柞蚕油分子蒸馏纯化工艺的研究

王朝臣，简华，李炜，安洋

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

中国是柞蚕的发源地[1]，柞蚕茧产量占世界总产量的90%左右，柞蚕资源蕴藏量十分丰富，便于规模开发利用。柞蚕属食、疗同源昆虫，营养性、功能性已经得到了国内外专家的一致认可[2～4]。柞蚕脂肪总量的76%左右都为不饱和脂肪酸，含有丰富的α-亚麻酸、EPA、γ-亚麻酸、亚油酸和β-蜕皮激素等。柞蚕含有丰富的脂肪，其脂肪酸含量组成合理，不饱和脂肪酸含量高达75%，均是人体必须的脂肪酸，而且还含有丰富的亚麻酸。柞蚕含有丰富的矿物质、微量元素、维生素、细胞色素C、保幼激素、蜕皮激素、脑激素等多种功能性成分，具有促进脂类代谢、影响糖代谢、保护视力、促进核酸和蛋白质的合成、免疫调节等多种功能性[5～7]，柞蚕油保健功效好、营养价值高，具有很高的利用价值。

表1 5龄柞蚕与常见食物脂肪酸含量的比较/%

柞蚕油的提取方法主要有水蒸气蒸馏法、浸提法、超临界萃取法等。其中水蒸气蒸馏法、浸提法明显破坏柞蚕油中的功能性成分，经超临界萃取及超声波强化超临界CO2萃取得到的柞蚕油的成分较复杂，柞蚕油略显粘稠，存在杂质和轻组分烯类等化合物，有效成分还需要进一步富集纯化[7]。

分子蒸馏技术是基于在一定的温度和真空度下混合物不同组分分子运动的平均自由程的差异而进行液-液分离或纯化的技术[8～10]。该技术利用液体混合物各分子受热后会从液面逸出，并在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一个冷凝面，使轻分子不断逸出，而重分子达不到冷凝面，轻分子只走了很短的距离即被冷凝，从而打破动态平衡[11]。分子蒸馏的特点在于真空度高、蒸馏温度较低且物料受热时间短，适用于柞蚕油热敏性物质的分离纯化。创新采用离心式分子蒸馏器对经过超声波强化超临界CO2萃取的柞蚕油进行纯化，可以得到高纯度的柞蚕油和较高的经济效益。

1 材料与方法

1.1 材料及主要仪器

柞蚕5龄（辽宁省丹东市产柞蚕属柞蚕种柞蚕，品种为“抗大”）；数控超声波清洗器KQ5200DB（昆山超声仪器有限公司）；超临界萃取装置MODEL260（德国ISCO公司）；短程分子蒸馏器BH-100（天津渤海职业技术学院自制）；冷冻干燥机LGJ-25（北京四环科学仪器厂）；电子天平ALC-210.4（Sartorius group）；恒温数显水浴锅DZKW-D（河北黄骅市航天仪器厂）；型烘箱101-3C（上海实验仪器厂）；高速粉碎机FW100型（天津泰斯特仪器有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 超临界CO2萃取柞蚕油的工艺过程

选取5龄柞蚕，冷冻干燥后用粉碎机将干燥后柞蚕进行粉碎，过80目筛得到预处理柞蚕粗粉。将处理好的柞蚕粉投入超临界萃取釜中，当温度分别达到预定温度时，打开CO2气瓶送气，当压力达到预定压力时，调节流量，恒温恒压下开始萃取并计算萃取时间，间隔一定时间从解析釜出口处收集柞蚕油。

1.2.2 柞蚕油分子蒸馏纯化工艺流程

柞蚕油从蒸发器的顶部加入，经蒸馏器转子上的料液分布器将柞蚕油均匀分布在加热面上，刮膜器将柞蚕油刮成一层呈湍流状的极薄液膜以螺旋状向下推进。柞蚕油轻分子从加热面上逸出，遇到内置冷凝器上冷凝，并顺着冷凝器管流下通过位于蒸发器底部的出料管排出。重分子（即残液）在加热区下的圆形通道中收集，从侧面的出料管中排出。

图1 柞蚕油分子蒸馏过程

1.2.3 柞蚕油分子蒸馏纯化工艺条件优化

柞蚕油分子蒸馏纯化工艺受不同的温度、压力、离心转数等因素影响，在单因素实验的基础上应用 SAS 统计软件（SAS Inc，Cary，NC）的多因素实验设计与数据分析统计，选择对柞蚕油纯度 (Y)有显著影响的因素（X1、X2、X3），考察它们的交互作用对提取率的影响，实验因素与水平见表2。根据Box-Behnken的中心组合试验设计原理，以X1、X2、X3为自变量，提取率（Y）为响应值，绘制等值线与响应面图。

表2 分子蒸馏纯化响应面分析水平因素设计

2 结果与讨论

应用SAS的多因素实验设计与数据分析统计功能，优化柞蚕油分子蒸馏纯化工艺条件。响应面实验中以柞蚕油纯度(Y)作为响应值进行三因素三水平的SAS响应面分析实验，实验以温度、压力、离心转数为自变量，方案与结果见表3。

由上面响应面分析实验，得到柞蚕油分子蒸馏纯化实验的最佳工艺参数为：温度15℃、压力为40Pa、离心转数300r/min。运用SAS多因素分析程序对响应值进行回归分析，经回归拟和后得到回归方程：

可信度分析见表4。

表4 反应曲面模型的统计量分析

表4中复相相关系数的平方R2=92.85%，说明由这三个因素及其二次项能解释柞蚕油纯度变化的92.85%，柞蚕油纯度的变异系数为3.794259，回归方程拟合程度较好。

表5 响应面的规范分析结果

由以上SAS响应面分析实验及表5结果可知，Y的最大估计值92.7433。

3 结论

通过响应面分析实验确立了最优的柞蚕油分子蒸馏纯化工艺。通过实验得出柞蚕油最佳纯化条件为：温度15℃、压力为40Pa、离心转数300r/min，柞蚕油的纯度可达92.74%，得到了较好的结果。

分子蒸馏技术应用于柞蚕油纯化方面具有独特的优势，通过实验证明能在较低的温度和压力下，在较短的时间内对具有高附加值的热敏性柞蚕油进行纯化[12、13]，操作时间短、对柞蚕油营养成分破坏小、产品纯度及收率高。随着人们对高品质和天然绿色产品的追求，以及我国中药现代化发展，采用分子蒸馏法纯化柞蚕油，得到了高品质的柞蚕油产品，拓展了分子蒸馏技术在中药现代化、产业化中的应用，大大降低了成本、分离效率高，可带来极好的社会效益、经济效益和生态效益，具有广阔的应用前景。