蚕蛹油的碱炼工艺研究

侯清娥，王录军，赵宪林，薛　萍

（渭南职业技术学院，陕西渭南　714000）



蚕蛹油的碱炼工艺研究

侯清娥，王录军，赵宪林，薛萍

（渭南职业技术学院，陕西渭南714000）

摘要：以石油醚为溶剂提取获得蚕蛹毛油，碱炼法进行脱酸精炼、单因素试验和正交试验，分析了脱酸工艺中碱液浓度、碱炼温度、搅拌速度及碱炼时间等关键因素对酸价及得率的影响，确定了碱炼精制蚕蛹油最佳工艺，并对其进行了成分分析。结果表明，碱炼蚕蛹油最佳反应条件为NaOH水溶液浓度16°Bé，碱炼温度35～70℃，搅拌速度20 r/min，碱炼时间30 min，酸价值由17.40 mg KOH/g降到低于0.2 mg KOH/g，且保证得率大于65％。

关键词：蚕蛹油；碱炼；酸值

蚕蛹（Silkworm pupa）为蚕蛾科昆虫家蚕（Bombyx moilL L.）的蛹，既是一种高营养的美食，也是一味中药，具有和脾胃、祛风湿、长阳气之功效，自古以来就得到广泛应用[1]。蚕蛹油含有较丰富的脂溶性维生素、微量元素及脂肪酸[2-3]，特别是人体必需的油酸、亚油酸和亚麻酸等多种不饱和脂肪酸，占游离脂肪酸的75％以上，其中α-亚麻酸含量高达30.24％[4-5]。α-亚麻酸能在体内经脱氢和碳链延长合成二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）等代谢产物，是维系人类脑进化的生命核心物质，具有增长智力、保护视力、延缓衰老等多种功能，能够有效地抑制血栓性疾病，预防心肌梗死、脑梗死，降血脂、降血压，抑制出血性脑中风和癌症的发生与转移，预防和抑制老年性痴呆等[6-7]。同时，人体必需脂肪酸中亚油酸与亚麻酸摄入的比值非常重要，2001年国家营养学会提出应为4∶1～6∶1，我国近些年部分发达地区人们对2种必需脂肪酸的摄入量已经高达20∶1～30∶1，比例严重失衡，这是造成多种慢性病发病率不断上升的重要原因[8]。

我国是养蚕大国，蚕茧产量居世界首位，占世界总产量的70％，年产鲜蚕蛹超50×104t[1]。同时蚕蛹是丝绸工业的大宗副产品，年产缫丝副产物干蚕蛹9×104～15×104t，但目前大量蚕蛹基本上用作饲料和肥料，其资源利用率和附加值低[6]。本文从碱炼法对蚕蛹油的精炼着手，以酸值及得率为指标，分析各种因素对其精炼工艺的影响，确定最佳工艺条件，为蚕蛹油的开发利用提供依据。

1材料与方法

1.1原料、试剂及仪器设备

1.1.1原料与试剂

蚕蛹，安康百瑞茧丝绸责任有限公司提供；无水乙醇、乙醚、石油醚（沸程60～90℃）、氢氧化钠、氢氧化钾、邻苯二甲酸氢钾等均为分析纯，西安和平化玻公司提供。

1.1.2主要仪器

DF- 101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市英峪予华仪器厂产品；800B型台式离心机，上海安亭科学仪器厂产品；高速万能粉碎机、HH- S4型电子恒温水浴箱，北京科伟永兴仪器有限公司产品；RE- 52型旋转式蒸发器，上海安亭试验仪器有限公司产品；SHZ- D（Ⅲ）型循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限公司产品。

1.2试验方法

1.2.1原料预处理

将蚕蛹分选，清洗后烘干，利用高速粉碎机粉碎成蚕蛹粉备用。

1.2.2蚕蛹油提取[9]

适量蚕蛹粉置索氏提取仪中，按固液比1∶4 （W/V）加入石油醚溶剂，在80℃下回流浸提9～12 h，分离蚕蛹渣与油液，蒸馏回收溶剂，干燥后称质量，即得蚕蛹油（此为毛油），毛油提取率=（毛油质量/蚕蛹质量）×100％。

1.2.3毛油酸值的测定

参考GB 5530—2005油脂酸价测定方法[10]，精确称取油样3～5 g（精确至0.001 g）于锥形瓶中，加入50 mL乙醚与乙醇配比为2∶1的混合液，摇匀使油样溶解，加入4滴酚酞，然后用0.1 mol/L氢氧化钾标准溶液滴定至淡红色，颜色出现30 s不褪色为终点。

1.2.4精炼油的酸值及产率的计算

酸值测定同1.2.3。

1.2.5蚕蛹油碱炼脱酸的单因素试验

从碱液浓度、碱炼时间、搅拌速度、碱炼温度4个因素着手，所选各因素及其水平为碱液浓度[11]14，16，18，20，22，24°Bé；碱炼温度30～60，30～65，35～60，35～65，40～70℃；搅拌速度15，20，25，30，35 r/min及碱炼时间20，25，30，35，40 min。

具体操作：油样10 g，适当碱炼温度、搅拌速度（55 r/min）条件下，将一定浓度碱溶液缓慢连续加入，加碱完毕继续快速搅拌至油、皂呈现明显分离。改为慢速搅拌并适当快速升温，以不小于1℃/min为宜。当碱炼温度升至终温，皂粒基本形成完好，油、皂明显分离时，静置、离心（3 000 r/min，10 min），得脱酸油升温至85℃，蒸馏水洗5～6次至中性。将油放入烘箱，在100～105℃下烘2 h去处脱酸油中残留水分，冷却至室温，称量计算精炼率并检测酸值，从而选出合适的工艺条件。

1.2.6正交试验

通过单因素试验，选取碱液浓度、碱炼温度、搅拌速度及碱炼时间的最佳值，以蚕蛹油碱炼油酸值及得率为指标，采用正交表L9（34）进行，将试验进行蚕蛹油碱炼脱酸工艺条件优化。

正交设计L9（34）因素与水平设计见表1。

表1　正交设计L9（34）因素与水平设计

2结果与分析

2.1毛油得率及酸值

通过1.2.2及1.2.3方法的测定，毛油产率及酸值分别为30.58％，17.40 mg KOH/g。

2.2脱酸工艺单因素试验结果

2.2.1不同NaOH溶液浓度对蚕蛹油碱炼效果的影响

在碱炼温度、搅拌速度、碱炼时间一定的条件下，考察不同碱液浓度碱炼效果的影响。

不同NaOH溶液浓度对蚕蛹油碱炼油酸值及得率的影响见图1。

图1　不同NaOH溶液浓度对蚕蛹油碱炼油酸值及得率的影响

由图1可知，随着NaOH溶液浓度的升高，碱炼油的酸值降低，且均小于0.25。当NaOH溶液浓度为16°Bé时，碱炼油酸值降至0.167 mg KOH/g；继续增加NaOH溶液浓度，碱炼油酸值降低幅度很小。同时，碱炼油得率随NaOH溶液浓度的减小而增加，从酸值和得率综合考虑，确定NaOH溶液合适的浓度应为16°Bé。

2.2.2不同碱炼温度对蚕蛹油碱炼效果的影响

在NaOH溶液浓度、搅拌速度、碱炼时间一定的条件下，考察不同碱炼温度对碱炼油效果的影响。

不同碱炼温度对蚕蛹油碱炼油酸值及得率的影响见图2。

图2　不同碱炼温度对蚕蛹油碱炼油酸值及得率的影响

由图2可知，随着碱炼温度增加，碱炼油酸值降低，因为碱炼温度升高，碱炼油的黏度下降有利于油剂反应与分离。当碱炼温度为35～60℃时，碱炼油酸值降到0.118 mg KOH/g，得率为65％；继续提高碱炼温度，碱炼油酸值下降趋势缓慢。同时碱炼温度过高时，会使未反应中性油被皂化的概率增加，从而导致碱炼油得率反而降低。由图2还可以看出，不同碱炼温度下，碱炼油酸值均小于0.2 mg KOH/g。故从碱炼油酸值和得率综合考虑，本试验确定碱炼蚕蛹油最优碱炼温度为35～60℃。

2.2.3不同搅拌速度对蚕蛹油碱炼效果的影响

在NaOH溶液浓度、碱炼温度、碱炼时间一定的条件下，考察不同搅拌速度（终速）对蚕蛹油碱炼效果的影响。

不同搅拌速度对蚕蛹油碱炼油酸值及得率的影响见图3。

图3　不同搅拌速度对蚕蛹油碱炼油酸值及得率的影响

由图3可知，在不同搅拌速度下所得碱炼油酸值均小于0.18 mg KOH/g；当搅拌速度为25 r/min时，碱炼油得率最高，故合适的搅拌速度为25 r/min。

2.2.4不同碱炼时间对蚕蛹油碱炼效果的影响

在NaOH溶液浓度、碱炼温度、搅拌速度一定的条件下，不同碱炼时间对蚕蛹油碱炼效果的影响。

不同碱炼时间对蚕蛹油碱炼油酸值及得率的影响见图4。

图4　不同碱炼时间对蚕蛹油碱炼油酸值及得率的影响

由图4可知，随着碱炼时间的延长，所得碱炼油酸值在减小。当碱炼时间为30 min时，其酸值最低；再延长碱炼时间酸值不再下降，反而有所上升。综合考虑酸值和得率，碱炼时间应以30 min为最佳。

2.3正交试验结果及极差分析

2.3.1蚕蛹油精炼正交试验结果正交试验方案及结果见表3。

表3　正交试验方案及结果

2.3.2脱酸工艺对蚕蛹油酸值的影响

从表3中的各因素极差结果可见，各因素对试验影响的主次顺序为B＞A＞D＞C。显然，对蚕蛹油碱炼油酸值影响最大的是碱炼温度，其次是碱液浓度，再次是碱炼时间，最后是搅拌速度。各因素的最优水平组合为A3B3C1D1，即NaOH溶液浓度14°Bé，碱炼温度35～70℃，搅拌速度20 r/min，碱炼时间25 min。

各因素不同水平对蚕蛹油碱炼油酸值影响趋势见图5。

图5　各因素不同水平对蚕蛹油碱炼油酸值影响趋势

由图5可知，NaOH溶液浓度越大越好，但浓度过高会使中性油损失过大，影响碱炼的效果，所以可在大于18°Bé的一定范围内再做进一步探索。从碱炼温度对值的影响可以看出，在考察范围内总体碱炼温度越低越好，这是因为一定的低温可使碱与游离脂肪酸完全中和。所考察范围的搅拌速度对值的影响不大，碱炼时间在25～30 min可得到较好值。

2.3脱酸工艺对蚕蛹油得率的影响

由表3可知，不同因素组合对蚕蛹油碱炼油得率有不同程度的影响。正交试验因素的极差R大小顺序为A＞C＞B＞D。可见影响碱炼油得率最主要的因素是NaOH溶液浓度，其R为3.167；碱炼时间的影响因素最小，仅为1.300。各因素的最优水平组合为A1B3C1D2，即NaOH溶液浓度14°Bé，碱炼温度35～70℃，搅拌速度20 r/min，碱炼时间30 min。

各因素不同水平对蚕蛹油碱炼油得率影响趋势见图6。

图6　各因素不同水平对蚕蛹油碱炼油得率影响趋势

由图6可知，碱炼油得率随各因素变化的趋势，由表3和图6可以得出，NaOH溶液浓度越低越好，但碱液浓度过低，游离脂肪酸中和不完全，杂质不能被充分作用，皂粒不能很好絮凝，从而碱炼成品油品质差。从碱炼温度对K值的影响可以看出，在考察范围内碱炼温度越高越好，一定的高温利于油皂的分离，提高成品油的得率[12-14]。所考察范围的搅拌速度及碱炼时间对K值得影响不大。

2.4精制蚕蛹油成分分析结果

蚕蛹油成分组成和含量见表4。

表4　蚕蛹油成分组成和含量

由西安市质检所测定的结果可知，通过石油醚溶剂提取精制的蚕蛹油，其总脂肪含量高达99.0％，不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸、γ-亚麻酸、α-亚麻酸）占脂肪酸含量的比高达75.2％，亚麻酸的含量占脂肪酸含量的30.2％。

3　结论

由于蚕蛹油具有酸值较高和营养成分丰富的特点，而脱酸又作为影响蚕蛹油精炼品质的关键步骤。因此，在选择脱酸方法时，首先要求所选工艺能够适应较高酸值，其次要求最大限度地减少炼油损耗并保持蚕蛹油的营养特色。脱除油脂中的游离脂肪酸最常用的方法是碱炼，工业生产中脱酸最常用的碱为NaOH，它不仅可以有效脱除油脂中的游离脂肪酸，生成的皂与油易分离，而且在碱炼过程中又有较明显的脱臭、脱渣及部分脱色辅助作用。该工艺克服了物理蒸馏法、溶剂浸出膜分离法、生物酶法等在应用过程中出现的缺点，具有成本低、工艺流程简单、反应条件易控、营养成分破坏少、成品油品质好等优势。

本文应用碱炼法对蚕蛹油精炼，通过正交试验，以酸值和得率2个指标综合考虑最佳条件为NaOH溶液浓度16°Bé，碱炼温度35～70℃，搅拌速度20 r/min，碱炼时间30 min，通过精炼蚕蛹油的酸价由17.40 mg KOH/g降为小于0.2 mg KOH/g，外观清澈、透明，色泽为淡黄色；且保证得率大于65％，取得了理想的效果。

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Study on the Alkali- refining Process of Silkworm Pupa Oil

HOU Qing'e，WANG Lujun，ZHAO Nilin，XUE Ping
（Wennan Vocational and Technical College，Wennan，Shaanxi 714000，China）

Abstract：The method for extracting Silkworm pupa crude oil with organic solvent of petroleum is investigated. The silkworm pupa oil is refined with alkali- refine processing method in this paper. And the influences of concentration of alkali liquor，reaction temperature，stirring speed，reaction time on Silkworm pupa oil are analyzed by single factor and orthogonal test experiments，and finally the optimal conditions of alkali- refining silkworm pupa oil are confirmed. The components of the refined Silkworm pupa oil is also analyzed. The results show the optimal test parameter: alkali concentration is 16°Bé，alkali- refining temperature 35～70℃，stirring speed is 20 r/min，alkali- refining time is 30 min. Under this condition，the acid value of crude Silkworm pupa oil could be reduced from 17.40 mg KOH/g to less than 0.2 mg KOH/g，and the yield is more than 65.0％.

Key words：Silkworm pupa oil；alkali- refining；acid value

作者简介：侯清娥（1983—），女，硕士，助教，研究方向为水产品深加工。

基金项目：渭南市科技创新扶持资金项目（2014TCPT- 7）。

收稿日期：2016- 01- 12

文章编号：1671- 9646（2016）03a- 0026- 04

中图分类号：S886.9

文献标志码：A

doi：10.16693/j.cnki.1671- 9646（X）.2016.03.007