響應面法優化乙醇提取大黃魚魚卵油工藝的研究

黃璐瑤，張 敏，黃 瑩，梁 鵬

(福建農林大學 食品科學學院，福州 350002)

大黃魚又稱黃瓜魚，曾是我國四大經濟魚類之一，主要分布于我國福建省寧德市沿海地區。根據2017年中國漁業年鑒統計研究，大黃魚產量共計16.55萬t，其中僅福建省區域的大黃魚產量高達14.65萬t，占全國總量的88.52%，表明大黃魚在福建漁業資源中占有重要地位。由于大黃魚的肉質鮮嫩，口感極佳且易于烹飪，人們常用大黃魚作為原料加工制成各種產品[1]。研究表明，魚卵是一種富含不飽和脂肪酸、蛋白質、磷脂、鈣、鐵等營養元素的海洋食品，具有極高的食用營養價值[2-4]。在大黃魚加工過程中，大黃魚魚卵往往被人們當作腥臭物所丟棄，導致大黃魚魚卵的營養價值被忽略，甚至造成環境污染。

目前，國內外提取魚油的方法主要有復合蛋白酶水解法[5]、傳統淡堿水解法[6]、超臨界流體萃取法[7-9]、蒸煮法以及有機溶劑法[10]。近年來已有多位學者將有機溶劑法應用于提取脂質，并取得較好的效果[11-13]。研究表明，乙醇毒性遠低于氯仿、正己烷等，而且乙醇價格低廉、易制備、可回收。但目前關于使用乙醇提取大黃魚魚卵油的研究未見報道。因此，本試驗利用乙醇(95%)提取大黃魚魚卵油，通過響應面法優化乙醇提取大黃魚魚卵油的工藝條件，旨在為大黃魚魚卵的開發和綜合利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮大黃魚魚卵，由福建岳海水產食品有限公司提供；乙醇(95%)，分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。

LGJ-12S冷凍干燥機；RE-52AA型旋轉蒸發儀；HHS-11-8型電熱恒溫水浴鍋；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱；Agilent 7890A氣相色譜儀，美國Agilent公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 大黃魚魚卵油的提取工藝

大黃魚魚卵冷凍干燥處理(溫度-60℃，時間24 h，經冷凍干燥處理后的魚卵水分含量為(1.0±0.005)%)→加95%乙醇調節料液比→調節提取溫度→設置攪拌時間→過濾→旋轉蒸發去除乙醇→分離得大黃魚魚卵油。

大黃魚魚卵油得率=提取所得魚卵油質量/原料質量×100%

1.2.2 大黃魚魚卵油脂肪酸組成分析

委托福建省產品質量檢驗研究院，依據文獻[14-15]進行大黃魚魚卵油脂肪酸組成分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 料液比對大黃魚魚卵油得率的影響

以大黃魚魚卵(50 g)為原料，提取溫度55℃，提取時間6 h，考察料液比對魚卵油得率的影響，結果見圖1。

圖1 料液比對大黃魚魚卵油得率的影響

由圖1可知，在料液比為1∶8～1∶14時，魚卵油得率隨著料液比的增大而升高，當料液比為1∶14～1∶16時，魚卵油得率呈下降趨勢?？赡苁且驗樵诹弦罕葹?∶14時，魚卵中的大部分魚卵油已被提出，此時魚卵油與乙醇溶液達到平衡狀態[11]；而當料液比為1∶16時，破壞了這種平衡狀態，故魚卵油得率降低。綜合考慮，選擇1∶14為最佳料液比。

2.1.2 提取溫度對大黃魚魚卵油得率的影響

以大黃魚魚卵(50 g)為原料，料液比1∶14，提取時間6 h，考察提取溫度對魚卵油得率的影響，結果見圖2。

圖2 提取溫度對大黃魚魚卵油得率的影響

由圖2可知，隨著提取溫度的升高，魚卵油得率先增加后減少，當提取溫度達到55℃時，魚卵油得率達到最大，隨后隨著提取溫度升高，魚卵油得率開始減少。研究發現，溫度過高會影響油脂得率[12]，其原因可能是提取溫度過高加快了提取溶劑揮發，導致魚卵與乙醇溶液的接觸面減少，故魚卵油得率呈下降趨勢。因此，選擇55℃為最佳提取溫度。

2.1.3 提取時間對大黃魚魚卵油得率的影響

以大黃魚魚卵(50 g)為原料，料液比1∶14，提取溫度55℃，考察提取時間對魚卵油得率的影響，結果見圖3。

圖3 提取時間對大黃魚魚卵油得率的影響

由圖3可知，魚卵油得率與提取時間的關系呈現先增后降的趨勢，在提取時間為6 h時，魚卵油得率最高，但隨著提取時間繼續延長，魚卵油得率開始下降。其原因可能是提取時間過長會導致大部分魚卵原料氧化分解[13]，從而影響魚卵油得率。因此，從魚卵油品質以及生產成本方面考慮，確定6 h為最佳提取時間。

2.2 響應面試驗

2.2.1 響應面試驗設計

在單因素試驗基礎上，選取料液比(A)、提取溫度(B)和提取時間(C)3個因素為自變量，以魚卵油得率(Y)為響應值，根據Box-Behnken 中心組合試驗設計原理，采用Design-Expert 8.0.6 Trial軟件設計三因素三水平的響應面優化試驗。響應面試驗因素水平見表1，響應面試驗設計與結果見表2。

表1 響應面試驗因素水平

表2 響應面試驗設計與結果

擬合得到魚卵油得率(Y)與料液比(A)、提取溫度(B)和提取時間(C)之間的二次回歸方程模型為：

Y=30.22+0.075A-0.21B-0.34C-0.46AB+0.015AC-0.26BC-1.22A2-1.49B2-0.84C2

采用Design-Expert 8.0.6 Trial軟件對表2數據進行回歸模型擬合和方差分析，方差分析結果見表3。

由表3可知：回歸方程模型的復相關系數R2=0.956 1，P=0.000 6，說明模型差異極顯著(P<0.01)；而失擬項P=0.990 9，差異不顯著，說明該模型擬合度良好，有一定可靠性，證明采用響應面法預測大黃魚魚卵油得率是可行的。各因素對魚卵油得率的影響大小順序為提取時間>提取溫度>料液比。其中，模型的極顯著因子項(P<0.01)有A2、B2和C2；顯著的因子項(P<0.05)為C。由此可見，各試驗因素對響應值的影響并非簡單的線性關系，而是呈現出一種二次拋物面關系。

表3 回歸模型的方差分析

注：P<0.05，表示差異顯著；P<0.01，表示差異極顯著。

2.3 驗證試驗

由Design-Expert 8.0.6 Trial軟件預測得出乙醇提取大黃魚魚卵油的最優工藝條件為：料液比1∶14.04，提取溫度54.71℃，提取時間5.81 h。最優條件下的魚卵油得率預測值為30.26%?？紤]到實際操作的可行性，將以上工藝條件修正為：料液比1∶14，提取溫度55℃，提取時間5.8 h。在修正條件下進行4次平行驗證試驗，得到魚卵油平均得率為(30.23±0.03)%，與理論預測值相符，說明該優化結果可靠，具有實際應用價值。

2.4 大黃魚魚卵油脂肪酸組成(見表4)

由表4可知：大黃魚魚卵油中主要檢測出25種脂肪酸，飽和脂肪酸成分共8種，總含量為(17.0±0.58)%；單不飽和脂肪酸成分共7種，總含量為(36.6±1.22)%；多不飽和脂肪酸成分10種，總含量為(31.0±0.96)%，其中DHA和EPA的總含量高達(21.9±0.83)%。有研究表明[4]，攝入魚油中的ω-3 脂肪酸EPA和DHA能夠顯著降低心腦血管疾病的發病率，增強記憶力。因此，研究和開發大黃魚魚卵油資源可以有效促進大黃魚產業綠色發展。

表4 大黃魚魚卵油主要脂肪酸組成及相對含量%

脂肪酸相對含量脂肪酸相對含量豆蔻酸3.1±0.02山崳酸0.1±0.00豆蔻油酸0.1±0.018,11,14-二十碳三烯酸0.1±0.01十五碳酸0.4±0.01芥酸0.1±0.01棕櫚酸11.1±0.0311,14,17-二十碳三烯酸0.1±0.04棕櫚油酸16.7±0.14二十碳四烯酸0.9±0.03十七碳酸0.2±0.01二十二碳二烯酸2.2±0.12十七碳一烯酸0.7±0.06木焦油酸0.1±0.02硬脂酸1.8±0.18二十碳五烯酸4.8±0.18油酸17.8±0.14二十四碳一烯酸0.1±0.01亞油酸2.4±0.05二十二碳六烯酸17.1±0.20γ-亞麻酸0.1±0.11DHA+EPA21.9±0.83花生一烯酸1.1±0.02SFA17.0±0.58α-亞麻酸1.1±0.01MUFA36.6±1.22二十一碳酸0.2±0.01PUFA31.0±0.96花生二烯酸2.2±0.03UFA67.6±1.57

3 結 論

本試驗采用乙醇提取法，對大黃魚魚卵中的魚卵油進行提取。通過單因素試驗以及響應面優化分析法對大黃魚魚卵油提取工藝進行優化，得出最優工藝條件為：料液比1∶14，提取溫度55℃，提取時間5.8 h。在最優條件下，魚卵油平均得率為(30.23±0.03)%，與模型預測值30.26%接近，證明該模型具有較好的擬合度和可靠性。

大黃魚魚卵油中富含多種不飽和脂肪酸，且DHA和EPA總含量高達(21.9±0.83)%。試驗結果表明，該優化工藝條件對進一步開發利用大黃魚魚卵油資源具有較好的參考價值，能夠有效拓展大黃魚魚卵加工新途徑。