魚油n-3 PUFA 富集、穩態化技術及生物活性研究進展

劉書源，郭明珠，馬愛進，桑亞新，孫紀錄*

（1 河北農業大學食品科技學院 河北保定071000 2 北京工商大學食品與健康學院 北京 100048）

魚油由魚類及其加工副產物中提煉所得[1]，二十碳五烯酸（Eicosapentaenoicacid，EPA）、二十二碳六烯酸（Docosahexaenoicacid，DHA）等n-3 多不飽和脂肪酸（n-3 Polyunsaturated fatty acids，n-3 PUFA）含量豐富[2]，同時富含維生素A、D、E、K 等多種營養元素[3-5]，營養價值較高。魚油中的n-3 PUFA 是生物活性物質的良好來源[6]。國內外針對魚油的開發與研究熱度持續不減，其抗炎抗癌，提高記憶力，改善視力等多種醫學功效的證實使魚油無論是在食用油、嬰幼兒乳粉配方等食品方面，還是在軟膠囊、咀嚼乳等功能性食品方面被廣泛應用。根據《2021 中國漁業統計年鑒》中針對2020 年和2019 年全國水產加工情況的統計分析[7]，在全國水產加工品總量幅度下滑的同時，魚油制品的總量依舊處于增長趨勢，漲幅達到8.68%，居于首位，發展空間巨大?；诖?，對魚油n-3 PUFA 富集、穩態化技術及生物活性的研究在水產品加工領域具有重要意義。

1 魚油n-3 PUFA 富集方法

EPA 和DHA 的相對含量是判斷魚油營養價值的重要標準[8-9]，表2 列舉了14 種常見魚類油脂中的EPA 和DHA 總相對含量，金槍魚最高，為31.65%；草魚最低，為1.82%，均不能滿足食品領域與醫療行業的需求。

表1 2020 年全國水產加工品總量[7]Table 1 Total amount of aquatic products processed in China in 2020[7]

表2 14 種魚類油脂中EPA 和DHA 總相對含量Table 2 Total relative contents of EPA and DHA in 14 species of fish oils

表3 魚油n-3 PUFA 富集方法比較Table 3 Comparison of enrichment methods of fish oil n-3 PUFA

表4 魚油n-3 PUFA 穩態化技術比較Table 4 Comparison of steady state technology of fish oil n-3 PUFA

為滿足功能性食品和食品補充劑的制作需求，提取后的魚油需經濃縮、富集來提高n-3 PUFA 的含量[21]，可通過冷凍結晶[22]、尿素包合[23]、分子蒸餾[24]、銀離子絡合[25]、超臨界萃取[26]和脂肪酶[27]等方法來實現高純度n-3 PUFA 的生產。

1.1 冷凍結晶法

冷凍結晶法依據低溫環境下不同組分在有機溶劑中溶解度的差異進行分離[28]。該法操作方便、成本低廉[29]，且低溫可減緩脂肪酸的氧化變質，其中溶劑分步結晶法較為常用[30]。鄭飛洋等[31]通過對金槍魚油中EPA 和DHA 富集效果的研究，在溶劑為乙腈與丙酮且體積比1∶12、魚油與復合溶劑體積比7∶40、-50 ℃下結晶150 min，PUFA 含量達51.61%，EPA 與DHA 含量可達（12.83±0.34）%與（28.70±0.48）%。Zhang 等[32]對比了丙酮、己烷等6種溶劑的富集效果，在最優結晶條件下，EPA 與DHA 純度可達15.1%，58.4%，相應產率分別為61.5%，61.8%。然而，該工藝過程極易造成溶劑殘留，且對相關設備的要求較高，限制了該法的應用范圍。

1.2 尿素包合法

尿素包合法通過低溫分離不同種類的脂肪酸[33-34]，結晶時間、結晶溫度、醇脲比和脲酯比為影響包合效果的主要因素[35]。該法成本廉價、反應迅速，包合過程中可生成穩定晶體，適宜工業化生產。Sathess 等[36]利用尿素絡合對水產副產物中提取的n-3 PUFA 進行富集，所得產物品質及理化性質良好。Zheng 等[37]使用尿素包合法，通過響應面法優化海豹油中n-3 PUFA 最佳富集條件（脲酯質量比2.38∶1.00、15 ℃下結晶2.5 h），在最優條件下，n-3 PUFA 含量和回收率分別為71.35%和82.31%。

1.3 分子蒸餾法

即短程蒸餾，該法利用油脂在同一壓強與溫度下不同組分間揮發性的差異進行分離、純化。此法作用時間短（1～60 s）[38]，不應用有機溶劑，避免產品的污染，可減少廢物的產生，產品安全性較高。宋恭帥等[39]以大目金槍魚油為原料進行精餾，獲得EPA 乙酯含量達到82.40%，得率為39.00%。He 等[40]利用酶解結合分子蒸餾從富含DHA 的海藻油中分離飽和脂肪酸，150 ℃下通過分子蒸餾得到DHA 含量為70.27%。食品加工領域中，分子蒸餾雖多用于濃縮和純化高黏度、高沸點、高分子質量且熱穩定性差的有機化合物[41-42]，但該法對分子質量相近組分的分離效果不佳。

1.4 銀離子絡合法

銀離子絡合法利用Ag+與PUFA 中C=C 絡合形成親水極性化合物從而達到分析目的[43]。鄭振霄[44]結合了尿素包合、分子蒸餾與銀離子絡合3種方法，在海豹油與AgNO3溶液質量比1∶2.75、8.5 ℃下反應5 h 后，產物中DPA 質量分數可達37.42%，提升顯著。kirubanandan 等[45]發現AgNO3水溶液在微流體反應器中10 ℃下反應36 s 與在連續攪拌反應器中反應15 min 的效果差異很小，EPA 與DHA 含量可達38%～42%，27%～30%。銀離子絡合法反應條件雖溫和、可獲得高純度產物，但產量較小，且AgNO3價格昂貴且Ag+回收率低，因此在大規模生產中不宜采用。

1.5 超臨界萃取法

不同飽和度脂肪酸的溶解度在超臨界流體中存在差異。Gan 等[46]以林蛙卵為原料，根據BBD（Box-Behnken Design）響應面模型得到最佳超臨界CO2萃取條件為壓力29 MPa、流量82 L/h、溫度50 ℃、時間132 min，得到的實際最優產率為（13.29±0.37）%。Sara 等[47]將超臨界萃取與共溶劑相結合從蝦副產品中提取脂質和蝦青素，結果表明提取物中的脂質與蝦青素產率有顯著提高。該法因具有萃取溫度低、速度快、步驟較為簡便、萃取組分不易降解等優點成為分離熱敏性物質的最優法[48-49]。然而，該工藝產品得率較低，且對相近碳鏈長度的脂肪酸分離效果較差。

1.6 脂肪酶法

該法包括酯化法、酯交換法和水解法。Yang等[50]選用茶柱假絲酵母脂肪酶AY “Amano”400SD 富集金槍魚油，得到的n-3 PUFA 含量可達57.7%。Akanbi 等[51]選用南極假絲酵母脂肪酶A富集藻油脂肪酸，DHA 含量從40%提高至82%。相較于傳統的富集方法，脂肪酶法反應條件溫和、適用性強、選擇性高，可對EPA 與DHA 相對產量進行人為調控[52]。然而，脂肪酶法也面臨酶種類少、價格高、失活等工藝難點。

尿素包合法和分子蒸餾法雖然是目前工業生產中使用較為普遍的富集方法，但尿素包合工藝中產生的廢液廢料并未得到妥善的處理；分子蒸餾工藝中的高溫環境會造成有效成分的損失，影響產品產率與品質；冷凍結晶所得產品質量較差；AgNO3增加了銀離子絡合法的工藝成本；超臨界萃取技術與脂肪酶法反應條件溫和，可避免EPA和DHA 的氧化，同時無有機試劑殘留，雖然二者均存在如何降低成本的工藝問題，但仍具較大的發展潛力。

EPA 和DHA 等生物活性物質易受環境因素而氧化變質，如何在富集過程中避免高溫、高壓對其造成的損耗是工藝優化的重點，同時仍要避免操作所造成的環境污染，并降低工藝成本。當前，復合技術被不斷探索以富集魚油n-3 PUFA，依據原料品質、產品特性選擇不同聯合富集方法，有利于在保證產品價值的同時實現生產效率的提升與成本的削減。

2 魚油n-3 PUFA 穩態化技術

EPA、DHA 并不穩定，易受環境因子（光、熱、氧、自由基等）影響而發生氧化、變異、降解等反應導致其生物活性降低甚至喪失，故通常采用穩態化技術，在不影響魚油應有感官品質的基礎上使其具有較強的環境應力耐受性，并保持或提高功能因子的生物活性。功能性油脂穩態化技術的作用機理分為3 點[53]：改變物料的物理形態（不造成物料化學性質特異性變化）；控制環境條件（溫度、pH 值、離子強度等）并利用界面反應（吸附、凝聚、聚集等）形成空間網狀結構（囊殼、凝膠、膜等）；對有效成分進行包埋以阻斷不利因素對其的破壞。

2.1 微囊化技術

微膠囊能在一定條件下對所包裹的材料進行可控釋放，是油脂穩態化技術的常用手段，自1883 年問世以來已得到充分的發展與認可。該技術可為物理法、化學法和物理化學法3 大類，共20 余種。食品加工領域中主要選用噴霧干燥法、凝聚法、包絡結合法、銳孔-凝固浴法和冷凍干燥法微膠囊化魚油。

2.1.1 噴霧干燥法 該法利用噴霧裝置在高溫下霧化含有芯材并加入乳化劑而形成的壁材乳液，乳液小液滴在壁材凝固后即可得到微膠囊。此過程可得到較低水分活度的粉末狀微粒[54]，產品質量較好。然而，該方法存在干燥顆粒不均、揮發性物質損失等不足，對壁材的選用標準也較高等缺點。Abdul 等[55]在進氣溫度140 ℃、壁材10%、泵速4 mL/min、針速5 s 條件下包埋率可達到（83.77±0.96）%。李楊等[56]使用大豆、乳清和豌豆3 種分離蛋白分別與麥芽糊精形成復合壁材，以卵磷脂為乳化劑制備魚油微膠囊，結果表明乳清分離蛋白制備的乳液粒徑最小、微膠囊的包埋率最高（95.34%）、氧化穩定性最好，且3 種魚油微膠囊在200 ℃以下均有良好的熱穩定性。

2.1.2 凝聚法 該法以水溶性壁材包埋脂溶性材料，分為單凝聚法和復凝聚法，二者選用的壁材不同。單凝聚法壁材單一；復凝聚法壁材選用兩種帶相反電荷的物質，在改變體系溫度、pH 值和水溶液濃度后，通過凝聚析出、分離、固化最終形成微膠囊[57]。該方法物料載量高、延緩脂溶性芯材氧化的同時可控制其釋放，然而該工藝成本較高、能耗大、壁材要求高，且固定劑多為醛類，具有一定毒性，應用于食品的局限性較大。Xia 等[58]使用明膠-六偏磷酸鈉復合凝聚物作為殼材料，通過復合凝聚法對金槍魚油中酰甘油濃縮物進行封裝，結果表明微膠囊化對其氧化穩定性具有顯著提升。王正云等[59]以青魚肝臟油脂為芯材，大豆分離蛋白（SPI）和殼聚糖（CS）為壁材，在pH 7.0、壁材總質量分數2%、SPI 與CS 質量比1.3∶1、芯壁質量比1.3∶1 條件下得到的魚油包埋率可達（71.98±0.16）%，呈現出較好的包埋特性，氧化穩定性顯著提高。

2.1.3 包絡結合法 包絡結合法又稱分子包埋法，是一種基于分子水平上的方法，一般選用β-環糊精（β-Cyclodextrin，β-CD）作為包埋劑[60]，β-CD 內部中空部位的疏水性基團可與芯材結合形成包接絡合物，從而完成包埋。該方法雖操作相對簡單，且成本較低，但反應條件較難控制。蘇陽等[61]在芯壁質量比1∶7、乳化劑使用量0.3 g/g、45℃下攪拌2 h 得到的魚油微膠囊包埋率為90.75%，包埋效率為89.34%。張維等[62]利用超聲波輔助分子包埋法，以β-CD 為壁材制備榛子油微膠囊，當壁材濃度比（H2O/β-CD）為16∶1、壁芯材質量比為5∶1 時在59.3 ℃下包埋62 min，微膠囊包埋率為69.18%，產率為59.74%，且具有良好的熱穩定性。

2.1.4 銳孔-凝固浴法 銳孔-凝固浴法主要應用于非水溶性固體粉末與疏水性液體的微囊化。該法結合了化學與物理機械學，通過可溶性聚合物壁材溶液包裹芯材使其呈球狀液滴滴入凝固浴中形成微膠囊[63]。該方法雖成本低，操作簡單，但所得產品直徑較大[64]。黃美娥等[65]以鳡魚肝臟油脂為原料，采用銳孔-凝固浴法在魚油添加量5.0 g、海藻酸鈉質量濃度1.5 g/100 mL、乳化劑添加量0.5 g、固化劑液質量濃度1.5 g/100 mL 條件下得到的微膠囊包埋率最高為97.27%。

2.1.5 冷凍干燥法 冷凍干燥是利用升華作用將乳狀液在凍結中去除水分形成微膠囊的過程[66]。該工藝雖對芯材損害小，但對設備要求高，操作相對復雜。Luciana 等[67]利用大豆蛋白將魚油包裹在微膠囊中，通過乳化和冷凍干燥制備了不同質量比蛋白/油微粒，發現與噴霧干燥的微粒相比，冷凍干燥的微粒雖具有更好的固體回收率，但封裝效率較低。車馨子等[68]在真空壓力35 Pa、冷風風量5.5 m3/min 時得到粒徑集中分布于117.13～200.06 μm 的微膠囊，質量較優，且EPA 和DHA相對含量分別增加了0.037%和0.966%。

2.1.6 納米微囊化技術 納米微囊化是一種通過納米乳化、納米復合和納米構造等技術使微型膠囊的大小在納米范圍內（1～1 000 nm）的新式技術[69]，主要包括乳液聚合法、界面聚合法、層層自組裝技術、脂質體技術等。納米微膠囊選用生物降解聚合物（凝膠等）作為壁材，與傳統微膠囊相比，納米微膠囊因尺寸小且緩釋效果明顯而具有易被人體吸收的優勢[70]，納米微膠囊在多領域應用廣泛，水產加工業中常用乳液聚集法與脂質體技術對魚油進行微囊化處理，以此保護其功能性成分不被破壞。

乳液聚合法通過加熱添加了芯材與乳化劑并形成均勻穩定溶液體系的壁材乳液制得微膠囊。江連洲等[71]選用質量分數2%的大豆蛋白與質量分數0.2%的磷脂酰膽堿為復合乳化劑，利用高壓均質技術在魚油質量分數1.5%、均質壓力100 MPa 時制得的魚油納米乳液可在4 ℃和25 ℃下穩定儲存30 d，且對Na+有一定的抗性，耐堿性高于耐酸性。Zimet 等[72]以低甲氧基果膠和β-乳球蛋白為載體制得的DHA 納米微膠囊穩定性良好，其有效成分在貯藏過程中損失較小。

納米脂質載體技術分為2 類：第1 類利用固態脂質與表面活性劑在室溫下將有效成分包埋于水相中，該方法穩定性、包封率和載量較高；第2類由固/液多種脂質經加熱后結晶制備微膠囊。相較于第1 類脂質體，此類工藝可形成無序結晶，提高包封率和載量的同時降低了貯藏過程中有效成分的損失。Nesa 等[73]制備出大型海藻基納米脂質體，發現納米脂質體技術的使用有效延緩了魚油在30 ℃下的氧化，經納米脂質體處理的樣品色值具有更高的穩定性。Ghorbanzade 等[74]在酸奶中添加魚油納米脂質體，貯藏21 d 后與直接補充魚油的酸奶相比，其含有的EPA 和DHA 更多，表明納米脂質體包封具有良好的抗氧化性。

2.2 乳狀液技術

乳狀液可將油脂以液珠的形式包埋在水相中，最終形成一種穩定均一的分散體系，有利于魚油類液態產品的開發與應用[75]。然而，魚油乳液對壁材乳化性有一定的要求，長期放置易氧化，不便儲存。劉汝萃等[76]分別探討乳化劑種類、添加量等因素對魚油乳液穩定性的影響，在蔗糖酯質量占比0.6%、麥芽糊精質量占比8%、油水質量比1∶9時可得到穩定性優良的魚油乳液。何鎮宏等[77]研究發現選用表面活性肽制備的藻油DHA 乳液在高溫處理和常溫貯存過程中的穩定性較優。Yu等[78]以花生分離蛋白和魚油為原料制備乳液凝膠（PEG）并將其添加到魚糜凝膠中，結果表明與直接添加魚油的對照組相比，含有4%～8% PEG 的魚糜凝膠在硬度、黏附性和咀嚼性方面有顯著改善，且PEG 可均勻地填充蛋白質基質間空隙并形成更為牢固的網絡結構。

EPA 和DHA 對人體腦部神經發育、心血管疾病預防等方面具有優良的生理功效，然而較多的雙鍵數目導致其在加工、運輸和儲存過程中易氧化變質，影響油脂品質，降低商品價值。為使EPA和DHA 在食品加工領域應用更廣泛，生物活性物質運載系統應具備成本小、工藝簡單、穩定性強、包封率高、損失率低、原料食品級等性質，且為避免功能因子的吸收浪費，運載系統需具備緩釋作用?，F階段有關功能性油脂的固態與液態穩態化產品在一定程度上均可實現n-3 PUFA 的高包埋率。然而，不同方法均存在其局限性，噴霧干燥穩定性差；凝聚法、冷凍干燥法成本高；包絡結合法反應條件可控性差；凝固浴法產品顆粒大；納米微囊化技術、乳狀液技術對壁材要求較為苛刻等。相較于傳統n-3 PUFA 穩態化技術，納米微囊化技術所得產品穩定性高，且壁材易降解，芯材的生物利用度高，具有較強的發展潛力。

3 魚油n-3 PUFA 生物活性

魚油具有悠久的歷史。從公元8 世紀古羅馬人普遍食用的從魚類中提取的補充劑，到工業革命時期用于治療佝僂病的鱈魚肝油，再到20 世紀逐漸被認可的PUFA，水產油脂發展至今，其作用已然得到充分的證實。其中，EPA 和DHA 因具有提高免疫力、降血脂、預防心腦血管疾病等功效而受到廣泛的研究與應用[79]。

3.1 保護心腦血管

慢性炎癥會引發包含心腦血管疾病在內的諸多病癥，魚油n-3 PUFA 中的EPA 和DHA 能激活單核、巨噬等炎性細胞膜上的蛋白受體，通過信號傳導、酶表達等作用過程抑制炎癥的產生，為心腦血管提供保護機制[80]。Maki 等[81]在14 項隨機對照試驗的分析中發現，與對照組相比，補充n-3 系脂肪酸可將心血管疾病死亡的風險降低8.0%。

3.2 神經保護功能

60%的神經細胞膜磷脂脂肪酸由DHA 組成，含量豐富。DHA 可改變神經元細胞的膜結構、修飾血-腦脊液屏障功能、阻止神經細胞凋亡并調節神經生長因子，進而保護神經元[82]。n-3 PUFA 在提高記憶力、改善視力、治療神經疾病方面已獲認可。Maria 等[83]通過小鼠實驗探究n-3 PUFA 對神經的作用效果，發現n-3 PUFA 處理后的小鼠視網膜神經節細胞和軸突密度均高于相應的未處理組，且視網膜細胞凋亡較少，表明n-3 PUFA 對小鼠的視網膜具有神經保護作用。

3.3 調節骨代謝

n-3 PUFA 可抑制破骨細胞的生長，增強成骨細胞的活性，增加骨細胞的形成，調節骨質疏松，對骨骼發育、恢復有積極作用。Abshirini 等[84]通過總結細胞培養和動物研究建立的不同作用機制，突出了長鏈多不飽和脂肪酸對骨細胞和軟骨細胞的多種重要作用，表明了n-3 PUFA 調節骨代謝與抗炎機制有關。

3.4 抗腫瘤作用

n-3 PUFA 可通過誘導細胞凋亡與自噬抑制惡性膠質細胞瘤細胞的滋生[85]，DHA 和EPA 均能通過參與調控細胞減少基因表達錯誤的發生，對細胞膜流動性與細胞修復速率的增加和癌細胞異常增生的抑制均能起到積極作用[86]。

3.5 其它功能

n-3 PUFA 在調節代謝綜合征、促進生長發育、改善肌細胞功能等方面的研究同樣有所進展。金燦等[87]通過干預試驗發現補充n-3 PUFA 能夠降低代謝綜合征高危人群血壓、甘油三酯等風險因子參數，增加高密度脂蛋白，對代謝綜合征具有預防作用。楊慶等[88]發現新生兒n-3 PUFA 的缺乏可能會導致神經發育受損，影響新生兒免疫系統并導致其疾病的發生。郭惠蘭等[89]發現大劑量補充n-3 PUFA 能夠增加老年人（尤其是女性）肌肉質量，提高肌肉力量并改善肌肉功能。

4 展望

居民物質生活水平的不斷提高使大眾對功能性食品的關注度也與日俱增，魚油制品便是其一。水產n-3 PUFA 的富集與品質優化是當前魚油深加工領域中的工藝熱點。

近年來國內外對n-3PUFA 富集方法的研究雖已取得一定進展，但仍存在效率低、穩定性差、成本高等問題，未來針對魚油中n-3 PUFA 的富集將逐漸趨向于復合工藝，如何在材料與技術層面尋求關鍵性突破、實現工業化綠色生產仍需進一步的研究。

穩態化技術工藝亟需創新，以芯材的緩釋程度及生物利用度為標準開發新型生物活性物質運載體系是魚油n-3 PUFA 穩態化研究趨勢之一，如何在包埋和儲存過程中保持功能成分長效作用仍是穩態化技術所面臨的挑戰。

目前魚油產品以軟膠囊等功能強化食品為主，形式比較傳統，還需進一步對諸如魚油軟糖、魚油果凍、魚油餅干、魚油飲料等休閑化、時尚化食品進行研發，在保證產品功能性的同時滿足消費者喜好，通過創新產品進而推動魚油產業的發展。

隨著食品工業新材料、新設備與新技術的不斷更新、發展，魚油n-3 PUFA 的研究將更加深入、全面，必將為開發高品質水產油脂類食品帶來新的發展契機。