6号白电油对蛹油提取工艺的研究

蒋 芳， 林海涛， 钱爱芬， 李福友

(1．广西科技大学 生物与化学工程学院，广西 柳州 545000；2.绍兴海关(原绍兴出入境检验检疫局)，浙江 绍兴 312000)

蚕蛹作为缫丝厂主要的副产品，是一种天然蛋白质资源，具有极大的市场潜力。蚕蛹目前在市场上的应用涉及广泛，如食品领域方面，各种受人们欢迎的流行食品，包括营养酱油[1]、食醋和面条等；医用领域方面，以优质蚕蛹为原料生产出的瑞福康胶囊[2]，可用于缓解肿瘤病人和艾滋病人病情恶化，从蛹壳中提取的甲壳素可用于外科手术线和人造皮肤的制造等；工业领域方面，用蚕蛹为原料应用于印染、造纸、涂料及食品添加剂等多种轻化工业中[3]。

中国缫丝厂每年都产生大量蚕蛹，企业在对待这些“宝贝”时，当作废渣处理掉(特别是一些小企业和偏远地区)，或直接当做动物饲料，不仅对资源造成极大浪费，而且还会对环境造成污染。蚕蛹含有丰富的蛹油和蛋白质，主要由不饱和脂肪酸、甘油脂和少量卵磷脂组成，除此之外，还含有许多对人体有益的维生素及微量元素(如铁、锌、硒)等[4-5]。蛹油中含有α-亚麻酸、油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸，含量分别为32.79%、32.53%、4.37%、22.42%、5.73%，在一定程度上能防止动脉硬化，降低人体血脂、血糖；亚油酸合成前列腺素，在人体中可以预防心肌梗塞，防止身体血清及血液胆固醇过高等；α-亚麻酸能在人体中合成某些代谢产物，能有效降低血脂，预防心血管疾病，具有重要保健功能；防止脑血栓形成，抑制血小板块凝结及预防老年性痴呆等[6-8]。蚕蛹蛋白中含有丰富的蛋白质、脂肪酸、维生素等，其中蛋白质含量超过50%，且含人体必需氨基酸，种类较为齐全。有研究表明：蚕蛹蛋白能直接被人体消化和吸收，可以促进人体的生长发育[9-10]。

目前，常见的几种蚕蛹油脂提取的方法有：压榨法、超临界CO2流体萃取法及溶剂浸提法等。压榨法[11]具有工艺操作简单、适应性强的特点，但压榨法对蚕蛹油脂的提取率较低，应用价值不高，且蚕蛹油中的不饱和脂肪酸会被氧化，还会破坏蚕蛹蛋白。超临界CO2流体萃取法[12]克服了浸出法中蚕蛹油里残留溶剂、油质不纯的问题，并且提取率较高，但是生产费用昂贵、对设备要求较高。因而不太适用于实验室提取蛹油。溶剂浸提法[13]能够回收有机溶剂，操作流程也并不繁琐，而且对蛹油的提取效率较高，温度合适也不会使蛋白质性质产生变化。白电油具有高脂溶性和高挥发性，而且去污能力强，常在工业上用作清洗剂、溶剂和稀释剂。白电油分为6号白电油和120号白电油，其中6号白电油属于快干型，120号白电油属于慢干型。本文就是采用该种方法来探究6号白电油对蚕蛹油脂的提取效果，采用6号白电油为有机溶剂以蚕蛹油提取率为评价标准对干蚕蛹油脂提取工艺进行研究探讨。首先对单因素如浴比(溶剂用量)、提取温度、提取时间和翻滚次数因素分析，选出较佳范围值；再采用正交试验和直观分析法得出最佳工艺条件；最后，利用石油醚对较佳工艺条件下提取试样进行二次蛹油提取验证6号白电油提取效果。本文通过利用6号白电油为有机溶剂对蛹油提取工艺进行研究，以期为工厂企业提供一种小型除蛹油的最佳提取工艺。

1 试验材料与方法

1.1 材 料

干蚕蛹(广西嘉联丝绸股份有限公司)，沸点75 ℃6号白电油(深圳市宝安区沙井中环锡业经营部)，沸程60～90 ℃石油醚(杭州邦易化工有限公司)。

1.2 仪器与设备

DHG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱、电热恒温水浴锅、SHA—C型恒温水浴振荡器(郑州生元仪器有限公司)，AR224CN型电子精密天平(奥豪斯仪器(常州)有限公司)，H1850R型离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)，研磨器(淘宝青石坊石器店)。

1.3 方 法

1.3.1 工艺流程

挑选适量颗粒较大的干蚕蛹(图1)，放置在电热恒温鼓风干燥箱中90 ℃烘干10 h(将干蚕蛹中水分完全去除，否则不利于蛹油的提取且影响蛹油质量)，用研磨器捣碎成粉末。用分析天平准确称取粉碎的干蚕蛹粉末5 g，置于150 mL锥形瓶中；加入相应比例的6号白电油，用密封膜或者磨口塞封口(防止6号白电油加热后挥发)，放于设定温度的恒温水浴振荡器中，浸提一定时间并振荡相应次数，取出后冷却静置[14]；将瓶中物体移置于EP管内，然后放置在离心机设定6 000 r/min分离10 min，取出后用吸管将混合油吸出滴入称量好的圆底烧瓶中；采用蒸馏的方法(温度计达到90 ℃)计时1 h，将6号白电油从混合油中蒸发后冷凝进行回收，瓶中剩余即为蛹油，对瓶中蛹油再用电热恒温水浴锅(温度设定90 ℃)进行加热挥发(防止还有残 余6号白电油)。待蛹油冷却后称取蛹油质量，并计算蛹油提取率。

图1 蚕蛹油抽提工艺流程Fig.1 The extraction process of silkworm pupa oil

再用石油醚按其最佳提取工艺对6号白电油初次提取所剩滤渣采用上述相同步骤进行二次提取，称取所提蛹油质量，并可计算蛹油的提取效率。

1.3.2 试验条件

浴比：5 g蚕蛹粉为原料，以沸点为75 ℃的6号白电油为蛹油提取溶剂。试验条件为：提取温度60 ℃，提取时间为3 h，翻滚次数40次，考察5种不同浴比对蚕蛹油提取率的影响，即固液(m蚕蛹粉(g)︰V白电油(mL))比分别为1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6。每组试验重复3次，取提取率平均值。

提取温度：5 g蚕蛹粉为原料，以沸点为75 ℃的6号白电油为蛹油提取溶剂。试验条件为：浴比1︰4，提取时间3 h，翻滚次数为40次，考察5种不同温度范围对蚕蛹油提取率的影响，即温度分别为50、55、60、65、70 ℃。每组试验重复3次，取提取率平均值。

提取时间：5 g蚕蛹粉为原料，以沸点为75 ℃的6号白电油为蛹油提取溶剂。试验条件为：浴比1︰4，提取温度60 ℃，翻滚次数为40次，考察5种不同提取时间范围对蚕蛹油提取率的影响，即提取时间分别为1、2、3、4、5 h。每组试验重复3次，取提取率平均值。

翻滚次数：5 g蚕蛹粉为原料，以沸点为75 ℃的6号白电油为蛹油提取溶剂。试验条件为：提取温度60 ℃，提取时间3 h，浴比1︰4，考察5个不同翻滚次数对蚕蛹油提取率的影响，即翻滚次数分别为0，20，40，60，80次。每组试验重复3次，取提取率平均值。

石油醚提取验证：根据企业生产经验，得出沸程60～90 ℃的石油醚对蛹油提取的最佳工艺条件为固液比1︰2，浸提温度40 ℃，浸提时间6 h。在此条件下，对6号白电油在最佳工艺条件下对蛹油进行初次提取所分离出的滤渣，进行二次提取，试验重复3次，取提取率平均值。

1.3.3 数据处理

(1)

蚕蛹油提取效率/%

(2)

2 结果与分析

2.1 单因素对提取率的影响分析

2.1.1 浴比(溶剂用量)对蚕蛹油提取率的影响

图2 浴比对蚕蛹油脂提取率的影响Fig.2 The effect of bath ratio on extraction rate of silkworm pupa oil

图2为考察5种不同浴比对蚕蛹油提取率的影响，即固液(m蚕蛹粉(g)︰V白电油(mL))比分别为1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6。

由图2可知，通过改变浴比，提取率的整体变化幅度较大。当浴比为1︰2时，蛹油的提取率较低，分析应是由于加入的6号白电油用量太少，导致6号白电油溶解蚕蛹粉少量脂肪酸就已达到饱和，从而提取率较低；随着浴比(溶剂用量)从1︰2～1︰4不断增加，蛹油提取率显著提高，变化幅度明显，分析由于加入的6号白电油充分溶解脂肪酸，从而出油率上升；浴比从1︰4～1︰6，随着浴比的进一步增加，蛹油的提取率基本保持平衡，甚至随浴比提高还出现小幅度的降低。从图2来看，对蛹油提取率达到最大的浴比为1︰5，但浴比为1︰4的值与其很接近。从节省原料的角度考虑，同时考虑企业的生产成本，综合之下，初步确定浴比1︰4为最佳溶剂用量。

2.1.2 提取温度对蚕蛹油提取率的影响

图3为考察5种不同温度范围对蚕蛹油提取率的影响，即温度分别为50、55、60、65、70 ℃。

图3 提取温度对蚕蛹油脂提取率的影响Fig.3 The effect of extraction temperature on extraction rate of silkworm pupa oil

由图3可知，随着提取温度的升高，蚕蛹油提取率先升高而后降低，温度60 ℃时提取率达到最高。温度50～60 ℃，提取率逐渐升高，主要是由于温度升高可以增加6号白电油的扩散，对干蚕蛹粉末能够更好溶解，从而有利于蚕蛹油的浸出；当温度升高到60 ℃时提取率达到最大；60～70 ℃，随着温度的升高蛹油提取率明显下降，可能是由于温度过高使蚕蛹中的油脂发生氧化及蛋白质受热产生变性，也可能是由于温度升高已经很接近6号白电油的沸点从而导致其不断气化等原因；高温还会破坏蚕蛹蛋白的再利用，也可能会导致蚕蛹油的臭味加重，影响蛹油的品质。因此在用有机溶剂浸提时，温度不宜过高。根据图3分析可知，可以初步确定最佳提取温度为60 ℃。

2.1.3 提取时间对蚕蛹油提取率的影响

图4为考察5种不同提取时间范围对蚕蛹油提取率的影响，即提取时间分别为1、2、3、4、5 h。

图4 提取时间对蚕蛹油脂提取率的影响Fig.4 The effect of extraction time on extraction rate of silkworm pupa oil

由图4可知，整个过程提取率缓慢升高而后降低。在提取时间为1～4 h，随着时间不断变长蛹油提取率略有升高，但是变化幅度不大，可知提取时间对蚕蛹油的提取率影响较小；时间在4 h时，提取率达到最大；当提取时间超过4 h后，随着提取时间的延长蚕蛹油的提取率出现下降趋势，分析主要是因为提取时间过长，导致蚕蛹蛋白对蚕蛹油形成附着作用。在企业工业化生产中，提取时间一般不宜过长。不仅是为了缩短企业的生产周期，提高企业生产效率；也是为了避免提取时间过长导致蚕蛹蛋白对蚕蛹油形成附着作用而影响蛹油的提取。因此，最佳提取时间初次确定为4 h。

2.1.4 翻滚次数对蚕蛹油提取率的影响

图5为考察5个不同翻滚次数对蚕蛹油提取率的影响，即翻滚次数分别为0、20、40、60、80次。

图5 翻滚次数对蚕蛹油脂提取率的影响Fig.5 The effect of the number of rolling on the extraction rate of silkworm pupa oil

由图5可知，随着翻滚次数的增加，提取率缓慢升高，但变化幅度较小。翻滚次数从0～60次，提取率略有升高，但是变化不大，可知翻滚次数对蚕蛹油的提取率影响不大。试验中翻滚次数相当于是搅拌作用，使6号白电油能够更均匀溶解蚕蛹粉末，从而更好地对蛹油进行提取。从图5可以看出，与空白试验相比较，翻滚一定次数还是能够提高蛹油的提取率，具有地一定促进作用。从试验工作量综合考虑，可以初步确定翻滚次数为40次合适。

2.2 正交试验

为优化蚕蛹油提取工艺，根据单因素分析结果，以提取率为考察指标利用正交试验得出较优工艺条件。表1和表2分别为设定的四因素三水平水平表和正交试验方案结果，每种重复3次试验，取其平均值。

表1 正交试验的因素水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交方案结果Tab.2 The results of orthogonal schemes

注：K1为1水平数据的综合平均；K2为2水平数据的综合平均；K3为3水平数据的综合平均；R为极差。

根据正交试验表中提取率的直观分析可知，6号白电油对蛹油提取的最佳工艺条件为浴比1︰5，提取温度60 ℃，提取时间4 h，翻滚次数60次。经过试验验证分析,在最佳工艺条件下得到的提取率为21.87%，达到预期目标20%以上，说明6号白电油对蚕蛹油脂的提取方案是可行的。再根据正交试验表中的极差分析R可知，对蛹油提取率影响程度最大的因素是浴比，是影响提取效果最主要的因素，各因素的影响程度顺序为：浴比(溶剂用量)>提取温度>翻滚次数>提取时间。

2.3 石油醚二次提取的结果分析

通过正交试验分析得出6号白电油除蚕蛹最佳工艺，且提取率达到21.87%，为验证其在此条件除油效果，结合现企业提取蛹油工艺，采用石油醚对最佳提取蛹油工艺条件下滤渣进行二次提取。进行3次重复试验，并计算提取率，试验结果如表3所示。

表3 石油醚二次提取结果Tab.3 The secondary extraction results of petroleum ether

根据表3分析，3次重复试验对比得出6号白电油对蚕蛹油脂的平均提取效率为87.62%，达到预期目标。说明6号白电油对蚕蛹油脂的整体提取效果还是较佳的。

3 结 论

本文以6号白电油为有机溶剂采用浸出法对蚕蛹中蛹油提取工艺优化，利用单因素和正交分析法，得出较优化工艺条件为浴比(m蚕蛹粉(g)：V白电油(mL))1︰5，提取温度60 ℃，提取时间4 h，翻滚次数60次，且在该工艺条件下得到的最佳提取率为21.87%。最后，利用石油醚进行二次提取试验验证，得出6号白电油初次脱油后残油率较低，对干蚕蛹油脂的提取效率为87.62%。