《Sustainable Food Technology》：Evaluating sustainable techniques for the extraction of oils from processed sea bass and sea bream aquaculture side streams
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本文系统评估了海鲈鱼与鲷鱼加工副产物中油脂的绿色提取技术，比较了绿色溶剂提取、微波辅助提取（MAE）和酶辅助提取（EAE）三种方法的效率与产物品质。研究发现，酶辅助提取法（EAE）不仅能实现33–42%的油脂回收率，且所得油脂氧化稳定性高（符合Codex Alimentarius标准），脂肪酸组成均衡（ω6/ω3比为1.7–2.6），同时可协同回收高蛋白水解物（蛋白含量84.6%），为水产加工废弃物的高值化利用（如营养保健品、化妆品）提供了可行路径，契合循环经济与联合国可持续发展目标（SDG 9, 12, 14, 3）。
引言
全球鱼类产量显著增长以满足对富含蛋白质和油脂食品的需求，然而这种扩张也导致了废弃物增加，引发了环境担忧。在Horizon2020 EcoeFISHent项目框架内，本研究旨在提升养殖鲷鱼（Sparus aurata）和海鲈鱼（Dicentrarchus labrax）鱼片加工过程中产生的未分类、脱水副产物的价值。与通常使用分类副产物（如鱼皮或内脏）的传统方法不同，本研究的创新之处在于利用未分类的鱼副产物混合体（包括鱼头、鱼鳞、鱼骨、鱼皮、内脏等）作为起始原料。这种方法的优势在于避免了对于小型水产养殖场而言成本高昂的分类步骤。为了解决鱼副产物易腐坏的问题，原料首先通过刀磨机进行均质化，然后采用专利的工业脱水工艺，在温和的温度和真空条件下进行脱水，得到脱水鱼副产物混合体（DFM）。此过程实现了微生物稳定化，无需冷链，可在室温下储存和处理，极大地改善了物流并延长了保质期。
材料与方法
样品制备与表征
研究所用原料为来自意大利Aqua De Ma公司的鲷鱼和海鲈鱼加工副产物混合体（FM），经过上述专利脱水工艺处理后得到DFM。为了比较，还分析了来自同一公司的两种常规分类生物质：脱水鱼皮（DFS）和脱水鱼内脏（DFV）。对DFM、DFS和DFV进行了近似组成分析（水分、粗蛋白、灰分、脂质）以及氧化应激评估（硫代巴比妥酸反应物，TBARS）。结果表明，DFM具有较高的脂质含量（27–46%），且TBARS值较低（1.4 ± 0.5 mmol MDA/kg），表明原料氧化程度低，质量良好。
绿色提取方法
在实验室规模上，比较了三种环境可持续的粗油提取方法：
- 1.
绿色溶剂固液提取（S/L）：使用绿色溶剂（乙醇和乙酸乙酯的混合物）进行提取。通过实验设计（DoE）优化了固液比、提取时间和溶剂组成等参数。最佳条件为固液比1:10 (w/v)，提取时间105分钟，溶剂为乙酸乙酯/乙醇（3:1, v/v）。
- 2.
微波辅助提取（MAE）结合绿色溶剂：使用微波系统（ETHOS-X）进行提取。评估了两种方案：一是基于文献条件但用乙醇替代甲醇（b_1，溶剂比为乙酸乙酯/乙醇 2:1, v/v），二是应用上述DoE优化条件（b_2，溶剂比为乙酸乙酯/乙醇 3:1, v/v）。
- 3.
酶辅助提取（EAE）和水提取：使用两种食品级蛋白酶（Alcalase 3G PBN-66 L (c_1) 和 Corolase? 8000 (c_2)）在60°C、pH中性条件下进行酶解1小时。同时设置了不加酶的空白对照（c_3，水提取）以评估酶的作用。
所有提取方法获得的油均计算产率（%）和回收率（%），并以Hara-Radin冷提取法（使用己烷/异丙醇混合物）作为参考方法。
油品质量评估
对提取的粗油进行了质量分析，包括：
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酸价：衡量游离脂肪酸含量。
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过氧化值（PV）：衡量初级氧化产物。
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对茴香胺值（AV）：衡量次级氧化产物。
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总氧化值（TOTOX）：计算公式为 TOTOX = 2PV + AV。
这些参数与Codex Alimentarius (CXS 329-2017) 和国际鱼油标准（IFOS）的限值进行比较。
脂肪酸分析
通过碱性-酸性顺序甲酯化程序（ISO 12966-2:2017）将提取的脂质转化为脂肪酸甲酯（FAME），并使用气相色谱（GC）进行分析（ISO 12966-4:2015）。分析了饱和脂肪酸（SFA）、单不饱和脂肪酸（MUFA）、多不饱和脂肪酸（PUFA）的含量，特别关注了omega-3系列（如EPA，DHA）和omega-6系列脂肪酸，并计算了omega-6/omega-3比率。
酶辅助提取的放大实验
基于实验室规模的结果，选择酶辅助提取法（使用Corolase? 8000酶）在30升反应器中进行半工业化放大试验。使用8公斤DFM和16升水进行酶解反应，反应后分离得到油相、蛋白质水解液和固体残渣。对获得的油和浓缩后冻干的蛋白质水解物进行了产率和质量分析。
结果与讨论
原料特性与氧化状态
DFM的近似组成显示其脂质含量丰富（27-46%），蛋白质（39-48%）和灰分（10-17%）含量也较高，水分含量极低（1-3%）。与分类的DFS（高蛋白）和DFV（高脂质）相比，DFM的综合组成使其成为脂质提取的理想原料。TBARS分析证实所有原料的氧化程度均较低，这归功于短供应链和温和的脱水工艺。
粗油提取效率比较
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绿色溶剂提取（S/L）：DoE优化后的条件（1:10 固液比，105分钟，25%乙醇）实现了约82%的脂质回收率。结果表明，较高的溶剂用量有利于提高回收率，而延长提取时间反而可能因潜在氧化导致回收率下降。
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微波辅助提取（MAE）：使用优化溶剂条件（b_2，乙酸乙酯/乙醇 3:1, v/v）的MAE获得了最高的脂质回收率（99.3%），优于相同溶剂下的常规S/L提取，且大大缩短了提取时间。MAE利用电磁波增强溶剂渗透和基质破坏，从而提高了效率。
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酶辅助提取（EAE）和水提取：EAE（c_1, c_2）和水提取（c_3）的脂质回收率相近（约77-84%）。虽然其回收率略低于优化的MAE和参考方法，但EAE的显著优势在于能够同时回收蛋白质水解物。酶解过程将蛋白质分解为低分子量肽，增加了其功能性和应用价值（如营养保健品、化妆品）。因此，尽管水提取也能获得相当的油回收率，但EAE因能产生高价值的共生产物而更受青睐。
提取油品的质量
所有方法提取的粗油其氧化参数（PV, AV, TOTOX）均远低于Codex Alimentarius规定的限值，表明油品具有优异的氧化稳定性。酸价略高于标准，但在所有绿色提取方法中结果相似，这可能是由于与水相接触时间较长导致的水解所致。与工业三相离心机获得的油相比，本研究中的油品氧化稳定性更优，但游离脂肪酸含量较高，后者可通过工业上常见的油品干燥步骤来改善。
脂肪酸谱分析
脂肪酸甲酯（FAME）分析显示，不同提取方法获得的油脂其脂肪酸组成总体相似，但存在一些细微差异：
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绿色溶剂提取（a, b_2）：倾向于提取中性脂质（富含甘油三酯），因此单不饱和脂肪酸（MUFA，主要是油酸）和饱和脂肪酸（SFA）含量较高。
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水提取（c_3）和参考方法（ref）：能更有效地释放与膜结构相关的极性脂质，因此多不饱和脂肪酸（PUFA），特别是omega-3脂肪酸（如EPA和DHA）的含量相对较高。
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酶辅助提取（EAE）和另一MAE条件（b_1）：其脂肪酸谱介于上述两者之间。
所有油的omega-6/omega-3比率在1.7至2.6之间，处于营养学上理想的范围内（通常认为低于4:1有益健康），表明这些油具有促进健康的潜力。
主成分分析（PCA）
主成分分析（PCA）进一步证实了上述发现。第一主成分（PC1）主要与脂肪酸组成（PUFA, MUFA, SFA）相关，将水提取/参考方法（高PUFA）与绿色溶剂提取（高MUFA/SFA）区分开。第二主成分（PC2）则与回收率和氧化稳定性指标相关。EAE和某些MAE条件在PCA图中聚集，表明它们具有相似的特性，且EAE因其能回收蛋白质水解物而更具放大潜力。
酶辅助提取的放大
在30升反应器中进行EAE放大试验，成功地从8公斤DFM中回收了25% (w/w) 的油和16.5% (w/w) 的蛋白质水解物（干基，蛋白质含量为84.6 ± 1.44%）。放大试验获得的油其TOTOX指数（15.2 ± 0.6）仍显示良好的氧化稳定性，但酸价（8.8 ± 0.9）较实验室规模有所升高，这可能是由于放大过程中相分离和操作时间延长所致。未来在工业设计中计划集成油干燥系统以改善此问题。值得注意的是，工业连续化生产将避免长时间的静置步骤，有望进一步提高油品质量和经济可行性。
结论
本研究成功证明了利用绿色提取技术从海鲈鱼和鲷鱼未分类加工副产物中回收高质量油脂的可行性。三种评估方法（绿色溶剂提取、MAE、EAE）均能有效提取油脂，且产品氧化稳定性好，脂肪酸组成（尤其是理想的omega-6/omega-3比率）支持其在营养保健品等领域的应用潜力。其中，酶辅助提取法（EAE）因其操作条件温和、环境友好、可同时回收高价值蛋白质水解物以及易于放大等综合优势，被视为最具工业化应用前景的技术路线。这项工作为水产加工废弃物的增值利用提供了切实可行的方案，有力推动了渔业部门的循环经济和可持续发展。
