南極磷蝦油制備技術及其生理功能的研究進展

王元好，馬巖，袁起新，蘇宣毓

（1.中冠生物科技（琿春）有限公司，吉林琿春133300；2.加州大學圣克魯茲分校，美國加利福尼亞州95064）

南極磷蝦屬于甲殼動物，一般分布在南緯度以南的環南極海域[1]，因此被稱為南極磷蝦（Euphausia superba），是全球單一物種蘊藏量最大的生物資源[2]。南極磷蝦營養豐富，富含蛋白質、不飽和脂肪酸、磷脂、蝦青素、甾醇、維生素等成分，新鮮的南極磷蝦肌肉中約含蛋白質16.31%，粗脂肪1.30%，礦物質2.76%，水分74.69%[3]。南極磷蝦產自潔凈南極海洋，資源儲量極其豐富且渾身是寶，具有打造我國第二個遠洋漁業和海洋生物戰略性新興產業的巨大潛力[4]。南極磷蝦作為一種十分重要的漁業資源正受到越來越多國家的關注，利用磷蝦肌肉蛋白、酶、脂類等活性成分開發的產品也越來越多[5]。

研究發現，南極磷蝦油中富含磷脂、Omega-3多不飽和脂肪酸，特別是二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）和二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA），并且EPA和DHA多與磷脂結合[6]。由于具有這種特殊結構，磷蝦油和其它海洋油脂相比，更易為人體吸收，生物利用度更高[7]。此外，磷蝦油中還富含蝦青素、甾醇、維生素等成分，這些成分對于人體健康具有特殊作用，在預防心腦血管疾病、腦部認知、抗氧化和關節炎等方面都有一定的療效[8-10]。本文將總結介紹近年來國內外南極磷蝦油的提取制備技術及其生理功能的研究進展，為我國南極磷蝦油產品的開發利用提供依據。

1 南極磷蝦油的制備技術

南極磷蝦油主要包括甘油酯、磷脂、Omega-3多不飽和脂肪酸、膽固醇及蝦青素等成分，由于蝦青素和不飽和脂肪酸等屬于熱敏性物質，并且磷脂易于乳化，因此不適合采用傳統的提取方法，如壓榨法、蒸煮法等，目前南極磷蝦油提取中最常用的方法為有機溶劑浸提法、超臨界二氧化碳萃取法、酶輔助提取法等[11]；由于原料形式不同，包括冷凍磷蝦、新鮮磷蝦、磷蝦粉等不同形式，因此提取出來的蝦油的組成也不盡相同。

1.1 有機溶劑浸出法

有機溶劑浸出法是最常用的油脂提取方法，南極磷蝦油提取常用的溶劑包括氯仿、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、石油醚、正己烷、二氯甲烷等，可以采用單一溶劑法、混和溶劑法、組合溶劑提取法等進行磷蝦油的提取。

單一溶劑提取時，乙醇是最常用的有機溶劑，乙醇極性較強，對于南極磷蝦油脂的浸提效率較高，并且得油率也高。趙傳凱等[12]從南極磷蝦粉中提取蝦油，分析了7種有機溶劑提取率，并通過單因素試驗和正交試驗，確定無水乙醇可為南極磷蝦油脂的最佳提取試劑，當提取溫度為65℃，時間為3 h，料液比為1∶9（g/mL）時，可獲得最高提取率為19.60 g/100 g（干基）。王玥瑋等[13]以南極磷蝦為原料，以無水乙醇為提取液，結合超聲波輔助提取技術，對磷蝦油進行提取研究。通過單因素及正交試驗確定了南極磷蝦油的最佳提取工藝，即時間 3 h，溫度 35 ℃，料液比 1 ∶7（g/mL），功率130 W，磷蝦油得率為16.3%。徐洋等[14]以采肉后的蝦殼干燥粉末為原料，在對比選擇干燥方法（冷凍干燥）、提取溶劑（95%乙醇）、粉碎程度（60目以上）的基礎上，通過正交試驗優化確定其最佳提取條件為：提取溫度 50℃，提取時間 30 min，料液比 1∶9（g/mL）。在此方案下，蝦油的得率達到12.64%左右。張曉慧等[15]以南極磷蝦粉為原料，以乙醇為唯一有機溶劑對磷蝦油提取，通過單因素試驗確定最佳提取條件為：95%乙醇，料液比為 1 ∶7（g/mL），浸提時間 120 min，攪拌速率1 000 r/min，磷蝦油提取率為14.4 g/100 g。除使用乙醇作用提取溶劑外，孫甜甜等[16]利用正己烷從冷凍的南極磷蝦中提取油脂。但由于冷凍南極磷蝦含有大量的水分，正己烷與水不互溶，在提取的過程中會發生嚴重的乳化現象，導致油脂得率較低。由于單一溶劑工藝簡單，后續溶劑脫除及溶劑回收易于操作，適用于工業化生產，并且基于企業生產成本和食品安全角度的考量，目前國內磷蝦油生產企業多以乙醇作為提取溶劑進行磷蝦油生產。

為了進一步提高浸提效率，可以采用混和溶劑方法進行提取。崔秀明等[17]利用正己烷和乙酸乙酯的混和溶劑從干燥南極磷蝦粉中提取油脂，在最優工藝條件下，油脂得率為14.8%（以干燥蝦粉計）。曹文靜等[18]采用正己烷-無水乙醇混合溶劑直接從冷凍南極磷蝦中提取磷蝦油，得油率為（2.78±0.04）%，總油提取率為（89.1±0.8）%。Gigliotti等[19]利用丙酮和乙醇提取南極磷蝦油脂，二者的油脂提取率較高，且油脂中不飽和脂肪酸含量也較高，極性非磷脂類占64%～77%，甘油三酯僅占1%～3%。但是丙酮、氯仿和甲醇等有機溶劑的毒性較大，并且混合溶劑法在后續溶劑回收過程比較復雜，產業化難度大，因此不適合作為工業生產食用油的提取劑。

采用組合溶劑提取法，通過兩步甚至三步不同溶劑組合使用，通過極性溶劑與非極性溶劑間的互補，提高油脂提取率。Sampalis等[20]先后采用丙酮、乙醇分兩步提取南極磷蝦油，獲得了較高的提取率。謝丹[21]開發了一種分級提取南極磷蝦油的工藝，以全脂磷蝦粉為原料，依次以丙酮、己烷、乙醇為提取溶劑進行三級分級提取，提取得到的蝦油磷脂含量分別為2.39、35.02、62.79 g/100 g，EPA和DHA總含量分別占總脂肪酸質量的11.52%、26.17%、41.39%，并且3種分級蝦油中的蝦青素、生育酚、維生素A和膽固醇的含量差異顯著。組合溶劑提取法一定程度上提高了提取率，增加了南極磷蝦油產品的多樣性，但是由于操作的復雜性，目前不適于產業化生產。

1.2 超臨界萃取/亞臨界萃取法

近年來，超臨界流體萃取在天然活性物質提取方面所展現的能力和優越性吸引了油脂加工行業的注意力。最常見的超臨界萃取溶劑CO2具有無毒、價廉易得、臨界溫度接近室溫并且臨界壓力不太高等優點，但是超臨界CO2萃取法無法有效提取磷脂[22]，添加5%～20%的乙醇作為夾帶溶劑，由于CO2和極性夾帶劑的共同作用，可以將脂質中的中性脂和極性脂較完全地提取出來，可以增大超臨界CO2磷脂的溶解度，提高脂質得率[23]。

Bruheim等[24]采用超臨界 CO2流體技術，以20%的乙醇作為夾帶劑提取南極磷蝦油，在提取之前不需去除南極磷蝦的水分，效率可達乙醇提取的1.2倍，但是需要在脂質提取前，在超過50℃條件下熱鈍化樣品的脂肪酶，這樣可以避免酯鍵的水解和減少樣品中的游離脂肪酸，但也會導致熱敏性南極磷蝦肌肉蛋白質的變性。孫甜甜等[25]采用超臨界萃取方法，以20%乙醇為極性夾帶劑萃取，在壓力25 MPa，萃取溫度50℃，萃取3 h，CO2流量20 L/h條件下，獲得磷脂含量為（34.9±1.84）%的磷蝦油，得率為16.66%，與溶劑萃取法的得率相近。趙福江等[26]先用乙醇噴灑磷蝦粉，再進行超臨界CO2萃取，獲得磷蝦油，磷脂含量為37%～42%，EPA13%～18%，DHA 8%～12%，蝦青素0.12%～0.13%，得率為12%～18%。Ali-Nehari A等[27]先用超臨界CO2萃取，萃余物用95%乙醇提取，蝦油磷脂純度可以達到42.7%。

亞臨界萃取技術是利用亞臨界流體為萃取劑，提取天然產物的一種技術。有研究者[28]嘗試使用亞臨界丁烷制備南極磷蝦脂質，在最優條件40℃、1.0 MPa的條件下動態提取120 min，脂質得率高達81.84%，南極磷蝦油產品中的磷脂含量為28.7%。但是，同超臨界萃取一樣，設備成本高昂，操作條件嚴苛，亞臨界流體萃取很難實現較大產量的工業化。

1.3 酶輔助提取法

生物體中的脂質通常以脂蛋白、脂多糖等“油體”形式存在，酶輔助提取法是利用機械破碎，采用各種酶來酶解油料的細胞壁或者脂小體的蛋白膜，從而最大程度地使油脂釋放、聚集并使低變性蛋白易于回收的方法[29]，具有提取條件較溫和、能耗低、油脂品質高等優勢。

徐曉斌等[29]添加0.2%復合蛋白酶，南極磷蝦油提取率為97.77%。于海寧等[30]利用南極磷蝦自有的自溶酶體系，結合采用木瓜蛋白酶對南極磷蝦油進行提取，結果表明南極磷蝦自溶作用有利于南極磷蝦油的提取，木瓜蛋白酶結合自溶酶體系共同作用可取得最佳提取效果。以EPA和DHA的質量分數之和為檢測指標，在最佳提取工藝條件下提取的蝦油，EPA和DHA質量分數之和為75.77%。徐海軍[31]采用南極磷蝦為原料，通過正交試驗確定水酶法提取南極磷蝦油復合酶最優配比為中性蛋白酶添加量0.5%、木瓜蛋白酶添加量0.3%、風味蛋白酶添加量0.2%。通過響應面分析法確定水酶法提取南極磷蝦油的最佳工藝，即復合酶添加量為0.42%，液料比值為6.8 mL/g，酶解時間為3.1 h，酶解溫度為50.8℃，此時南極磷蝦油油得率達到3.89%。Zhou等[32]使用0.16%復合酶，在45℃條件下酶解2.9h，磷蝦油提取率可以達到86.02%。Wang等[33]研究了6種酶包括木瓜蛋白酶、復合蛋白酶、酸性蛋白酶、中性酶、胰酶、堿性蛋白酶對于南極磷蝦油提取得率和品質的影響，提取溶劑為乙醇和石油醚，結果表明，采用堿性蛋白酶和復合酶得率較高，分別為5.29%和4.90%，并且利用堿性蛋白酶，磷蝦油中的磷脂、蝦青素、生育酚、維生素A及不飽和脂肪酸的含量更高。酶法雖然具有條件溫和的優點，但是生物酶價格昂貴，生產成本高，反應時間長，不利于大規模生產。

2 生理功能

由于南極磷蝦油中富含磷脂型Omega-3不飽和脂肪酸、蝦青素、維生素E、甾醇等多種有益成分，作為一種新的膳食補充劑南極磷蝦脂質正越來越受到歡迎。

2.1 預防心腦血管疾病

有研究表明[34]，適量補充Omega-3不飽和脂肪酸，維持血液中較高濃度的EPA和DHA水平，可以調節血脂，預防心腦血管疾病，在連續補充4周磷蝦油長期試驗中，受試者血漿中EPA的濃度高于魚油受試組；Sun等[35]的研究發現，以豬油為基礎的高脂飼料喂養C57BL/6J小鼠，進行為期12周的磷蝦油喂食，記錄小鼠體重和進食量，并測定C57BL/6J小鼠血清脂質代謝，實驗結束后進行小鼠糖耐量實驗（glucose tolerance tests，GTTs）和病理學分析。結果表明與對照組相比，喂食磷蝦油組的小鼠體重增加較少，脂肪在肝臟等組織中的積累較少。高脂飲食可顯著降低高脂飲食引起的血脂異常。有研究表明[36]，在磷蝦油對小鼠高脂血癥腸道菌群結構的影響實驗中，磷蝦油可以引起腸道微生物菌落結構的改變，從而降低高脂血癥。

2.2 抗癌作用

Jayathilake等[37]研究發現，南極磷蝦油提取物可以抑制大腸癌細胞HCT-15、SW-480和Caco-2的增殖并誘導其凋亡。研究發現[38]，磷蝦油作用于人體骨肉瘤細胞，可在72 h時抑制64%的細胞增殖，而魚油則沒有明顯變化。磷蝦油的抑制作用相當于0.5、1 μmol/L阿霉素（一種臨床常用的OS治療藥物）。這些結果表明，磷蝦油可以與標準的臨床實踐相結合來控制原發性腫瘤的生長。Zheng等[39-40]分離并鑒定了南極磷蝦油中存在反式 EPA（E-EPA）和反式 DHA（E-DHA），并鑒定出二者對癌細胞株 U937、K562、SMMC-7721、PC-3、MDA-MB-231、HL60和MCF-7呈現了較高的抑制活性，且效果優于商品化魚油中的Z-EPA和Z-DHA。可能的機制為南極磷蝦反式DHA可顯著下調MCF-7的遷移及侵襲能力，隨著DHA濃度的增加，在MCF-7細胞中CD95i與Caveolin-1的相互作用也隨之增強，而且CD95i與Caveolin-1的相互作用增強會抑制FAK/SRC/PI3K/AKT信號通路，并最終使MMP2的表達下調，從而抑制細胞的遷移及侵襲。這些研究結果表明，南極磷蝦油可能在抗癌治療方面具有良好前景，但目前南極磷蝦油所展示的強大抗癌作用機理尚不明確，推測可能由于多種生理活性物質的協同作用所致，還需要更多的體內實驗證實并闡述潛在的分子作用機制。

2.3 改善腦部機能

動物學實驗以及人體實驗已經證明，Omega-3不飽和脂肪酸具有保護大腦健康的作用，可以提高大腦的記憶功能、學習功能、認知功能、反應力、注意力以及精神情緒[34]。通過研究D-半乳糖致衰老小鼠食用磷蝦油能增強神經認知功能發現[41]，喂食劑量100mg/（kg·d）～600 mg/（kg·d）的南極磷蝦油40 d可以顯著改善與大腦認知相關的Celsr3和Ppp1r1b基因表達上調，這有助于大腦發育、學習和記憶行為過程，Morris水迷宮實驗證實，南極磷蝦油能夠顯著減少大鼠尋找平臺潛伏期時間并且增加垮臺次數和目標區域游泳時間所占比例。同時，磷蝦油對衰老小鼠的氧化應激生物標志物有顯著改善（P＜0.05），血清超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD） 和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）水平升高。Laura等[42]研究發現服用磷蝦油劑量為300 mg/kg的對戊四唑癲癇小鼠與棕櫚油對照組相比，抽搐行為明顯延遲，生存時間略有延長，因此，磷蝦油可能作為抗癲癇藥物的補充劑。此外，Konagai等[43]研究發現健康老年男性在攝入南極磷蝦油12周后，認知功能有所提高。

2.4 運動健康

抗阻訓練被認為是增長肌肉體積、力量和耐力的最有效的方法，研究發現，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）轉導通路在調節骨胳肌體積方面具有重要作用[44]。Georges等研究發現[45]，在雙盲、安慰劑對照研究中，接受抗阻訓練的受試者每天服用3 g磷蝦油或安慰劑，每人參加為期8周的抗阻訓練計劃。在第0周和第8周結束時，集體評估最大力量、峰值功率和感知恢復率。結果發現，磷蝦油能夠顯著刺激mTOR信號傳導和控制，這表明磷蝦油對于抗阻訓練具有促進作用。

3 總結

目前南極磷蝦油的提取方式包括溶劑提取法、超臨界二氧化碳萃取法、酶輔助提取法等，因為有機溶劑法，操作簡單，對設備要求不高，國內企業多以南極磷蝦粉為原料，以有機溶劑特別是以乙醇為主要提取溶劑提取磷蝦油。南極磷蝦油由于對人體具有多種生理功能，擁有廣闊的應用前景，越來越多地受到市場關注，相信在今后會有更廣闊的應用前景。