寧俊麗，龍霞，黃先智，丁曉雯*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400716) 2(西南大學(xué)科技處，重慶，400716)

近年來(lái)，肉鴨的飼養(yǎng)量在我國(guó)得到了極大的發(fā)展。據(jù)有關(guān)報(bào)道，我國(guó)商品肉鴨出欄量33億只，占世界總出欄量的80%以上，是世界最大的肉鴨養(yǎng)殖國(guó)[1]。肉鴨的大部分脂肪組織連帶有蛋白質(zhì)和水，因此需要進(jìn)行油脂提取[2]。鴨油膽固醇含量較低，單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸的含量高且比例較好，接近維持人類健康的理想值，是一種有待于開(kāi)發(fā)的良好油脂[3-4]?，F(xiàn)階段動(dòng)物油脂常用的提取方法主要包括干法熬制、濕法熬制、超聲提取法[5-7]等。不同的提取方法，出油率不同，對(duì)油脂的酸價(jià)、過(guò)氧化值也有較大影響[8-10]。目前，在禽類油脂中，對(duì)鵝油、雞油的提取工藝研究較多，如李朝陽(yáng)等[11]采用單因素及響應(yīng)面法研究超聲提取獅白鵝腹部脂肪的工藝，得到最佳工藝參數(shù)為液料比 6.3∶1(mL∶g)、超聲功率299 W、提取溫度 26.4 ℃、提取時(shí)間 24.5 min，得到的最大提取率為(90.21±0.13)%。但對(duì)鴨油提取工藝的研究報(bào)道較少，限制了鴨油的加工利用。

本實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)，干法、濕法熬制處理鴨脂肪，不僅出油率較低，而且所得鴨油的酸價(jià)、過(guò)氧化值均超過(guò)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限量值，表明干法、濕法不適合鴨油的提取。因此，本實(shí)驗(yàn)以鴨體內(nèi)脂肪為實(shí)驗(yàn)材料，研究了超聲波提取法處理對(duì)出油率、鴨油酸價(jià)、過(guò)氧化值的影響，并用響應(yīng)面法優(yōu)化提取條件，以期為生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鴨油提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鴨脂肪組織，重慶市梁平謝鴨子食品有限公司提供；石油醚、乙醚、異丙醇、三氯甲烷、冰乙酸均為分析純，購(gòu)自重慶川東化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TUC-300超聲清潔儀，深圳市歌能清洗設(shè)備有限公司；RE52CS-1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；DB-4A電熱板，金壇市城西崢嶸實(shí)驗(yàn)儀器廠；a808絞肉機(jī)；上海九陽(yáng)股份有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將鴨脂肪組織洗凈，用絞肉機(jī)攪碎，冷藏保存用于超聲提取法相關(guān)研究。

1.3.1 鴨油質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)定

1.3.1.1 酸價(jià)

按照國(guó)標(biāo)GB5009.229[12]第一法，以乙醚-異丙醇混合鴨油，以KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定。根據(jù)消耗KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液體積計(jì)算鴨油酸價(jià)。

1.3.1.2過(guò)氧化值

按照國(guó)標(biāo)GB5009.227[13]第一法，以三氯甲烷-冰乙酸混合鴨油，以Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，根據(jù)消耗Na2S2O3計(jì)算鴨油過(guò)氧化值。

1.3.1.3 鴨油出油率的測(cè)定[14]

鴨油出油率按公式(1)計(jì)算。

(1)

1.3.2 超聲波法提取鴨油

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)

(1)熬制時(shí)間對(duì)鴨油的影響。稱取洗凈的鴨脂肪組織50 g，用絞肉機(jī)攪碎，采用沸程60～90 ℃的石油醚作為提取劑，液料比2∶1(mL∶g)，將鴨脂肪組織與石油醚混合均勻，在提取溫度40 ℃，提取功率480 W的條件下，分別提取20、30、40、50、60 min，過(guò)濾油渣、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)石油醚得到鴨油。測(cè)定鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值。

(2)熬制溫度對(duì)鴨油的影響。稱取洗凈的鴨脂肪組織50 g，用絞肉機(jī)攪碎，采用沸程60～90 ℃的石油醚作為提取劑，液料比2∶1(mL∶g)，將鴨脂肪組織與石油醚混合均勻，在提取時(shí)間為40 min，提取功率為480 W， 在提取溫度分別為20、25、30、35、40 ℃的條件下提取，過(guò)濾油渣、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)石油醚得到鴨油。測(cè)定所得鴨油的出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值。

(3)料液比對(duì)鴨油的影響。稱取洗凈的鴨脂肪組織50 g，用絞肉機(jī)攪碎，采用沸程為60～90 ℃的石油醚作為提取劑，提取液料比分別為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、 6∶1，將鴨脂肪組織與石油醚混合均勻，提取時(shí)間為40 min，提取溫度40 ℃提取，提取功率480 W進(jìn)行超聲提取，過(guò)濾油渣、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)石油醚得到鴨油。測(cè)定所得鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值。

(4)超聲功率對(duì)鴨油的影響。稱取洗凈的鴨脂肪組織50 g，用絞肉機(jī)攪碎，采用沸程為60～90 ℃石油醚作為提取劑，液料比2∶1，將鴨脂肪組織與石油醚混合均勻，提取功率分別為120、240、360、480、600 W的條件下進(jìn)行超聲提取，提取時(shí)間為40 min，提取溫度40 ℃，過(guò)濾油渣、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)石油醚得到鴨油。測(cè)定鴨油的出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值。

1.3.2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波提取鴨油的條件

以出油率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用4因素3水平響應(yīng)面分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[15-19]，確定超聲提取鴨油的最佳工藝條件。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 鴨脂肪組織酸價(jià)、過(guò)氧化值

鴨脂肪組織中不飽和脂肪酸較多，易發(fā)生氧化，因此選擇酸價(jià)、過(guò)氧化值作為評(píng)價(jià)鴨脂肪氧化程度的指標(biāo)[20-21]。

測(cè)得實(shí)驗(yàn)用鴨脂肪組織的酸價(jià)為(1.09±0.03) mg/g，過(guò)氧化值為(0.09±0.01) g/100 g，符合GB10146—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食用動(dòng)物油脂》[22]規(guī)定的酸價(jià)≤ 2.5 mg/g，過(guò)氧化值≤ 0.20 g/100 g標(biāo)準(zhǔn)，可以用作熬制鴨油的原料。

2.2 超聲波提取法對(duì)鴨油的影響

與傳統(tǒng)的油脂提取方法相比，超聲波提取法具有提取時(shí)間短、提取效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用[23]。油脂能較好地溶于石油醚等有機(jī)溶劑中，而石油醚具有易揮發(fā)、易回收等優(yōu)點(diǎn)，常作為油脂提取劑[24-25]。本研究以石油醚作為鴨油提取劑，就超聲波提取鴨油的主要影響因素時(shí)間、溫度、超聲功率、料液比進(jìn)行了研究。

2.2.1 超聲時(shí)間對(duì)提取鴨油的影響

石油醚為提取劑，設(shè)超聲功率480 W，液料比為2∶1，提取溫度為40 ℃，分別提取20、30、40、50、60 min。超聲時(shí)間對(duì)鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。

A-出油率；B-酸價(jià)和過(guò)氧化值圖1 超聲時(shí)間對(duì)鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值的影響Fig.1 Influence of ultrasonic time on oil yield, acid value and peroxide value of duck oil

由圖1可以看到，在溫度為40 ℃、超聲功率為480 W、液料比2∶1條件下，提取時(shí)間20～50 min時(shí)，隨著時(shí)間的增加鴨油出油率不斷增加，50 min后出油率趨于平穩(wěn)。與王麗娟等[26]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。所得鴨油的酸價(jià)、過(guò)氧化值均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)得到提取鴨油較優(yōu)時(shí)間為50 min,為下面響應(yīng)面的參數(shù)設(shè)定提供參考。

2.2.2 超聲溫度對(duì)提取鴨油的影響

以石油醚為提取劑，設(shè)超聲功率480 W，料液比1∶2，在20、25、30、35、40、45 ℃分別熬制30 min得到超聲溫度對(duì)鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值的影響見(jiàn)圖2。

A-出油率；B-酸價(jià)和過(guò)氧化值圖2 超聲溫度對(duì)鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值的影響Fig.2 Influence of ultrasonic temperature on oil yield, acid value and peroxide value of white duck oil

由圖2可以看出，在液料比2∶1、功率為480 W、時(shí)間30 min條件下，在20～30 ℃，出油率不斷增加，30 ℃后呈下降趨勢(shì)。與胡愛(ài)軍等[27]的研究結(jié)果一致。所得鴨油過(guò)氧化值、酸價(jià)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)得到提取鴨油的較優(yōu)溫度為30 ℃，為下面響應(yīng)面的參數(shù)設(shè)定提供參考。

2.2.3 液料比對(duì)提取鴨油的影響

以石油醚為提取劑，液料比分別為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、 6∶1，在超聲功率480 W，超聲溫度40 ℃，超聲處理30 min，得到液料比對(duì)鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值影響見(jiàn)圖3。

A-出油率；B-酸價(jià)和過(guò)氧化值圖3 超聲處理的液料比對(duì)鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值的影響Fig.3 Effect of ultrasonic liquid ratio on oil yield, acid value and peroxide value of duck oil

由圖3可以看到，在超聲功率為480 W、時(shí)間30 min、溫度為40 ℃的條件下，液料比在2∶1～5∶1時(shí)隨著液料比的增加，出油率不斷增加；在液料比為5∶1后出油率趨于平穩(wěn)。與李朝陽(yáng)等[11]研究結(jié)果一致。所得鴨油的酸價(jià)、過(guò)氧化值均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)得到提取鴨油的較優(yōu)液料比為5∶1，為下面響應(yīng)面的參數(shù)設(shè)定提供參考。

2.2.4 超聲功率對(duì)提取鴨油的影響

以石油醚為提取劑，液料比為2∶1，溫度40 ℃，選擇超聲功率分別為120、240、360、480、600 W提取30 min，得到超聲功率對(duì)鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值的影響見(jiàn)圖4。

A-出油率；B-酸價(jià)和過(guò)氧化值圖4 超聲功率對(duì)鴨油出油率、酸價(jià)、過(guò)氧化值的影響Fig.4 Influence of ultrasonic power on oil yield, acid value and peroxide value of white duck oil

由圖4可以看到，在溫度為40 ℃、時(shí)間30 min、液料比2∶1條件下，超聲功率在240～360 W時(shí)，鴨油出油率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)超聲功率在360 W時(shí)鴨油出油率最高為78.03%，超過(guò)360 W后出油率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，與畢艷紅等[28]研究結(jié)果一致。所得鴨油的過(guò)氧化值、酸價(jià)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)得到提取鴨油的較優(yōu)提取功率為360 W，為下面響應(yīng)面的參數(shù)設(shè)定提供參考。

2.3 用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波提取鴨油的條件

為了得到超聲波處理提取鴨油的最佳條件，根據(jù)上述單因素實(shí)驗(yàn)得到的較優(yōu)提出條件，用響應(yīng)面法對(duì)超聲功率、超聲時(shí)間、超聲溫度、液料比進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，試驗(yàn)因素水平編碼表見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平編碼表Table 1 Response surface test factor level coding table

通過(guò)超聲波提取單因素實(shí)驗(yàn)得到的鴨油，酸價(jià)、過(guò)氧化值均未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。所以本試驗(yàn)主要以出油率作為考察指標(biāo)。結(jié)果見(jiàn)表2。

測(cè)定了以上29組實(shí)驗(yàn)所得鴨油的酸價(jià)、過(guò)氧化值，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)Design Expert 11對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后得出其回歸方程如下∶Y=87.96-0.051×B+0.000 2×C-0.000 2×D-0.000 5×AB+0.000 3×AC-0.000 6×AD-0.000 2×BC+0.000 3×BD-0.000 2×CD-3.97×A2-8.97×B2-3.97×C2-3.97×D2

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果Table 2 response surface test results

表3 回歸方程的方差分析表Table 3 analysis of variance of regression equation.

式中：A表示時(shí)間；B表示溫度；C表示功率；D表示料液比。對(duì)上述響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析。

2.3.1 響應(yīng)面回歸模型的建立與分析

由表3可以看出，回歸模型極顯著(模型的P<0.000 1)，失擬項(xiàng)P=0.531 5(>0.05)，無(wú)顯著性影響，說(shuō)明殘差均由隨機(jī)誤差引起，模型規(guī)定適當(dāng)，可用回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，其校正決定系數(shù)為0.997 3，有99.73%的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變異性可用此回歸模型來(lái)解釋。因此，回歸方程能較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系，各具體試驗(yàn)因子對(duì)響應(yīng)面值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。4因素中有A、AD、A2、B2、C2、D2對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有極顯著的影響(P<0.000 1),C、D、AB、AC、BD對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有顯著的影響(P<0.05)。4因素對(duì)出油率影響的大小順序是B>D>C>A，即溫度>液料比>功率>時(shí)間。

2.3.2 兩因素交互作用分析

4個(gè)因素兩兩交互作用的三維響應(yīng)面圖，如圖5所示。

a-溫度和時(shí)間；b-料液比和時(shí)間；c-功率和時(shí)間；d-功率和溫度；e-料液比和溫度；f-料液比和功率圖5 各因素對(duì)鴨油出油率影響響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.5 Response surface and contour map of the influence of various factors on duck oil yield

依據(jù)響應(yīng)面的等高線的形狀越接近橢圓形和曲面傾斜度越陡，響應(yīng)值對(duì)于處理?xiàng)l件改變的敏感程度越大，因素間交互作用越顯著，反之則交互作用不顯著。由圖5可看出，4個(gè)因素對(duì)出油率的影響都是呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。圖5-a、圖5-b、圖5-c、圖5-e的響應(yīng)面圖坡度很陡，表明溫度和時(shí)間、液料比和時(shí)間、功率和時(shí)間、液料比和溫度的交互作用極顯著；圖5-d、圖5-f的響應(yīng)面圖坡度較平，表明功率與液料比、溫度與功率沒(méi)有顯著的交互作用。

2.3.3 最佳工藝參數(shù)的確定

使用Design Expert 11軟件處理、分析數(shù)據(jù)，鴨油提取最佳條件為時(shí)間43.61 min，溫度30.47 ℃，功率為360 W，液料比5.14∶1。此條件下預(yù)測(cè)的出油率為87.02%。考慮提取條件的可操作性，將所得條件進(jìn)行適當(dāng)修正，設(shè)定時(shí)間43 min、溫度30 ℃、超聲功率360 W、液料比5∶1。在此條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)5次，得到出油率為(86.83±0.40)%，與理論值的相對(duì)誤差為0.22%，表明修正后的鴨油提取最佳條件與理論值差異不顯著是可行的。

對(duì)該最佳提取條件進(jìn)行擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)。取500 g鴨脂肪，在時(shí)間43 min、溫度30 ℃、超聲功率360 W，石油醚為提取劑，液料比5∶1的條件下重復(fù)提取5次，得到出油率為(86.08±0.24)%，與理論值的相對(duì)誤差為0.11%，表明該最佳提取工藝參數(shù)可運(yùn)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，超聲波處理鴨脂肪提取鴨油是比較恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ摲椒ㄗ罴烟崛l件為時(shí)間43 min、溫度30 ℃、功率360 W、液料比5∶1，出油率達(dá)到86%以上，鴨油的酸價(jià)、過(guò)氧化值均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 討論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溫度是提取過(guò)程的最主要因素，隨著溫度的不斷升高，鴨油提取率不斷上升，這是因?yàn)殡S著溫度升高溶劑溶解能力不斷提高，分子運(yùn)動(dòng)不斷加速，使得鴨油擴(kuò)散到溶劑更快速充分，但是當(dāng)溫度超過(guò)某個(gè)值時(shí)提取率下降，這時(shí)可能因?yàn)殡S著溫度的升高溶劑揮發(fā)速度不斷加快，從而影響出油率[27]。

提取時(shí)間作為提取過(guò)程的重要因素，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)鴨油的提取率不斷上升，一定時(shí)間后趨于平穩(wěn)。這是由于在超聲處理初期提取液中滲透壓較大，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)鴨油在溶劑中得到充分的擴(kuò)散，因此提取率相應(yīng)上升。某段時(shí)間后溶液中滲透壓逐漸達(dá)到平衡，提取率也相應(yīng)趨于平穩(wěn)[26]。

提取功率是提取過(guò)程的重要因素，隨著提取功率增大，所產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)越強(qiáng)烈，鴨脂肪的釋放和擴(kuò)散速度也就越快，因此鴨油的提取率也會(huì)隨之上升。但是當(dāng)提取功率達(dá)到一定值以后，鴨油的提取率也相應(yīng)趨于平穩(wěn)甚至下降，首先這是因?yàn)轼営蛢?nèi)外的滲透壓已經(jīng)趨于平衡，提高功率對(duì)鴨油的滲出作用不大。其次，隨著功率的增大，體系的溫度也會(huì)在一定的范圍內(nèi)升高，造成溶劑的揮發(fā)，同時(shí)提取功率過(guò)大會(huì)引起鴨脂肪內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，造成提取率下降[28]。

液料比是提取過(guò)程的重要因素，隨著溶劑用量的增加，鴨油的提取率上升，這是由于溶劑增加，有利于油脂的滲出，同時(shí)增加了鴨脂肪與溶劑的接觸面積。但當(dāng)料液比達(dá)到一定數(shù)值后鴨油提取率趨于穩(wěn)定，這是因?yàn)槿芤后w系中的滲透壓已經(jīng)趨于平衡，大部分的鴨油已經(jīng)滲出，溶劑的增加對(duì)提取率影響不大[29]。

鴨油由13種脂肪酸組成，不飽和脂肪酸含量可達(dá)70.3%[30]，因此易發(fā)生氧化。通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)，用超聲波提取法獲得的鴨油，酸價(jià)、過(guò)氧化值雖然未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限量值，但相比較于鴨脂肪還是發(fā)生了一定程度的氧化。為了提升所得鴨油的品質(zhì)，需進(jìn)一步研究、選擇合適的抗氧化劑在鴨油生產(chǎn)過(guò)程中使用，已獲得更優(yōu)品質(zhì)的鴨油。