張椿，吳昊，2，*，周旋，李娟

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221140；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工工程學(xué)院，江蘇徐州 221116）

卵磷脂是一種含磷酸的脂類(lèi)化合物[1]。目前研究卵磷脂的原材料主要有植物來(lái)源的大豆和動(dòng)物來(lái)源的禽蛋，其中在雞蛋黃中卵磷脂的含量高達(dá)8%～10%。它不僅具有促進(jìn)脂肪代謝，改善肌肉生長(zhǎng)，預(yù)防心腦血管疾病，治療動(dòng)脈硬化，提高腦活力等生理功能[2-6]，同時(shí)還具有很好的抗氧化力[7-8]和乳化作用[9]。

我國(guó)卵磷脂資源豐富，由于工藝研究起步較晚，生產(chǎn)加工技術(shù)存在缺陷，大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)得到粗制品，只能出口到國(guó)外，降低了卵磷脂的附加價(jià)值，造成了資源的浪費(fèi)，如何提高卵磷脂的得率和優(yōu)化卵磷脂的生產(chǎn)工藝是當(dāng)前卵磷脂行業(yè)研究的熱點(diǎn)[10-14]。

當(dāng)前文獻(xiàn)中提取雞蛋卵磷脂的方法主要為有機(jī)溶劑萃取法、酶解法、超臨界CO2萃取法等方法[15]。有機(jī)溶劑萃取法應(yīng)用比較普遍，但它會(huì)存在有效成分得率不高、磷脂容易被氧化，且有機(jī)溶劑用量大回收困難等問(wèn)題，因而逐漸被淘汰；酶解法雖然能提高卵磷脂的得率，但會(huì)引入新的蛋白質(zhì)，給后續(xù)分離帶來(lái)困難；超臨界CO2萃取法具有高效、萃取得率高、產(chǎn)物分離較為方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于設(shè)備費(fèi)用昂貴，需要在較高的壓力下進(jìn)行，成本高，因而應(yīng)用受到限制。

超聲波與微波提取法是現(xiàn)階段發(fā)展的新型提取方法。超聲波提取法是運(yùn)用超聲波產(chǎn)生強(qiáng)烈機(jī)械震動(dòng)、空化效應(yīng)和攪拌作用，破壞組織細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使有效活性成分溶出，但是超聲波提取熱效應(yīng)不是很強(qiáng)，很難達(dá)到提取溫度；微波提取法是利用電磁波強(qiáng)大作用穿透提取介質(zhì)，具有快速、節(jié)能、節(jié)約溶劑、污染小等特點(diǎn)，但不適用于對(duì)熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，而且加熱不均。本研究采用超聲波與微波協(xié)同萃取方法能夠彌補(bǔ)各自的缺陷，可以提高卵磷脂的得率[16-17]。本文選擇以超聲微波協(xié)同萃取時(shí)間、乙醇濃度、超聲微波協(xié)同萃取功率、料液比4個(gè)影響因素，采用四因素三水平正交試驗(yàn)優(yōu)化雞蛋卵磷脂工藝參數(shù)，為超聲微波協(xié)同萃取卵磷脂生產(chǎn)提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)和參考。

1　材料與方法

1.1　材料與試劑

雞蛋：徐州家樂(lè)福超市；無(wú)水乙醇、丙酮（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2　儀器與設(shè)備

超聲微波協(xié)同萃取儀器（CW-2000）：上海新拓分析儀器科技有限公司；電子天平（FA1204B）：上海佑科儀器儀表有限公司；調(diào)溫電熱套（DTZW）：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；電熱真空干燥箱（DZG-6090）：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；循環(huán)水式多用真空泵（SHB-III）：鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（R206D）：上海申生科技有限公司。

1.3　方法

1.3.1　蛋黃的預(yù)處理

將購(gòu)買(mǎi)的新鮮雞蛋清洗干凈，置于1 000 mL燒杯中，加入600 mL自來(lái)水，用調(diào)溫電熱套加熱20 min后冷卻10 min，剝?nèi)サ皻?，去除蛋白，取蛋黃放入干凈的研缽中碾碎并攪拌均勻，取樣稱(chēng)重待用。

1.3.2　超聲微波協(xié)同萃取工藝

準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g蛋黃放入超聲微波協(xié)同萃取瓶中，加入一定濃度的乙醇溶液，并振蕩搖勻，使蛋黃與乙醇溶液完全接觸。在時(shí)間程序下設(shè)置一定的微波功率與萃取時(shí)間，開(kāi)超聲開(kāi)關(guān)（超聲功率50 W頻率40 kHz）進(jìn)行超聲微波協(xié)同萃取。

1.3.3　卵磷脂的處理

萃取結(jié)束，將提取物進(jìn)行真空抽濾，所得濾液轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中濃縮至二分之一體積，加入濃縮液一半體積的丙酮溶液使卵磷脂沉淀，放置15 min后進(jìn)行二次抽濾，取出沉淀物，置于真空干燥箱中溫度40℃，烘干至恒重，即為粗卵磷脂[18]。

1.4　雞蛋卵磷脂得率的計(jì)算

式中：Y為卵磷脂得率，%；m為粗卵磷脂的質(zhì)量，g；M 為蛋黃的質(zhì)量，g。

1.5　工藝優(yōu)化試驗(yàn)

1.5.1　萃取工藝單因素試驗(yàn)

探討超聲微波時(shí)間、功率、乙醇濃度和料液比4個(gè)單因素對(duì)卵磷脂得率的影響，確定單因素的最佳工藝參數(shù)。

1.5.2　萃取工藝正交試驗(yàn)

按照單因素試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了超聲微波時(shí)間、超聲微波功率、乙醇濃度以及料液比四因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

表1　正交試驗(yàn)因素水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

2　結(jié)果與分析

2.1　單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1　超聲微波協(xié)同萃取時(shí)間對(duì)卵磷脂得率的影響

稱(chēng)取10 g蛋黃，按1∶4（g/mL）的量添加體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液，在超聲微波功率100 W的情況下，探討 10、20、30、40、50 s不同提取時(shí)間對(duì)卵磷脂得率的影響，見(jiàn)圖1。

圖1　提取時(shí)間對(duì)卵磷脂得率的影響Fig.1　Influence of time on lecithin yield

從圖1可以看出，卵磷脂得率隨著時(shí)間的增加逐漸呈上升趨勢(shì)，主要原因就是超聲微波時(shí)間的增加，使得蛋黃在乙醇溶液中的擴(kuò)散速率增強(qiáng)，卵磷脂的溶解度相應(yīng)提高，因此卵磷脂的得率增加；但30 s之后卵磷脂的得率增加趨勢(shì)不再顯著，主要原因是蛋黃卵磷脂在乙醇溶液中隨時(shí)間的延長(zhǎng)使其濃度差變小，相反溶劑中的卵磷脂濃度增大，使卵磷脂分子向溶劑方向的擴(kuò)散速率變小，卵磷脂的得率逐漸達(dá)到了飽和狀態(tài)[19]。另外，超聲微波協(xié)同萃取隨著時(shí)間的增加，溶液溫度進(jìn)一步增加，盡管溶液溫度的升高有利于卵磷脂分子的擴(kuò)散，增加了卵磷脂分子向溶劑中的滲透速率，但由于卵磷脂對(duì)于溫度比較敏感，會(huì)使部分卵磷脂失活，這種因溫度的升高造成了卵磷脂的損失抵消了因溫度升高帶來(lái)的卵磷脂滲透速率的增加，致使卵磷脂得率增加緩慢[20]，因此萃取時(shí)間單因素選擇30 s為卵磷脂的最佳提取時(shí)間。

2.1.2　超聲微波協(xié)同萃取功率對(duì)卵磷脂得率的影響

稱(chēng)取 10 g蛋黃，按照 1∶4（g/mL）的料液比，加入濃度為80%的乙醇溶液，在超聲微波協(xié)同萃取時(shí)間為20 s時(shí)，探討超聲微波功率在 400、500、600、700、800 W不同功率下對(duì)卵磷脂得率的影響，見(jiàn)圖2。

圖2　微波功率對(duì)卵磷脂得率的影響Fig.2　Influence of microwave power on lecithin yield

由圖2能夠觀察到，隨著功率的增加，蛋黃卵磷脂的得率也明顯增加，這是因?yàn)槌曃⒉üβ试酱螽a(chǎn)生的震動(dòng)越強(qiáng)烈，隨之產(chǎn)生了高的熱效應(yīng)和加速度[21]使得卵磷脂的得率增大。在600 W到700 W時(shí)卵磷脂得率增加非常迅速，原因是超聲微波功率的增加會(huì)使得超聲波強(qiáng)度大幅的增加[22]，從而加劇了分子運(yùn)動(dòng)，對(duì)蛋黃的破壞力加強(qiáng)，可以更好的使溶劑滲透到細(xì)胞內(nèi)部[23]，從而使得卵磷脂的得率提高。所以超聲微波提取方法是一種非常高效的提取卵磷脂的方法。但是從試驗(yàn)可以觀察到，超聲微波功率過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致乙醇沸騰非常迅速?gòu)亩鴽_出冷凝管，影響試驗(yàn)的進(jìn)行，所以超聲微波功率不宜過(guò)大。本試驗(yàn)選擇700 W為最優(yōu)的超聲微波功率。

2.1.3　乙醇濃度對(duì)卵磷脂得率的影響

稱(chēng)取10 g蛋黃，在超聲微波功率100 W，時(shí)間為40 s時(shí)，按照料液比 1∶4（g/mL）的量，探討 60%、70%、80%、90%、100%不同濃度乙醇溶液對(duì)卵磷脂得率的影響，見(jiàn)圖3。

圖3　乙醇濃度對(duì)卵磷脂得率的影響Fig.3　Influence of ethanol concentration on lecithin yield

由圖3可以觀察到，當(dāng)乙醇濃度增大時(shí)，卵磷脂的得率也隨之增大。在濃度為80%時(shí)，卵磷脂的得率達(dá)到了最大，根據(jù)相似相容原理，乙醇的親水性可以調(diào)節(jié)卵磷脂的親油性[24]，而且乙醇中含有適當(dāng)?shù)乃帜芘c卵磷脂的性質(zhì)越來(lái)越接近，這樣既可以提高卵磷脂的溶解度又會(huì)破壞蛋白質(zhì)與脂肪酸的結(jié)合，所以卵磷脂的得率達(dá)到了最大值[24-26]。在80%以后，卵磷脂的得率出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，一方面是由于乙醇體積濃度增大，造成溶液極性小，使得卵磷脂不能完全被提取出來(lái)[27]，另一方面90%和100%的乙醇溶液提取出來(lái)的粗卵磷脂是沉淀在杯子底部的，很難將其完全取出，造成部分卵磷脂的損失。引起卵磷脂沉于燒杯底部可能是因?yàn)楦邼舛鹊囊掖紩?huì)使卵磷脂中的蛋白質(zhì)沉淀析出所致。因而本試驗(yàn)選取80%為最佳的乙醇濃度。

2.1.4　不同料液比對(duì)卵磷脂得率的影響

稱(chēng)取10 g蛋黃，加入80%的乙醇溶液，在超聲微波協(xié)同萃取時(shí)間為20 s、功率為100 W時(shí)，探討1∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（g/mL）不同料液比對(duì)卵磷脂得率的影響，見(jiàn)圖4。

通過(guò)圖4可以看出，料液比為 1∶1、1∶2、1∶3（g/mL）時(shí)，卵磷脂的得率上升趨勢(shì)緩慢，這是因?yàn)檫^(guò)少的料液比會(huì)使得卵磷脂不能完全的溶解[28]，所以卵磷脂的得率增加幅度緩慢。當(dāng)料液比達(dá)到1∶4（g/mL）時(shí)，卵磷脂的得率達(dá)到了最大，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是乙醇溶液用量的增大，促使蛋黃與乙醇充分的溶解，從而增加了接觸面積，提高了卵磷脂的擴(kuò)散速率，因此卵磷脂的得率也相應(yīng)增大[29-30]。但是當(dāng)料液比一直持續(xù)增大時(shí)，卵磷脂的得率增加趨緩，這是因?yàn)樵?∶4（g/mL）之后卵磷脂的溶解能力達(dá)到了飽和狀態(tài)，因此選取1 ∶4（g/mL）的最佳料液比。

圖4　料液比對(duì)卵磷脂得率的影響Fig.4　Influenceof solid-liquid ratio on lecithin yield

2.2　正交試驗(yàn)結(jié)果分析

在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)卵磷脂的得率進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，結(jié)果見(jiàn)表2，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2　L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2Results and range analysis of L9（34）orthogonal experiment

由表2能夠觀察到，各因素對(duì)卵磷脂得率影響的因素為：料液比＜微波功率＜乙醇濃度＜超聲微波萃取時(shí)間，影響最小的就是料液比，超聲微波萃取時(shí)間影響最大，提取條件的最佳組合為A3B2C1D2，具體來(lái)說(shuō)，超聲波微波協(xié)同萃取卵磷脂的最優(yōu)工藝條件為：料液比1∶4（g/mL），乙醇濃度70%，微波功率700 W和提取時(shí)間40 s。

表3　正交試驗(yàn)方差分析表Table 3　Variance analysis of orthogonal experiment

由表3可知，從F值和F臨界值的比較可以看出，對(duì)卵磷脂得率影響差異顯著的因素是超聲微波萃取時(shí)間，p＜0.05。

2.3　最優(yōu)提取工藝驗(yàn)證

在此最優(yōu)提取條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　最佳萃取工藝試驗(yàn)結(jié)果Table 4　Test results of the optimum extract process

由表4可以看出，3次平行試驗(yàn)的平均值得率是7.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差是1.36%，表明該工藝數(shù)據(jù)結(jié)果可靠。

3　結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)和正交試驗(yàn)的優(yōu)化，得出超聲波-微波協(xié)同萃取雞蛋卵磷脂的最佳工藝條件為：提取時(shí)間40 s，乙醇濃度70%，超聲微波功率700 W，料液比 1 ∶4（g/mL），在最優(yōu)條件下，雞蛋卵磷脂的得率達(dá)到最大值7.5%。超聲微波協(xié)同萃取卵磷脂較傳統(tǒng)的提取方法具有節(jié)約時(shí)間，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，是目前卵磷脂提取的一種新型方法，為雞蛋的深加工和工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒和參考。

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