CO2超臨界萃取技術對金槍魚油揮發性成分的分析

王亞男 季曉敏 黃 健 王求娟 陳義芳 夏靜波 蘇秀榕

（寧波大學海洋學院1，寧波 315211）

（北京普析通用儀器有限責任公司2，北京 101200）

（寧波今日食品有限公司3，寧波 315502）

CO2超臨界萃取技術對金槍魚油揮發性成分的分析

王亞男1季曉敏1黃 健2王求娟3陳義芳3夏靜波3蘇秀榕1

（寧波大學海洋學院1，寧波 315211）

（北京普析通用儀器有限責任公司2，北京 101200）

（寧波今日食品有限公司3，寧波 315502）

采用超臨界CO2萃取技術精制金槍魚粗魚油，依據現有對油脂氧化程度的評價指標：過氧化值（POV）和酸值（AV），運用電子鼻和頂空固相微萃?。瓪赓|聯用法對不同萃取條件下的魚油進行分析。結果表明，超臨界CO2精制的魚油酸值和過氧化值符合水產行業標準對精制魚油的要求，32℃，20 MPa酸值最小，30 MPa過氧化值最小。電子鼻能夠快速、靈敏的檢測到魚油中揮發性物質的變化，通過PCA和LDA方法分析原魚油、32℃，20 MPa、32℃，30 MPa和40℃，20 MPa條件精制的魚油揮發性物質明顯不同，利用GC－MS分別檢測出46、19、12和23種揮發性物質，包括酸類、醛類、烴類、酮類、醇類、酯類，還有少量雜環化合物、胺類等。超臨界CO2流體萃取技術對醛類、酮類、胺類等主要影響魚油風味的物質去除率達到100%，對酸類去除效果良好。

超臨界CO2魚油 精制 電子鼻 揮發性物質

金槍魚油富含豐富的DHA、EPA等多不飽和脂肪酸，具有極高的利用價值。傳統蒸煮方法所得的金槍魚粗魚油不僅腥臭味重、顏色深，而且還含有少許蛋白、游離脂肪酸、脂溶色素等雜質，尤其是魚油中多烯不飽和脂肪酸的氧化和非脂肪成分的腐敗產生的臭味物質，具有毒害作用［1］。因此所得粗魚油需要經過進一步精制，然而，目前使用最多的精制方法有酸法脫膠［2］、化學法脫酸［3］、吸附法脫色［4］和真空蒸汽脫臭［5］，這些方法要向油脂中加入強堿、強酸等化學物質，不僅會造成油脂損耗，降低油脂產量，而且游離脂肪酸的回收利用過程會造成嚴重的環境污染［3］。超臨界CO2流體萃取具有低溫、無污染、選擇性萃取和分離等優點，能有效防止魚油的氧化，減少魚油中的有毒物質，是一種較好的提取方法［6］。國內最新研究采用超臨界丙烷和液態氨［1］，對魚油脫臭工藝進行了初步研究，國外Turkay等［7］、Dunford等［8］對高酸值植物油進行超臨界CO2流體萃取，但對超臨界CO2精制魚油的詳細研究未見報道。隨著我國魚油制品行業的迅猛發展，對魚油品質的鑒定及儲存條件的要求也隨之提高［9］。因此，探討不同萃取條件下魚油品質的評判方法具有重要意義。

本試驗利用超臨界CO2流體萃取精制金槍魚粗魚油的基礎上，著重利用電子鼻技術定性區分不同萃取條件下精制魚油的揮發性物質，通過頂空固相微萃?。℉S－SPME）和氣 －質聯用儀（GC－MS）分析不同萃取條件下精制魚油的揮發性成分變化規律，以期尋找一種簡潔有效、利用價值高的金槍魚油精煉工藝及分析方法，并為魚油產品質量標準的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金槍魚粗魚油（POV＝26.01 mmol／kg；AV＝17.72 mgKOH／g）：寧波今日食品有限公司；超臨界CO2流體萃取裝置 HL－（5＋1）L／50MPa－ⅡA型：杭州華黎泵業有限公司；電子鼻PEN 3：德國AIRSENSE公司；頂空固相微萃取65μm聚二甲基硅氧烷萃取頭：美國Supelco公司；Agilent 7890氣相色譜儀：美國安捷倫科技有限公司；M7－80Ei型質譜儀：北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 方法

1.2.1 超臨界CO2流體精制金槍魚粗魚油

稱取一定量的粗魚油裝入超臨界CO2流體萃取裝置的5 L萃取釜中，設定萃取釜、分離釜Ⅰ和分離釜Ⅱ的溫度；溫度恒定后，開啟高壓泵打入CO2，調節萃取釜、分離釜Ⅰ和分離釜Ⅱ的壓力到試驗水平，開始循環萃取。

1.2.2 理化指標檢測

POV：GB／T 5538—2005；AV：GB／T 5530—2005。

1.2.3 電子鼻檢測

稱取不同條件下得到的精制魚油各1 g，分裝于15mL螺紋口樣品瓶中并密封（每個樣品做5個平行），而后在室溫下放置30min，待瓶內氣體平衡，再利用電子鼻檢測。

條件：測試時間200 s，傳感器清洗時間500 s，內部流量300mL／min，進樣流量300mL／min。

1.2.4 GC－MS檢測

頂空固相微萃取條件：將SPME針頭插入待測樣品瓶中，于25℃水浴吸附30min，立即在氣－質聯用儀進樣口220℃熱解析5min，啟動氣質聯用儀進行分析。

氣相色譜條件：DB－5毛細管色譜柱（30 m×0.25mm×2.5μm）；載氣 He，流速 1mL／min；不分流模式進樣，進樣時間1min，恒流1mL／min；進樣口溫度和傳輸線溫度均為220℃；程序升溫：起始柱溫50℃，以5℃／min升至200℃，保留5min，再以10℃／min升至250℃，保持2min。

質譜條件：離子源為電子轟擊源（EI），電離電壓70 eV，離子源溫度230℃，掃描范圍45～400 u。

1.2.5 數據處理

對電子鼻測定的數據采用PEN3自帶WinMuster數據處理軟件；選取平穩狀態下149～150 s的測量數據作為分析點。用PCA進行分析時，橫縱坐標包含了在PCA轉換中得到的第一主成分和第二成分的貢獻率［10］。貢獻率越大，說明主要成分可以較好的反映原來多指標的信息。一般情況下，總貢獻率超過70%～85%的方法即可使用［11－12］。LDA是研究樣品所屬類型的一種統計方法，更加注重樣品在空間中的分布狀態及彼此之間的距離分析，將樣品信號數據通過運算法則投影到某一方向，使得組與組之間的投影盡可能分開［13］。

GC－MS檢測的樣品中各揮發性成分分析采用NIST質譜和Willey譜庫做自動檢索。將譜庫中化合物相似度低于80（最大值為100）的組分標為未鑒定出，各組分相對百分含量按照峰面積歸一化法計算。

2 結果與討論

2.1 不同萃取條件對魚油理化性質的影響

2.1.1 萃取壓力對酸值過氧化值的影響

從圖1可以看出，萃取溫度為32℃，在12～35 MPa范圍內，壓力對魚油酸值和過氧化值的影響呈先下降后上升的趨勢。壓力為20 MPa時的油脂酸值最??；壓力為30 MPa時的油脂過氧化值最小，并且該條件下得到的精制魚油符合SC／T 3502—2000水產行業標準對精制魚油的要求。魚油中臭味化合物如醛類、酮類以及部分游離脂肪酸在CO2流體中具有很好的溶解度，能被超臨界萃取技術分離開來［14］。壓力過低達不到萃取精制效果；壓力增大精制效果反而降低的原因是，CO2流體將原魚油從萃取釜帶入分離釜中，造成測定結果中含有原樣品，影響萃取效果。

圖1 萃取壓力對酸值和過氧化值的影響

2.1.2 萃取溫度對酸值過氧化值的影響

圖2 萃取溫度對酸值過氧化值的影響

從圖2可以看出，20 MPa，萃取溫度為32℃時的油脂酸值最??；溫度為40℃時的油脂過氧化值最小。但是與壓力相比，溫度對魚油酸值、過氧化值影響較小。萃取溫度的升高能大大提高油脂的蒸氣壓和擴散系數，但溫度過高會使CO2密度下降，此時雖可提高油脂的揮發度和擴散系數，但難以補償CO2密度降低所造成的油脂溶解能力下降，它取決于升溫所降低的CO2密度與增加的擴散系數2種競爭效應相持的結果［15］。

2.2 不同萃取條件與魚油揮發性物質的關系

2.2.1 萃取壓力與魚油揮發性物質的關系

對不同壓力條件下萃取魚油的揮發性物質做PCA和LDA分析，如圖3～圖4所示，總的貢獻率均達到80%以上。隨著壓力的變化，魚油的風味物質隨之發生變化。采用LDA方法進行分析，各條件下的魚油能很好的區分，說明在不同萃取壓力條件下得到的魚油之間在揮發性物質上存在明顯差異。這主要是由于不同萃取壓力對精制效果的不同引起的，壓力不同對小分子醛、酮、酸類化合物的提取效果不同。

因此，有必要運用頂空固相微萃取和氣質聯用技術結合理化指標，對原魚油、20、30 MPa萃取的魚油揮發性物質做進一步分析，以期探究魚油揮發性物質隨萃取壓力的變化情況。

圖3 不同萃取壓力精制魚油的PCA分析

圖4 不同萃取壓力精制魚油的LDA分析

2.2.2 萃取溫度與魚油揮發性物質的關系

如圖5～圖6所示，檢測數據經PCA和LDA分析，總的貢獻率均能達到90%以上，說明該方法也適用于不同溫度下精制魚油揮發性物質的分析。PCA方法分析（圖5）顯示，不同處理溫度數據點間有差距，說明電子鼻對不同萃取溫度的魚油響應有差別。LDA方法分析（圖6）顯示，32℃和50℃數據點距離較近，但是區別于其他溫度條件下所得魚油，說明萃取溫度對魚油揮發性物質存在一定影響。因此，運用頂空固相微萃取氣質聯用技術對原魚油、32、40℃萃取的魚油揮發性物質做進一步分析。

圖5 不同萃取溫度精制魚油的PCA分析

圖6 不同萃取溫度精制魚油的LDA分析

2.3 魚油揮發性物質的GC－MS分析結果

采用SPME－GC－MS法測定原魚油、32℃，20 MPa、32℃，30 MPa和40℃，20 MPa條件萃取的魚油揮發性物質分別有46、19、12和23種。這些物質主要是酸類、醛類、烴類、酮類、醇類、酯類，還有少量雜環化合物、胺類和其他物質。從表1可以看出，魚油中揮發性物質的種類經過超臨界CO2流體萃取之后明顯減少，尤其是醛類、酸類和胺類物質，主要原因是碳數為3～10的小分子的醛、酮類等分子具有較好的揮發性［16］，隨CO2流體被萃取分離。

從表1中可以看出，在精制前揮發性物質中，醛類（7.5%）主要有丙烯醛、2－戊烯醛、己醛、2，4－庚二烯醛、2，4－二烯醛的作用最為明顯。低級醛具有刺激性氣味，而C8以上的高級醛則呈水果香味，其中2，4－庚二烯醛和2，4－二烯醛含量最高，在脫臭油中添加2，4－庚二烯醛，能產生油漆氧化氣味［17］。己醛則有明顯的青草味，2，4－葵二烯醛呈腥膻味，是魚腥味的主要物質。在超臨界精制條件下，醛類脫除效果較佳，尤其在32℃、30 MPa條件下得到的魚油中未檢出；酮類（2.1%）含量稍低，當其與醛類及其他化合物相互作用，可使腥味增強或改變［18］。原魚油中，4－甲基 －3－己酮和 3，5－辛二烯－2－酮檢出的含量較多，經32℃、30 MPa條件精制后被完全除去；酸類（68.5%）在原魚油揮發性物質中含量最高，主要原因是油脂氧化酸敗產生了許多低級酸類物質，這也是原魚油酸值較高的原因。但由圖7可見，經過超臨界萃取后的魚油酸類物質含量明顯降低；胺類化合物是蛋白質分解產物，普遍認為與魚腥臭味有關，海產魚類中含量較高，經過超臨界萃取后，胺類（4.9%）已被完全除去。

表1 不同萃取條件魚油的揮發性物質

表1 （續）

另外，原魚油中檢出的烴類（12.4%）含量較多，其中烯烴含量最多，這是腥味產生的一個潛在的影響因素，試驗對其去除效果具有一定影響；醇類（4.0%）物質經32℃、30 MPa條件已達到完全去除的效果；酯類（2.6%）經處理后產生了新物質，并且相對含量升高，尤其是3－甲基－1－丁醇乙酸酯，該物質有類似香蕉的氣味，但其產生機理還有待于進一步研究；檢出的2種呋喃類化合物，其中（E）－2－［2－戊烯基］呋喃是豆油回味的典型物質，這同裘愛泳［17］等研究結果類似。

圖7 不同魚油揮發性物質的相對含量

3 結論

超臨界CO2精制的魚油酸值和過氧化值符合水產行業標準對精制魚油的要求，尤其在32℃，20 MPa和32℃，30 MPa萃取條件下得到的魚油酸值和過氧化值最小，這與電子鼻結合GC－MS的檢測結果一致。電子鼻能夠快速、靈敏的檢測到魚油中揮發性物質的變化通過GC－MS對不同精制條件下得到的魚油揮發性物質分析得出：32℃、30 MPa條件下精制的魚油中，醛、酮、醇、胺類和雜環類化合物等主要影響魚油風味的物質去除效果達到100%；酸類去除效果較好，這也是酸值降低的主要原因。酯類化合物經不同條件處理，會產生新的揮發性物質，且相對含量有所增高，產生機理有待研究。

魚油中的揮發性醛、酮、低級酸類物質是多不飽和脂肪酸氧化的產物，并且含量隨著魚油儲藏時間的延長和氧化程度的增加而增加，這些成分能夠通過超臨界萃取優先除去，并且對于主要理化指標酸值、過氧化值的測定，能達到行業標準對精制魚油的要求。電子鼻技術可以快速檢測出不同精制效果的魚油揮發性物質的變化，對于建立模型用于魚油精制品質的快速鑒定具有良好的應用前景。

［1］張愛軍，沈繼紅，石書河.鳀魚油脫膠、脫色、脫臭工藝的研究［J］.中國油脂，2006，31（8）：30－32

［2］洪鵬志，劉書成，章超樺，等.金槍魚油的精煉及其脂肪酸組成特征［J］.中國油脂，2006，31（6）：90－93

［3］劉書成，謝燕，章超樺，等.油脂脫酸新方法研究進展［J］.糧油加工，2007（6）：81－84

［4］劉書成，耿永麗，章超樺，等.均勻試驗設計在羅非魚油精煉中的應用［J］.糧油加工，2008（6）：57－60

［5］陸劍鋒，張偉偉，林琳，等.斑點叉尾鮰內臟粗魚油的精制及其理化指標和脂肪酸組成的分析［J］.肉類工業，2011（11）：28－32

［6］Rodriguez N R，Diego SM，Beltran S，et al.Supercritical fluid extraction of fish oil from fish by－products：a comparison with othermethods［J］.Food Engineering，2012（109）：238－248

［7］Turkay S，Burford，M D，Sangun M K，et al.Deacidification of black cumin seed oil by selective supercritical carbon dioxide extraction［J］.Journal of the American Oil Chemists'Society，1996，73：1265－1270

［8］Dunford N T，King JW.Thermal gradient deacidification of crude rice bran oil utilizing supercritical carbon dioxide［J］.Journal of the American Oil Chemists’Society，2001，78：121－125

［9］董小林，董桂芳，朱曉鳴，等.不同溫度條件下魚油氧化的動態變化［J］.中國油脂，2012，37（7）：36－40

［10］孫靜，黃沁怡，李芳，等.應用化學傳感器和GC－MS研究加熱溫度與大豆油揮發物質的關系［J］.中國糧油學報，2013，28（1）：122－128

［11］海錚，王俊.基于化學傳感器山茶油芝麻油摻假的檢測研究［J］.中國糧油學報，2006，21（3）：192－197

［12］徐亞丹，王俊，趙國軍.基于電子鼻的對摻假的“伊利”牛奶的檢測［J］.中國食品學報，2006，6（5）：111－118

［13］李琴，朱科學，周慧明.利用電子鼻分析熬制時間對3種食用菌湯風味的影響［J］.食品科學，2010，31（16）：151－155

［14］劉發義，李烈英.超臨界流體萃取技術在海洋生物活性物質提取中的應用［J］.海洋科學，1996（4）：41－44

［15］鄧楚津，董強，張常松，等.神經網絡優化番木瓜籽油的超臨界 CO2萃取工藝［J］.中國糧油學報，2012，27（2）：47－51

［16］Miyashifa K，Kanda K，Takagi T.A simple and quick determination of aldehydes in autoxidized vegetable and fish oils［J］.Journal of the American Oil Chemists'Society，1991，68：748－751

［17］裘愛泳，宋健，湯堅.魚油脂肪酸酯揮發性組分的檢測［J］.無錫輕工大學學報，1997（3）：20－24

［18］杜國偉.鰱魚糜脫腥前后及貯藏過程中揮發性成分的變化［J］.食品工業科技，2007，28（9）：76－80.

The Analysis of the Effect of Supercritical CO2
Extraction Technology on Volatile Component of Tuna Oils

Wang Ya′nan1Ji Xiaomin1Huang Jian2Wang Qiujuan3Chen Yifang3Xia Jingbo3Su Xiurong1

（School of Marine Sciences，Ningbo University1，Ningbo 315211）
（Beijing Purkinje General Instrument Corporation Limited2，Beijing 101200）
（Ningbo Jinri Food Corporation Limited3，Ningbo 315502）

Based on the existing evaluation indexes of oil oxidation degree，supercritical CO2extraction technology was used to refine crude fish oil.Electronic nose and headspace－solid phasemicro－extraction（HS－SPME）coupled with gas chromatography－mass spectrometry（GC－MS）were used to analyze the volatiles of tuna fish oil which was extracted differently.The results showed that the AV and POV of the products of fish oilmet the requirements of industry standard，and the AV was the lowest by 32℃，20 MPa，the POV was the lowest by 32℃，30 MPa and 40℃，20 MPa，and electronic nose can be sensitive to detect the volatiles change of fish oil.The volatiles of crude fish oilwhich were tested by 32℃，20 MPa、32℃，30 MPa and 40℃，20 MPa were significantly different by PCA and LDAmethods.Therewere 46，19，12，and 23 kinds of volatile compounds including acids，aldehydes，ketones，and hydrocarbons，alcohols，esters，aswell as a number of heterocyclic compounds，amines.The odor which may affect fish oil including aldehydes，ketones，amines，etc，were removed up to 100%by using supercritical CO2extraction technology，besides，the acidswere removed efficiently.

supercritical CO2extraction，fish oil，refine，electronic nose，volatile substance

TQ646

A

1003－0174（2015）06－0074－06

寧波市科技局農業與社發重大科技項目（2010C 10040）

2014－01－15

王亞男，女，1988年出生，碩士，食品科學

蘇秀榕，女，1956年出生，教授，博士生導師，食品科學與工程、生化與分子生物學