蔣 芳， 林海濤， 錢(qián)愛(ài)芬， 李福友

(1．廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545000；2.紹興海關(guān)(原紹興出入境檢驗(yàn)檢疫局)，浙江 紹興 312000)

蠶蛹作為繅絲廠主要的副產(chǎn)品，是一種天然蛋白質(zhì)資源，具有極大的市場(chǎng)潛力。蠶蛹目前在市場(chǎng)上的應(yīng)用涉及廣泛，如食品領(lǐng)域方面，各種受人們歡迎的流行食品，包括營(yíng)養(yǎng)醬油[1]、食醋和面條等；醫(yī)用領(lǐng)域方面，以?xún)?yōu)質(zhì)蠶蛹為原料生產(chǎn)出的瑞福康膠囊[2]，可用于緩解腫瘤病人和艾滋病人病情惡化，從蛹?xì)ぶ刑崛〉募讱に乜捎糜谕饪剖中g(shù)線和人造皮膚的制造等；工業(yè)領(lǐng)域方面，用蠶蛹為原料應(yīng)用于印染、造紙、涂料及食品添加劑等多種輕化工業(yè)中[3]。

中國(guó)繅絲廠每年都產(chǎn)生大量蠶蛹，企業(yè)在對(duì)待這些“寶貝”時(shí)，當(dāng)作廢渣處理掉(特別是一些小企業(yè)和偏遠(yuǎn)地區(qū))，或直接當(dāng)做動(dòng)物飼料，不僅對(duì)資源造成極大浪費(fèi)，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。蠶蛹含有豐富的蛹油和蛋白質(zhì)，主要由不飽和脂肪酸、甘油脂和少量卵磷脂組成，除此之外，還含有許多對(duì)人體有益的維生素及微量元素(如鐵、鋅、硒)等[4-5]。蛹油中含有α-亞麻酸、油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸，含量分別為32.79%、32.53%、4.37%、22.42%、5.73%，在一定程度上能防止動(dòng)脈硬化，降低人體血脂、血糖；亞油酸合成前列腺素，在人體中可以預(yù)防心肌梗塞，防止身體血清及血液膽固醇過(guò)高等；α-亞麻酸能在人體中合成某些代謝產(chǎn)物，能有效降低血脂，預(yù)防心血管疾病，具有重要保健功能；防止腦血栓形成，抑制血小板塊凝結(jié)及預(yù)防老年性癡呆等[6-8]。蠶蛹蛋白中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素等，其中蛋白質(zhì)含量超過(guò)50%，且含人體必需氨基酸，種類(lèi)較為齊全。有研究表明：蠶蛹蛋白能直接被人體消化和吸收，可以促進(jìn)人體的生長(zhǎng)發(fā)育[9-10]。

目前，常見(jiàn)的幾種蠶蛹油脂提取的方法有：壓榨法、超臨界CO2流體萃取法及溶劑浸提法等。壓榨法[11]具有工藝操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但壓榨法對(duì)蠶蛹油脂的提取率較低，應(yīng)用價(jià)值不高，且蠶蛹油中的不飽和脂肪酸會(huì)被氧化，還會(huì)破壞蠶蛹蛋白。超臨界CO2流體萃取法[12]克服了浸出法中蠶蛹油里殘留溶劑、油質(zhì)不純的問(wèn)題，并且提取率較高，但是生產(chǎn)費(fèi)用昂貴、對(duì)設(shè)備要求較高。因而不太適用于實(shí)驗(yàn)室提取蛹油。溶劑浸提法[13]能夠回收有機(jī)溶劑，操作流程也并不繁瑣，而且對(duì)蛹油的提取效率較高，溫度合適也不會(huì)使蛋白質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生變化。白電油具有高脂溶性和高揮發(fā)性，而且去污能力強(qiáng)，常在工業(yè)上用作清洗劑、溶劑和稀釋劑。白電油分為6號(hào)白電油和120號(hào)白電油，其中6號(hào)白電油屬于快干型，120號(hào)白電油屬于慢干型。本文就是采用該種方法來(lái)探究6號(hào)白電油對(duì)蠶蛹油脂的提取效果，采用6號(hào)白電油為有機(jī)溶劑以蠶蛹油提取率為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)干蠶蛹油脂提取工藝進(jìn)行研究探討。首先對(duì)單因素如浴比(溶劑用量)、提取溫度、提取時(shí)間和翻滾次數(shù)因素分析，選出較佳范圍值；再采用正交試驗(yàn)和直觀分析法得出最佳工藝條件；最后，利用石油醚對(duì)較佳工藝條件下提取試樣進(jìn)行二次蛹油提取驗(yàn)證6號(hào)白電油提取效果。本文通過(guò)利用6號(hào)白電油為有機(jī)溶劑對(duì)蛹油提取工藝進(jìn)行研究，以期為工廠企業(yè)提供一種小型除蛹油的最佳提取工藝。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材 料

干蠶蛹(廣西嘉聯(lián)絲綢股份有限公司)，沸點(diǎn)75 ℃6號(hào)白電油(深圳市寶安區(qū)沙井中環(huán)錫業(yè)經(jīng)營(yíng)部)，沸程60～90 ℃石油醚(杭州邦易化工有限公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9123A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、電熱恒溫水浴鍋、SHA—C型恒溫水浴振蕩器(鄭州生元儀器有限公司)，AR224CN型電子精密天平(奧豪斯儀器(常州)有限公司)，H1850R型離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司)，研磨器(淘寶青石坊石器店)。

1.3 方 法

1.3.1 工藝流程

挑選適量顆粒較大的干蠶蛹(圖1)，放置在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中90 ℃烘干10 h(將干蠶蛹中水分完全去除，否則不利于蛹油的提取且影響蛹油質(zhì)量)，用研磨器搗碎成粉末。用分析天平準(zhǔn)確稱(chēng)取粉碎的干蠶蛹粉末5 g，置于150 mL錐形瓶中；加入相應(yīng)比例的6號(hào)白電油，用密封膜或者磨口塞封口(防止6號(hào)白電油加熱后揮發(fā))，放于設(shè)定溫度的恒溫水浴振蕩器中，浸提一定時(shí)間并振蕩相應(yīng)次數(shù)，取出后冷卻靜置[14]；將瓶中物體移置于EP管內(nèi)，然后放置在離心機(jī)設(shè)定6 000 r/min分離10 min，取出后用吸管將混合油吸出滴入稱(chēng)量好的圓底燒瓶中；采用蒸餾的方法(溫度計(jì)達(dá)到90 ℃)計(jì)時(shí)1 h，將6號(hào)白電油從混合油中蒸發(fā)后冷凝進(jìn)行回收，瓶中剩余即為蛹油，對(duì)瓶中蛹油再用電熱恒溫水浴鍋(溫度設(shè)定90 ℃)進(jìn)行加熱揮發(fā)(防止還有殘 余6號(hào)白電油)。待蛹油冷卻后稱(chēng)取蛹油質(zhì)量，并計(jì)算蛹油提取率。

圖1 蠶蛹油抽提工藝流程Fig.1 The extraction process of silkworm pupa oil

再用石油醚按其最佳提取工藝對(duì)6號(hào)白電油初次提取所剩濾渣采用上述相同步驟進(jìn)行二次提取，稱(chēng)取所提蛹油質(zhì)量，并可計(jì)算蛹油的提取效率。

1.3.2 試驗(yàn)條件

浴比：5 g蠶蛹粉為原料，以沸點(diǎn)為75 ℃的6號(hào)白電油為蛹油提取溶劑。試驗(yàn)條件為：提取溫度60 ℃，提取時(shí)間為3 h，翻滾次數(shù)40次，考察5種不同浴比對(duì)蠶蛹油提取率的影響，即固液(m蠶蛹粉(g)︰V白電油(mL))比分別為1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取提取率平均值。

提取溫度：5 g蠶蛹粉為原料，以沸點(diǎn)為75 ℃的6號(hào)白電油為蛹油提取溶劑。試驗(yàn)條件為：浴比1︰4，提取時(shí)間3 h，翻滾次數(shù)為40次，考察5種不同溫度范圍對(duì)蠶蛹油提取率的影響，即溫度分別為50、55、60、65、70 ℃。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取提取率平均值。

提取時(shí)間：5 g蠶蛹粉為原料，以沸點(diǎn)為75 ℃的6號(hào)白電油為蛹油提取溶劑。試驗(yàn)條件為：浴比1︰4，提取溫度60 ℃，翻滾次數(shù)為40次，考察5種不同提取時(shí)間范圍對(duì)蠶蛹油提取率的影響，即提取時(shí)間分別為1、2、3、4、5 h。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取提取率平均值。

翻滾次數(shù)：5 g蠶蛹粉為原料，以沸點(diǎn)為75 ℃的6號(hào)白電油為蛹油提取溶劑。試驗(yàn)條件為：提取溫度60 ℃，提取時(shí)間3 h，浴比1︰4，考察5個(gè)不同翻滾次數(shù)對(duì)蠶蛹油提取率的影響，即翻滾次數(shù)分別為0，20，40，60，80次。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取提取率平均值。

石油醚提取驗(yàn)證：根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，得出沸程60～90 ℃的石油醚對(duì)蛹油提取的最佳工藝條件為固液比1︰2，浸提溫度40 ℃，浸提時(shí)間6 h。在此條件下，對(duì)6號(hào)白電油在最佳工藝條件下對(duì)蛹油進(jìn)行初次提取所分離出的濾渣，進(jìn)行二次提取，試驗(yàn)重復(fù)3次，取提取率平均值。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

(1)

蠶蛹油提取效率/%

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對(duì)提取率的影響分析

2.1.1 浴比(溶劑用量)對(duì)蠶蛹油提取率的影響

圖2 浴比對(duì)蠶蛹油脂提取率的影響Fig.2 The effect of bath ratio on extraction rate of silkworm pupa oil

圖2為考察5種不同浴比對(duì)蠶蛹油提取率的影響，即固液(m蠶蛹粉(g)︰V白電油(mL))比分別為1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6。

由圖2可知，通過(guò)改變?cè)”龋崛÷实恼w變化幅度較大。當(dāng)浴比為1︰2時(shí)，蛹油的提取率較低，分析應(yīng)是由于加入的6號(hào)白電油用量太少，導(dǎo)致6號(hào)白電油溶解蠶蛹粉少量脂肪酸就已達(dá)到飽和，從而提取率較低；隨著浴比(溶劑用量)從1︰2～1︰4不斷增加，蛹油提取率顯著提高，變化幅度明顯，分析由于加入的6號(hào)白電油充分溶解脂肪酸，從而出油率上升；浴比從1︰4～1︰6，隨著浴比的進(jìn)一步增加，蛹油的提取率基本保持平衡，甚至隨浴比提高還出現(xiàn)小幅度的降低。從圖2來(lái)看，對(duì)蛹油提取率達(dá)到最大的浴比為1︰5，但浴比為1︰4的值與其很接近。從節(jié)省原料的角度考慮，同時(shí)考慮企業(yè)的生產(chǎn)成本，綜合之下，初步確定浴比1︰4為最佳溶劑用量。

2.1.2 提取溫度對(duì)蠶蛹油提取率的影響

圖3為考察5種不同溫度范圍對(duì)蠶蛹油提取率的影響，即溫度分別為50、55、60、65、70 ℃。

圖3 提取溫度對(duì)蠶蛹油脂提取率的影響Fig.3 The effect of extraction temperature on extraction rate of silkworm pupa oil

由圖3可知，隨著提取溫度的升高，蠶蛹油提取率先升高而后降低，溫度60 ℃時(shí)提取率達(dá)到最高。溫度50～60 ℃，提取率逐漸升高，主要是由于溫度升高可以增加6號(hào)白電油的擴(kuò)散，對(duì)干蠶蛹粉末能夠更好溶解，從而有利于蠶蛹油的浸出；當(dāng)溫度升高到60 ℃時(shí)提取率達(dá)到最大；60～70 ℃，隨著溫度的升高蛹油提取率明顯下降，可能是由于溫度過(guò)高使蠶蛹中的油脂發(fā)生氧化及蛋白質(zhì)受熱產(chǎn)生變性，也可能是由于溫度升高已經(jīng)很接近6號(hào)白電油的沸點(diǎn)從而導(dǎo)致其不斷氣化等原因；高溫還會(huì)破壞蠶蛹蛋白的再利用，也可能會(huì)導(dǎo)致蠶蛹油的臭味加重，影響蛹油的品質(zhì)。因此在用有機(jī)溶劑浸提時(shí)，溫度不宜過(guò)高。根據(jù)圖3分析可知，可以初步確定最佳提取溫度為60 ℃。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)蠶蛹油提取率的影響

圖4為考察5種不同提取時(shí)間范圍對(duì)蠶蛹油提取率的影響，即提取時(shí)間分別為1、2、3、4、5 h。

圖4 提取時(shí)間對(duì)蠶蛹油脂提取率的影響Fig.4 The effect of extraction time on extraction rate of silkworm pupa oil

由圖4可知，整個(gè)過(guò)程提取率緩慢升高而后降低。在提取時(shí)間為1～4 h，隨著時(shí)間不斷變長(zhǎng)蛹油提取率略有升高，但是變化幅度不大，可知提取時(shí)間對(duì)蠶蛹油的提取率影響較?。粫r(shí)間在4 h時(shí)，提取率達(dá)到最大；當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)4 h后，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)蠶蛹油的提取率出現(xiàn)下降趨勢(shì)，分析主要是因?yàn)樘崛r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致蠶蛹蛋白對(duì)蠶蛹油形成附著作用。在企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)中，提取時(shí)間一般不宜過(guò)長(zhǎng)。不僅是為了縮短企業(yè)的生產(chǎn)周期，提高企業(yè)生產(chǎn)效率；也是為了避免提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致蠶蛹蛋白對(duì)蠶蛹油形成附著作用而影響蛹油的提取。因此，最佳提取時(shí)間初次確定為4 h。

2.1.4 翻滾次數(shù)對(duì)蠶蛹油提取率的影響

圖5為考察5個(gè)不同翻滾次數(shù)對(duì)蠶蛹油提取率的影響，即翻滾次數(shù)分別為0、20、40、60、80次。

圖5 翻滾次數(shù)對(duì)蠶蛹油脂提取率的影響Fig.5 The effect of the number of rolling on the extraction rate of silkworm pupa oil

由圖5可知，隨著翻滾次數(shù)的增加，提取率緩慢升高，但變化幅度較小。翻滾次數(shù)從0～60次，提取率略有升高，但是變化不大，可知翻滾次數(shù)對(duì)蠶蛹油的提取率影響不大。試驗(yàn)中翻滾次數(shù)相當(dāng)于是攪拌作用，使6號(hào)白電油能夠更均勻溶解蠶蛹粉末，從而更好地對(duì)蛹油進(jìn)行提取。從圖5可以看出，與空白試驗(yàn)相比較，翻滾一定次數(shù)還是能夠提高蛹油的提取率，具有地一定促進(jìn)作用。從試驗(yàn)工作量綜合考慮，可以初步確定翻滾次數(shù)為40次合適。

2.2 正交試驗(yàn)

為優(yōu)化蠶蛹油提取工藝，根據(jù)單因素分析結(jié)果，以提取率為考察指標(biāo)利用正交試驗(yàn)得出較優(yōu)工藝條件。表1和表2分別為設(shè)定的四因素三水平水平表和正交試驗(yàn)方案結(jié)果，每種重復(fù)3次試驗(yàn)，取其平均值。

表1 正交試驗(yàn)的因素水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交方案結(jié)果Tab.2 The results of orthogonal schemes

注：K1為1水平數(shù)據(jù)的綜合平均；K2為2水平數(shù)據(jù)的綜合平均；K3為3水平數(shù)據(jù)的綜合平均；R為極差。

根據(jù)正交試驗(yàn)表中提取率的直觀分析可知，6號(hào)白電油對(duì)蛹油提取的最佳工藝條件為浴比1︰5，提取溫度60 ℃，提取時(shí)間4 h，翻滾次數(shù)60次。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證分析,在最佳工藝條件下得到的提取率為21.87%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)20%以上，說(shuō)明6號(hào)白電油對(duì)蠶蛹油脂的提取方案是可行的。再根據(jù)正交試驗(yàn)表中的極差分析R可知，對(duì)蛹油提取率影響程度最大的因素是浴比，是影響提取效果最主要的因素，各因素的影響程度順序?yàn)椋涸”?溶劑用量)>提取溫度>翻滾次數(shù)>提取時(shí)間。

2.3 石油醚二次提取的結(jié)果分析

通過(guò)正交試驗(yàn)分析得出6號(hào)白電油除蠶蛹最佳工藝，且提取率達(dá)到21.87%，為驗(yàn)證其在此條件除油效果，結(jié)合現(xiàn)企業(yè)提取蛹油工藝，采用石油醚對(duì)最佳提取蛹油工藝條件下濾渣進(jìn)行二次提取。進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，并計(jì)算提取率，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 石油醚二次提取結(jié)果Tab.3 The secondary extraction results of petroleum ether

根據(jù)表3分析，3次重復(fù)試驗(yàn)對(duì)比得出6號(hào)白電油對(duì)蠶蛹油脂的平均提取效率為87.62%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。說(shuō)明6號(hào)白電油對(duì)蠶蛹油脂的整體提取效果還是較佳的。

3 結(jié) 論

本文以6號(hào)白電油為有機(jī)溶劑采用浸出法對(duì)蠶蛹中蛹油提取工藝優(yōu)化，利用單因素和正交分析法，得出較優(yōu)化工藝條件為浴比(m蠶蛹粉(g)：V白電油(mL))1︰5，提取溫度60 ℃，提取時(shí)間4 h，翻滾次數(shù)60次，且在該工藝條件下得到的最佳提取率為21.87%。最后，利用石油醚進(jìn)行二次提取試驗(yàn)驗(yàn)證，得出6號(hào)白電油初次脫油后殘油率較低，對(duì)干蠶蛹油脂的提取效率為87.62%。