江洲

（福建省特種水產(chǎn)配合飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建天馬科技集團(tuán)股份有限公司，福建 福清 350308）

深海魚油富含二十碳五烯酸（EPA）與二十二碳六烯酸（DHA）等多種ω-3多不飽和脂肪酸，是海洋生物脂質(zhì)的重要組成部分，具備許多對人體有益的生理功能，在防治心腦血管疾病、促進(jìn)大腦和視網(wǎng)膜形成、延緩腦的衰老及抗炎、抑制過敏反應(yīng)等方面發(fā)揮重大作用，是全世界公認(rèn)的高附加值的藥品、營養(yǎng)保健食品和水產(chǎn)飼料原料，市場成熟度高。近年來ω-3脂肪酸含量≥50%的魚油甘油酯型產(chǎn)品在國外面世，與普通魚油產(chǎn)品相比它具有食用安全性好、天然和生物利用率高的特性，屬于高端魚油藥品和保健品。因此，高含量ω-3多不飽和脂肪酸的甘油酯型魚油產(chǎn)品的研發(fā)和制備，不僅可以滿足魚油行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品升級需求，而且順應(yīng)全球消費(fèi)市場對高端魚油產(chǎn)品日益增長的需要，成為食用油脂加工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

1 深海魚油產(chǎn)品類型及升級

深海魚油中ω-3多不飽和脂肪酸的重要生理功能被明確后，作為食用油脂的深海魚油產(chǎn)品發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。

第一個(gè)階段始于上世紀(jì)七十年代，這一階段的魚油產(chǎn)品主要是天然的甘油三酯型深海魚油。加工工藝是將魚肉蒸煮、擠壓后得到粗制魚油，再通過脫膠、脫酸、脫色和脫臭等精煉工藝獲得純化的魚油甘油三酯。其中魚油產(chǎn)品的ω-3多不飽和脂肪酸含量為15%～30%。

第二個(gè)階段始于上世紀(jì)80年代。由于化學(xué)合成技術(shù)和分離技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)上將ω-3脂肪酸為 25%左右的魚油甘油三酯和甲醇或乙醇進(jìn)行化學(xué)合成反應(yīng)，生成魚油甲酯或乙酯，再經(jīng)過分子蒸餾進(jìn)一步提純得到ω-3脂肪酸含40%～80%的甲酯型或者乙酯型魚油產(chǎn)品。由于該產(chǎn)品的黏度低并且ω-3 脂肪酸含量較高，因此受到消費(fèi)者青睞，并逐漸占據(jù)了國內(nèi)外魚油保健產(chǎn)品的主要市場。在同一時(shí)期，作為藥品的高濃縮EPA和DHA乙酯面世，例如：挪威Pronova Biocare公司研發(fā)EPA和DHA含量高達(dá)84%的多烯乙酯處方藥Omacor，主要用于治療再發(fā)性心肌梗死；日本的持田制藥研發(fā)EPA和 DHA含量高達(dá)96%的多烯乙酯處方藥Epadel，用于治療動(dòng)脈硬化和高血脂[1]。

第三個(gè)階段始于上世紀(jì) 90 年代?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明乙酯型魚油在人體胃腸道內(nèi)的消化吸收率低，并且對于嬰幼兒以及酒精過敏癥患者可能會(huì)存在食品安全性的潛在風(fēng)險(xiǎn)[2]，而ω-3脂肪酸的甘油酯比乙酯更容易被人體吸收，在消化道內(nèi)的水解速率更高且更加安全，其功能性研究表明甘油酯型魚油的生物利用率比乙酯型魚油高70%左右[3]。另一方面，天然形式的甘油三酯型魚油的存在形式最符合配藥學(xué)規(guī)則，比如EPA的甘油三酯形式更適合用于抑制血栓的制劑[4]，甘油三酯的形式也更適合于嬰幼兒食品，因?yàn)棣?3脂肪酸在母乳中就是以甘油三酯的形式存在的[20]。因此，高含量ω-3多不飽和脂肪酸的甘油酯型魚油產(chǎn)品具有了食用安全性好、天然和生物利用率高的特性而備受關(guān)注，成為目前全球魚油產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

高含量ω-3多不飽和脂肪酸的甘油酯型魚油產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)附加值高，但是長期以來，我國魚油產(chǎn)品市場大都被進(jìn)口產(chǎn)品占據(jù)。本地產(chǎn)品以乙酯型魚油和低含量ω-3多不飽和脂肪酸魚油為主，而同期北美、西歐、日本等地區(qū)利用生物技術(shù)生產(chǎn)的高含量ω-3多不飽和脂肪酸甘油酯型魚油已實(shí)現(xiàn)商品化，并且銷售規(guī)模不斷擴(kuò)大。我國的高含量ω-3甘油酯型魚油的開發(fā)正處在初始階段，受技術(shù)和成本所限，還未形成商業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，只有個(gè)別企業(yè)投入了試生產(chǎn)階段，年產(chǎn)量僅為百公斤左右，缺乏市場競爭力。受新冠疫情的影響，2020年以來歐美各國的食品級魚油生產(chǎn)受到極大影響，給我國的食品級魚油行業(yè)創(chuàng)造了良好的機(jī)會(huì)。2021年我國的食品級原料魚油的進(jìn)口量超過5萬噸，比上一年進(jìn)口量增加近一倍，這充分說明了食品級魚油需求旺盛。因此，應(yīng)抓住機(jī)遇，加快行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品升級，適應(yīng)全球市場對高含量ω-3脂肪酸的甘油酯型魚油產(chǎn)品日益增長的需求。

2 高含量ω-3脂肪酸甘油酯型魚油的制備方法

高含量ω-3脂肪酸的甘油酯型魚油產(chǎn)品是目前魚油保健品的發(fā)展趨勢，其制備工藝成為目前魚油深加工關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，實(shí)驗(yàn)室與實(shí)際生產(chǎn)中采用的制備方法有傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法和生物技術(shù)合成法[5,6]。

2.1 低溫結(jié)晶法

低溫結(jié)晶法是在低溫條件下，根據(jù)不同類型的脂肪酸熔點(diǎn)不同以及在過冷有機(jī)溶劑中的溶解度差異而進(jìn)行分離的一種方法，因此又被稱為冬化法或溶劑分離法。通常情況下，脂肪酸在有機(jī)溶劑中的溶解度與碳鏈長度成反比，與雙鍵數(shù)成正比[7,8]。

羅慶華等采用低溫結(jié)晶法提高鳡魚油內(nèi)的EPA和DHA含量，利用乙醇為溶劑，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，在料液比為1∶6，結(jié)晶溫度為-30 ℃，結(jié)晶時(shí)間為5 h的最佳工藝條件下對鳡魚油進(jìn)行處理，得到的鳡魚油產(chǎn)物內(nèi)的多不飽和脂肪酸含量提高了 25%左右，其中EPA和DHA總含量提高了4%左右[9]；張紅燕等通過低溫結(jié)晶法對金槍魚油處理后，EPA和DHA總含量由處理前的29.05%上升到32.20%[10]。

低溫結(jié)晶法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡單、投資小、操作方便安全，并且因?yàn)樘厥獾牡蜏丨h(huán)境，能夠使魚油中的成分得到有效保留，適用于中小規(guī)模生產(chǎn)。但該法能耗較大，有機(jī)溶劑浪費(fèi)嚴(yán)重并造成污染，并且ω-3脂肪酸含量的富集程度不高，因此常作為其他方法的輔助手段來使用[11,12]。

2.2 酶法制備高含量ω-3脂肪酸甘油酯型魚油

脂肪酶技術(shù)在食用油脂工業(yè)應(yīng)用已近半個(gè)世紀(jì)。脂肪酶反應(yīng)的作用條件溫和、催化效率高、專一性強(qiáng)、產(chǎn)物易于分離，因此非常適用于容易高溫氧化的ω-3脂肪酸的加工和處理[13-17]。微生物是脂肪酶的重要來源，產(chǎn)酶菌株主要集中在根霉（Rhizopus）、曲霉（Aspergillus）、假絲酵母（Candida）、毛霉（Mucoraceae）、須霉（Phycomyces）和假單胞菌（Pseudomonas）等 65個(gè)屬的微生物[18]。脂肪酶除了能夠催化甘油酯水解外，還能夠催化酯交換、酯化、酸解以及醇解等多種反應(yīng)，在深海魚油產(chǎn)品的制備生產(chǎn)中起到了關(guān)鍵作用。目前采用脂肪酶技術(shù)制備高含量ω-3脂肪酸甘油酯型魚油，脂肪酶選擇性水解法、脂肪酶酯化法和脂肪酶酯交換法是三種常用工藝路線。

2.2.1 脂肪酶水解法

大部分的脂肪酶具有Sn-1,3位置選擇性，在水解脂肪時(shí)能夠有選擇地先將Sn-1,3位的脂肪酸水解。研究表明深海魚油甘油三酯的Sn-2位通常連接EPA或者DHA等多不飽和脂肪酸，其他脂肪酸通常連接在Sn-1,3位上。因此可以利用特異性脂肪酶水解魚油，將大部分Sn-1,3位的脂肪酸水解下來，從而使甘油酯型魚油中的EPA和DHA含量得到提高。

石紅旗等人采用脂肪酶水解法提高鳀魚油內(nèi)的EPA和DHA含量，以國產(chǎn)假絲酵母酶催化水解反應(yīng)，經(jīng)過優(yōu)化在脂肪酶用量為300 u/g油，反應(yīng)溫度為45 ℃，反應(yīng)時(shí)間為12 h，油水比為0.4 mg/g 油，乳化劑為Ca(OH)2 的條件下水解鳀魚油，得到EPA和DHA分別為34.0%和13.9%的鳀魚油產(chǎn)品[19]。朱東奇等人以重組米根霉脂肪酶催化水解反應(yīng)水解鳀魚油，得到產(chǎn)物魚油甘油三酯含量為39.38%，甘油二酯含量為32.09%，甘油一酯含量為2.60%，并且甘油二酯中的DHA含量達(dá)到19.70%，甘油一酯中的DHA含量達(dá)到25.20%，與未水解鳀魚油相比，DHA含量大幅提升[20]。

2.2.2 脂肪酶酯化法

脂肪酶酯化法是在脂肪酶的催化作用下，單烯脂肪酸和飽和脂肪酸會(huì)優(yōu)先與醇發(fā)生酯化反應(yīng)，從而以游離脂肪酸的形式使未反應(yīng)的EPA和DHA得到富集，此外，還可以通過脂肪酸與醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成甘油酯，使得EPA和DHA保留在甘油酯鏈上與其他脂肪酸分離。劉書成等人采用酶促酯化法提高黃旗金槍魚油中的EPA和DHA含量，利用Novozyme 435酶催化酶促酯化反應(yīng)，經(jīng)過優(yōu)化在反應(yīng)溫度為40 ℃，初始水分含量為0.5%，酶添加量為25 mg，反應(yīng)時(shí)間為24 h的最優(yōu)條件下得到了甘油二酯含量為56.06%，甘油三酯為31.25%，甘油一酯為12.07%的黃旗金槍魚產(chǎn)品，其中EPA含量達(dá)到了13.49%，DHA含量達(dá)到了73.36%[21]。

2.2.3 脂肪酶酯交換法

脂肪酶酯交換法也稱為脂肪酶轉(zhuǎn)酯法，是利用具有酯交換活力的脂肪酶催化甘油酯型魚油與游離脂肪酸、短鏈醇或者另一種脂肪酸酯類發(fā)生?；粨Q反應(yīng)。按照底物不同，脂肪酶轉(zhuǎn)酯法可以分為酸解反應(yīng)、醇解反應(yīng)和酯—酯反應(yīng)三種類型。郭正霞等人采用酯交換反應(yīng)制備高EPA和DHA含量的甘油酯型魚油，采用國產(chǎn)固定化假絲酵母脂肪酶催化反應(yīng)，用正交實(shí)驗(yàn)對反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到了最佳的反應(yīng)溫度為60 ℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h，反應(yīng)底物質(zhì)量比為5∶4，加酶量為80 U時(shí)，制得了EPA和DHA含量分別為33.40%和13.10%的甘油酯型魚油產(chǎn)品[22]。李金章等人用酯交換反應(yīng)法制備高EPA和DHA含量的甘油酯型魚油，分別采用K酶和TL IM酶催化反應(yīng)，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到2種酶的最適作用條件，其中K酶在反應(yīng)溫度為40 ℃，加酶量為6%，反應(yīng)時(shí)間為18 h，底物摩爾比為2∶1時(shí)，得到產(chǎn)物甘油酯型魚油EPA和DHA總含量為45.58%；TL IM 酶在反應(yīng)溫度為60 ℃，加酶量為6%，反應(yīng)時(shí)間為18 h，底物摩爾比為 2∶1 時(shí)，得到產(chǎn)物甘油酯型魚油EPA和DHA總含量為 42.66%[23]。

3 甘油酯型魚油產(chǎn)品的分離

通過酶法制備的甘油酯型魚油產(chǎn)品，終產(chǎn)物含有游離脂肪酸和脂肪酸甲、乙酯以及甘油等物質(zhì)[24]。這些物質(zhì)的存在無益于產(chǎn)品的品質(zhì)，甚至還會(huì)加速產(chǎn)品的氧化變質(zhì)，如游離脂肪酸會(huì)加速油脂氧化。傳統(tǒng)工業(yè)中用到的堿煉法僅能對游離脂肪酸進(jìn)行去除，而伴隨著油脂工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，誕生了諸如減壓蒸餾法和分子蒸餾法等更有效的方法，這些方法不僅能夠去除游離脂肪酸，還能夠去除脂肪酸乙酯等物質(zhì)。

3.1 堿煉法去除游離脂肪酸

酯交換反應(yīng)得到的產(chǎn)物魚油中含有一定量的游離脂肪酸，游離脂肪酸不僅會(huì)產(chǎn)生刺激性氣味，而且還加速中性油的水解酸敗以降低油脂的物理化學(xué)穩(wěn)定性，必須盡量除去。堿煉法是目前工業(yè)上脫除游離脂肪酸的傳統(tǒng)方法，它的原理是采用氫氧化鈉或者氫氧化鉀等強(qiáng)堿來中和油脂中的游離脂肪酸，所生成的皂則可以將其他雜質(zhì)吸附，然后在沉降的過程中使得游離脂肪酸與中性油得到有效分離[25-27]。姚堯等人采用堿煉法脫除豬網(wǎng)油中的游離脂肪酸，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，得到反應(yīng)的最佳參數(shù)，在堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21%，超堿量為0.1%，堿煉時(shí)間為70 min 和堿煉初溫為45 ℃時(shí)，堿煉產(chǎn)物的酸價(jià)從6.25 mgKOH/g 降至0.12 mgKOH/g[28]。堿煉法的操作簡單、效果明顯，但是堿煉法僅能夠脫除游離脂肪酸，而對甲、乙酯型魚油和甘油等物質(zhì)無法脫除，因此存在一定的局限性。

3.2 減壓蒸餾分離

減壓蒸餾法是工業(yè)上常用的分離甘油酯和脂肪酸的方法，減壓蒸餾的原理主要是依據(jù)游離脂肪酸、乙酯與甘油酯的沸點(diǎn)不同，并且負(fù)壓條件能夠降低物質(zhì)的沸點(diǎn)，使其在遠(yuǎn)低于常壓沸點(diǎn)的溫度下沸騰氣化，有利于降低多不飽和脂肪酸的氧化。減壓蒸餾操作簡單、普及較廣、效率較高，負(fù)壓條件使加熱溫度降低，能耗也得到降低，在油脂工業(yè)中的應(yīng)用廣泛。胡永員等人采用減壓蒸餾法分離人乳脂替代品，在220～300 ℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行分離，得到蒸餾后的人乳脂替代品中的甘油酯較蒸餾前約提高了71%，酸價(jià)為8.6 mgKOH/g[29]。

3.3 分子蒸餾分離

分子蒸餾利用不同分子在高真空的條件下有效直徑不同，其加熱逸出液面后分子運(yùn)動(dòng)的平均自由程不同來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離，是一種新型的液—液分離方法，能夠有效分離油脂等高沸點(diǎn)、高粘度和高熱敏性的物質(zhì)。分子蒸餾具有蒸餾溫度較低、受熱時(shí)間較短、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于制藥、食品、化工等行業(yè)，是一種綠色高效的工業(yè)生產(chǎn)方法[30-33]。通過分子蒸餾法結(jié)合脂肪酶法生產(chǎn)ω-3脂肪酸產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到初步應(yīng)用。Patricia Fregolente等人采用分子蒸餾法分離大豆油酶促酯化反應(yīng)產(chǎn)物中的甘油單酯，使用離心式分子蒸餾設(shè)備，在體系壓強(qiáng)為24 Pa，轉(zhuǎn)速為1350 r/min，溫度為250 ℃的條件下得到純度為81%的甘油單酯[34]。María Teresa Sanz等學(xué)者采用分子蒸餾法分離沙丁魚油酶促酯交換反應(yīng)產(chǎn)物中的甘油單酯，在底物比甘油∶沙丁魚油為1.5∶1，溫度為50 ℃，時(shí)間為2 h，酶添加量為5%的條件下進(jìn)行酶促酯化，在體系壓強(qiáng)為1.0～0.3 kPa條件下采用3步分子蒸餾分離產(chǎn)物，第一步蒸餾溫度為110 ℃，進(jìn)料速率為1 mL/min 的條件下除去了游離脂肪酸和甘油；第二步蒸餾溫度155 ℃，進(jìn)料速率為1 mL/min 的條件下得到了純度為91%甘油單酯和5.7%的甘油二酯混合物，ω-3脂肪酸含量為31%；第三步蒸餾溫度為125 ℃，進(jìn)料速率為 1 mL/min的條件下進(jìn)一步提高了甘油單酯中ω-3脂肪酸的含量[35]。

4 結(jié)論

綜上所述，高含量ω-3多不飽和脂肪酸的甘油酯型魚油產(chǎn)品具有食用安全性好、天然和生物利用率高的特性，正成為食用油脂加工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。采用脂肪酶的生物技術(shù)和分子蒸餾的分離方法可以制備ω-3多不飽和脂肪酸大于50%的甘油酯型魚油，并最大程度地減少多不飽和脂肪酸的氧化，提升產(chǎn)品的品質(zhì)特性。