超声微波协同萃取鸡蛋卵磷脂的工艺优化

张椿，吴昊，2，*，周旋，李娟

（1.徐州工业职业技术学院化学工程技术学院，江苏徐州221140；2.中国矿业大学化工工程学院，江苏徐州 221116）

卵磷脂是一种含磷酸的脂类化合物[1]。目前研究卵磷脂的原材料主要有植物来源的大豆和动物来源的禽蛋，其中在鸡蛋黄中卵磷脂的含量高达8%～10%。它不仅具有促进脂肪代谢，改善肌肉生长，预防心脑血管疾病，治疗动脉硬化，提高脑活力等生理功能[2-6]，同时还具有很好的抗氧化力[7-8]和乳化作用[9]。

我国卵磷脂资源丰富，由于工艺研究起步较晚，生产加工技术存在缺陷，大多数生产企业得到粗制品，只能出口到国外，降低了卵磷脂的附加价值，造成了资源的浪费，如何提高卵磷脂的得率和优化卵磷脂的生产工艺是当前卵磷脂行业研究的热点[10-14]。

当前文献中提取鸡蛋卵磷脂的方法主要为有机溶剂萃取法、酶解法、超临界CO2萃取法等方法[15]。有机溶剂萃取法应用比较普遍，但它会存在有效成分得率不高、磷脂容易被氧化，且有机溶剂用量大回收困难等问题，因而逐渐被淘汰；酶解法虽然能提高卵磷脂的得率，但会引入新的蛋白质，给后续分离带来困难；超临界CO2萃取法具有高效、萃取得率高、产物分离较为方便等优点，但由于设备费用昂贵，需要在较高的压力下进行，成本高，因而应用受到限制。

超声波与微波提取法是现阶段发展的新型提取方法。超声波提取法是运用超声波产生强烈机械震动、空化效应和搅拌作用，破坏组织细胞壁结构，使有效活性成分溶出，但是超声波提取热效应不是很强，很难达到提取温度；微波提取法是利用电磁波强大作用穿透提取介质，具有快速、节能、节约溶剂、污染小等特点，但不适用于对热不稳定的物质，而且加热不均。本研究采用超声波与微波协同萃取方法能够弥补各自的缺陷，可以提高卵磷脂的得率[16-17]。本文选择以超声微波协同萃取时间、乙醇浓度、超声微波协同萃取功率、料液比4个影响因素，采用四因素三水平正交试验优化鸡蛋卵磷脂工艺参数，为超声微波协同萃取卵磷脂生产提供基础研究数据和参考。

1　材料与方法

1.1　材料与试剂

鸡蛋：徐州家乐福超市；无水乙醇、丙酮（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2　仪器与设备

超声微波协同萃取仪器（CW-2000）：上海新拓分析仪器科技有限公司；电子天平（FA1204B）：上海佑科仪器仪表有限公司；调温电热套（DTZW）：北京市永光明医疗仪器有限公司；电热真空干燥箱（DZG-6090）：上海森信实验仪器有限公司；循环水式多用真空泵（SHB-III）：郑州长城科工贸有限公司；旋转蒸发器（R206D）：上海申生科技有限公司。

1.3　方法

1.3.1　蛋黄的预处理

将购买的新鲜鸡蛋清洗干净，置于1 000 mL烧杯中，加入600 mL自来水，用调温电热套加热20 min后冷却10 min，剥去蛋壳，去除蛋白，取蛋黄放入干净的研钵中碾碎并搅拌均匀，取样称重待用。

1.3.2　超声微波协同萃取工艺

准确称取10 g蛋黄放入超声微波协同萃取瓶中，加入一定浓度的乙醇溶液，并振荡摇匀，使蛋黄与乙醇溶液完全接触。在时间程序下设置一定的微波功率与萃取时间，开超声开关（超声功率50 W频率40 kHz）进行超声微波协同萃取。

1.3.3　卵磷脂的处理

萃取结束，将提取物进行真空抽滤，所得滤液转移至旋转蒸发仪中浓缩至二分之一体积，加入浓缩液一半体积的丙酮溶液使卵磷脂沉淀，放置15 min后进行二次抽滤，取出沉淀物，置于真空干燥箱中温度40℃，烘干至恒重，即为粗卵磷脂[18]。

1.4　鸡蛋卵磷脂得率的计算

式中：Y为卵磷脂得率，%；m为粗卵磷脂的质量，g；M 为蛋黄的质量，g。

1.5　工艺优化试验

1.5.1　萃取工艺单因素试验

探讨超声微波时间、功率、乙醇浓度和料液比4个单因素对卵磷脂得率的影响，确定单因素的最佳工艺参数。

1.5.2　萃取工艺正交试验

按照单因素试验，设计了超声微波时间、超声微波功率、乙醇浓度以及料液比四因素三水平进行正交试验。试验因素水平见表1。

表1　正交试验因素水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

2　结果与分析

2.1　单因素试验结果分析

2.1.1　超声微波协同萃取时间对卵磷脂得率的影响

称取10 g蛋黄，按1∶4（g/mL）的量添加体积分数为80%的乙醇溶液，在超声微波功率100 W的情况下，探讨 10、20、30、40、50 s不同提取时间对卵磷脂得率的影响，见图1。

图1　提取时间对卵磷脂得率的影响Fig.1　Influence of time on lecithin yield

从图1可以看出，卵磷脂得率随着时间的增加逐渐呈上升趋势，主要原因就是超声微波时间的增加，使得蛋黄在乙醇溶液中的扩散速率增强，卵磷脂的溶解度相应提高，因此卵磷脂的得率增加；但30 s之后卵磷脂的得率增加趋势不再显著，主要原因是蛋黄卵磷脂在乙醇溶液中随时间的延长使其浓度差变小，相反溶剂中的卵磷脂浓度增大，使卵磷脂分子向溶剂方向的扩散速率变小，卵磷脂的得率逐渐达到了饱和状态[19]。另外，超声微波协同萃取随着时间的增加，溶液温度进一步增加，尽管溶液温度的升高有利于卵磷脂分子的扩散，增加了卵磷脂分子向溶剂中的渗透速率，但由于卵磷脂对于温度比较敏感，会使部分卵磷脂失活，这种因温度的升高造成了卵磷脂的损失抵消了因温度升高带来的卵磷脂渗透速率的增加，致使卵磷脂得率增加缓慢[20]，因此萃取时间单因素选择30 s为卵磷脂的最佳提取时间。

2.1.2　超声微波协同萃取功率对卵磷脂得率的影响

称取 10 g蛋黄，按照 1∶4（g/mL）的料液比，加入浓度为80%的乙醇溶液，在超声微波协同萃取时间为20 s时，探讨超声微波功率在 400、500、600、700、800 W不同功率下对卵磷脂得率的影响，见图2。

图2　微波功率对卵磷脂得率的影响Fig.2　Influence of microwave power on lecithin yield

由图2能够观察到，随着功率的增加，蛋黄卵磷脂的得率也明显增加，这是因为超声微波功率越大产生的震动越强烈，随之产生了高的热效应和加速度[21]使得卵磷脂的得率增大。在600 W到700 W时卵磷脂得率增加非常迅速，原因是超声微波功率的增加会使得超声波强度大幅的增加[22]，从而加剧了分子运动，对蛋黄的破坏力加强，可以更好的使溶剂渗透到细胞内部[23]，从而使得卵磷脂的得率提高。所以超声微波提取方法是一种非常高效的提取卵磷脂的方法。但是从试验可以观察到，超声微波功率过大时，会导致乙醇沸腾非常迅速从而冲出冷凝管，影响试验的进行，所以超声微波功率不宜过大。本试验选择700 W为最优的超声微波功率。

2.1.3　乙醇浓度对卵磷脂得率的影响

称取10 g蛋黄，在超声微波功率100 W，时间为40 s时，按照料液比 1∶4（g/mL）的量，探讨 60%、70%、80%、90%、100%不同浓度乙醇溶液对卵磷脂得率的影响，见图3。

图3　乙醇浓度对卵磷脂得率的影响Fig.3　Influence of ethanol concentration on lecithin yield

由图3可以观察到，当乙醇浓度增大时，卵磷脂的得率也随之增大。在浓度为80%时，卵磷脂的得率达到了最大，根据相似相容原理，乙醇的亲水性可以调节卵磷脂的亲油性[24]，而且乙醇中含有适当的水分能与卵磷脂的性质越来越接近，这样既可以提高卵磷脂的溶解度又会破坏蛋白质与脂肪酸的结合，所以卵磷脂的得率达到了最大值[24-26]。在80%以后，卵磷脂的得率出现下降的趋势，一方面是由于乙醇体积浓度增大，造成溶液极性小，使得卵磷脂不能完全被提取出来[27]，另一方面90%和100%的乙醇溶液提取出来的粗卵磷脂是沉淀在杯子底部的，很难将其完全取出，造成部分卵磷脂的损失。引起卵磷脂沉于烧杯底部可能是因为高浓度的乙醇会使卵磷脂中的蛋白质沉淀析出所致。因而本试验选取80%为最佳的乙醇浓度。

2.1.4　不同料液比对卵磷脂得率的影响

称取10 g蛋黄，加入80%的乙醇溶液，在超声微波协同萃取时间为20 s、功率为100 W时，探讨1∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（g/mL）不同料液比对卵磷脂得率的影响，见图4。

通过图4可以看出，料液比为 1∶1、1∶2、1∶3（g/mL）时，卵磷脂的得率上升趋势缓慢，这是因为过少的料液比会使得卵磷脂不能完全的溶解[28]，所以卵磷脂的得率增加幅度缓慢。当料液比达到1∶4（g/mL）时，卵磷脂的得率达到了最大，出现此现象的原因是乙醇溶液用量的增大，促使蛋黄与乙醇充分的溶解，从而增加了接触面积，提高了卵磷脂的扩散速率，因此卵磷脂的得率也相应增大[29-30]。但是当料液比一直持续增大时，卵磷脂的得率增加趋缓，这是因为在1∶4（g/mL）之后卵磷脂的溶解能力达到了饱和状态，因此选取1 ∶4（g/mL）的最佳料液比。

图4　料液比对卵磷脂得率的影响Fig.4　Influenceof solid-liquid ratio on lecithin yield

2.2　正交试验结果分析

在上述单因素试验的基础上，对卵磷脂的得率进行正交试验分析，结果见表2，并对试验结果进行方差统计分析，结果见表3。

表2　L9（34）正交试验结果与分析Table 2Results and range analysis of L9（34）orthogonal experiment

由表2能够观察到，各因素对卵磷脂得率影响的因素为：料液比＜微波功率＜乙醇浓度＜超声微波萃取时间，影响最小的就是料液比，超声微波萃取时间影响最大，提取条件的最佳组合为A3B2C1D2，具体来说，超声波微波协同萃取卵磷脂的最优工艺条件为：料液比1∶4（g/mL），乙醇浓度70%，微波功率700 W和提取时间40 s。

表3　正交试验方差分析表Table 3　Variance analysis of orthogonal experiment

由表3可知，从F值和F临界值的比较可以看出，对卵磷脂得率影响差异显著的因素是超声微波萃取时间，p＜0.05。

2.3　最优提取工艺验证

在此最优提取条件下进行3次验证试验，结果见表4。

表4　最佳萃取工艺试验结果Table 4　Test results of the optimum extract process

由表4可以看出，3次平行试验的平均值得率是7.3%，相对标准误差是1.36%，表明该工艺数据结果可靠。

3　结论

通过单因素试验的基础和正交试验的优化，得出超声波-微波协同萃取鸡蛋卵磷脂的最佳工艺条件为：提取时间40 s，乙醇浓度70%，超声微波功率700 W，料液比 1 ∶4（g/mL），在最优条件下，鸡蛋卵磷脂的得率达到最大值7.5%。超声微波协同萃取卵磷脂较传统的提取方法具有节约时间，能耗低等优点，是目前卵磷脂提取的一种新型方法，为鸡蛋的深加工和工业化生产提供借鉴和参考。

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