蚕蛹油制备技术及其α-亚麻酸富集工艺研究进展

2013-08-15

中国蚕业 2013年2期

(广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，广东广州 510640)

蚕蛹为蚕蛾科家蚕的蛹，自古以来就是一种传统的滋补强身的食物和中药材。我国是蚕桑大国，2011 年生产鲜茧63.7 万t［1］，鲜蚕蛹量近50 万t，资源极其丰富。蚕蛹的营养成分丰富，科学研究表明干蚕蛹主要含蛹蛋白(55%～60%)和脂肪(25%～30%)，另外还含有糖类、甲壳素和多种蛋白激素、多种维生素、多种微量元素等生物活性成分［2］。干蚕蛹约含有30%左右的油脂化合物，其中75%以上为不饱和脂肪酸。蚕蛹油中的不饱和脂肪酸包括N－9型的油酸［Oleic acid，CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH］、N－6 型亚油酸［Linoleic acid，CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH］和N－3 型亚麻酸(Linolenic acid，C18H30O2)，其中亚油酸和α－亚麻酸的组成比例约为1.18∶1.00［3］，其比例因品种、提取方法和分析方法不同而存在差异。不饱和脂肪酸的分子结构中含有不饱和双键，表现出诸多促进人体健康的功能。如油酸可促进人体生长发育;亚油酸是人体不可缺少的合成花生四烯酸的脂肪酸，可进而生成前列腺素，以调节人体的各种功能;α－亚麻酸可促使血小板粘度降低，降低血液中低密度脂蛋白的含量，升高高密度脂蛋白的含量，防止高血压、动脉硬化等［4］。α－亚麻酸还是二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的前体，在机体代谢中具有降低血脂水平、增加尿纤溶活性、降低花生四烯酸(AA)及其代谢产物前列腺素E2(PEG2)的合成、减少尿钙、尿草酸排泄［5］、抑制血小板凝聚、提高生物膜液态等生理作用，在治疗和防治动脉粥样硬化、糖尿病、脑衰老以及抑制肿瘤扩散方面有较好的疗效。与其它2 种不饱和脂肪酸相比，α－亚麻酸表现出更多、更强的生理活性，且可在体内转化为EPA 和DHA 而发挥更广泛的生理功能;因此，利用蚕蛹这一可再生资源，开展蚕蛹油的高效制备及其α－亚麻酸的富集工艺的相关研究，正成为脂肪酸保健食品研究的热点之一。

1 蚕蛹油的提取技术现状

目前，已报道的蚕蛹油提取方法主要有压榨法(包括生榨法、热榨法、煮沸压榨法)、溶剂浸提法和超临界流体萃取法。

1.1 压榨法

压榨法制油是一种古老的机械提油法，其主要特点是工艺简单、适应性强，易保持油的特有风味。蚕蛹是高蛋白、高油脂物质，蛋白质含量约为58%，而粗纤维含量很低(仅3.5%左右)，因而蚕蛹油料与植物油料有很大的区别，使得压榨提取油脂比较困难，利用压榨法抽取蚕蛹油时，通常在初期阶段有蛹油流出，但随后蛹渣就大量挤出，致使压榨无法再进行。所以，以压榨法提取蛹油得率是很低的，残油量超过一半，无应用价值。且机械压榨时操作温度高达140 ℃左右，蚕蛹蛋白变性严重，影响脱脂蛹粉的再利用，也使蚕蛹油中的不饱和脂肪酸容易发生氧化酸败，影响油的品质，故压榨法不适于制备蚕蛹油。

1.2 有机溶剂提取法

有机溶剂浸出法制油是利用能溶解油脂的有机溶剂，通过湿润、渗透、分子扩散等作用，将料坯中的油脂提取出来，然后再把浸出的混合油分离而取得毛油的过程。影响浸出效率的各项因素包括溶剂的选择、料坯的结构和性质、浸出的方式以及工艺条件和参数等。欧阳涟等［6］以蚕蛹为原料，经干燥、粉碎、溶剂萃取、过滤、蒸馏得油等工艺过程，通过四因素三水平正交试验，确定了适合蛹油提取的条件:用正己烷作萃取剂，浸出温度为30 ℃，固液比为1∶4，浸出时间为7 h。

浸提法提取油脂，不受油料质地软硬影响，油料经适当的预处理后，选择合适的溶剂，即可浸出油脂。

1.3 超临界CO2(SC-CO2)流体萃取技术

超临界CO2(SC-CO2)流体萃取技术是一种用超临界流体作溶剂，对物料所含成分进行萃取和分离的新技术。在临界压力和临界温度以上相区内的气体称为超临界流体。超临界CO2流体萃取蚕蛹油的得率和效果受蚕蛹粉碎粒度、含水量、萃取压力、萃取温度、萃取时间、CO2流量等因素影响，实际操作时，要根据实验情况，均匀设计或正交设计等优化试验条件，确定最佳的试验工艺条件。罗苍学等［7］以蚕蛹为原料，采用正交试验，研究萃取温度、萃取时间、萃取压力等因素对超临界CO2萃取蚕蛹油的影响，确定了蚕蛹油超临界CO2萃取的条件，即萃取温度35 ℃，萃取时间2 h，萃取压力25 MPa;王国基等［8］在分析原料粒度、萃取压力、温度、时间、CO2流量等5 个单因素对蚕蛹油萃取率的影响基础上，通过正交实验对5 个因素进行了优化，确定了超临界萃取的最佳工艺参数:原料粒度20～40 目、萃取温度35 ℃、萃取压力15 MPa、CO2流量30 kg/h、萃取时间3.0 h。

2 蚕蛹油中α-亚麻酸富集纯化工艺研究

多不饱和脂肪酸的富集纯化工艺主要有尿素包合法、银离子络合法、冷冻结晶法、分子蒸馏法等。

2.1 尿素包合法

尿素包合法是分离、提纯脂肪酸的常用方法，主要是基于脂肪酸不饱和度以及碳链长度的不同进行分离。当尿素溶解于有机溶剂中，遇到直链脂肪酸、酯、醇等有机物时，尿素分子之间通过强大的氢键力在有机物周围形成六方晶系，即尿素包合物。饱和脂肪酸易与尿素形成稳定的包合物，低不饱和脂肪酸的尿素包合物一般是短而粗的晶体，性质不稳定，利用这一性质可将亚麻酸与直链饱和脂肪酸以及它们的一、二烯酸分离。此方法投资少，工艺简单，用此法分离饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸已实现了工业化生产。但缺点是不能将碳链长度不同、而饱和度相同或相近的脂肪酸分开。张迎庆等［9］通过实验得出了尿素包合法富集蚕蛹油不饱和脂肪酸的工艺条件:尿素与脂肪酸之比为3∶1，以甲醇为溶剂，包合温度为0 ℃，时间为12 h。提取的不饱和脂肪酸碘值可达192.7，不饱和脂肪酸的提取率可达42.9%。张海满等［10］研究了尿素包合法纯化α－亚麻酸的工艺研究，分析了包合温度、尿素用量、溶剂配比、包合时间和包合次数等主要操作条件，对产品α－亚麻酸的纯度、收率的影响。运用正交试验找出优化条件，使α－亚麻酸的浓度由46.7%提高到87.3%，收率在60%以上。

2.2 银离子络合法

银离子络合法是根据脂肪酸双键数量的不同，银离子与碳双键形成的极性络合物双键越多、络合作用越强，并根据作用力的不同达到分离的目的。此法广泛应用于分离鱼油中的EPA 和DHA［11］。蒋艳忠等［12］采用硝酸银络合法对蚕蛹油中α－亚麻酸进行了富集，研究表明溶剂极性和络合温度对α－亚麻酸的纯度影响较大，在AgNO32 mol/L、40%甲醇—水溶液、0 ℃的络合条件下，α－亚麻酸收率达50%，纯度达99%。

2.3 冷冻结晶法

冷冻结晶法的原理，是利用脂肪酸或其衍生物在不同温度下的溶解度和凝固点的差异进行富集纯化。饱和脂肪酸在室温下通常呈固态，在室温或低于室温时结晶。因此，可让其结晶后通过过滤使其结晶与母液分离，从而达到饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸分离的目的，且低温冷冻可使不饱和脂肪酸结晶更充分。该法具有设备简单、操作方便、对多不饱和脂肪酸的分离较为温和、产品不易发生氧化的特点。但用于多不饱和脂肪酸的生产，必须考虑到能耗、有机溶剂的安全性和回收。张迎庆等［13］采用将蚕蛹油中不饱和脂肪酸冷冻结晶的方法，使之从母液中分离出来，并对这种冷冻结晶法的工艺进行了初步研究，确定了相对最佳条件，即用蚕蛹油10 倍体积的0.5 mol/L KOH，乙醇溶液皂化2 h，在－30 ℃冷冻6 h。采用该法，蚕蛹油中不饱和脂肪酸的提取率可达47.0%。

2.4 分子蒸馏法

分子蒸馏法是利用脂肪酸相对分子质量大小的差异和分子平均自由程的差别，使液体在远低于其沸点的温度下进行的精细分离的方法。此法对设备要求较高，且很难将与亚麻酸相对分子质量相近的脂肪酸分离开来，在应用上有一定的局限性。王宝刚［14］用分子蒸馏技术脱除蚕蛹油游离脂肪酸，在高真空状态下，脂肪酸蒸发温度低、蚕蛹油受热时间短、最大限度地限制了副反应的产生，保护原油营养成分不受破坏。但是真空设备的成本和能耗使这一方法受到一定限制。

此外，多不饱和脂肪酸的富集纯化工艺还有用脂肪酸凝固点差异的低温结晶法、真空冷榨法、根据脂肪酸溶解度差异的脂肪酸金属盐法等分离纯化α－亚麻酸的报道。

分离α－亚麻酸的方法各有优缺点，单一使用都不能得到高浓度、较纯净的α－亚麻酸。为了获得高纯度的脂肪酸，常是在考虑成本的基础上取长补短，利用其优点，将各种方法有机地相结合［15］。

3 蚕蛹油α-亚麻酸的微胶囊化工艺研究

微胶囊技术是利用成膜材料将固体、液体或气体囊于其中，形成直径几十至上千微米的微小容器的技术，目前已广泛应用于药品、化工产品、香料以及食品。微胶囊的制备方法有喷雾干燥法、分子络合法、复合凝聚法等，其中喷雾干燥法具有成本低、适用性广、工艺简单的特点［16］。

微胶囊化技术在功能性油脂产品加工的应用，主要集中于原料或添加剂的包埋，以隔绝光和氧气，达到延长原料保质期以及提高物料混合性能。由于α－亚麻酸的碳链中含3 个双键，是一种易氧化、不易保存、不宜直接加入食品的营养物质;因此，采用微胶囊化技术将其制备成易溶解、流动性好，且不易被氧化的微胶囊粉是非常合适的。

陈晨等［17］经过壁材优化试验，当脱油大豆卵磷脂添加量为壳聚糖的13%(w/w)，复配壁材与基础壁材壳聚糖比例为1.42∶1.00(w/w)，芯材蚕蛹油不饱和脂肪酸与总壁材质量比为0.52∶1.00(w/w)时，微胶囊实测包埋率为83.31%，达到最佳效果，此时表面油率为13.76%，微胶囊化效率达到97.74%，且微胶囊微观形貌呈光滑球形，平均直径约为4 μm，产品外观呈乳白色粉末状，流动性良好。张瑞等［18］确定蚕蛹油中脂肪微胶囊化最适宜的成囊条件:明胶、阿拉伯胶和蚕蛹油比例为1.0∶1.0∶0.8、成囊温度为45 ℃、复凝聚的pH 值为4。

4 展望

在蚕蛹油提取技术方面，现有的技术主要是有机溶剂提取法与超临界流体萃取法。有机溶剂浸出法具有出油率较高，蛋白质不变性等特点，但溶剂残留较高，且因工艺流程长而蛹油品质会受到影响。而超临界流体萃取法具有萃取率高、选择性好、无溶剂残留、无污染，而且工艺简单等优点，所以超临界流体萃取法是当今较为合适的蚕蛹油提取技术。

在蚕蛹油α－亚麻酸的微胶囊化工艺方面，现有的技术主要有喷雾干燥法、分子络合法、复合凝聚法等方法，但这些方法操作比较繁琐，成本较为昂贵，所以改进开发新的微胶囊技术具有重要的意义。目前，多流体复合电喷技术、超临界流体快速膨胀技术与自主装技术等都是新型微胶囊技术的重要代表，并且今后微胶囊技术正朝着包覆率高、功能多样、结构与性能可方便调控和制备成本低的方向发展［19］。

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