养殖大西洋鲑带皮修整碎肉的可持续增值：超临界CO2脂质萃取与脱脂残渣pH偏移蛋白质回收

《Foods》：Sustainable Valorization of Farmed Atlantic Salmon Processing By-Products: Supercritical CO2 Extraction of Lipid Fraction and pH-Shift Recovery of Proteins from the Residual Material

　　

养殖大西洋鲑带皮修整碎肉通过将超临界二氧化碳（SC-CO₂）萃取与后续脱脂残渣中蛋白质回收相结合的序贯工艺实现增值利用。冻干物料在40 °C、100、200和300 bar条件下萃取540 min，以评价压力对萃取率的影响。在所测试条件中，300 bar获得最高萃取率（28.08%），并选取该萃取物进行进一步表征。其脂质含量为98.55 g/100 g，油酸为主要脂肪酸，同时含二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）和虾青素（215.43 μg/mL），并表现出浓度依赖的ABTS自由基清除活性（ABTS radical-scavenging activity；IC₅₀ ≈ 109 mg/mL）。相应脱脂生物质随后用于常规和超声辅助pH偏移（pH-shift）蛋白质回收。超声辅助使蛋白质得率由36.70 g/100 g提高至47.91 g/100 g。两种分离物蛋白质含量均超过91 g/100 g，氨基酸谱相似，必需氨基酸约占总氨基酸的41%。超声处理还改善了蛋白质溶解度、持水性（WHC）和ABTS自由基清除活性，而常规回收分离物表现出更高的持油性（OHC）。这些结果支持从同一鲑鱼加工副产物中序贯回收富含脂质和富含蛋白质的组分。

研究背景：全球食品需求增长、城市化和膳食模式变化加大食品生产与自然资源压力，同时食品加工副产物大量产生但利用不足；回收其中营养物和生物活性物并转化为高值产品是循环生物经济的重要方向。海产品副产物可占加工生物量最高60%，大西洋鲑鱼片加工约四分之一鱼体质量成为副产物，带皮修整碎肉含皮肤和附着肌肉，富含脂质和蛋白质，却常低值利用。鲑鱼脂质富含不饱和脂肪酸、EPA、DHA和虾青素，但回收需减少氧化和热损伤；超临界二氧化碳（SC-CO₂）萃取因温度温和、无氧和无溶剂残留而受关注，压力通过影响CO₂密度和溶剂强度影响萃取率与脂质组成。脱脂后残渣仍是蛋白源，pH偏移（pH-shift processing）可选择性溶解和等电沉淀蛋白，超声可增强提取并改变分离物理化功能。已有研究多分别研究SC-CO₂脂质回收和pH偏移蛋白回收，直接将SC-CO₂脱脂生物质作为后续常规及超声辅助pH偏移原料并在同一策略中表征两类组分仍不足，故该研究以同一副产物序贯回收脂质和蛋白为目标。研究人员对养殖大西洋鲑带皮修整碎肉冻干后行SC-CO₂萃取，评价100、200、300 bar压力效应，选取300 bar萃取物表征脂质、脂肪酸、虾青素和ABTS自由基清除活性；再将相应脱脂生物质用于常规和超声辅助pH偏移蛋白回收，比较蛋白得率、化学组成、氨基酸、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及溶解度、WHC、OHC和ABTS活性。结论为300 bar萃取率最高（28.08%），萃取物脂质98.55 g/100 g、油酸为主并含EPA、DHA和虾青素215.43 μg/mL，ABTS活性浓度依赖（IC₅₀约109 mg/mL）；超声辅助使蛋白得率由36.70提高到47.91 g/100 g，两种分离物蛋白>91 g/100 g、氨基酸谱相似、必需氨基酸约41%，超声改善溶解度、WHC和ABTS活性而常规分离物OHC更高。该研究证明同一鲑鱼加工副产物可序贯获得富脂和富蛋白组分，支持集成增值策略。

关键技术方法概括：样本为Vasovi? d.o.o.（?a?ak, Serbia）提供的挪威养殖大西洋鲑（Salmo salar）带皮修整碎肉，真空冷冻、?18 °C储存后冻干研磨。采用实验室高压SC-CO₂萃取系统，50 g物料、40 °C、100/200/300 bar、540 min，分离器15 bar、23 °C，流速1.94 kg/h，每个压力三次独立萃取；300 bar萃取物经气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）分析脂肪酸、高效液相色谱-二极管阵列检测器（HPLC-DAD）测定虾青素、ABTS法评价自由基清除活性。脱脂残渣行常规及超声辅助pH偏移蛋白回收（pH 11.0溶解、pH 5.5沉淀；超声25 kHz、250 W、脉冲5 s/5 s、20 min），蛋白分离物测定组成、氨基酸、FTIR及溶解度、WHC、OHC和ABTS活性；统计采用单因素方差分析和Tukey检验（p < 0.05）。

研究结果：3.1 提取率：在40 °C恒温、100–300 bar下进行SC-CO₂萃取动力学，累积萃取率随时间增加且随压力升高而升高，540 min时100、200、300 bar分别为3.47%、9.65%、28.08%；300 bar下420 min已达最终值的约92.6%，末60 min仅增0.46个百分点，故300 bar萃取物及脱脂残渣用于后续。3.2 原料与SC-CO₂萃取物近似组成：按标准方法测定，冻干带皮修整碎肉含54.42 g/100 g蛋白质和40.14 g/100 g脂质；300 bar萃取物含98.55 g/100 g脂质，水分0.76 g/100 g、蛋白质0.46 g/100 g，灰分未检出，说明获得高浓度脂质组分且原料蛋白含量支持残渣蛋白回收。3.3 脂肪酸组成：GC-FID结果表明两组脂质均以单不饱和脂肪酸（MUFA）为主（49.41–50.91%），油酸约占总脂肪酸45%；多不饱和脂肪酸（PUFA）在冻干鲑鱼和萃取油中分别为31.30%和33.89%；EPA在两者为3.09%和2.31%，DHA为3.34%和3.30%；萃取油α-亚麻酸和总ω-3较高，n-6/n-3比分别为1.28和1.01，符合现代养殖大西洋鲑特征。3.4 SC-CO₂萃取物中虾青素的HPLC测定：HPLC-DAD测得300 bar萃取物虾青素215.43 μg/mL，原文讨论其抗氧化、抗炎及潜在营养化妆品应用，并指出与全肌肉或油基文献值不宜直接数值比较。3.5 ABTS自由基清除活性：ABTS法显示萃取物活性随浓度增加，40–120 mg/mL时抑制率由20.6±2.2%升至53.8±1.1%，线性回归得IC₅₀约109 mg/mL；原文指出虾青素可能部分贡献，且长时孵育下不饱和脂质自氧化不能完全排除。3.6 蛋白质提取得率：常规pH偏移从鲑鱼残渣获得总蛋白得率37%，超声辅助pH偏移提高至47%，原文归因于超声促进蛋白释放和溶解、减少沉积物包埋。3.7 化学组成：两种蛋白分离物蛋白质均>90%，SPI-pH和SPI-USpH水分分别为6.7%和5.4%，超声辅助分离物灰分较高，但均在文献范围。3.8 氨基酸组成：离子交换色谱显示两种分离物必需氨基酸均约41%，单个氨基酸无显著差异（p>0.05）；谷氨酸（约13 g/100 g蛋白质分离物干物质）和天冬氨酸（约11 g/100 g）最丰富，赖氨酸和亮氨酸次之，半胱氨酸未检出。3.9 蛋白质分离物FTIR分析：衰减全反射FTIR谱显示酰胺A、CH₂/CH伸缩、酰胺I（1654 cm^?1，提示α-螺旋为主）、酰胺II（1540 cm^?1）、羧酸根（1397 cm^?1）、酰胺III（1243 cm^?1）及约669/600 cm^?1谱带，用于识别特征吸收并评估超声相关构象变化。3.10 功能特性：3.10.1 溶解度：pH 9下超声辅助分离物约95%，常规约80%，高于原文比较的鳕鱼、鲱鱼及大豆分离蛋白。3.10.2 持水/持油能力：超声辅助分离物WHC更高，常规SPI-pH的OHC更高但相当；差异更可能与提取诱导的结构构象变化有关而非氨基酸组成。3.10.3 抗自由基清除活性：ABTS法显示超声辅助分离物48%，常规37%，与超声部分展开、增加溶剂可及性和溶解度提高相关。

讨论部分总结：原文将压力效应归于CO₂密度和溶剂强度变化，并指出300 bar下后期增率下降；将原料组成差异归于解剖部位和冻干预处理；将脂肪酸谱解释为现代养殖鲑鱼植物性饲料影响，并认为萃取油ω-6/ω-3比较低、DHA基本不变；将虾青素和ABTS活性置于脂质基质和抗氧化应用背景下讨论，同时强调与文献数值不可直接比较及ABTS长孵育自氧化局限；蛋白部分认为超声提高得率、溶解度、WHC和抗氧化活性，常规分离物OHC较高，功能差异更可能来自结构构象而非氨基酸组成；FTIR用于识别特征谱带并评估超声相关构象变化。原文还指出需正式实验设计优化条件、建立完整物料平衡并评价放大、稳定性和应用。

研究结论翻译：SC-CO₂萃取与pH偏移处理的序贯组合使同一大西洋鲑带皮修整碎肉中富含脂质和蛋白质的组分得以回收。在测试的SC-CO₂条件中，300 bar提供最高萃取率（28.08%），所得富脂萃取物含不饱和脂肪酸（包括EPA和DHA）、虾青素及可测的自由基清除活性。后续超声辅助pH偏移处理使蛋白质回收率由36.70 g/100 g提高至47.91 g/100 g，同时保持蛋白质含量高于91 g/100 g和平衡的氨基酸组成，并改善溶解度、持水性和抗氧化活性。这些发现支持所提出序贯增值策略的可行性。未来研究应采用正式实验设计优化SC-CO₂萃取和蛋白质回收条件，并纳入涵盖所有回收流和残余流的完整过程物料平衡。这将有助于更完整地评估总体过程效率和资源利用，并进一步评价过程放大、产品稳定性和潜在应用。