蚕蛹油的提取及其组分分析*

蔡沙，何建军，施建斌，陈学玲，关健，吴恢，范锦，梅新

1(湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北武汉，430064)

2(湖北省农业科学院经济作物研究所，湖北武汉，430064)

我国蚕蛹资源丰富，每年可副产约50万t干蚕蛹［1］。蚕蛹中油脂含量十分丰富，约占蚕蛹干基的25%～30%，且油脂总量的70%左右为不饱和脂肪酸，主要由油酸、α-亚麻酸、亚油酸类物质组成［2-3］。这些不饱和脂肪酸对心脑血管、肝炎、肝硬变、糖尿病、高血压等疾病具有很好的辅助治疗作用，还能促进脑内核酸蛋白质及单胺类神经递质的合成，明显提高智力和视力，改善记忆［4-7］。因此，蚕蛹油中多不饱和脂肪酸的开发具有巨大的应用前景。油脂提取常用的方法有压榨法、有机溶剂浸提法、超临界CO2萃取法和亚临界萃取法等［8-11］。

在前人研究中，有关蚕蛹油提取工艺报道较多，而对于蚕蛹油精炼方法及工艺研究较少，本研究在前人工作基础上，较为系统的研究了蚕蛹油提取工艺，通过单因素试验，对有机溶剂的种类和振荡频率进行考察，采用正交试验优化蚕蛹油提取工艺，并探究了碱浓度和超碱量对精炼效果的影响，采用气相色谱对精炼后蚕蛹油脂肪酸组成进行了分析。

1 材料与方法

1.1 材料与主要仪器设备

1.1.1 材料与主要试剂

蚕蛹，湖北省农业科学院经济作物研究所提供;其他试剂均为分析纯，购自国药集团化学试剂公司。

1.1.2 主要仪器设备

LXJ-ⅡC低速大容量多管离心机，上海嘉鹏科技有限公司;2300全自动凯氏定氮仪，瑞典foss公司;FD5-3型冷冻干燥机，美国SIM公司;DGG-9240B电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司;FW-100万能粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司;SHAB恒温振荡器，深圳市瑞鑫达化玻仪器有限公司;100目、400目标准网筛，浙江上虞市龙翔精密仪器厂;TB-114电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司;RE-52AA旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂;7890A-5975C气相色谱质谱联用仪，美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 蚕蛹油提取

蚕蛹油提取工艺:取10 g蚕蛹样品，按一定比例添加有机溶剂，一定温度下水浴振荡提取，随后4 500 r/min离心30 min，干燥沉淀，得残渣质量，计算失重比例，即为蚕蛹油质量。

1.2.2 单因素试验

分别考察有机溶剂种类、正己烷添加量、提取温度、提取时间、振荡频率对蚕蛹油得率的影响，各单因素水平表见表1。

在进行单因素试验，探讨其中一个因素时，其他各因素水平分别为有机溶剂正己烷、正己烷用量4 mL/g、提取温度50℃、提取时间60 min、振荡频率150 r/min。

1.2.3 正交试验

在单因素试验基础上，选取正己烷添加量、提取温度、提取时间和振荡频率进行4因素3水平正交试验，确定蚕蛹油提取最优工艺。

1.2.4 蚕蛹油的精炼

按最佳工艺提取蚕蛹油，将油置于烧杯加热搅拌(温度30℃、转速60～70 r/min)，将配好一定浓度的NaOH溶液按一定超碱量均匀的洒在毛油里，继续搅拌并升高温度。温度升高至65℃，如果皂粒变粗，油皂有明显分离，逐渐降低搅拌速度，最后停止搅拌和加热。趁热迅速离心，使油皂分离。取上层油，用80℃蒸馏水搅拌洗涤(120 r/min)，直至洗液pH值为中性，将精致蚕蛹油放入60℃烘箱中干燥3 h即得精炼蚕蛹油。

在加入超碱量为40%前提下，探讨碱液浓度(10%、12%、14%、16%、18%、20%)对精炼油得率、酸价、碘值以及色泽等指标影响。

在碱液浓度为14%前提下，探讨加入的碱量(20%、30%、40%、50%、60%、70%)对精炼油得率、酸价、碘值以及色泽等指标影响。

1.2.5 测定方法

蚕蛹主要基本成分蛋白质、脂肪、灰分、水分等含量分别参照 GB/T 5009.5-2010、GB/T 5009.6-2010、GB/T 5009.4-2010、GB/T 5009.3-2010。

精炼后蚕蛹油的酸价、碘值的测定分别参照GB/T 5530-2005、GB/T 5532-1995方法进行;精炼后蚕蛹油的脂肪酸组成采用气相色谱进行分析:采用HP-5 石英毛细管柱(30 m ×0.32 mm，0.25 μm);载气为氮气;氢火焰离子化检测器;柱流量1 mL/min;进样量1 μL;不分流模式;进样口温度270℃;升温程序:起始温度130℃保持1 min，以10℃/min升温到185℃，保持20 min，再以5℃/min升温到220℃，然后以30℃/min升温到270℃，保持5 min。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 有机溶剂选择

由表2可见，5种溶剂中，正己烷的提取效果最好，蚕蛹油得率最高，达23.89%，而且得到的蚕蛹油清亮透明，色泽最浅，刺激性气味较淡，品质最好。丙酮提取效果稍次，但是得到的蚕蛹油腥味重，油色混浊，这说明丙酮除了将油脂溶出以外，还同时提取出一些非脂类小分子物质，并且这部分物质有相当一部分是臭味的来源。正己烷是目前油脂工业常用的浸出溶剂之一，对于浸出提取后的油脂精炼和溶剂回收都有非常成熟的工艺和设备。由此，本研究中将选择正己烷为蚕蛹脂肪酸提取的溶剂。

表2 五种有机试剂的提取结果和蚕蛹油的品质比较Table 2 The results of five kinds organic reagent extraction and the comparison of the quality of chrysalis oil

2.1.2 正己烷添加量对蚕蛹油提取效果的影响

正己烷添加量对蚕蛹油得率影响如图1所示。从图1中可以看出，正己烷添加量对蚕蛹油得率有明显影响，随着正己烷添加量升高，蚕蛹油得率呈先上升后下降趋势，正己烷添加量为6 mL/g时，蚕蛹油得率最高，达到24.31%。

图1 不同正己烷添加量下蚕蛹油得率变化情况Fig.1 The influence of differentamount of n-hexane on chrysalis oil yield

2.1.3 提取温度对蚕蛹油提取效果的影响

温度是影响有机溶剂提取蚕蛹油的重要因素，选择合适的提取温度对蚕蛹油的提取非常关键。图2为随着温度变化，蚕蛹油得率变化情况。从图2中可以看出，随着提取温度升高，蚕蛹油得率呈先上升后下降趋势，温度50℃时，得率最高，达到24.50%，继续升温，得率反而下降，当温度升高到80℃时，蚕蛹油得率最低，仅为7.79%，可能由于溶剂沸点68.7℃，在70和80℃时溶剂沸腾导致提取效果不佳。

图2 不同提取温度下蚕蛹油得率变化情况Fig.2 The influence of different extraction temperature on chrysalis oil yield

2.1.4 提取时间对蚕蛹油提取效果的影响

不同浸提时间对蚕蛹油得率的影响如图3所示。从3中可以看出，浸提时间对正己烷提取蚕蛹油的得率有明显影响，随着提取时间延长，蚕蛹油得率呈先上升后趋于平稳的趋势，提取时间90 min时，蚕蛹油得率达到24.64%，继续延长时间，蚕蛹油得率无明显变化，由此说明，在本研究中，提取时间超过90 min后，蚕蛹油已经达到浸出平衡。

图3 不同提取时间下蚕蛹油得率变化情况Fig.3 The influence of different extraction time on chrysalis oil yield

2.1.5 振荡频率对蚕蛹油提取效果影响

不同振荡频率下蚕蛹油得率变化情况如图4所示。从图4中可以看出，随着振荡频率升高，蚕蛹油得率呈先上升后下降变化趋势，振荡频率为120 r/min时，蚕蛹油得率最高，达到24.25%，继续增大振荡频率，蚕蛹油得率反而下降。适当的搅拌或振荡能增加溶剂和物料的接触面积，从而加快边界层的分子扩散，同时振荡也增加了溶剂的流动性，有利于提高油脂分子与溶剂分子之间的对流扩散，然而剧烈的振荡，可能影响物料与溶剂接触，不利于蚕蛹油与有机溶剂间相互溶解，导致蚕蛹油得率下降。

图4 不同振荡频率下蚕蛹油得率变化情况Fig.4 The influence of different oscillation frequency on chrysalis oil yield

2.2 正交试验

在前期单因素试验结果基础上，选取正己烷添加量、提取温度、提取时间、振荡频率等四个因素，进行4因素3水平(表L9(34))正交试验对蚕蛹油的提取工艺条件进行优化，正交试验各因素水平见表3。

表3 正交试验因素水平表Table 3 The level of orthogonal factor

以蚕蛹油得率为考察指标，蚕蛹油提取工艺4因素3水平正交试验结果如表4所示。

表4 L9(34)正交试验结果Table 4 The results of orthogonal test L9(34)

从表4中各因素的极差值可以看出，4个因素对蚕蛹油得率影响大小顺序为:溶剂添加量＞提取时间＞振荡频率＞提取温度。各因素最优水平组合为A3B3C3D2，即为正己烷添加量8 mL/g、提取温度60℃、提取时间120 min、振荡频率120 r/min;而正交试验所探讨的9个处理中，蚕蛹油得率最高的处理中各因素水平组合为A3B1C3D2，即为正己烷添加量8 mL/g、提取温度40℃、提取时间120 min、振荡频率120 r/min，此处理所得蚕蛹油得率为24.49%，随后对这2个组合进行了验证试验，验证结果表明，这2个组合分别所得蚕蛹油得率没有明显差异，考虑到实际生产过程中能耗因素，蚕蛹油提取最优工艺确定为溶剂添加量8 mL/g、提取温度40℃、提取时间120 min、振荡频率120 r/min。

2.3 蚕蛹主要基本成分

蚕蛹干物质中主要成分见表5。从表5中可以看出，蚕蛹干物质主要由蛋白质和脂肪组成，其中蛋白质含量高达54.83%，脂肪含量为26.97%，由此可见，蚕蛹中蛋白质和脂肪含量丰富，是提取制备蛋白质、脂肪的良好来源。

表5 蚕蛹干物质中主要基本成分表 %Table 5 The basic components of dry silkworm chrysalis

2.4 蚕蛹油的精炼

2.4.1 碱液浓度对蚕蛹油精炼效果、酸价和碘值的影响

表6 碱液浓度对蚕蛹脂肪酸精炼的影响Table 6 The influence on the silkworm chrysalis fatty acid refining of alkali concentration

从表6中可以看出，在超碱量一定(40%)时，随着碱液浓度升高，精炼后蚕蛹油得率呈下降趋势，碱液浓度为10%时，精炼后蚕蛹油得率为96.46%，而碱液浓度上升到20%时，油得率仅为49.64%。酸价是反应蚕蛹油中游离脂肪酸含量的一个重要指标，酸价越小，说明油脂质量越好，新鲜度和精炼程度越高。随着碱液浓度升高，蚕蛹油酸价明显下降，碱液浓度超过16%时，酸价下降幅度减缓。精炼过程中碱液浓度升高对于蚕蛹油碘值没有明显影响，而油的色泽随着碱液浓度升高明显变浅。综合精炼后蚕蛹油的得率、酸价和色泽等指标，确定蚕蛹油精炼中碱液浓度为16%。

2.4.2 超碱量对蚕蛹油精炼、酸价和碘值的影响

超碱量对蚕蛹油精炼效果影响如表7所示。从表7中可以看出，在碱液浓度一定(14%)时，随着超碱量升高，精炼后蚕蛹油得率以及蚕蛹油酸价均呈下降趋势，超碱量达70%时，精炼后蚕蛹油得率为53.50%，蚕蛹油酸价为0.17。精炼过程中，超碱量的升高对蚕蛹油碘值没有明显影响，却能明显降低蚕蛹油的色泽。综合考虑油的得率以及酸价指标，确定蚕蛹油精炼中超碱量为50%。

表7 超碱量对蚕蛹油精炼的影响Table 7 The influence on the silkworm chrysalis fatty acid refining of extra alkali concentration

2.5 蚕蛹油脂肪酸组成分析

蚕蛹油脂肪酸组成气相色谱分析结果如表8所示。结果表明，本研究所得最优工艺下提取精炼蚕蛹油主要由α-亚麻酸、软脂酸、油酸、亚油酸、硬脂酸、棕榈油酸、正十三烷酸等组成，其中正十三烷酸在前人研究中较少检测出来。本研究所得蚕蛹油中不饱和脂肪酸含量高达73.66%，尤其是α-亚麻酸含量高达54.51%，具有较高的营养价值和保健功效，是一种不可多得的富含α-亚麻酸的新的油脂资源，适宜于作为功能性油脂进行开发利用。在前人研究中，张研宇等［12］制备的蚕蛹油中不饱和脂肪酸含量为73.02%，α-亚麻酸含量为 30.20%;鄂旭等［13］制备的蚕蛹油中不饱和脂肪酸含量仅为66.65%，α-亚麻酸含量也仅为32.77%，上述结果均分别低于本研究所得蚕蛹油中不饱和脂肪酸与α-亚麻酸含量，这可能是由于蚕蛹油提取时选用的有机溶剂以及提取精炼工艺差异造成的。

表8 气相色谱法测定蚕蛹脂肪酸Table 8 The results of silkworm chrysalis fatty acids measured by gas chromatography

3 结论

本文以蚕蛹为原料，比较了5种常见用于提取油脂的有机溶剂，最终确定正己烷为蚕蛹油提取的溶剂，通过单因素试验和正交试验，得到蚕蛹油提取最优工艺为:正己烷添加量8 mL/g、提取温度40℃、提取时间120 min、振荡频率120 r/min，在此条件下，蚕蛹油得率为24.49%，在此条件下精炼蚕蛹油得率为72.33%，酸价为0.25，蚕蛹油颜色透明，为浅黄色。

采用气相色谱对精炼后蚕蛹油脂肪酸组成进行了分析，结果表明，蚕蛹油主要由棕榈酸、α-亚麻酸、亚油酸、油酸、软脂酸、硬脂酸等组成，其中不饱和脂肪酸含量达75.40%，而不饱和脂肪酸中α-亚麻酸含量高达54.51%。

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