龙虾下脚料中虾油的提取工艺和性质研究*

陈军，赵立，史宇杰

(淮阴工学院生化学院，江苏淮安，223003)

克氏原螯虾又称小龙虾(Proeambarus clarki)，英文名为crayfish，原产于北美洲，1929年由日本移植到我国。由于其生命力强，现已广泛分布于我国十几个省市。小龙虾作为一种新的大众食品，具有营养价值高、味道鲜美等特点，近年来迅速风靡国内市场，成为餐饮业的热门菜肴之一。目前，龙虾的出口主要为欧美市场，而以虾仁出口居多，龙虾在此加工过程中会产生大量的废弃物，主要为虾头、虾壳，占总虾体的85%左右，如能对龙虾下脚料充分利用，不仅可以保护环境，还可以节约资源，创造价值。根据目前的市场来看，从龙虾下脚料中提取甲壳素［1］、壳聚糖［2］等已形成产业化，而且带来了很高的效益，但鲜有从中提取虾油的研究。

目前，对油脂的提取主要有有机溶剂提取法［3］、超临界萃取法［4］、超声波辅助提取［5］等，本研究拟利用有机溶剂萃取法从龙虾下脚料中提取虾油，对提取工艺进行优化，对虾油脂肪酸分析，并对其氧化稳定性进行探讨。

1 材料与方法

1.1 实验原料与设备

1.1.1 实验原料

龙虾预处理:龙虾经水煮后，剔除肉，收集所有下脚料，在鼓风干燥箱中干燥。条件50℃，10 h左右，使龙虾的含水量保持在20%左右(因为水分含量低时，提取速率反而不高;水分含量太高时，提取过程中龙虾头粉末容易与提取溶剂形成黏稠状混合物，影响溶剂与龙虾头粉末的分离，而且部分极性油脂提取不完全)，利用多功能粉碎机粉碎40目，备用。本实验所用虾粉水分含量为17.5%。

1.1.2 实验药品

无水乙醇、氢氧化钠、磷酸、异辛烷、无水硫酸钠、氯化钠、丙酮等分析纯试剂。

1.1.3 实验仪器与设备

SB－1100旋转蒸发仪，上海爱朗仪器有限公司;FB5－5/T冷冻干燥箱，杭州创意真空冷冻干燥设备厂;TH2－D台式恒温振荡箱，太仓市实验设备厂;SHZ－D(Ⅲ)循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限公司;Rancimat 743氧化稳定性测定仪，瑞士万通有限公司;GC－14B脂肪酸分析仪(日本岛津)。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素实验

1.2.1.1 乙醇浓度对虾油提取率的影响

固定提取液料比(mL∶g)6∶1、提取温度 50℃、提取时间1.5 h、提取1次条件下，选择乙醇的体积分数为60%、70%、80%、90%和100%进行单因素实验，提取结束，经5 000 r/min离心15 min后取上层油液，称量，按下式计算虾油提取率:

实验重复3次，取平均值，1.2.1.2～1.2.1.5同。

1.2.1.2 液料比对虾油提取率的影响

固定乙醇浓度80%、提取温度50℃、提取时间1.5 h、提取1次条件下，选择提取液料比(mL∶g)为4:1、5∶1、6∶1、7∶1、和8∶1 进行单因素实验。

1.2.1.3 提取温度对提取效果的影响

固定乙醇体积分数80%、提取液料比为6∶1、提取时间1.5 h、提取1次条件下，选择提取温度为30、40、50、60和70℃进行单因素实验。

1.2.1.4 提取时间对提取效果的影响

固定乙醇体积分数80%、提取液料比为6∶1、提取温度50℃、提取1次条件下，选择提取时间为0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 h进行单因素实验。

1.2.1.5 提取次数对提取效果的影响

固定乙醇体积分数80%、提取液料比为6∶1、提取温度50℃、提取时间1.5 h，选择提取次数为1、2、3、4和5进行单因素实验。

1.2.2 响应面优化实验

通过spss11.5软件对上述5个单因素实验进行方差分析，选取影响提取率显著的因素进行响应面优化实验，固定提取时间1 h，提取次数2次，确定乙醇体积分数80%，液料比6∶1，提取温度50℃为拟合设计中心，根据Box-Behnken中心组合试验设计原理，以乙醇浓度(A)、液料比(B)和提取温度(C)为自变量，以提取率为响应值进行三因素三水平的实验，实验因素水平设置如表1。

表1 响应面实验因素水平表

将粗提的虾油精炼处理［6］，对其性质进行研究。

1.2.7 精炼虾油的脂肪酸测定

采用GB/T 9695.2－2008肉与肉制品脂肪酸测定方法进行。

1.2.8 精炼虾油的抗氧化性研究

采用GB/T 21121－2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)方法进行。本方法是将一定量的油脂在反应管中加热并过量通氧，促使油脂氧化产生氢过氧化物，氢过氧化物受热分解，产生短碳链挥发性物质如醇、醛、酸等，挥发性物质被吸收瓶中的蒸馏水吸收，通过测定吸收液的电导变化，反映油脂的氧化稳定性，其表示方法为诱导时间(用h表示)。时间越长，表示油脂的抗氧化性越好，反之越差［7］。

1.3 数据处理与分析

采用spss11.5软件进行。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 乙醇浓度对虾油提取率的影响

图1中无60%的数据，原因在于浓度过低提取率太低造成，故忽略。从图1中可以看出，在乙醇体积分数为90%时，提取率达到最大值，为5.13%。乙醇体积分数大于90%实验时，油脂提取出现了回流(即油脂又回到原料中)［8］。但是90%的乙醇提取虾油时，提取虾油由于水分含量太低，流动性差，不易于从器皿中取出。经过实验得出，在利用80%的乙醇提取虾油时，虾油具有很好的流动性，其提取率可达到4.74%。

图1 乙醇浓度对虾油提取率的影响

2.1.2 提取液料比对虾油提取率的影响

从图2中可以看出，提取率随提取液料比的增加而升高，在达到6∶1时提取率为6.12%，之后随着液料比增加，提取率增加很少，在液料比为8∶1时提取率仅提高0.15%。

图2 提取液料比对虾油提取率的影响

2.1.3 提取温度对虾油提取率的影响

从图3中可以看出，随着温度的升高，分子运动速度加剧，虾粉与溶剂之间的传质速度加快;同时，溶剂的溶解能力也加大，所以提取率随着提取温度的升高而增加。提取温度为50℃时提取率达到了6.12%，达到60℃时，提取率仅上升了0.15%，之后提取率不增反降，温度为80℃时，提取率下降到了4.87%，这主要是因为温度高于60℃时，提取剂的挥发与泄漏加剧，影响了提取效果。

图3 提取温度对虾油提取率的影响

2.1.4 提取时间对虾油提取率的影响

从图4中可以看出，当提取时间达到1 h后，时间对提取率的影响不明显，提取时间为1 h时提取率为6.13%，提取时间为3 h时提取率仅增加0.35%。由于实验用摇床震荡提取，所以传质速度快，导致油脂溶解速度快。长时间的提取会引起资源的浪费和生产效率的降低，因此提取时间定为1 h。

图4 提取时间对虾油提取率的影响

2.1.5 提取次数对虾油提取率的影响

从图5可见，多次对同一批虾粉进行提取，可以将虾粉中的残留油脂被提取出来。2次提取后，在提取率上有着质的飞跃，由提取1次的6.29%提取到9.71%。提取次数再增加，提取率上升微小，提取5次时，仅为11.30%。本着节约资源和提高生产效率，因此虾粉提取油脂确定在2次即可。

图5 提取次数对虾油提取率的影响

2.2 响应面优化实验结果

2.2.1 响应曲面回归方程的建立及方差分析

响应曲面分析结果见表2。

表2 响应面设计方案和实验结果

根据实际测定值对表2中的数据采用逐步回归拟合，得到提取率(%)对乙醇体积分数(A)，液料比(B)，提取温度(C)［u4］的响应模型如下∶

提取率=10.73+0.12A+0.65B－0.072C－0.43A2－0.56B2+0.027C2－0.31AB+0.012AC－0.033BC

对所建的模型进行方差分析(见表3)。

表3 虾油提取率回归方程各项方差分析

由表3可知，模型的F值为21.93，相关系数为0.965 7，提取率预测模型达到极显著水平(P=0.965 7)，而且失拟项不显著(P=0.072)，表明在实验设计的范围内，模型能够很好地表明各因素值和提取率值之间的关系。从三因素对提取率的影响来看，一次项B(液料比)对模型的影响极显著(P＜0.000 1)，B和C对提取率的影响不显著(P=0.099 4，0.282 7)，而AB间(乙醇浓度和液料比)交互作用影响十分显著(P＜0.01)，AC和BC间交互作用不显著(P＞0.05)。二次项A2和B2对提取率有极显著的影响(P=0.001 6，0.000 3)。

2.2.2 交互作用对响应值结果影响分析

根据响应面分析可知，A(乙醇体积分数)和B(液料比)之间的交互作用极显著，因此固定模型中的因素C(提取温度)为0(中心值，50℃)水平，得到2个因素交互作用对提取率的影响，并根据模型绘制三维曲面图，见图6。

由图6可见，两者交互作用很明显，在提取液料比不变的情况下，随着乙醇浓度的增加，提取率呈先增长后变缓的趋势;乙醇浓度不变的情况下，随着液料比的增加，提取率增加，向+1水平偏移。液料比高和乙醇浓度高的情况下，虾油的提取率较高，2个因素的最优值均向+1水平偏移。

2.2.3 最佳工艺参数确定及验证

图6 乙醇浓度和液料比之间的交互作用图

通过软件分析，当乙醇体积分数为78.88%，液料比为6.65∶1，提取温度为40℃，提取率达到最大值为11.04%。按实际生产，可将各因素固定在80%，6.6∶1，提取温度为40℃，在此基础上做验证实验，实际提取率为10.96%，与理论值接近。

2.3 精炼虾油的脂肪酸测定结果

衡量油脂营养价值高低的2个指标是不饱和脂肪酸和必需脂肪酸的含量［7］。表4列出了虾油脂肪酸组成测试结果，从虾油中共检测到脂肪酸14种，共为80.41%，其他未知成分19.59%。其中饱和脂肪酸4种，占总脂肪酸的47.98%;不饱和脂肪酸9种，占总脂肪酸的52.02%(单不饱和脂肪酸含量达到33.08%，多不饱和脂肪酸含量达到18.94%)，顺式脂肪酸含量占不饱和脂肪酸含量高达95.65%。必需脂肪酸中亚油酸和亚麻酸含量占总脂肪酸的17.26%，EPA和DHA含量占多不饱和脂肪酸含量的7.35%，说明油脂具有很好的营养价值。

表4 虾油脂肪酸组成结果

2.3 精炼虾油的氧化稳定性结果

不同种类的油脂氧化稳定性，取决于脂肪酸饱和程度的高低及本身含有的抗氧化物质的多少。利用Rancimat测定仪，可快速并且直观地反映各种油脂的氧化稳定性。表5列出了虾油的诱导时间，以自制猪油作为对照，从表5中可以看出抗氧化性虾油的诱导时间为0.86h，低于猪油，这是由于虾油有较高的不饱和脂肪酸含量(47.98%)所致，因此在利用虾油的过程中要考虑添加抗氧化物质以延长虾油的保质期。

表5 虾油氧化性诱导时间

3 结论

(1)通过虾油提取单因素设计和响应面优化得到虾油提取的预测模型为:提取率(%)=10.73+0.12A+ 0.65B－0.072C－0.43A2－0.56B2+0.027C2－0.31AB+0.012AC－0.033BC;最佳提取条件为:乙醇体积分数(A)78.88%，液料比(B)6.65，温度(C)40℃，提取时间1h，提取次数2次。优化提取条件得到最佳提取率预测值为11.04%，实测值为10.96%。

(2)通过对精炼虾油的脂肪酸分析，从虾油中共检测到脂肪酸14种，其中饱和脂肪酸4种，占总脂肪酸的47.98%;不饱和脂肪酸9种，占总脂肪酸的52.02%(单不饱和脂肪酸含量达到33.08%，多不饱和脂肪酸含量达到18.94%)，顺式脂肪酸含量占不饱和脂肪酸含量高达95.65%。必需脂肪酸中亚油酸和亚麻酸含量占总脂肪酸的17.26%，ω-3脂肪酸(EPA和DHA)含量占多不饱和脂肪酸含量的7.35%，说明油脂具有很好的营养价值。

(3)精炼虾油的诱导时间为0.86h，其抗氧化性较差，因此考虑在产业化时添加抗氧化剂以利于虾油的贮藏和利用。

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