蠶蛹油的提取及其組分分析*

蔡沙，何建軍，施建斌，陳學玲，關健，吳恢，范錦，梅新

1(湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所，湖北武漢，430064)

2(湖北省農業科學院經濟作物研究所，湖北武漢，430064)

我國蠶蛹資源豐富，每年可副產約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、亞油酸類物質組成［2-3］。這些不飽和脂肪酸對心腦血管、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，還能促進腦內核酸蛋白質及單胺類神經遞質的合成，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具有巨大的應用前景。油脂提取常用的方法有壓榨法、有機溶劑浸提法、超臨界CO2萃取法和亞臨界萃取法等［8-11］。

在前人研究中，有關蠶蛹油提取工藝報道較多，而對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上，較為系統的研究了蠶蛹油提取工藝，通過單因素試驗，對有機溶劑的種類和振蕩頻率進行考察，采用正交試驗優化蠶蛹油提取工藝，并探究了堿濃度和超堿量對精煉效果的影響，采用氣相色譜對精煉后蠶蛹油脂肪酸組成進行了分析。

1 材料與方法

1.1 材料與主要儀器設備

1.1.1 材料與主要試劑

蠶蛹，湖北省農業科學院經濟作物研究所提供;其他試劑均為分析純，購自國藥集團化學試劑公司。

1.1.2 主要儀器設備

LXJ-ⅡC低速大容量多管離心機，上海嘉鵬科技有限公司;2300全自動凱氏定氮儀，瑞典foss公司;FD5-3型冷凍干燥機，美國SIM公司;DGG-9240B電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司;FW-100萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司;SHAB恒溫振蕩器，深圳市瑞鑫達化玻儀器有限公司;100目、400目標準網篩，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有限公司;RE-52AA旋轉蒸發儀，上海亞榮生化儀器廠;7890A-5975C氣相色譜質譜聯用儀，美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

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，得殘渣質量，計算失重比例，即為蠶蛹油質量。

1.2.2 單因素試驗

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

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

1.2.3 正交試驗

在單因素試驗基礎上，選取正己烷添加量、提取溫度、提取時間和振蕩頻率進行4因素3水平正交試驗，確定蠶蛹油提取最優工藝。

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℃蒸餾水攪拌洗滌(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%)對精煉油得率、酸價、碘值以及色澤等指標影響。

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

1.2.5 測定方法

蠶蛹主要基本成分蛋白質、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、碘值的測定分別參照GB/T 5530-2005、GB/T 5532-1995方法進行;精煉后蠶蛹油的脂肪酸組成采用氣相色譜進行分析:采用HP-5 石英毛細管柱(30 m ×0.32 mm，0.25 μm);載氣為氮氣;氫火焰離子化檢測器;柱流量1 mL/min;進樣量1 μL;不分流模式;進樣口溫度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 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 有機溶劑選擇

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，還同時提取出一些非脂類小分子物質，并且這部分物質有相當一部分是臭味的來源。正己烷是目前油脂工業常用的浸出溶劑之一，對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 五種有機試劑的提取結果和蠶蛹油的品質比較Table 2 The results of five kinds organic reagent extraction and the comparison of the quality of chrysalis oil

2.1.2 正己烷添加量對蠶蛹油提取效果的影響

正己烷添加量對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，正己烷添加量為6 mL/g時，蠶蛹油得率最高，達到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 提取溫度對蠶蛹油提取效果的影響

溫度是影響有機溶劑提取蠶蛹油的重要因素，選擇合適的提取溫度對蠶蛹油的提取非常關鍵。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，溫度50℃時，得率最高，達到24.50%，繼續升溫，得率反而下降，當溫度升高到80℃時，蠶蛹油得率最低，僅為7.79%，可能由于溶劑沸點68.7℃，在70和80℃時溶劑沸騰導致提取效果不佳。

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 提取時間對蠶蛹油提取效果的影響

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

圖3 不同提取時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，振蕩頻率為120 r/min時，蠶蛹油得率最高，達到24.25%，繼續增大振蕩頻率，蠶蛹油得率反而下降。適當的攪拌或振蕩能增加溶劑和物料的接觸面積，從而加快邊界層的分子擴散，同時振蕩也增加了溶劑的流動性，有利于提高油脂分子與溶劑分子之間的對流擴散，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溶劑間相互溶解，導致蠶蛹油得率下降。

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

在前期單因素試驗結果基礎上，選取正己烷添加量、提取溫度、提取時間、振蕩頻率等四個因素，進行4因素3水平(表L9(34))正交試驗對蠶蛹油的提取工藝條件進行優化，正交試驗各因素水平見表3。

表3 正交試驗因素水平表Table 3 The level of orthogonal factor

以蠶蛹油得率為考察指標，蠶蛹油提取工藝4因素3水平正交試驗結果如表4所示。

表4 L9(34)正交試驗結果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個因素對蠶蛹油得率影響大小順序為:溶劑添加量＞提取時間＞振蕩頻率＞提取溫度。各因素最優水平組合為A3B3C3D2，即為正己烷添加量8 mL/g、提取溫度60℃、提取時間120 min、振蕩頻率120 r/min;而正交試驗所探討的9個處理中，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%，隨后對這2個組合進行了驗證試驗，驗證結果表明，這2個組合分別所得蠶蛹油得率沒有明顯差異，考慮到實際生產過程中能耗因素，蠶蛹油提取最優工藝確定為溶劑添加量8 mL/g、提取溫度40℃、提取時間120 min、振蕩頻率120 r/min。

2.3 蠶蛹主要基本成分

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

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

2.4 蠶蛹油的精煉

2.4.1 堿液濃度對蠶蛹油精煉效果、酸價和碘值的影響

表6 堿液濃度對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，隨著堿液濃度升高，精煉后蠶蛹油得率呈下降趨勢，堿液濃度為10%時，精煉后蠶蛹油得率為96.46%，而堿液濃度上升到20%時，油得率僅為49.64%。酸價是反應蠶蛹油中游離脂肪酸含量的一個重要指標，酸價越小，說明油脂質量越好，新鮮度和精煉程度越高。隨著堿液濃度升高，蠶蛹油酸價明顯下降，堿液濃度超過16%時，酸價下降幅度減緩。精煉過程中堿液濃度升高對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、酸價和色澤等指標，確定蠶蛹油精煉中堿液濃度為16%。

2.4.2 超堿量對蠶蛹油精煉、酸價和碘值的影響

超堿量對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，隨著超堿量升高，精煉后蠶蛹油得率以及蠶蛹油酸價均呈下降趨勢，超堿量達70%時，精煉后蠶蛹油得率為53.50%，蠶蛹油酸價為0.17。精煉過程中，超堿量的升高對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指標，確定蠶蛹油精煉中超堿量為50%。

表7 超堿量對蠶蛹油精煉的影響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果如表8所示。結果表明，本研究所得最優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出來。本研究所得蠶蛹油中不飽和脂肪酸含量高達73.66%，尤其是α-亞麻酸含量高達54.51%，具有較高的營養價值和保健功效，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行開發利用。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選用的有機溶劑以及提取精煉工藝差異造成的。

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

3 結論

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，通過單因素試驗和正交試驗，得到蠶蛹油提取最優工藝為:正己烷添加量8 mL/g、提取溫度40℃、提取時間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%，酸價為0.25，蠶蛹油顏色透明，為淺黃色。

采用氣相色譜對精煉后蠶蛹油脂肪酸組成進行了分析，結果表明，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75.40%，而不飽和脂肪酸中α-亞麻酸含量高達54.51%。

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