（农产品加工及贮藏工程专业论文）龙虾头中虾油的提取工艺及其氧化稳定性的研究.pdf

龙虾头中虾油的提取工艺及其氧化稳定性的研究 摘要 龙虾的加工产生大量的废弃物，其中龙虾头是主要的组成部分，含有丰富 的甲壳素、蛋白质和油脂等，具有较高的营养价值。对这些废弃物的综合利用 不仅可以保护环境，还可以节约资源，创造价值。 论文主要对龙虾头中虾油的提取、精炼和氧化稳定性进行了研究。包括： 粗虾油提取工艺条件的研究；粗虾油精炼工艺条件的研究；不同贮藏条件对精 炼虾油氧化稳定性影响的研究；虾油有关理化指标及脂肪酸成分的测定。 实验获取得有机溶剂提取粗虾油的最佳提取工艺条件为：环己烷+ 乙酸乙酯 为提取剂、提取时间5 0m i a 、提取罗曼| 混合比4 6 ：5 4 ( v ：v ) 、提取温度6 0 、斟液 比1 ：7 ( w ：v ) 。此时粗虾油得率为1 6 6 2 。 粗虾油精炼的实验结果显示：磷酸脱胶的效果好于水化脱胶的效果，其添 加量为0 2 ( m m ) ；脱酸使用的氢氧化钠浓度为1 7 ，超碱量为0 3 ( m m ) ； 脱色的活性炭用量为8 ( m m ) 。精炼虾油的总回收率为6 3 6 ，主要理化指标 为：水分及挥发物0 1 1 、酸价1 3 7 m g k o h g 、碘价8 7 5g 1 0 0 9 、皂化值 1 8 3 m g k o h g 、过氧化值1 3 2 m m o l k g 、不皂化物2 1 4 、杂质0 0 4 。脂肪酸 成分分析的结果显示，不饱和脂肪酸含量比较高，还含有一定量的反式脂肪酸 和奇数碳脂肪酸。 氧化稳定性实验表明：粗虾油比精炼虾油的稳定性好；精炼虾油避光保存 比不避光保存好；茶多酚比b h t 更适合作精炼虾油贮藏的抗氧化剂；6 0 下添 加0 0 2 的茶多酚可以将精炼虾油的贮藏时间从1 0 天提高到2 0 天以上。 关键词：龙虾龙虾头虾油提取精炼氧化稳定性 s t u d i e so ne x t r a c t i o na n do x i d a t i o ns t a b i l i t yo f o i lf r o mc r a w f i s hh e a d a b s t r a c t p r o c e s s i n go fc r a w f i s hi n v a r i a b l yg e n e r a t e sl o t so fs o l i dw a s t e ，t h ec r a w f i s h h e a di st h em a i nb y p r o d u c ti nc r a w f i s hp r o c e s s i n g i tc o n t a i n sc h i t i n ，p r o t e i n ，f a t ， a n ds oo n t h eu t i l i z a t i o no fp r o c e s s i n gd i s c a r d sc a nn o to n l yp r o t e c te n v i r o n m e n t ， b u tc a na l s os a v er e s o u r c e sa n db r i n gi nv a l u e t h i sp a p e rs t u d i e dt h ee x t r a c t i o n ，r e f i n i n ga n da n t i o x i d a t i o ns t a b i l i t yo fc r a w 。 f i s ho i lf r o mc r a w f i s hh e a d t h ee x t r a c t i o na n dr e f i n i n gc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e d ， t h eo p t i m u ma n t i o x i d a n tc o n d i t i o nw e r ec o n d u c t e d t h ep h y s i c o c h e m i e a lp r o p e r t i e s o fc r a w f i s ho i lw e r ed e t e r m i n e d a n dt h ef a t t ya c i dc o m p o s i t i o n sw e r ei n s p e c t e dt o o t h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n sf o rc r a w f i s ho i ly i e l dw e r ed e t e r m i n e da s f o l l o w s t h em i x t u r er a t i oo fh e x a n ea n de t h y la c e t a t ew a s4 6 ：5 4 ，t h er a t i oo fw a s t e t om i x t u r es o l v e n t1 ：7 ( w ：v ) ，6 0 co fe x t r a c t i n gt e m p e r a t u r ef o r5 0 m i n u n d e rt h e s e c o n d i t i o n s ，t h ee x t r a c t i o nr a t ew a s16 6 2 t h eo p t i m u mr e f i n i n gc o n d i t i o n so fc r a w f i s ho i lw e r ea l s od i s c u s s e d ，a n dt h e q u a n t i t yo fp h o s p h o r o u sa c i do nd e g u m m i n gw a so 2 c o n c e n t r a t i o no fa l k a l il y e o nd e a c i d i f i c a t i o n17 u l t r a a l k a l ic a p a c i t yo nd e a c i d i f i c a t i o no 3 ，q u a n t i t yo f a c t i v a t e dc a r b o no nd e c o l o r i z a t i o n8 t h el a s tr e c o v e r ye f f i c i e n c yo fc r a w f i s ho i l w a s6 3 6 t h e p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s o fr e f i n i n gc r a w f i s ho i lw e r e t h a t ：m o i s t u r ea n dv o l a t i l em a t t e r0 1 1 。a c i dv a l u e1 3 7 m g k o h g ，i o d i n ev a l u e 8 7 5 9 10 0 9 。s a p o n i f i c a t i o nv a l u e18 3 m g k o h g ，p e r o x i d e v a l u e1 3 2 m m o l k g ， u n s a p o n i f i a b l e2 1 4 i m p u r i t i e so 0 4 t h ef a t t ya c i da n a l y s es h o w e dt h a tt h e u n s a t u r a t e d f a t t y a c i d sw a sc o m p a r a t i v e l y h i g h s o m et r a n s f a t t y a c i d sa n d o d d c a r b o nf a t t ya c i d sa l s ow e r eg i v e nt o o t h es t u d yo nt h ea n t i o x i d a t i o ns t a b i l i t yo fc r a w f i s ho i ls h o w e dt h a tc r u d e c r a w f i s ho i lw a sm o r es t a b l et h a nr e f i n i n gc r a w f i s ho i l ，a n da v o i d i n gl i g h th e l p f u l c o m p a r i n gw i t hb h t , t h ee f f e c t o ft e ap o l y p h e n o l sw a sm o r es u i t a b l ef o r p r e s e r v a t i o no fc r a w f i s ho i l p r e s e r v a t i o nt i m ew a sm o r et h a n2 0d a y sw i t h0 0 2 o f t pa t6 0 k e y w o r d s ：c r a w f i s h c r a w f i s hh e a d c r a w f i s ho i le x t r a c t i o n r e f i n i n g o x i d a t i o ns t a b i l i t y i i 插图清单 图2 1 有机溶剂提取龙虾头中粗虾油的工艺流程图1 3 图2 2 提取剂混合比对提取效果的影响1 5 图2 3 提取温度对提取效果的影响1 5 图2 4 料液比对提取效果的影响1 6 图2 5 提取时间对提取效果的影响1 7 图3 一l 粗虾油精炼的工艺流程图2 2 图3 2 精炼虾油脂肪酸成分分析的总离子流图”2 9 图4 1 租虾油与精炼虾油氧化稳定性的对比“3 4 图4 2 光照对精炼虾油氧化稳定性的影响“3 5 图4 _ 3 不同抗氧化剂对精炼虾油氧化稳定性的影响3 5 图4 - 4 茶多酚浓度对精炼虾油氧化稳定性的影响一3 6 图4 5 精炼虾油贮藏时间的预测3 7 表格清单 表1 1 龙虾的营养成分l 表2 1 提取剂对提取效果的影响1 4 表2 2l 。( 3 4 ) 正交实验设计与极差分析1 7 表2 3 正交实验方差分析表1 8 表2 4 粗虾油的理化指标与粗鱼油标准的比较1 8 表3 1 加水量对粗虾油脱胶效果的影响2 5 表3 2 磷酸用量对粗虾油脱胶效果的影响2 5 表3 3n a o h 浓度对粗虾油脱酸效果的影响”2 6 表3 4 超碱量对粗虾油脱酸效果的影响2 7 表3 5 活性炭用量对粗虾油脱色效果的影响“2 7 表3 - 6 精炼虾油的理化指标与精炼鱼油标准的比较2 8 表3 7 精炼虾油中脂肪酸成分分析2 9 表4 1 温度与货架寿命的关系3 3 v i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 盒g l 王些盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目b 兰些塞堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金g b 王些盔堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：赵牟 签字日期：2 b 。7 年，2 月，6 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 一名：嬲移 签字日期：2 ，司年i 二月( ( 日 电话： 邮编： 致谢 两年半的研究生生活，不仅拓展了我的科研思维，巩固了我的专业知识， 而且磨练了我的意志，提升了我的综合素质。在这里我向那些曾经帮助过、鼓 励过、关心过我的老师和同学致以真诚的谢意和崇高的敬意。 本论文是在导师王泽南教授的精心指导下完成的。在论文的开展中，王老 师不仅对我提出了严格的要求，而且在百忙之中抽出时间专门对我的研究进行 认真细致的指导，给出了许多建设性的意见，对研究的顺利进行起到了关键的 作用：对我的关心与帮助使我有更多热情与精力投入到实验中去；他孜孜不倦 的工作热情，严谨求实得科研态度，开拓创新的研究精神使我受益终身。在论 文完成之际，谨向尊敬的导师王泽南教授致以衷心的感谢和崇高的敬意。 同时，感谢陈从贵老师、余顺火老师、马道荣老师、韩卓老师和学院的其 他老师们给我的热情帮助和指导。感谢同学张全军、任苏玲j 黄子程等，师弟 姜震、卢进峰，师妹王晓倩在研究中的帮助。特别是陶学明师弟在整个实验期 间，对实验内容及实验中遇到的问题都给了很大的帮助。 最后，我还要感谢我的家人和朋友们对我整个学习过程中的大力支持，在 整个研究生期间的学习和工作中，他们给了我最无私的鼓励和默默的支持，在 此表示衷心的感谢! i 作者赵平 2 0 0 7 年1 2 月1 日 第一章前言 1 1 龙虾资源及其加工利用概况 克氏原螯虾俗称淡水小龙虾，简称( 小) 龙虾，是淡水螯虾的一个种，其英 文名为r e ds w a m pc r a y f i s h 或r e ds w a m pc r a w f i s h ，学名p r o c a m b a r u s c l a r k i a ( g i r a r d ) ，分类上隶属节肢动物门、甲壳纲、十足目、螫虾亚目、螯虾科。 龙虾由头胸部和腹部组成，头胸部俗称虾头。背部和两侧覆盖着头胸甲，前端 有一额剑，两侧生一对复眼，偏下方着生两对触角，龙虾的口器由一对大颚和 两对小颚构成，胸肢共8 对，钳特别强大的一对步足特称螯足，俗称虾钳。虾头 的内部组织由脑、胃、心、肝、性腺等器官组成川。 小龙虾肉味鲜美，风味独特，蛋白质含量高，脂肪含量低，虾黄具有蟹黄 昧，尤其钙、磷、铁含量丰富( 如表1 1 ) ，是营养价值较高的动物性食品。龙虾 肉的蛋白质中，含有较多的原肌球蛋白和副肌球蛋白。由于龙虾的脑、胃、心、 表1 1 龙虾的营养成分 ! 生：! ：! ! 些! ! 望! ! ! ! 竺翌墼! ! 堕! ! ! ! ! ! ! ! ! 皇 食部蛋白质脂肪 碳水化合物钾钠钙镁锌铜磷硒 4 6 01 9 21 2 21 1 o 肝、性腺等器官都在其头部，所以龙虾头的营养也特别丰富。据资料显示，食 用龙虾具有补肾、滋阴、壮阳和健胃的功能，对提高运动耐力也很有意义【2 1 。 1 1 1 龙虾经济 1 1 1 1 龙虾热与龙虾经济 小龙虾原产美国南部和墨西哥北部，2 0 世纪3 0 年代初，人们将其作为牛蛙 饵料由美国移殖到日本的本州，3 0 年代末又由日本引入到中国，在南京和滁县 附近地区生长繁殖，后沿长江流域自然扩散，现已分布于我国十几个省市，在 有些地方已成为一些湖泊和沟渠的优势种群。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。现在，以小龙虾为特色菜肴的餐馆、大排档遍布全国城镇的大 街小巷，在武汉、南京、上海、常州、合肥等大中城市，一年的消费量均超过 万吨，十三香龙虾、香辣龙虾、奶香龙虾、炭烧龙虾等系列龙虾菜肴，享誉大 江南北i jj 。以合肥为例，经营龙虾的大小餐馆就达至l j 4 0 0 0 多家，已形成了龙虾 餐饮的产业集群。每个经营户每天销量在1 0 0 1 0 0 0 公斤不等，初步保守估算合 肥市龙虾从餐饮渠道每天销售可达近3 5 0 吨，按每公斤1 5 元算，日销售额可达到 5 2 5 万元。每年5 - 8 月为龙虾生产、销售、加工和消费的旺季，加之农贸市场散 户销量及加工虾仁销量，年消费量约为4 2 5 4 万吨，年销售额约为6 3 8 1 亿元 【4 】。国际市场中，美国是淡水小龙虾的重要消费国之一，每年的消费量达6 万t 8 万吨，自给l 3 左右，其余靠进口。整个欧洲市场小龙虾的年消费量也在6 万t 8 万吨，自给率不足2 0 。欧美市场加起来，每年需要消费的小龙虾数量为1 2 万 吨1 6 万吨，可见龙虾的消费市场极其可观1 5 】。 1 1 1 2 龙虾的养殖与加工 受国内小龙虾消费增长以及出口增加的驱动，最近几年小龙虾的捕捞程度 越来越大，特别是3 月份至4 月份的淡水龙虾繁殖生长期间的捕捞，使小龙虾自 然产量逐年下降。而另一方面，小龙虾的价格又不断上涨，在这样的形势下， 龙虾养殖业逐渐兴起。我国的淡水小龙虾养殖主要集中在江苏、湖北、安徽等 省。以合肥为例，据水产部门统计，全市池塘沟圩养殖水面为1 1 万亩，稻田养 殖面积为2 7 万亩，约占全市水稻田面积的1 0 。稻田养殖每亩每年可产龙虾3 0 0 公斤，从稻田养殖水面估测，龙虾年产生量可达o 8 1 万吨，池塘养殖每亩每年 可产龙虾4 0 0 5 0 0 公斤，龙虾产量也可达0 4 4 0 5 5 万吨 4 1 。2 0 0 3 年，全国小龙虾 的养殖产量达5 2 万吨，而2 0 0 6 年，仅湖北省小龙虾的养殖面积就达3 6 万亩，产 量达5 万吨，农民增加纯收入3 6 亿元，可见龙虾养殖业的发展之快”，6 j 。 由于龙虾消费与养殖业的盛行，国际市场对龙虾的消费需要，我国龙虾的 加工业也很快得到发展。1 0 多年来，我国龙虾取得了长足的发展，冻龙虾、冻 虾仁、冻虾黄、虾味素等系列产品都是出口的热销货。以合肥为例，合肥市龙 虾加工近1 0 家企业，年加工能力为2 万多吨，实际加工产量随国际市场需求和虾 源供求影响波动很大，若能按1 4 的加工能力计算，年龙虾加工出口量为2 5 0 0 吨，每吨售价按5 0 0 0 美元计，则出口创汇为1 2 5 0 万美元，产值达1 0 3 7 5 亿元【4 】。 而其余江苏、湖北等省的龙虾加工企业也都在6 0 家左右。由于大约5 1 0 吨龙虾 才能生产1 吨虾仁，所以这些龙虾加工企业在生产虾仁等产品的同时，也产生了 大量的龙虾加工废弃物【7 】。目前，这些废弃物除了部分用于生产甲壳素及相关 产品外，大多被扔掉，不仅造成了很大的环境污染，还造成了很大的浪费。发 展龙虾养殖，开发龙虾经济，推动龙虾加工业以及废弃物的综合利用，是农民 增收，带动地方经济的又一选择。 1 1 2 龙虾废弃物的综合利用 1 1 2 1 龙虾废弃物中主要成分及其性质 龙虾废弃物的主要组成是龙虾头，其中含粗蛋白质1 1 1 3 ，粗脂肪4 5 0 ， 无氮浸出物8 5 4 ，甲壳素1 0 - 1 5 ，并含有虾青素、各种氨基酸、有益元素和 维生素【引。在国外，m a r j a a n a n o u s i a i n e n l 9 1 、t h e o d o s i af g a r o f a l a k i 1 0 】等对龙虾 壳中蛋白质和龙虾头中所含油脂进行了分析，对国内龙虾的利用有一定的对比 与借鉴作用。 实际上，龙虾头、壳可加工成各种食品、工业原料、医药材料等高档次的 2 产品。如龙虾头经水解可制成营养丰富、具有保健治疗功能的调味品，又可作 虾味食品的添加剂；虾壳可制成甲壳素、壳聚糖及氨基葡萄糖盐酸盐等。甲壳 素、壳聚糖被誉为划时代的机能性食品，各国临床医药应用中证实了它在促进 人体健康、抑制癌细胞生长转移、降低胆固醇，防治心、血管疾病，降血压、 强化肝脏功能等方面具有良好的康复效果，且对人体安全性极高。就甲壳素而 言，己知的用途有2 0 0 多种，它广泛应用在轻工、食品、医药、日用化妆品、环 保、农业等诸多领域。虾青素、虾红素等具有多种生理功能【l ”，包括强抗氧化 性1 2 , 1 3 】、抗癌性1 4 a 5 、可降低糖尿病患者的葡萄糖毒性【16 1 、预防动脉硬化症【17 1 、 保护皮肤免受太阳光紫外线的伤害，可用于水产业鲑鳟鱼的着色和家禽饲料的 添加，还可配制保健食品和化妆品等。从其中提取的蛋白质可以生产风味产品， 钙可以作为补钙产品等。但是由于国内龙虾的养殖与加工才刚剐兴起，对其综 合利用的介绍与研究并不多，而且也比较浅显，投入生产并形成产品的更是少 之又少。发展龙虾废弃物的综合利用，已成为推动龙虾产业发展，提高龙虾价 值的迫切需要。 1 1 2 2 龙虾废弃物的研究现状 国内外对龙虾相关产品的研究包括有用成分的提取、性质研究以及应用方 面，主要是甲壳素及相关产品开发，虾青素与虾红素，蛋白质及脂溶性物质提 取与研究。壳聚糖作为天然碱性多糖，以其独特的物理与生理效应，正越来越 受到人们的重视。在对甲壳素的研究中，人们关注比较多的是利用甲壳素制各 壳聚糖的反应条件、甲壳素脱乙酰度与产品黏度等。郭国瑞【l8 】等采用微波法进 行实验，结果表明甲壳素的反应活性被提高，微波处理5 m i n 就可达到干法处理 6 h 的效果，脱乙酰度能达到7 5 。蔡中丽【l9 】等在研究中发现，反应介质中添加 乙醇可减小甲壳素脱乙酰工艺中所需碱的浓度。其它反应条件相同的情况下， 反应介质中乙醇含量增加将提高产物的脱乙酰度，并推理出脱乙酰反应为一级 反应，对壳聚糖的制备有一定的指导意义。丁纯梅【2 0 】等使用催化剂，一定条件 下制得了完全脱乙酰度的壳聚糖。甲壳素及相关产品已经形成了一定的市场。 除甲壳素外，虾青素与虾红素以其保健功能受到人们的青睐，所以研究也 比较多。刘玮炜1 2 l j 等在对龙虾色素的4 种提取方法进行对比后，找到一种最优 的方法，其提取率最高可达1 5 ，提取工艺简单，刘玮炜等对它的性质也进行 了研究。杨左海【2 2 j 等用碱浸提法从龙虾头壳或龙虾前大腿壳中浸提天然虾红色 素，然后用酸沉淀，效果很好。在国外，c h e nhm 1 2 3 】等也对该色素的提取也进 行了研究。对于其中含量较多的蛋白质，人们的研究更加广泛。姜启兴【2 4 】等在 对龙虾废弃物综合利用的研究中发现，预热( 9 5 1 0 0 ，2 0 m i n ) 可使蛋白质回收 率提高5 ，但虾青素损失5 6 ；酶在所用体系的最适作用条件为温度5 5 ， p h 8 5 ；反应时间2 h ，酶底比3 7 5 0 u g 蛋白质。葛立军【25 j 等在对甲壳废水中虾青 素与蛋白质回收的研究中，通过絮凝回收，蛋白质和虾青素混合物的回收率达 到8 9 1 。而针对龙虾头中营养丰富与全面的特点，高翔2 胡、董贝森【2 7 1 等用它 研制出了虾酱，味道鲜美，具有很大的市场。相对蛋白质、甲壳素等营养成分， 龙虾头中脂溶性物质含量相对较少，对其研究也比较少。张立彦 2 8 1 等采用环己 烷直接浸提可以将龙虾头中9 4 8 l 的脂溶性成分提取出来；l h 后可将龙虾头中 约8 0 的脂溶性成分提取出来；二次浸提l h 后，龙虾头中约1 3 的脂溶性成分 被提取出来：原料含水率在1 0 1 4 左右，浸提温度在8 0 。c 左右，溶剂比为1 ：5 。 夏士朋 2 9 1 等在用丙酮提取龙虾中油脂时发现，最适条件下最大提取率达到8 0 以上。 从上面的论述中我们可以看出，虽然目前有关龙虾废弃物研究利用的报道 很多，但是都集中在对甲壳素、蛋白质、色素等的提取与利用上，且大多停留 在实验室，形成产品的不多。本文根据研究现状与研究形势，以作为废弃物的 龙虾头为原料，提取其中的油脂，并对其纯化，希望为龙虾废弃物的综合利用 提供一定的技术支持，提高龙虾的利用价值并减少废弃物的排放，提高龙虾产 k 的附加值。 1 2 动物类油脂及其加工 1 2 1 动物类油脂的生理功能及开发 在我国，居民对油脂的消费主要是植物油脂。但随着人们对动物类油脂研 究的深入，动物油脂越来越受到人们的重视。据报道，动物油中含有较多的维生 素a 、d 、k 、b 6 、b 1 2 等，国外营养学者研究发现动物油中还含有“脂蛋白”，它有延 长寿命的功效与作用f 30 1 。顾亚凤【3 1 】发现蝇蛆对实验动物损伤有良好的治愈效果。而 据报道，平胸类鸟油可以作为皮肤表面用药的佐剂和运载药物进入生物体的透皮吸收 的载体，具有抗炎、抗菌等作用f 32 1 。对水产品油脂的研究也显示，水产品油脂对高胆 固醇、血管硬化、冠心病、降血脂和抗癌等方面都有一定的作用【3 3 1 。目前在市场上多 以药物、滋补品、保健食品和饲料添加剂等形式呈现。 动物类油脂提取中研究较多是水产品、昆虫类油脂。鄂旭【3 4 】等用环己烷一 石油醚混合溶剂提取蚕蛹毛油，结果表明：在8 0 、固液比为1 ：3 条件下蒸馏3h ， 毛油提取率为3 6 4 。周冉【3 5 】等采用正交实验对卤虾油醇解反应条件进行了研 究，结果显示：当乙醇钠催化剂为o 5 ( 卤虾油重) ，反应温度6 0 ，反应时间 3h ，乙醇卤虾油( 质量比) 为4 0 的条件下，卤虾油的醇解率可达9 8 0 4 。吴燕燕 【3 6 】等采用钾盐蒸煮法从罗非鱼内脏中提取鱼油并纯化不饱和脂肪酸( p u f a ) ，结 果表明：水解温度7 0 8 0 ，水解时间4 0m i n ，k n 0 3 用量6g d l ，盐析时间1 0m i n 时，提取效果最好。许庆陵【37 】等对大连沿海地区养殖的栉孔扇贝、虾夷扇贝中 肠腺中的脂质的提取方法进行比较研究，结果表明：在充气隔氧、提取温度为 1 0 0 、时间为6 0 m i n 、料水比为1 ：2 条件下，脂质的水提取率最高为3 0 l 。 4 从上面可以看出，动物油脂以其独特的作用与身理功能，正成为人们研究 与开发的热点，研究前景看好。 1 2 2 油脂的提取与分离 在提取分离脂类化合物的过程中，要依据脂类化合物的种类、理化性质、 在细胞中存在的状态来选择提取的溶剂和操作条件。天然脂类是一类非常复杂 的混合物，要获得较纯的脂质，在目前情况下，主要从天然资源中提取、分离 制备，供医药及其他方面的应用【3 ”。脂类化合物的提取主要有以下几种方法： 1 机械压榨法在制取油脂类化合物中，通常用压榨法，即通过各种压榨 机在1 0 5 1 0 6 p a 筝j 压力下，将流动性较大的油从材料破碎的细胞中挤压出来，常 用这种方法从油料作物的种子中制取油( 花生油、豆油等) 。邓红【”】等对文冠果 冷榨的条件进行了研究，得出了文冠果冷榨的最佳提取条件，并对其脂肪酸成 分进行了分析。机械压榨法仍然是油脂加工的主要方法。 2 水代法在民间仍然沿用一种简单、便利的取油法，即用水代油，获取 所要的油。其原理是油料细胞中的蛋白质亲水性强，而油的疏水性强，在热的 条件下加大量水，剧烈搅拌，水进入细胞和蛋白质结合而将油顶替出来。这种 方法要求设备简单，劳动成本低廉，生产安全而出油率高。市场上出售的驰名 中外的小磨香油就是用水代法提取的。王学文【4 0 】等对鲢鱼头中油脂的水法提取 实验显示，温度在9 4 9 8 ，蒸煮时间为4 0 m i n 时，其油脂的提取率最高，而且 提取时间与提取率之间并非简单的正相关。马云辉【4 】等用水剂法提取小核桃仁 油的研究显示，最佳条件为1 4 0 烘烤9 0 r a i n ，料液比1 ：0 8 ，兑水温度7 5 ，兑 水p h 7 ，此时其提取率达到最高。 3 皂化法甘油二酯( 甘油酯) 与酸或碱共煮，或经脂酶作用时，都可发生 水解。当用碱( 氢氧化钾或氢氧化纳) 水解三酰甘油时，三酰甘油水解成能溶于 水的脂肪酸钠或钾( a p 肥皂) 和甘油，此过程称为皂化。皂化液再经酸化处理， 即分离析出高级脂肪酸。不被皂化部分如蜡等通过皂化反应后与甘油酯分开后， 可进一步用有机溶剂提取纯化。杨琦【42 】等以氢氧化钾和硝酸钾代替传统淡碱水 解工艺中的氢氧化钠和氯化钠，鱼油提取率、质量均保持稳定，废水废渣可作 为高效绿色肥料的原料进一步利用。杨琦等同时对传统工艺进行改进【4 3 1 ，研究 显示，在保持p h 值8 9 ，水解温度8 0 9 0 的情况下，水解时间为3 0r a i n ，盐析 时问为1 5m i n ，盐用量占鱼肝质量的百分数为4 ，该方法所得鱼油的提取率较 传统方法有很大的提高，而且提取时间被缩短了2 3 ，节省了人力物力。 4 溶解度法溶解度法是依据脂类生化产品在不同溶剂中溶解度差异进行 分离的方法，如游离胆红素在酸性条件溶于氯仿及二氯甲烷，故胆汁经碱水解 及酸化后用氯仿抽提，其他物质难溶于氯仿，而胆红素则溶出，因此得以分离； 又如卵磷脂溶于乙醇，不溶于丙酮，脑磷脂溶于乙醚而不溶于丙酮和乙醇，故 脑干丙酮抽提液用于制备胆固醇，不溶物用乙醇抽提得卵磷脂，用乙醚抽提得 脑磷脂，从而使三种成分得以分离。马萍【4 4 】等对鸭蛋中卵磷脂提取的实验表明， 在分离剂( 酶) 添加量0 0 5 ，乙醇体积分数为9 0 ，提取温度4 0 ，提取时间 6 0 m i n 条件下，提取粗卵磷脂效果最佳，可制得卵磷脂含量约为8 0 的粗卵磷 脂，得率为1 0 ，经过4 0 z n c l 2 纯化，粗卵磷脂的回收率可达9 0 8 ，薄层层 析结果显示只有卵磷脂一个斑点。薛开法 4 5 1 等用乙醇溶液提取大豆粉末磷脂， 实验显示在常温下，用浓度为3 0 ( 或4 0 ) 的乙醇溶液与浓缩磷脂( 或水化油脚) 按质量比为1 ：l ( 或2 ：1 ) 的比例充分搅拌混合，静止o 5 h ，4 0 0 0 r m i n 离心分离， 后经喷雾干燥，可得丙酮不溶物含量9 6 以上产品( 粉末磷脂) 。 5 有机溶剂法自然界中，脂类的形态是以结合形式存在的。中性和非极 性脂类，是通过它们分子中的烃链以相当弱的分子间引力与其他脂类分子或蛋 白质分子的疏水区相结合；极性脂类如磷脂、胆固醇等是通过氢键或静电力与 蛋白质分子相结合；脂肪酸类则以酯、酰胺、糖苷等方式与多糖分子共价相结 合。选择提取溶剂时，疏水结合的脂类，一般用非极性溶剂提取，如乙醚、氯 仿、苯等。与生物膜相结合的脂类，要用相对极性较强的溶剂提取，以断开蛋 白质分子与脂类分子间的氢键或静电力。共价结合的脂类不能用溶剂直接提取， 要先用酸或碱水解，使脂类分子从复合物中分裂出来再提取。薛勇【4 6 】等用双相 溶剂浸出欧李仁油得出最佳提取条件为：己烷与物料比1 ：5 、醇相与物料 = k l ：7 、 碱浓度0 1 0 、醇浓度9 4 、温度6 0 、浸出时间4 5h ，总油脂的提取量为8 2 。 刘国艳【4 ”等用溶剂法提取黑加仑籽中油脂得出了提取的最佳条件为：采用丙酮 提取，提取温度5 5 ，提取时间4 0m i n ，料溶比1 ：2 5 ，在最佳提取条件下得到 平均出油率为1 3 6 5 。 自进入2 0 世纪9 0 年代来，随着现代科学技术的发展与进步，油脂提取方法 不断得到创新和改进，挤压膨化浸出法f 4 8 1 、水酶制油法 4 9 】超临界法【5 0 】等越来 越重视起来。由于这些方法具有减少副产物、提高收率、简化工艺、品质高等 优点，将是未来油脂提取方法的发展趋势。 1 2 3 油脂的精炼 油脂精炼，通常是对毛油进行精制。毛油中杂质的存在，不仅影响油脂的 价值和安全贮藏，而且给深加工带来困难。但精炼时，又不是将油中所有的杂 质都除去，而是将其中对食用、贮藏、工业生产有害无益的杂质除去，如棉酚、 蛋白质、磷脂、黏液、水分等，而有益的杂质，如生育酚、甾醇等又要保留。 因此根据不同的要求和用途，将不需要的和有害的杂质从油脂中除去，得到符 合一定质量标准的成品油，就是油脂精炼的目的。油脂的精炼主要包括脱胶、 脱酸、脱色、脱臭等，其方法与作用如下： 1 2 3 1 油脂的脱胶 6 毛油中含的磷脂、蛋白质、黏液质和塘基甘油二酯等杂质，因与油腊组成 溶胶体系而称之为胶溶性杂质。这些胶溶性杂质的存在不仅降低了油脂的使用 价值和储藏稳定性，而且在油脂的精炼和加工中，有一系列不良的影响，导致 最终使成品油质量下降。例如胶质使碱炼时产生过度的乳化作用，使油、皂不 能很好地分离，即皂脚夹带中性油增加，导致炼耗增加，同时使油中含皂增加， 增加水洗的次数及水洗引起的油脂损失：脱色时胶质会覆盖脱色剂的部分活性 表面，使脱色效率降低；脱臭时温度较高，胶质会发生碳化，增加油脂的色泽； 氢化时会降低氢化速率等。脱胶的方法有水化脱胶、酸炼脱胶、吸附脱胶、热 聚脱胶及化学试剂脱胶等，应用最普遍的是水化脱胶和酸炼脱胶。 1 2 3 2 油脂的脱酸 未经精炼的各种毛油中，均含有一定数量的游离脂肪酸，脱除油脂中游离 脂肪酸的过程称之为脱酸。脱酸的方法有碱炼、蒸馏、溶剂萃取及酯化等多种 方法。在工业生产上应用最广泛的是碱炼法和水蒸气蒸馏法( 即物理精炼法) 。 碱炼法是用碱中和油脂中的游离脂肪酸，所生成的肥皂吸附部分其他杂质而从 油中去除的精炼方法。肥皂具有很好的吸附作用，它能吸附色素、蛋白质、磷 脂、黏液及其他杂质，甚至悬浮的固体杂质也可被絮状肥皂夹带，一起从油中 分离。 1 2 3 3 油脂的脱色 油脂的吸附脱色，就是利用某些对色素具有较强选择性吸附作用的物质( 如 活性白土、活性炭等) ，在一定条件下吸附浊脂中的色素及其他杂质，从而达到 脱色的目的。经过吸附脱色处理的油脂，不仅达到了改善油色、脱除胶质的目 的，而且还能有效地脱除油脂中的一些微量金属离子和一些能引起氢化催化剂 中毒的物质，从而为油脂的进一步精制( 氢化、脱臭) 提供良好的条件。 1 2 3 4 油脂的脱臭 纯净的甘油三脂肪酸酯是没有气味的，但不同的油脂都具有多种不同程度 的气味。引起油脂臭味的主要组分有低分子的醛、酮、游离脂肪酸、不饱和碳 氢化合物等。如已鉴定的大豆油气味成分就有乙醛、2 一辛酮、乙酸、二甲硫等 十多种。在油脂制取和j n - r 过程中也会产生新的异味，如焦烟昧、溶剂味、漂 土昧、氢化异味等。此外，个别油脂还有其特殊的味道，如菜籽油中的异硫氰 酸酯等硫化物产生的辛辣味。油脂脱臭不仅可除去油中的臭味物质，提高油脂 的烟点，改善食用油的风味，还能使油脂的稳定度、色度和品质有所改善。因 为在脱臭的同时，还能脱除游离脂肪酸、过氧化物及其分解产物和一些热敏性 色素，除去霉烂油料中蛋白质的挥发性分解物，除去小分子量的多环芳烃及残 留农药，使之降至安全范围内。因此脱臭在高等级油脂产品的生产中备受重视。 李书国【5 1 】等对核桃油精制工艺研究的实验显示，焙炒、脱酸、脱胶是精制 核桃油的关键工序，其工艺条件依次为：焙炒温度1 3 0o c 、时间3 0m i n ；碱法脱 酸：碱液浓度1 1 、碱炼初温4 0 ，加碱量为理论碱量和超碱量之和；磷酸脱 胶：油重0 2 的8 5 磷酸、3 的水、温度保持在6 0 。洪鹏志【5 2 】等对金枪鱼油 的精炼进行了研究，得出黄鳍金枪鱼鱼油精炼的工艺参数为：8 0 的h ，p o 。脱胶， 添加量为油量的1 ：3 0 的n a o h 脱酸，添加量为油量的2 ；活性白土脱色， 添加量为油量的1 0 ；8 5 减压蒸馏脱臭1 5m i n 。王馥1 5 3 1 等对葡萄籽油的精炼 工艺研究显示，葡萄籽油精炼工艺条件是：碱炼初温4 5 ，碱液浓度9 5 0 ， 超碱用量0 3 ；水化加水量2 ，水化时间分别为1 0 、o 5h ；二次脱色工艺为 活性脱色白土，加量第1 次l ，脱色时间3 0m i n 、脱色温度8 0 ，第2 次加量1 。 从上面的叙述可以看出，油脂精炼的工艺路线比较长，影响精炼效果的因 素也比较多。精炼的每道工艺都有自己的作用，但并不是所有的油脂精炼过程 都是一成不变的，只要品质满足要求，就没有必要继续处理，因为糟炼过程中 的损失与费用是比较大的。 1 2 4 油脂的氧化及其抗氧化 油脂空气氧化造成油脂酸败，油脂酸败是油脂发哈的一种现象，这是油脂 氧化不利的一面。油脂空气氧化还使干性油氧化聚合成膜，形成油漆或涂料等 坚固保护层，这又是油脂空气氧化有利的一面。 油脂空气氧化首先产生氢过氧化物。产生氢过氧化物的途径有多种，比如 自动氧化、光氧化、酶促氧化等。在自动氧化过程中，有两个基本物质，即作 为供氧体的氧和被氧化的脂类。这一反应中，绝大多数是自由基的链锁反应， 会被光、热和可变价金属( f e ，c u ，m n ，c r 等) 所促进，也会被阻氧剂( 多酚类、氢 醌、亚硫酸盐等) 所抑制。在反应过程中常有过氧化物、氢过氧化物或过氧酸等 中间物形成 5 4 1 。 1 油脂氧化的机理一种油脂的氧化首先是在易活化的不饱和双键的a 亚基上夺走氢原子，而被氧化成脂肪自由基，进一步氧化成过氧化自由基，后 者再与未氧化的脂肪形成氢过氧化物和脂肪自由基，如此连续反应下去，使脂 肪不断氧化。氢过氧化物作为脂类自动氧化的主要初期产物是不太稳定的，它 经过许多复杂的分裂和相互作用，最终形成有油脂酸败的醛、酮、醇、碳氢化 合物、环氧化物及酸之类低分子物质；也可经聚合作用而生成深色的有毒的聚 合物；同时也会促使色素、香味物质和维生素等氧化。 在油脂中，构成甘油酯的主要不饱和脂肪酸是油酸、亚油酸和亚麻酸，由 于它们的双键数目不同，故具有不同的氧化历程和氧化速度，这取决于油脂结 构中双键的数量、位置和几何形状。同时，油脂的氧化速度还取决于温度、光 照、各种杂质等因素。 2 油脂抗氧化剂的研究概况抗氧化剂是食品添加剂的一个重要组成部 分，它是指能防止食品成分因氧化而导致变质的物质。主要用于防止油脂及富 8 含油脂的食品氧化酸败，它的作用是中止自由基反应，使游离基还原成分子， 游离基反应无法进行，以及由氧化所导致的褪色、褐变、维生素破坏等。自然 条件下，油脂一般比较容易被氧化，因此常使用抗氧化剂以延长油脂的贮藏时 间。 天然油脂自身含有一定的抗氧化剂，比较常见有生育酚，还有个别油脂中 含有芝麻酚、角鳖烯、咖啡酸以及其它酚型化合物，工业上使用比较广泛的是 合成抗氧化剂。常见的合成的抗氧化剂只有十多种，其中主要的为b h a ，b h t ， p g ，t h b q ，n d g a ，t b h q 以及合成的生育酚等，其中最常用的是b h a 和b h t ， 但是由于毒性的原因，其使用开始受到限制。目前，寻找高效、安全性好的天 然抗氧化剂，搞清各种天然抗氧化物成分及如何合理利用这些抗氧化剂物质来 延长油脂的贮存期，都是急待开发、深入研究的课题。 1 3 本课题的研究意义及内容 1 3 1 本课题研究的意义 据统计，截止2 0 0 3 年，全国累计出口淡水龙虾产品约2 2 5 0 8 万吨，创汇 1 1 0 5 6 亿美元，利用淡水龙虾原料1 18 9 2 万吨，因捕捉淡水龙虾而受惠的农户 累计收益约6 6 7 亿元。因出口加工行业兴起带出一批提炼甲壳素产品的生物化 工企业，而其余的龙虾废弃物基本都被处理掉，造成了很大的浪费【3 1 。实际上， 淡水龙虾的虾壳占整个虾体重的5 0 6 0 ，甲壳素只是龙虾加工废弃物的很少的 一部分，龙虾头中还含粗蛋白质、粗脂肪、无氮浸出物、虾青素、有益元素等。 发展龙虾的综合利用，对于保护环境，提高产品附加值，增加公司市场竞争力 具有非常重要的意义。 另外，从龙虾发展过程来看，它当属于劳动密集型产业，从开始的收购环 节，到分检、清洗、蒸煮、剥壳至包装，冷冻入库，均需要大量员工。在国家 大力发展农村的机遇下，有利于大力发展龙虾养殖业，增加农民收入。 本课题采用有机溶剂法回收龙虾头废弃物中的虾油，并通过精炼处理，提 高虾油的品质与安全性，希望将其应用在食用油脂中，同时对虾油的贮藏稳定 性进行研究。建立了虾油从提取到精炼，再到贮藏的整个生产工艺过程，为龙 虾废弃物中提取虾油的工业化生产提供了一定的实验依据和技术支持。 1 3 2 本课题的研究内容 ( 1 ) 有机溶剂法提取龙虾头中粗虾油的工艺研究 通过有机溶剂法提取龙虾头中的粗虾油，对溶剂种类、提取时间、料液比、 提取温度等影响得率和提取效果的因素进行全面考察，并通过正交实验，寻找 比较好的提取工艺。 9 ( 2 ) 租虾油的精炼与脂肪酸成分的研究 通过精炼对粗虾油品质进行提高，对脱胶、脱酸、脱色的工艺进行研究， 找出比较好的精炼条件，并对其脂肪酸成分进行分析。 ( 3 ) 虾油氧化稳定性的研究 对虾油贮藏稳定性进行研究，通过加速氧化法，对影响虾油贮藏稳定的因 素进行分析，并寻找比较好的虾油贮藏条件。 1 0 第二章有机溶剂法提取龙虾头中粗虾油工艺的研究 2 1 引言 有机溶剂法提取油脂，是“固一液萃取”化学方法的应用，是油脂生产中 一种比压榨法更为先进的制油方法。它具有出油效率高，粕的质量好，加工成 本低，生产环境良好，操作人员少等优点。但油脂浸出生产也存在一些缺点。 例如所得浸出毛油品质相对压榨毛油要差；所使用的溶剂为易燃易爆物品，并 且具有一定的毒性；生产管理要求高，并增加了油脂精炼加工的难度要求。但 现代油脂加工技术的发展，使上述缺点完全可以被克服。浸出