史高峰，呂秋楠，陳學(xué)福

(蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州 730050)

超聲波技術(shù)提取蠶蛹中蠶蛹油的工藝研究

史高峰，呂秋楠，陳學(xué)福

(蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州 730050)

超聲波;蠶蛹油;提取工藝

目的:考察超聲波技術(shù)提取蠶蛹油工藝各因素對(duì)蛹油提取率的影響。方法:單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)。結(jié)果:超聲波提取為最佳提取方法，石油醚是最佳溶劑。提取時(shí)間、提取溫度、固液比和超聲波功率四個(gè)因素對(duì)提取率的影響，并通過(guò)正交試驗(yàn)確定了最佳的提取工藝。結(jié)論:采用超聲波提取技術(shù)，石油醚為萃取溶劑，在55℃下提取6 h，固液比為1∶7，功率100 W，提取率為29.67%。

蠶蛹是蠶絲業(yè)的主要附產(chǎn)品，據(jù)報(bào)道，我國(guó)繅絲工業(yè)的主要副產(chǎn)物蠶蛹年均達(dá)到530 000噸之多［1］，則綜合開發(fā)利用蠶蛹資源具有重要的意義與廣闊的前景。蠶蛹油中不飽和脂肪酸的含量很高，特別是高不飽和脂肪酸α-亞麻酸［2，3］。α-亞麻酸的生理功能表現(xiàn)在對(duì)心血管疾病的防治［4］、降血脂、降低膽固醇、增強(qiáng)機(jī)體免疫效應(yīng)和防止皮膚老化、延緩衰老、抗過(guò)敏反應(yīng)及促進(jìn)毛發(fā)生長(zhǎng)、保護(hù)視力等方面［5-8］。本研究以干蠶蛹為原料，分別討論提取方法、溶劑的選擇、溫度、時(shí)間等條件對(duì)蠶蛹油提取率的影響，并通過(guò)正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化工藝，旨在制備含有高不飽和脂肪酸的優(yōu)質(zhì)蠶蛹油。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑蠶蛹(江蘇如東新象科技有限公司);石油醚;乙醇;乙酸乙酯;乙醚;丙酮;甲醇(工業(yè)試劑)氫氧化鉀(分析純，天津市巴斯夫化學(xué)有限公司);濃硫酸(化學(xué)試劑，山東萊陽(yáng)市雙雙化工有限公司);無(wú)水乙醚(分析純，天津市百世化工有限公司)。

1.2 主要儀器與設(shè)備HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋:國(guó)華電器有限公司;RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:上海亞榮生化儀器廠; KQ5200DE型超聲波清洗器:昆山市超聲波儀器有限公司; HP6890/5973氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀:美國(guó)Agllent，配有FID檢測(cè)器和質(zhì)譜檢測(cè)器(EI源)。

1.3 蠶蛹油提取工藝流程

1.4 實(shí)驗(yàn)方法取一定量粉碎的干蠶蛹和石油醚置于容器中，在設(shè)定的溫度下進(jìn)行提取，提取液抽濾，將濾液減壓蒸餾回收石油醚，得淡黃色蠶蛹油。提取過(guò)程中蠶蛹油的提取收率和質(zhì)量受到提取方法、提取溶劑、提取時(shí)間、提取溫度等條件的影響。

1.5 產(chǎn)品表征樣品處理:精密稱取提取蠶蛹油脂10.0 g，加入濃度為0.5 mol/L的KOH甲醇溶液20.00 mL，在60℃水浴中皂化20 min，加12 mol/LHCl將pH調(diào)至3～4，用飽和鹽水洗滌至中性，并除去水分，用無(wú)水硫酸鈉干燥得到混合脂肪酸樣品。

混合脂肪酸的甲酯化:精確稱取0.100 0 g混合脂肪酸于10 mL量瓶中，加入2～3 mL無(wú)水甲醇，水浴加熱使其溶解，滴加濃H2SO4進(jìn)行酸化，在65～70℃水浴中加熱10～15 min移入分液漏斗，加入3～4 mL蒸餾水和3.0 mL無(wú)水乙醚于分液漏斗中劇烈振蕩萃取1 min，棄去水相，收集上層乙醚相，用無(wú)水硫酸鈉干燥后用于色質(zhì)聯(lián)用分析。其蠶蛹油的GC-MS分析結(jié)果如表1所示。

表1 混合脂肪酸的GC-MS結(jié)果

色譜條件:色譜柱毛細(xì)管柱(50.0 m×250 μm×0.5 μm);柱溫采用程序升溫，初溫100℃，然后以5℃/min升至250℃，保持2 min。進(jìn)樣口溫度270℃，進(jìn)樣量1 μL，載氣He，流量15 mL/min;進(jìn)樣方式:分流，分流比40∶1，分流流速36.0 mL/min，延遲5 min，柱流量1.2 mL/min。質(zhì)譜條件:EI源電子能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍:14～400 aum，離子源溫度230℃，接口溫度150℃。

由GC-MS分析結(jié)果表明，干蠶蛹中含有7種脂肪酸，其中4種飽和脂肪酸占脂肪酸總量的28.51%，3種不飽和脂肪酸占脂肪酸總量的71.49%。主要的脂肪酸為9，12，15-十八碳三烯酸其含量為37.45%和十八二烯酸其含量為33.02%。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 提取方法的選擇準(zhǔn)確稱取50.0 g粉碎干蠶蛹，放入500 mL燒瓶中，加入250 mL石油醚，溫度為60℃，分別采用熱回流提取、微波提取、超聲波提取技術(shù)提取2 h，則對(duì)提取收率進(jìn)行比較，其結(jié)果如表2所示。

表2 不同提取方法對(duì)蠶蛹油提取收率的影響

經(jīng)3種方法比較可知，微波提取收率最高，但其提取出了其它非脂類物質(zhì)較多。超聲波萃取避免了長(zhǎng)時(shí)間高溫條件下萃取引起有效活性成分的分解，從而不破壞所萃取的有機(jī)分子，因此本研究選用超聲波提取方法較為合適。

2.1.2 提取溶劑的選擇分別準(zhǔn)確稱量20.0 g粉碎干蠶蛹，放入4個(gè)燒瓶中。分別用100 mL石油醚、乙酸乙酯、乙醚、丙酮作為提取劑(乙醚在40℃超聲波提取2 h，其余選擇在60℃超聲波提取2 h)，考察不同的提取溶劑對(duì)蠶蛹油提取收率的影響，其結(jié)果如表3所示。

由表3可知，乙酸乙酯提取的出油率最高，但得到的蠶蛹油顏色深且渾濁，蠶蛹油的腥臭味較重。表明乙酸乙酯極性大，除浸提出油脂物質(zhì)外還提出了非脂類的物質(zhì)。而石油醚提出的蛹油澄清透明，呈淡黃色，氣味最淡，故選擇石油醚作為提取溶劑。

表3 不同溶劑對(duì)蠶蛹油提取收率的影響

2.1.3 提取溫度的選擇準(zhǔn)確稱量20.0 g粉碎干蠶蛹，放入燒瓶中，加入100 mL石油醚(沸點(diǎn)60～90℃)，在一定溫度下超聲波提取3 h，考察提取溫度對(duì)蛹油提取收率的影響，結(jié)果如表4所示。

表4 提取溫度對(duì)蛹油提取收率的影響

由表4可知，在30～40℃范圍內(nèi)溫度對(duì)提取收率影響不大，提取溫度再升高，提取率也隨著升高。60～70℃變化顯著，但是提取溫度太高會(huì)影響蠶蛹油的質(zhì)量，如顏色深，氣味重。因此提取溫度不宜過(guò)高，提取溫度應(yīng)控制在60℃。

2.1.4 固液比的選擇準(zhǔn)確稱取20.0 g粉碎干蠶蛹，放入燒瓶中，加入100 mL石油醚(沸點(diǎn)60～90℃)，提取溫度60℃，采用超聲波提取3 h，考察在不同固液比條件下對(duì)提取收率的影響，其結(jié)果如表5所示。

表5 固液比對(duì)蛹油提取收率的影響

由表5可知，隨著固液比提高，提取收率也升高，溶劑用量少容易達(dá)到飽和。當(dāng)固液比提高到1∶6后，提取率變化不大，因此，提取的固液比選擇為1∶6。

2.1.5 提取時(shí)間的選擇準(zhǔn)確稱取20.0 g粉碎干蠶蛹，放入燒瓶中，加入100 mL石油醚(沸點(diǎn)60～90℃)，提取溫度60℃，采用超聲波提取一定時(shí)間，考察不同提取時(shí)間對(duì)提取收率的影響，其結(jié)果如表6所示。

表6 提取時(shí)間對(duì)蛹油提取收率的影響

由表6可知，提取時(shí)間在2～4 h范圍內(nèi)，提取率隨上述時(shí)間增加而提高，變化顯著。但提取6 h后，增加提取時(shí)間提取收率反而下降。

2.2 正交試驗(yàn)為了優(yōu)化蠶蛹油提取工藝條件，在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，選用正交表L16(44)，設(shè)計(jì)4因素4水平正交試驗(yàn)，見表7，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表7 因素水平

2.3正交試驗(yàn)結(jié)果由表8中可知，各因素從主到次的順序?yàn)?時(shí)間，固液比，溫度，功率，最優(yōu)方案是A2B3C4D2。驗(yàn)證了最優(yōu)方案A3B3C4D2，收率達(dá)到29.67%?？梢源_定:提取時(shí)間為6 h，提取溫度為55℃，固液比為1∶7，功率100 W為最佳工藝條件。

2.4 結(jié)果分析

2.4.1 時(shí)間對(duì)收率的影響通過(guò)正交試驗(yàn)可以看出，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)收率呈增大趨勢(shì)，當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到6 h時(shí)，收率達(dá)到最高值，再延長(zhǎng)提取時(shí)間收率下降。這主要是因?yàn)檠娱L(zhǎng)提取時(shí)間的同時(shí)已經(jīng)被溶劑萃取出來(lái)的油脂被蠶蛹蛋白吸附，從而使得蠶蛹油的收率下降。同時(shí)提取時(shí)間長(zhǎng)蠶蛹油受熱的時(shí)間就長(zhǎng)，這樣會(huì)導(dǎo)致蠶蛹油中含有的多不飽和脂肪酸α-亞麻酸的鍵斷裂，使提取物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

表8 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.4.2 溫度對(duì)收率的影響隨著提取溫度的升高有利于分子的擴(kuò)散，從而有利于溶劑萃取，當(dāng)溫度達(dá)到55℃時(shí)提取收率最高。繼續(xù)提高溫度，對(duì)提取率的影響不大，但是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。提取溫度過(guò)高時(shí)，蠶蛹油顏色深，蛹臭味較重，增加了產(chǎn)品的后處理難度。

2.4.3 固液比對(duì)收率的影響固液比的增大，收率呈增大趨勢(shì)，固液比為1∶7收率最大。但正交試驗(yàn)結(jié)果顯示固液比為1∶7和1∶6差別不大，固液比太大會(huì)增加后續(xù)油脂和溶劑分離成本，故提取的固液比選擇為1∶6較為適宜。

2.4.4 功率對(duì)收率的影響超聲波功率的增大有利于溶劑和物料充分接觸，加快了分子擴(kuò)散，同時(shí)增加溶劑的流動(dòng)性［9］，從而有利于溶劑萃取。正交試驗(yàn)表明，功率為100 W時(shí)提取收率最高。功率過(guò)大，蠶蛹蛋白會(huì)隨著超聲波的振動(dòng)而溶出，油脂被蠶蛹蛋白吸附，導(dǎo)致收率降低。同時(shí)功率過(guò)大也會(huì)引起提取物的分解。

3 結(jié)論

超聲波技術(shù)提取蠶蛹油其提取收率受提取時(shí)間、提取溫度、固液比和超聲波功率的影響。采用石油醚取代120#大豆油作為提取溶劑可解決了溶劑無(wú)法回收的問(wèn)題。

干蠶蛹中含有7種脂肪酸，其中4種飽和脂肪酸占脂肪酸總量的28.51%，3種不飽和脂肪酸占脂肪酸總量的71.49%。主要的脂肪酸為9，12，15-十八碳三烯酸其含量為37.45%和十八二烯酸其含量為33.02%。以蠶蛹油為原料制備高純度α-亞麻酸具有可行性。

通過(guò)正交試驗(yàn)確定最佳的提取工藝為超聲波提取，石油醚為溶劑，在55℃下提取6 h，固液比為1∶6，功率100 W，提取收率達(dá)到29.67%。

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R284.2

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1001-1528(2010)04-0678-03

2009-04-12

史高峰(1963－)，男，博士，教授，研究方向:天然產(chǎn)物研究與開發(fā)。Tel:13109391608 E-mail:shigaofeng@lut.cn