蔡沙，何建軍，施建斌，陳學(xué)玲，關(guān)健，吳恢，范錦，梅新

1(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北武漢，430064)

2(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，湖北武漢，430064)

我國蠶蛹資源豐富，每年可副產(chǎn)約50萬t干蠶蛹［1］。蠶蛹中油脂含量十分豐富，約占蠶蛹干基的25%～30%，且油脂總量的70%左右為不飽和脂肪酸，主要由油酸、α-亞麻酸、亞油酸類物質(zhì)組成［2-3］。這些不飽和脂肪酸對(duì)心腦血管、肝炎、肝硬變、糖尿病、高血壓等疾病具有很好的輔助治療作用，還能促進(jìn)腦內(nèi)核酸蛋白質(zhì)及單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的合成，明顯提高智力和視力，改善記憶［4-7］。因此，蠶蛹油中多不飽和脂肪酸的開發(fā)具有巨大的應(yīng)用前景。油脂提取常用的方法有壓榨法、有機(jī)溶劑浸提法、超臨界CO2萃取法和亞臨界萃取法等［8-11］。

在前人研究中，有關(guān)蠶蛹油提取工藝報(bào)道較多，而對(duì)于蠶蛹油精煉方法及工藝研究較少，本研究在前人工作基礎(chǔ)上，較為系統(tǒng)的研究了蠶蛹油提取工藝，通過單因素試驗(yàn)，對(duì)有機(jī)溶劑的種類和振蕩頻率進(jìn)行考察，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化蠶蛹油提取工藝，并探究了堿濃度和超堿量對(duì)精煉效果的影響，采用氣相色譜對(duì)精煉后蠶蛹油脂肪酸組成進(jìn)行了分析。

1 材料與方法

1.1 材料與主要儀器設(shè)備

1.1.1 材料與主要試劑

蠶蛹，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供;其他試劑均為分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

LXJ-ⅡC低速大容量多管離心機(jī)，上海嘉鵬科技有限公司;2300全自動(dòng)凱氏定氮儀，瑞典foss公司;FD5-3型冷凍干燥機(jī)，美國SIM公司;DGG-9240B電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;FW-100萬能粉碎機(jī)，天津泰斯特儀器有限公司;SHAB恒溫振蕩器，深圳市瑞鑫達(dá)化玻儀器有限公司;100目、400目標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)篩，浙江上虞市龍翔精密儀器廠;TB-114電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠;7890A-5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Agilent公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蠶蛹油提取

蠶蛹油提取工藝:取10 g蠶蛹樣品，按一定比例添加有機(jī)溶劑，一定溫度下水浴振蕩提取，隨后4 500 r/min離心30 min，干燥沉淀，得殘?jiān)|(zhì)量，計(jì)算失重比例，即為蠶蛹油質(zhì)量。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

分別考察有機(jī)溶劑種類、正己烷添加量、提取溫度、提取時(shí)間、振蕩頻率對(duì)蠶蛹油得率的影響，各單因素水平表見表1。

在進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探討其中一個(gè)因素時(shí)，其他各因素水平分別為有機(jī)溶劑正己烷、正己烷用量4 mL/g、提取溫度50℃、提取時(shí)間60 min、振蕩頻率150 r/min。

1.2.3 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取正己烷添加量、提取溫度、提取時(shí)間和振蕩頻率進(jìn)行4因素3水平正交試驗(yàn)，確定蠶蛹油提取最優(yōu)工藝。

1.2.4 蠶蛹油的精煉

按最佳工藝提取蠶蛹油，將油置于燒杯加熱攪拌(溫度30℃、轉(zhuǎn)速60～70 r/min)，將配好一定濃度的NaOH溶液按一定超堿量均勻的灑在毛油里，繼續(xù)攪拌并升高溫度。溫度升高至65℃，如果皂粒變粗，油皂有明顯分離，逐漸降低攪拌速度，最后停止攪拌和加熱。趁熱迅速離心，使油皂分離。取上層油，用80℃蒸餾水?dāng)嚢柘礈?120 r/min)，直至洗液pH值為中性，將精致蠶蛹油放入60℃烘箱中干燥3 h即得精煉蠶蛹油。

在加入超堿量為40%前提下，探討堿液濃度(10%、12%、14%、16%、18%、20%)對(duì)精煉油得率、酸價(jià)、碘值以及色澤等指標(biāo)影響。

在堿液濃度為14%前提下，探討加入的堿量(20%、30%、40%、50%、60%、70%)對(duì)精煉油得率、酸價(jià)、碘值以及色澤等指標(biāo)影響。

1.2.5 測(cè)定方法

蠶蛹主要基本成分蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、水分等含量分別參照 GB/T 5009.5-2010、GB/T 5009.6-2010、GB/T 5009.4-2010、GB/T 5009.3-2010。

精煉后蠶蛹油的酸價(jià)、碘值的測(cè)定分別參照GB/T 5530-2005、GB/T 5532-1995方法進(jìn)行;精煉后蠶蛹油的脂肪酸組成采用氣相色譜進(jìn)行分析:采用HP-5 石英毛細(xì)管柱(30 m ×0.32 mm，0.25 μm);載氣為氮?dú)?氫火焰離子化檢測(cè)器;柱流量1 mL/min;進(jìn)樣量1 μL;不分流模式;進(jìn)樣口溫度270℃;升溫程序:起始溫度130℃保持1 min，以10℃/min升溫到185℃，保持20 min，再以5℃/min升溫到220℃，然后以30℃/min升溫到270℃，保持5 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 有機(jī)溶劑選擇

由表2可見，5種溶劑中，正己烷的提取效果最好，蠶蛹油得率最高，達(dá)23.89%，而且得到的蠶蛹油清亮透明，色澤最淺，刺激性氣味較淡，品質(zhì)最好。丙酮提取效果稍次，但是得到的蠶蛹油腥味重，油色混濁，這說明丙酮除了將油脂溶出以外，還同時(shí)提取出一些非脂類小分子物質(zhì)，并且這部分物質(zhì)有相當(dāng)一部分是臭味的來源。正己烷是目前油脂工業(yè)常用的浸出溶劑之一，對(duì)于浸出提取后的油脂精煉和溶劑回收都有非常成熟的工藝和設(shè)備。由此，本研究中將選擇正己烷為蠶蛹脂肪酸提取的溶劑。

表2 五種有機(jī)試劑的提取結(jié)果和蠶蛹油的品質(zhì)比較Table 2 The results of five kinds organic reagent extraction and the comparison of the quality of chrysalis oil

2.1.2 正己烷添加量對(duì)蠶蛹油提取效果的影響

正己烷添加量對(duì)蠶蛹油得率影響如圖1所示。從圖1中可以看出，正己烷添加量對(duì)蠶蛹油得率有明顯影響，隨著正己烷添加量升高，蠶蛹油得率呈先上升后下降趨勢(shì)，正己烷添加量為6 mL/g時(shí)，蠶蛹油得率最高，達(dá)到24.31%。

圖1 不同正己烷添加量下蠶蛹油得率變化情況Fig.1 The influence of differentamount of n-hexane on chrysalis oil yield

2.1.3 提取溫度對(duì)蠶蛹油提取效果的影響

溫度是影響有機(jī)溶劑提取蠶蛹油的重要因素，選擇合適的提取溫度對(duì)蠶蛹油的提取非常關(guān)鍵。圖2為隨著溫度變化，蠶蛹油得率變化情況。從圖2中可以看出，隨著提取溫度升高，蠶蛹油得率呈先上升后下降趨勢(shì)，溫度50℃時(shí)，得率最高，達(dá)到24.50%，繼續(xù)升溫，得率反而下降，當(dāng)溫度升高到80℃時(shí)，蠶蛹油得率最低，僅為7.79%，可能由于溶劑沸點(diǎn)68.7℃，在70和80℃時(shí)溶劑沸騰導(dǎo)致提取效果不佳。

圖2 不同提取溫度下蠶蛹油得率變化情況Fig.2 The influence of different extraction temperature on chrysalis oil yield

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)蠶蛹油提取效果的影響

不同浸提時(shí)間對(duì)蠶蛹油得率的影響如圖3所示。從3中可以看出，浸提時(shí)間對(duì)正己烷提取蠶蛹油的得率有明顯影響，隨著提取時(shí)間延長，蠶蛹油得率呈先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，提取時(shí)間90 min時(shí)，蠶蛹油得率達(dá)到24.64%，繼續(xù)延長時(shí)間，蠶蛹油得率無明顯變化，由此說明，在本研究中，提取時(shí)間超過90 min后，蠶蛹油已經(jīng)達(dá)到浸出平衡。

圖3 不同提取時(shí)間下蠶蛹油得率變化情況Fig.3 The influence of different extraction time on chrysalis oil yield

2.1.5 振蕩頻率對(duì)蠶蛹油提取效果影響

不同振蕩頻率下蠶蛹油得率變化情況如圖4所示。從圖4中可以看出，隨著振蕩頻率升高，蠶蛹油得率呈先上升后下降變化趨勢(shì)，振蕩頻率為120 r/min時(shí)，蠶蛹油得率最高，達(dá)到24.25%，繼續(xù)增大振蕩頻率，蠶蛹油得率反而下降。適當(dāng)?shù)臄嚢杌蛘袷幠茉黾尤軇┖臀锪系慕佑|面積，從而加快邊界層的分子擴(kuò)散，同時(shí)振蕩也增加了溶劑的流動(dòng)性，有利于提高油脂分子與溶劑分子之間的對(duì)流擴(kuò)散，然而劇烈的振蕩，可能影響物料與溶劑接觸，不利于蠶蛹油與有機(jī)溶劑間相互溶解，導(dǎo)致蠶蛹油得率下降。

圖4 不同振蕩頻率下蠶蛹油得率變化情況Fig.4 The influence of different oscillation frequency on chrysalis oil yield

2.2 正交試驗(yàn)

在前期單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，選取正己烷添加量、提取溫度、提取時(shí)間、振蕩頻率等四個(gè)因素，進(jìn)行4因素3水平(表L9(34))正交試驗(yàn)對(duì)蠶蛹油的提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，正交試驗(yàn)各因素水平見表3。

表3 正交試驗(yàn)因素水平表Table 3 The level of orthogonal factor

以蠶蛹油得率為考察指標(biāo)，蠶蛹油提取工藝4因素3水平正交試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The results of orthogonal test L9(34)

從表4中各因素的極差值可以看出，4個(gè)因素對(duì)蠶蛹油得率影響大小順序?yàn)?溶劑添加量＞提取時(shí)間＞振蕩頻率＞提取溫度。各因素最優(yōu)水平組合為A3B3C3D2，即為正己烷添加量8 mL/g、提取溫度60℃、提取時(shí)間120 min、振蕩頻率120 r/min;而正交試驗(yàn)所探討的9個(gè)處理中，蠶蛹油得率最高的處理中各因素水平組合為A3B1C3D2，即為正己烷添加量8 mL/g、提取溫度40℃、提取時(shí)間120 min、振蕩頻率120 r/min，此處理所得蠶蛹油得率為24.49%，隨后對(duì)這2個(gè)組合進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果表明，這2個(gè)組合分別所得蠶蛹油得率沒有明顯差異，考慮到實(shí)際生產(chǎn)過程中能耗因素，蠶蛹油提取最優(yōu)工藝確定為溶劑添加量8 mL/g、提取溫度40℃、提取時(shí)間120 min、振蕩頻率120 r/min。

2.3 蠶蛹主要基本成分

蠶蛹干物質(zhì)中主要成分見表5。從表5中可以看出，蠶蛹干物質(zhì)主要由蛋白質(zhì)和脂肪組成，其中蛋白質(zhì)含量高達(dá)54.83%，脂肪含量為26.97%，由此可見，蠶蛹中蛋白質(zhì)和脂肪含量豐富，是提取制備蛋白質(zhì)、脂肪的良好來源。

表5 蠶蛹干物質(zhì)中主要基本成分表 %Table 5 The basic components of dry silkworm chrysalis

2.4 蠶蛹油的精煉

2.4.1 堿液濃度對(duì)蠶蛹油精煉效果、酸價(jià)和碘值的影響

表6 堿液濃度對(duì)蠶蛹脂肪酸精煉的影響Table 6 The influence on the silkworm chrysalis fatty acid refining of alkali concentration

從表6中可以看出，在超堿量一定(40%)時(shí)，隨著堿液濃度升高，精煉后蠶蛹油得率呈下降趨勢(shì)，堿液濃度為10%時(shí)，精煉后蠶蛹油得率為96.46%，而堿液濃度上升到20%時(shí)，油得率僅為49.64%。酸價(jià)是反應(yīng)蠶蛹油中游離脂肪酸含量的一個(gè)重要指標(biāo)，酸價(jià)越小，說明油脂質(zhì)量越好，新鮮度和精煉程度越高。隨著堿液濃度升高，蠶蛹油酸價(jià)明顯下降，堿液濃度超過16%時(shí)，酸價(jià)下降幅度減緩。精煉過程中堿液濃度升高對(duì)于蠶蛹油碘值沒有明顯影響，而油的色澤隨著堿液濃度升高明顯變淺。綜合精煉后蠶蛹油的得率、酸價(jià)和色澤等指標(biāo)，確定蠶蛹油精煉中堿液濃度為16%。

2.4.2 超堿量對(duì)蠶蛹油精煉、酸價(jià)和碘值的影響

超堿量對(duì)蠶蛹油精煉效果影響如表7所示。從表7中可以看出，在堿液濃度一定(14%)時(shí)，隨著超堿量升高，精煉后蠶蛹油得率以及蠶蛹油酸價(jià)均呈下降趨勢(shì)，超堿量達(dá)70%時(shí)，精煉后蠶蛹油得率為53.50%，蠶蛹油酸價(jià)為0.17。精煉過程中，超堿量的升高對(duì)蠶蛹油碘值沒有明顯影響，卻能明顯降低蠶蛹油的色澤。綜合考慮油的得率以及酸價(jià)指標(biāo)，確定蠶蛹油精煉中超堿量為50%。

表7 超堿量對(duì)蠶蛹油精煉的影響Table 7 The influence on the silkworm chrysalis fatty acid refining of extra alkali concentration

2.5 蠶蛹油脂肪酸組成分析

蠶蛹油脂肪酸組成氣相色譜分析結(jié)果如表8所示。結(jié)果表明，本研究所得最優(yōu)工藝下提取精煉蠶蛹油主要由α-亞麻酸、軟脂酸、油酸、亞油酸、硬脂酸、棕櫚油酸、正十三烷酸等組成，其中正十三烷酸在前人研究中較少檢測(cè)出來。本研究所得蠶蛹油中不飽和脂肪酸含量高達(dá)73.66%，尤其是α-亞麻酸含量高達(dá)54.51%，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和保健功效，是一種不可多得的富含α-亞麻酸的新的油脂資源，適宜于作為功能性油脂進(jìn)行開發(fā)利用。在前人研究中，張研宇等［12］制備的蠶蛹油中不飽和脂肪酸含量為73.02%，α-亞麻酸含量為 30.20%;鄂旭等［13］制備的蠶蛹油中不飽和脂肪酸含量僅為66.65%，α-亞麻酸含量也僅為32.77%，上述結(jié)果均分別低于本研究所得蠶蛹油中不飽和脂肪酸與α-亞麻酸含量，這可能是由于蠶蛹油提取時(shí)選用的有機(jī)溶劑以及提取精煉工藝差異造成的。

表8 氣相色譜法測(cè)定蠶蛹脂肪酸Table 8 The results of silkworm chrysalis fatty acids measured by gas chromatography

3 結(jié)論

本文以蠶蛹為原料，比較了5種常見用于提取油脂的有機(jī)溶劑，最終確定正己烷為蠶蛹油提取的溶劑，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，得到蠶蛹油提取最優(yōu)工藝為:正己烷添加量8 mL/g、提取溫度40℃、提取時(shí)間120 min、振蕩頻率120 r/min，在此條件下，蠶蛹油得率為24.49%，在此條件下精煉蠶蛹油得率為72.33%，酸價(jià)為0.25，蠶蛹油顏色透明，為淺黃色。

采用氣相色譜對(duì)精煉后蠶蛹油脂肪酸組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，蠶蛹油主要由棕櫚酸、α-亞麻酸、亞油酸、油酸、軟脂酸、硬脂酸等組成，其中不飽和脂肪酸含量達(dá)75.40%，而不飽和脂肪酸中α-亞麻酸含量高達(dá)54.51%。

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