚油的方法，同時對提取魚油的理化性質和脂肪酸組成進行初步分析，以期為羅非魚內臟的高值化綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羅非魚內臟：廣東省明基水產品有限公司。

風味蛋白酶（2.5×104U／g）：北京索萊寶科技有限公司；胃蛋白酶（0.5×104U／g）：上海源聚生物科技有限公司；胰蛋白酶（5×104U／g）：國藥集團化學試劑有限公司；木瓜蛋白酶（7.7×105U／g）：南寧龐博生物工程有限公司；堿性蛋白酶（5×104U／g）、中性蛋白酶（5×104U／g）：北京奧博星生物技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

FSH－2A可調高速勻漿機：江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司；PHS－3C精密pH計：上海大譜儀器有限公司；CT15RT臺式高速冷凍離心機：上海天美生化儀器設備工程有限公司；FA1104N電子分析天平：上海民橋精密科學儀器有限公司；Saturn2200氣質聯用儀：美國Varian公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 魚油提取工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料的預處理

將羅非魚內臟取出，魚膽中有分解魚油的成分，會影響魚油的提取率，因而要小心去除魚膽。用自來水反復清洗，除去血漬雜物等，將表面水分瀝干后，內臟置于勻漿機中攪碎，使樣品處于均勻一致的狀態。

1.3.2.2 內臟魚油的提取

稱取一定量預處理后的羅非魚內臟，置于錐形瓶中，加水調節液料比（mL／g），用 4 mol／L NaOH或者HCl調節至一定初始pH，然后加入一定量胰蛋白酶，置于水浴鍋中，于一定溫度下酶解一定時間，90℃滅酶5～15 min。在酶解過程中，每隔一段時間搖1次。隨后趁熱在5 000 r／min離心15 min，將離心管垂直放于－20℃冷凍2 h后，分離出上層油脂即為粗魚油，以魚油提取率為指標來考察提取效果。

式中：原料中魚油的質量／g，即為粗脂肪含量，粗脂肪測定參照GB／T 5009.6—2003，以無水乙醚為溶劑，采用索氏抽提法進行測定。

1.3.3 羅非魚內臟魚油提取工藝條件的確定

1.3.3.1 單因素試驗

根據前期預試驗的試驗結果，分別考察酶種類、酶解溫度、酶解時間、pH、料液比和加酶量對羅非魚內臟魚油提取率的影響。

1.3.3.2 酶法提取羅非魚內臟魚油工藝條件優化

在單因素試驗結果的基礎上，采用Box－Behnken試驗設計，以羅非魚魚油提取率Y為目標函數，分別以酶解溫度、pH、液料比、加酶量對應4個獨立變量X1、X2、X3、X4，采用四因素五水平的響應面分析法優化酶解羅非魚魚油提取工藝條件，試驗因素水平見表1。模型選用二階方程：

式中：Y為因變量；β0為常數項；βi為一次項系數；βii為二次項系數；βij為交互項系數；Xi、Xj為自變量。

表1 Box－Behnken試驗因素水平表

1.3.4 羅非魚內臟魚油理化性質測定

將優化條件下提取的羅非魚內臟魚油的理化性質進行測定，其中感官評定：參照SC／T 3502—2000；水分及揮發物含量測定：參照GB／T 5528—2008，直接干燥法；酸價測定：參照GB／T 5530—2005，熱乙醇測定法；過氧化值測定：參照GB／T 5538—2005，硫代硫酸鈉滴定法；碘價測定：參照GB／T 5532—2008，硫代硫酸鈉滴定法；不溶性雜質含量測定：參照GB／T 15688—2008，坩堝式過濾器法。

1.3.5 羅非魚內臟魚油脂肪酸組成分析

樣品甲酯化［6］：稱取提取的魚油樣品約0.4 g置于錐形瓶中，加入0.5 mol／L氫氧化鉀－甲醇溶液4 mL，置于60℃水浴鍋上皂化30 min（油珠完全消失），冷卻后加入12.5%硫酸－甲醇溶液40 mL，于60℃水浴上酯化5 min，冷卻，將之倒入盛有45 mL蒸餾水的分液漏斗中，加入正己烷2 mL，放掉下層，用飽和氯化鈉水溶液2 mL洗滌至少3次，取上清液再加入適量無水硫酸鈉顆粒，混勻、靜置后取上清液在4 000 r／min條件下離心10 min，用0.22μm微孔過濾膜過濾后貯存于試劑瓶中（－20℃），待GCMS分析。

GC條件：cp－sil8CB毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）；載氣：高純氦；分流比：50∶1；流速：1.0 mL／min；進樣口溫度260℃；程序升溫條件：起始溫度50℃，以12℃／min升溫至260℃，保持8 min，再以30℃／min升溫至300℃，保持5 min。MS條件：電離方式EI；離子源溫度150℃；電離能量70 eV；掃描質量范圍30～650。通過對 NIST譜庫檢索，對脂肪酸進行定性，然后通過面積歸一化法確定其相對百分含量。

2 結果與討論

2.1 羅非魚內臟魚油提取水解用蛋白酶的篩選

在酶各自建議水解條件下，液料比為4∶1，加酶量為1 000 U／g的條件下對羅非魚內臟酶解3 h，不同酶解處理對羅非魚內臟魚油提取率的影響見表2。從表2可以看出，采用的蛋白酶不同，魚油的提取率也有所不同，其中胰蛋白酶處理的魚油提取率最高，達到了85.51%。不同蛋白酶的水解能力不同，主要是因為不同蛋白酶對肽鍵的專一性不同。胰蛋白酶的專一性廣泛，能很好地隨機水解肽鍵，從而有效破壞脂肪分子與蛋白質分子的結合關系，釋放出油脂［8］，從而提高魚油提取率。所以采用胰蛋白酶進行后續試驗，對胰蛋白酶水解羅非魚內臟提取魚油的工藝條件進行優化。

表2 不同蛋白酶對魚油提取率的影響

2.2 酶解溫度對魚油提取率的影響

在胰蛋白酶酶解時間3 h、pH 7.5、液料比4∶1、加酶量1 000 U／g的條件下，分別在酶解溫度為40、45、50、55、60℃時提取魚油，考察酶解溫度對魚油提取率的影響，結果見圖1。由圖1可知，40～50℃范圍內，魚油提取率隨著溫度的升高而增加。隨著溫度的升高，加速酶解反應處于主導地位，魚油提取率表現出來的趨勢是上升的。當溫度超過50℃時，酶解速度加快的同時，酶失活的速度更快，此時提取率表現出來的趨勢是下降的。因此選擇50℃為適宜的酶解溫度。

圖1 酶解溫度對魚油提取率的影響

2.3 酶解時間對魚油提取率的影響

在胰蛋白酶酶解溫度50℃、pH 7.5、液料比4∶1、加酶量1 000 U／g的條件下，分別在酶解時間為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h時提取魚油，考察酶解時間對魚油提取率的影響，結果見圖2。由圖2可知，酶解反應前1 h內魚油提取率有較大變化，在1 h時達到84.67%，這主要是由于隨著酶解時間的延長，使得酶與底物的作用比較徹底，能夠充分破壞脂肪和蛋白質的關系，釋放出脂肪分子。此后隨著酶解時間的延長，魚油提取率逐漸增加，但增加不明顯。另外，酶解時間越長，魚油中的多不飽和脂肪酸越易發生氧化，會降低魚油的品質。因此，從工作效率及設備利用、能耗、提油率增加量等經濟衡量的角度考慮，選擇1 h為適宜的酶解時間，在響應面試驗中不作為主要因素考察。

圖2 酶解時間對魚油提取率的影響

2.4 酶解pH對魚油提取率的影響

在胰蛋白酶酶解溫度50℃、酶解時間3 h、液料比4∶1、加酶量1 000 U／g的條件下，分別在酶解pH為5、6、7、8、9時提取魚油，考察酶解pH對魚油提取率的影響，結果見圖3。由圖3知，酶解pH在5.0～7.0范圍內，隨著pH的提高，提取率也增加，這表明提高pH可促進脂肪組織水解，將更多的油脂釋放出來。當酶解pH為7.0時，提取率最高，而隨著pH的進一步提高，提取率反而降低。每種酶都有特定的適用pH范圍，而顯著的酶活性只發生在非常窄的pH范圍內，因為蛋白酶和底物蛋白質均有解離基團，只有這些解離基團處于特定的解離狀態時，酶分子與底物蛋白質分子才會快速結合，生成產物的速度也最快［12］，所以只有在特定的pH范圍條件下，酶解效果才會最好。因此，選擇pH 7.0為適宜的酶解pH。

圖3 酶解pH對魚油提取率的影響

2.5 液料比對魚油提取率的影響

在胰蛋白酶酶解溫度50℃、酶解時間3 h、pH 7.5、加酶量1 000 U／g的條件下，分別在液料比為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1（V／W，mL／g）時提取魚油，考察料液比對魚油提取率的影響，結果見圖4。由圖4可知，隨著液料比的增大，提取率呈現先上升后下降的趨勢，當液料比達到3∶1時魚油提取效果最好。當液料比較低時，溶質的流動性差，酶和底物結合不充分，反應不易進行。隨著液料比的升高，溶質的流動性增強，魚油提取率增加。當液料比過大時，雖然使得底物分散更均勻，溶解度增加，但酶和底物的濃度均下降，二者接觸的機會就減少，影響油脂的釋放，從而影響魚油提取率。實際上，當液料比過大時，不僅使得魚油提取率降低，而且增加了之后離心分離的難度及濃縮的成本。考慮到酶解效果和經濟成本等條件，選擇液料比為3∶1。

圖4 液料比對魚油提取率的影響

2.6 加酶量對魚油提取率的影響

圖5 加酶量對魚油提取率的影響

在胰蛋白酶酶解溫度50℃、酶解時間3 h、pH 7.5、液料比 4∶1，分別在加酶量為 1 000、2 000、3 000、4 000、5 000 U／g時提取魚油，考察加酶量對魚油提取率的影響，試驗結果見圖5。由圖5可知，隨著酶量的增加，魚油提取率逐漸升高，主要是因為酶解蛋白質后，被蛋白質包被的脂肪被釋放，隨著酶添加量增加被釋放的脂肪量也增加。當加酶量為3 000 U／g時，提取率最高，而隨著酶量的進一步增加，提取率反而降低。當酶過量時，由于酶本身的相互水解作用加強，會阻礙酶對底物的水解，從而使得魚油提取率降低。因此，選擇加酶量為3 000 U／g。

2.7 酶解工藝參數的響應面優化

在單因素試驗結果的基礎上，采用 Box－Behnken試驗設計，響應面試驗設計及結果見表3。對表3中數據進行回歸擬合，得到羅非魚內臟魚油提取率Y對酶解溫度（X1）、pH（X2）、液料比（X3）和加酶量（X4）4個因素的二次多元回歸方程為：

表3 響應面試驗設計及結果

運用Design－expert V8.0軟件，得到羅非魚內臟魚油提取率回歸方程的方差分析如表4所示。由表4可知，模型的決定性系數R2＝0.90較大，說明二次多項式回歸效果好，失擬項P＝0.173 9＞0.05，失擬項不顯著。模型的變異系數CV＝1.06%＜10%，表明具有較好的試驗穩定性。整體模型的P＜0.000 1，說明該二次方程模型達到極顯著水平。綜合以上分析可知，各因素值和響應值間的關系可以用此模型函數化。模型的一次項X2極顯著，X3和X4高度顯著；二次項X22極顯著，X32和X42高度顯著，X12顯著；交互項和其他各項均不顯著。由此可以看出各因素對于羅非魚魚油提取率的影響不是簡單的線性關系。剔除回歸方程中的不顯著項，簡化后的方程為：

表4 回歸模型顯著性檢驗及方差分析

根據回歸方程，做出響應面和等高線，考察擬合響應曲面的形狀，分析各參數對羅非魚內臟魚油提取率的影響。由圖6可以看出：酶解pH對羅非魚內臟魚油提取率的影響最為顯著，曲線變化幅度較大；其次為加酶量和液料比，兩因素對魚油提取率的影響近似相同；酶解溫度對魚油提取率的影響最小，曲線變化幅度平緩。由圖6a、圖6d、圖6e可知：pH值較低時，隨著pH的升高，魚油提取率呈上升趨勢，而超過一定的pH值，魚油提取率反而下降，由試驗分析得出的結論與理論上酶存在最適pH的性質是一致的；等高線的形狀可反映出交互效應的強弱，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，圓形則相反。由圖6可知，酶解溫度、pH、液料比、加酶量4個因素之間的交互作用均較小，這與方差分析的結果相符。

圖6 各兩因素交互作用的響應曲面和等高線圖

為了進一步確證最佳的酶解工藝條件，將所得回歸方程分別對各自變量取一階偏導等于零，得到最佳酶解工藝條件為：酶解溫度49.45℃、pH 7.47、液料比4.61∶1、加酶量 3 390 U／g。此時預測值為90.34%。考慮到實際操作的便利，將酶解工藝參數修正為酶解溫度50℃、pH 7.5、液料比5∶1、加酶量3 400 U／g。為了檢測該模型預測的可靠性，對優化條件進行驗證試驗，重復3次，得到羅非魚魚油提取率平均值為88.95%，與理論預測值無著性差異（P＞0.05）。

2.8 羅非魚內臟粗魚油理化性質測定

最佳提取條件下得到的粗魚油外觀呈淺黃色，稍有渾濁，具有濃魚腥味，其理化性質分析見表5。由表5可以看出，粗魚油的過氧化值偏高，超過粗魚油的二級標準，這可能是由于魚類內臟中含有豐富的金屬離子促進了多不飽和脂肪酸的氧化而導致過氧化值較高。酸價較低，達到粗魚油的一級標準。碘價低于粗魚油的二級標準，這可能是由于羅非魚屬于淡水魚類，多不飽和脂肪酸含量比較低，而且加熱過程中的熱處理使得不飽和脂肪酸氧化變質，從而使得碘價偏低［9］。粗魚油中的水分及揮發物、雜質含量偏高，還需進一步精制除去，從而提高魚油質量，以達到工業或食用的目的。

表5 羅非魚內臟粗魚油理化性質

2.9 羅非魚魚油脂肪酸組成分析

對酶法提取的羅非魚魚油進行氣相色譜分離，并采用質譜儀分析其脂肪酸組成，結果見表6。分析結果表明，羅非魚魚油主要由C14～C22脂肪酸組成，飽和脂肪酸相對質量分數為36.66%，其中以棕櫚酸為主；不飽和脂肪酸相對質量分數為63.31%，其中單不飽和脂肪酸主要由油酸和棕櫚油酸組成，占脂肪酸質量分數的38.13%；多不飽和脂肪酸相對質量分數為25.18%，其中亞油酸的含量最高，其次為DHA、γ－亞麻酸，同時還含有少量的EPA。張立堅等［10］通過GC－MS對羅非魚內臟魚油的脂肪酸組成進行研究，主要脂肪酸組成為油酸28.03%、棕櫚酸20.97%、亞油酸13.41%、棕櫚油酸11.54%，與本測定結果略有差別，這可能是由于羅非魚體內的脂肪酸隨產地、季節等的變化而略微有變化。

表6 羅非魚魚油脂肪酸組成

3 結論

本試驗以響應面法優化了胰蛋白酶酶解羅非魚內臟制備魚油的最佳工藝條件，得到最佳工藝條件：酶解溫度50℃，pH 7.5，液料比5∶1，加酶量3 400 U／g，酶解時間1 h，實際測得魚油提取率為88.95%，與預測值90.34%無顯著性差異。因此，基于響應面分析所得的優化提取工藝參數準確可靠，對于羅非魚廢棄物的再利用具有實用價值。在最佳工藝條件下，得到的粗魚油呈淺黃色、稍有渾濁，具有魚腥味，粗魚油的理化指標中酸價達到了SC／T 3502—2000標準的粗魚油一級標準。GC－MS檢測分析表明，酶法提取的魚油中飽和脂肪酸相對質量分數為36.66%，以棕櫚酸為主；單不飽和脂肪酸相對質量分數為38.13%，以油酸和棕櫚油酸為主，多不飽和脂肪酸相對質量分數為25.18%，以亞油酸為主，其中DHA和EPA分別為1.95%和2.87%，表明羅非魚內臟魚油是一種營養品質較高的油脂。

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Extraction of Fish Oil from Tilapia Viscera by Enzyme and Analysis of Fatty Acid Composition

Wang Qianqian LüShun Lu Jianfeng Jiang Shaotong Lin Lin

（College of Biotechnology and Food Engineering，Key Laboratory for Agriculture Products Processing of Anhui Province，Hefei University of Technology，Hefei 230009）

The technology of extracting fish oil from tilapia viscera by enzyme has been optimized in the paper.The basic physical and chemical characteristics and fatty acid composition were analyzed.The effects of enzyme species，temperature of hydrolysis，pH value，liquid－material ratio and enzyme concentration of fish oil extraction rate were researched.The single factor experiment and response surface methodology were used to determine the optimum conditions to extract fish oil from the tilapia viscera.The optimal temperature，pH，liquid－material ratio and enzyme concentration were 50℃，7.5，5∶1 and 3 400 U／g，respectively.On the conditions，the fish oil extraction rate was 88.95%with its acid value attached the primary standard of crude fish oil（SC／T 3502—2000）.The relative content of saturated fatty acid of fish oil extracted from tilapia viscera was 36.66%.Monounsaturated fatty acids and polyunsaturated fatty acids were 38.13%and 25.18%respectively.The results indicated that the fish oil extracted from tilapia viscera could be regarded as a fat of high nutritional quality.

tilapia，trypsin，fish oil，response surface methodology，fatty acid

TS254.9

A

1003－0174（2015）09－0072－07

國家農業科技成果轉化資金（2012GB2C300 202），廣東省教育部產學研結合重點項目（2012B09 1000121）

2014－04－01

王倩倩，女，1990年出生，碩士，糧食、油脂與植物蛋白工程

林琳，女，1978年出生，副教授，水產品加工副產物綜合利用