正己烷浸提法提取蚕蛹油工艺的优化研究

张丽丽 章玉萍 赵 萍 陈 明 代君君 范 涛

(安徽省农业科学院蚕桑研究所，安徽合肥 230061)



正己烷浸提法提取蚕蛹油工艺的优化研究

张丽丽 章玉萍 赵 萍 陈 明 代君君 范 涛

(安徽省农业科学院蚕桑研究所，安徽合肥 230061)

蚕蛹油是以蚕蛹体为原料抽取的油脂，含有多种饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，用途广泛。以缫丝后的干蚕蛹为原料，采用浸提法以正己烷为提取溶剂，利用单因素试验结合正交试验，对蚕蛹油的提取条件进行了优化。试验结果表明：正己烷提取蚕蛹油的最佳条件为提取温度40 ℃、提取时间3 h、料液质量浓度1∶6 g/mL、振荡速率160 r/min，蚕蛹油的出油率达到25.96%。

蚕蛹油；正己烷;溶液浸提法；正交试验；提取工艺；优化

蚕蛹主要来源于缫丝后的副产物，每生产1 t生丝可产生近1 t的干蚕蛹。仅2014年，我国蚕茧总产量就达64万t，生丝产量17万t，也就形成了近17万t的干蚕蛹[1]。但是，缫丝后的干蚕蛹，由于其本身具有的臭味，若直接生产食品则无法被大多数人群所接受，转而用于禽畜饲料的生产，资源利用率较低。目前，我国蚕桑产业还处在传统型生产蚕茧上，基本集中于生丝、丝绸的生产，开发家蚕功能利用的高附加值新型产业不多[2-3]。因此，对蚕蛹深加工，开发新产品，提高蚕蛹的经济价值势在必行。

有研究表明，蚕蛹的营养价值很高，蚕蛹的蛋白质含量在50%以上，远远高于一般食品[4]。除此之外，蚕蛹还含有活性多肽、甲壳素、多糖、维生素等多种活性成分[5]；干蚕蛹还含有30%左右的油脂，且蚕蛹油中75%以上为不饱和脂肪酸，其中包括大量的亚麻酸和亚油酸[6]，而它们在人体内是不能合成的，必须从体外摄入。亚麻酸属ω-3系列多烯脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，简称PUFA)，它以甘油酯的形式存在于深绿色植物中，是构成人体组织细胞的主要成分，在体内能合成、代谢、转化为机体必需的生命活性因子二十二碳六烯酸( docosahexenoic acid，简称DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentenoic acid，简称EPA)[7]。在胆固醇代谢途径中，胆固醇必须与亚油酸结合后，才能在体内进行正常的运转和代谢，如果缺乏亚油酸，胆固醇就会与一些饱和脂肪酸结合，发生代谢障碍，在血管壁上沉积下来，逐步形成动脉粥样硬化，引发心脑血管疾病[8]。研究表明，蚕蛹油具有促进脂肪代谢，降血脂、降胆固醇、降血糖，提高机体免疫的机能和保护肝脏等功能[9-11]；也可作为工业原料应用于生产表面活性剂和塑料改性添加剂等[12-13]。因此，从蚕蛹中提取蚕蛹油及其各种成分作为保健食品，以及获得品质较好的蚕蛹粗蛋白，实现蚕蛹蛋白的进一步深加工，是蚕蛹资源开发利用的重要方面之一。

目前，蚕蛹油的开发研究方法主要有压榨法、索氏抽提法、CO2超临界萃取法、溶液浸提法等[14]。但蚕蛹中粗纤维含量较少，传统的压榨出油率很低；索氏抽提法和CO2超临界萃取法的提取效率虽然很高，但使用的仪器上样量较小，只适用于少量提取，且CO2超临界萃取仪器价格昂贵，不适应大规模生产使用；而溶液浸提法提取油脂，不受油料质地软硬的影响，操作温度较低(一般低于浸提溶液的沸点)，提取的油脂质量较好，因其具有提取率高、工业成本较低等优点，目前使用较成熟，已应用于油脂提取行业[15]。本文以缫丝后的干蚕蛹为原料，以正己烷为提取溶剂，采用单因素试验结合正交试验，对浸提法提取蚕蛹油的工艺进行优化研究，旨在为大规模生产应用提供科学、有效的依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试材料 缫丝后的干蚕蛹，由安徽源牌实业(集团)有限责任公司提供。

1.1.2 主要试剂和仪器 正己烷：分析纯，国药集团化学试剂有限公司产品。FA1204N型数显电子天平，上海民桥精密科学食品有限公司生产；DH6-924385-III型电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗器械制造有限公司生产；SHZ-82振荡水浴锅，上海仪纯实业有限公司生产；5430R离心机，Eppendorf公司生产；RE-52AA旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂生产。

1.2 试验方法

1.2.1 蚕蛹粉的制备 将缫丝后的干蚕蛹置于60 ℃的烘箱里恒温干燥12 h以上，至恒质量，用小型粉粹机粉碎，过60目筛，备用。

1.2.2 蚕蛹油的提取 蛹油提取工艺流程如图1所示。称取蚕蛹粉末5 g于锥形瓶中，加入一定量的正己烷，封口后置于振荡水浴锅中振荡提取。提取结束后，静置40 min，3 000 r/min离心10 min，上清液30 ℃减压旋转蒸发，分离得到蚕蛹油和溶剂。蚕蛹出油率=粗蛹油质量/蚕蛹粉质量×100%。

图1 蚕蛹油浸提流程图

1.2.3 蚕蛹油提取工艺的单因素试验 以蚕蛹油含量百分比为考察指标，分别以不同提取温度(30、40、50、60 ℃)，不同提取时间 (1、2、3、4、5 h)，不同料液质量浓度(蚕蛹粉质量∶浸提溶液体积，分别为1∶2、1∶3、1∶4、1∶6、1∶8 g/mL)，不同振荡速率(0、80、120、160、200 r/min)做单因素试验，考察各单因素对蚕蛹出油率的影响，每个处理重复3次。

1.2.4 正交试验 在单因素试验的基础上，以提取温度、提取时间、料液质量浓度、振荡速率4个因素进行正交试验，以蚕蛹出油率为参考指标，试验结果利用正交设计助手软件进行分析，确定正己烷浸提蚕蛹油的最佳工艺条件，见表1。

表1 正交试验设计因素与水平

水平温度/℃(A)时间/h(B)料液质量浓度/(g/mL)(C)振荡速率/(r/min)(D)13011∶38024021∶412035031∶6160

1.2.5 最佳工艺的验证 为进一步考察正交分析所得最佳工艺的科学性和稳定性，按照优化的最佳工艺条件经过重复性试验3次，并分别测定蚕蛹出油率，计算其相对标准偏差(RSD)。

2 结果和分析

2.1 单因素试验

图2 提取温度对蚕蛹出油率的影响

2.1.1 提取温度对蚕蛹出油率的影响 称取5 g蚕蛹粉加入20 mL正己烷(即料液质量浓度1∶4 g/mL)，在80 r/min的转速下提取2 h，考察提取温度对蚕蛹出油率的影响。由图2可见，随着提取温度的升高，蚕蛹出油率从22.52%上升到27.28%；说明在加热的条件下蚕蛹油脂较易溶出，一般来说较高的温度有利于提高分子动力，促进分子的扩散。但由于较高的温度下提取物料的性质会发生一些变化，也容易引起蚕蛹油脂酸败[14]，这些变化均不利于后期试验，所以选择合适的提取温度对蚕蛹油的提取很关键。为了保持蚕蛹油中各类不饱和脂肪酸的品质，采用30、40、50 ℃进行正交试验。

2.1.2 提取时间对蚕蛹出油率的影响 在提取温度为40 ℃，料液质量浓度为1∶4 g/mL，转速为80 r/min的情况下，考察提取时间对蚕蛹出油率的影响。由图3可见，蚕蛹出油率在5 h内就能从19.15%提高到22.18%，并且随着时间的延长，出油率升高趋势变缓。说明在较短的时间内蚕蛹油脂就已大部分溶出，并达到了浸出平衡。继续长时间的浸提，溶剂中溶出的脂肪会被蚕蛹蛋白再吸附，导致出油率不再增加。且在试验中发现，浸提时间超过3 h后，得到的粗蛹油颜色和透明度都劣于短时间浸提，这可能是由于长时间振荡导致蚕蛹粉产生了更细微的粉末，这对后期的分离步骤要求条件更高。所以，选用1、2、3 h进行正交试验。

图3 提取时间对蚕蛹出油率的影响

2.1.3 料液质量浓度对蚕蛹出油率的影响 称取5 g蚕蛹粉，按不同料液质量浓度加入相应体积的正己烷，在提取温度为40 ℃，80 r/min的转速下提取2 h，考察料液质量浓度对蚕蛹出油率的影响。油脂浸提过程大致可分成3个阶段，即油脂自物料颗粒内部向它自身的外表面扩散、油脂通过边界层的分子扩散和油脂从边界层向流动混合油的对流扩散。当溶剂较少的时候，物料刚溶出少量油脂后混合油就已达到饱和；增加溶剂用量后，物料内外油脂浓度差加大，能够促进油脂分子由内向外的扩散，提高出油率。

从图4中可以看出，当料液质量浓度从1∶2 g/mL降低至1∶4 g/mL时，蚕蛹出油率明显增大，从16.25%增大至22.28%。可能是由于在料液质量浓度大于1∶4 g/mL时，蚕蛹内部的油脂还未完全溶出时，溶剂已达到饱和状态，这时的出油率是由溶剂的量所决定的，所以蚕蛹出油率随着料液质量浓度的降低而明显增加。但当料液质量浓度从1∶4 g/mL降到1∶8 g/mL时，蚕蛹出油率的提高明显变缓，仅从22.28%增加至23.05%，说明料液质量浓度的影响力逐渐缩小，蚕蛹粉中的油脂已基本溶出，再提高溶剂的用量，也无法大幅度提高蚕蛹出油率。如果从经济角度出发，溶剂的用量过多也会增加生产成本，在后期蒸发溶剂的过程中不仅要消耗更多的电能，还会使蒸发时间增加，从而增加了生产周期。综合考虑蚕蛹油在溶剂中的溶解度、生产成本及后续加工等，选用1∶3、1∶4、1∶6 g/mL的料液质量浓度进行正交试验。

图4 料液质量浓度对蚕蛹出油率的影响

2.1.4 振荡速率对蚕蛹出油率的影响 称取5 g蚕蛹粉，加入20 mL正己烷，在提取温度为40 ℃下提取2 h，考察振荡速率对蚕蛹出油率的影响。由图5可见，不进行振荡时蚕蛹出油率只有16.15%，随着振荡速率的提高，蚕蛹出油率也随之提高，当速率达到160 r/min时达到最大值，为22.58%；当振荡速率达到200 r/min时，蚕蛹出油率反而有所降低，为21.28%。这可能是蚕蛹粉的质地比较松散，在剧烈振荡的情况下，组织颗粒的外部逐渐剥落，产生了较细微的粉末，经过离心后细微粉末会聚集在固体和液体接触处。为减少细微粉末进入溶剂层，弃去部分接触层溶剂可能导致蚕蛹出油率的降低，所以选取80、120、160 r/min进行正交试验。

图5 振荡速率对蚕蛹出油率的影响

2.2 正交试验

试验中各个变量对蚕蛹出油率相互影响，因此设计正交试验来全面分析正己烷浸提法提取蚕蛹油的工艺参数。根据有关资料及单因素试验结果，选择正交表L9(34)，设计正交试验来考察提取温度、时间、料液质量浓度、振荡速率4个因素对蚕蛹出油率的影响，分析最佳提取工艺。正交试验结果见表2，由表2可知，对蚕蛹油提取率影响的大小顺序为料液质量浓度>提取温度>振荡速率>提取时间，最佳工艺条件为A2B3C3D3，即提取温度为40 ℃，提取时间为3 h，料液质量浓度为1∶6 g/mL，振荡速率为160 r/min。以各因素水平为横坐标，蚕蛹出油率的平均值(K值)为纵坐标，绘制各因素与指标效应的曲线图(图6)，可以看出蚕蛹出油率随各因素水平的变化而变化的趋势。

表2L9(34)正交试验结果

因素温度(A)时间(B)料液质量浓度(C)振荡速率(D)出油率/%试验111111955试验212222183试验313332591试验421232455试验522312502试验623122467试验731322429试验832112237试验933232275均值1(K1)22430227972219722440均值2(K2)24747230732304323597均值3(K3)23137244432507324277极差(R)2317164628761837

图6 各因素与指标效应的曲线图

2.3 正交试验优化验证

采用正交试验所得最佳提取工艺在提取温度40 ℃、提取时间3 h、料液质量浓度1：6 g/mL、振荡速率160 r/min进行了3次重复试验，从试验结果可以看出，在该条件下蚕蛹出油率可达到25.96%，经过正交试验筛选出来的提取条件科学合理，结果稳定可靠，具有较好的重复性。

3 结论

本研究采用正交试验方法对蚕蛹油正己烷浸提工艺条件进行了优化。采用正己烷作为浸提溶剂，在降低生产成本、提高时间效率和工业生产效率的基础上，得到提取蚕蛹油的最佳工艺条件：提取温度为40 ℃，提取时间为3 h，料液质量浓度为1：6 g/mL，振荡速率为160 r/min，在该条件下蚕蛹出油率可达到25.96%。

[1] 商务部市场运行和消费促进司.商务部办公厅、农业部办公厅关于做好2015年度全国桑蚕种、茧、丝生产指导服务工作的通知[EB/OL].中华人民共和国商务部，(2015-03-31)[2015-04-03].http：//www.mofcom.gov.cn/article/h/redht/201504/20150400934620.shtml.

[2] 黄先智.我国蚕桑产业转型问题研究[D].重庆：西南大学，2013：1-2.

[3] 孙丽莎，陈青，顾雯雯，等.蚕蛹在畜禽饲料中的应用[J].饲料与畜牧，2013(7)：32-35.

[4] ZHOU J，HAN D X.Proximate，amino acid and mineral composition of pupae of the silkworm Antheraea pernyi in China[J].Journal of food composition and analysis，2006，19(8): 850-853.

[5] 刘静，徐立，黄先智.蚕蛹的生物活性成分及药理作用研究进展[J].食品科学，2012，33(17)：303-307.

[6] 毛平生，吴繁强，杜贤明，等.蚕蛹综合利用综述[J].蚕桑茶叶通讯，2007(4):1-4.

[7] SWANSON D，ROBERT B，SHAKER A M.Omega-3 fatty acids EPA and DHA：Health benefits throughout life[J].Advances in Nutrition，2012(3)：1-7.

[8] 衣丹，林学政，沈继红，等.共轭亚油酸降血脂及抗动脉粥样硬化作用的研究[J].现代生物医学进展，2011，11(7)：1 228-1 230.

[9] 黄静，廖爱美，潘文娟，等.家蚕蛹油对大鼠肝脏脂质代谢及相关酶活性的影响[J].食品科学，2011，32(5)：273-276.

[10]SINEAD T，BRENDAN H，HELEN M R，et al.Profound resolution of early atherosclerosis with conjugated linoleic acid[J].Atherosclerosis，2006，187(1)：40-49.

[11]毛童俊，陈伟平，高秋萍，等.蚕蛹油对糖尿病大鼠血糖及氧化应激的影响[J].营养学报，2010(3)：253-256.

[12]梁光平.用蚕蛹生产太古油[J].今日科技，1990(1):5.

[13]郭学阳，温占平.环氧蛹油增塑剂的生产[J].河北化工，1991(2)：2.

[14]许晋，李竞，黄先智.影响蚕蛹油酸败的因素研究[J].丝绸，2011，48(5)：7-9.

[15]李小鹏，董文斌.植物油脂提取工艺研究新进展[J].现代商贸工业，2007，19(8)：201-202.

2015-08-10;接受日期：2015-11-10

安徽省农业科学院学科建设项目(编号 14A0607)；安徽省农业科学院院长青年创新基金项目(编号 15B0626)；安徽省农业科学院科技创新团队项目(编号 15C0606)；安徽省农业科学院种子工程项目(编号14D0606)。

信息：范涛(1962—)，男，硕士，研究员。 Tel：0551-66826686，E-mail:fantao1116@163.com

S886.9

B

1007-0982(2016)01-0031-05

第1作者信息：张丽丽(1984—)，女，安徽合肥，博士，助理研究员。 E-mail:llzhang818@163.com