蠶蛹油脂加工技術研究進展

石 威廖森泰鄒宇曉王衛飛黎爾納

SHI Wei1 LIAO Sen-tai2 ZOU Yu-xiao2 WANG Wei-fei2 LI Er-na2

(1. 華中農業大學食品科技學院，湖北 武漢 430070；2. 廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所，廣東 廣州 510610)

(1. College of Food Science and Technology of Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei 430070, China; 2. The Sericulture Farm & Farm Produce Processing Research Institute of Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou, Guangdong 510610, China)

近年來，中國國產油料資源的比例逐年降低，國內油脂原料供應嚴重依賴進口。2017年僅大豆這一油脂原料的進口量就高達9.553×107t，較2016年增加16%以上。為解決國產油料供應不足的問題，需大力拓展油料資源的來源。中國是世界蠶桑生產大國，蠶繭產量占世界總量的80%，年產干蛹的量已經超過1.400×105t[1]，而且隨著蠶桑產業的復蘇和快速發展還在逐年增加，是具有規模化開發和應用潛力的昆蟲油料資源。蠶蛹粗脂肪含量高(占干重的25%～35%)，而且富含α-亞麻酸、VE、β-谷甾醇等生物活性物質，可作為重要的油料資源加以開發利用[2-3]。蠶桑產業是中國傳統的特色產業，利用現代科技成果充分開發利用蠶蛹資源，也有利于這一產業的技術升級和產業結構調整，實現其可持續發展。本文對蠶蛹油脂加工利用技術及所需設備和機械進行了綜述與分析，旨在為蠶蛹脂類資源的充分開發與合理利用提供參考，為傳統蠶業的優化升級提供新思路。

1 蠶蛹油脂提取

蠶蛹屬于昆蟲油料資源，迄今已有壓榨、有機溶劑浸出、超臨界CO2萃取、水酶法以及酸/堿水解等多種方法應用于蠶蛹油脂的提取。壓榨、有機溶劑浸提(浸出)和酸/堿水解法提取蠶蛹中油脂是傳統油脂提取工藝在蠶蛹加工中的應用。超臨界CO2萃取技術是近幾年實現工業化應用的提取工藝。超聲波、微波輔助提取以及水酶法是根據物料特征及產品開發需要正在研究中的油脂提取工藝。

1.1 蠶蛹油脂的提取技術

蠶蛹油脂的提取目前還未實現工業化，但對其提取技術的研究已有大量的報導。由于蠶蛹粗纖維含量非常少，壓榨處理時油脂的提取率低，蠶蛹粕中還殘留大量的油脂，傳統的壓榨工藝不適合蠶蛹油脂的提取。利用有機溶劑萃取蠶蛹油脂，操作簡單且成本低廉，油脂得率較高(均在95%以上)，是目前研究最多的提取技術[4]。但是，進行溶劑萃取時，蠶蛹需要烘干、粉碎，這就使蠶蛹的蛋白質和蛹殼難以分離，降低了油脂得率同時也增加了工藝難度。超臨界CO2萃取技術是近幾年實現工業化應用的脂類提取技術之一，用于萃取蠶蛹油脂時提取率一般可以達到80%以上[5]，由于生產成本較高，超臨界萃取目前僅適用于高品質蠶蛹油脂的提取和高附加值產品的開發。與超臨界萃取技術相比，亞臨界萃取工藝成本更低，更易于規模化生產。金文聞等[6]公開了一種以丙烷或丁烷為萃取劑的亞臨界提取蠶蛹油脂的技術，提取率最高可達96.3%。水酶法提取蠶蛹油脂是利用蛋白酶將蠶蛹適度酶解，使油脂釋放出來的同時還可以將蛹殼分離，是最有利于實現蠶蛹資源綜合利用的提取技術[7-8]，適用于新鮮度較高的蠶蛹原料提取高品質的油脂產品[9]。

現有的蠶蛹油脂產品價格昂貴、市場規模較小，主要是通過超臨界CO2萃取得到的。隨著市場需求的逐漸擴大和產品形式的多樣化，蠶蛹脂類物質的提取技術也在根據產品需要向規模化、多樣化發展。在目前已有研究報導的提取工藝中，溶劑萃取和水酶法提取是最適合蠶蛹油脂規模化生產的技術。規模化生產時，最需解決的技術問題是如何將油脂提取工藝與蠶蛹蛋白以及蛹殼的回收利用合理地結合起來，提高蠶蛹資源綜合利用價值。

1.2 蠶蛹油脂提取設備

與其他動物油料資源相比，蠶蛹的物質組成較為特殊，規模化生產需相應的生產設備和技術。由于原材料物質組成的差異，蠶蛹油脂的提取難以使用普通動物油脂的熬煉鍋和魚油分離時常用的螺桿壓榨等設備[10]。有機溶劑浸提是植物油脂最常用的工藝，機械設備原理簡單、適用范圍廣泛[11]。但是，在使用傳統的浸出設備提取蠶蛹油脂時，為了達到更高的油脂得率，耗時一般在4 h以上，為縮短提取時間，提高萃取效率，有研究[12-13]將超聲波或微波等設備用于輔助有機溶劑萃取，將萃取時間縮短至20～40 min。水酶法提取蠶蛹油脂，常用的酶解設備即為中低溫時控溫較為準確的攪拌反應釜[14]。水酶法提取油脂工藝中，油脂與反應混合物的分離一般采用沉降釜或碟片離心機[15]。

1.3 提取工藝對蠶蛹油脂的影響

研究發現，不同提取方法對蠶蛹油脂理化指標和物質組成有顯著差異。與其他提取方法相比，超臨界CO2萃取得到的蠶蛹油脂過氧化值和游離脂肪含量(酸價)均較低[16]。水酶法提取得到的蠶蛹油脂中不飽和脂肪酸含量略高[9]，其他提取工藝對蠶蛹油脂脂肪酸組成影響不顯著，可能是水酶法提取油脂的操作溫度一般較低，飽和度較高的高熔點油脂提取率低。蠶蛹油脂中富含脂溶性維生素，其脂類成分已被證實的有游離脂肪酸、甘油酯、甘油磷脂、糖脂、固醇脂類等[17]。但是，提取工藝對產物中脂類物質組成特別是活性成分的影響研究還較少。

2 蠶蛹油脂精煉

蠶蛹粗油中含有一定量的游離脂肪酸，具有特殊的腥臭味，達不到普通食用或保健品用油脂的標準，需進行適度的精煉處理。普通動植物油脂的精煉過程一般包括脫膠、脫酸、脫色和脫臭，通過這一系列的精煉處理，來改善油脂原料的品質[18]。而在蠶蛹油脂中，含有大量的多不飽和脂肪酸、磷脂、VE、甾醇等活性物質，傳統的油脂精煉工藝會將其破壞或去除，需針對這一特色的油脂原料開發更適用的精煉技術[1,19]。

2.1 蠶蛹油脂的脫膠與脫酸

油脂的脫膠即除去油脂中的膠體物質，主要為磷脂。Ravinder等[20-21]對蓖麻蠶蛹油脂進行脫膠和堿煉處理之后，可以將2.1%的磷脂完全除去。在蠶蛹油脂加工過程中，需要根據油脂的利用目的，確定是否選擇脫膠處理。作為保健食品或調味油脂使用時，蠶蛹油脂一般不會進行烹飪等熱處理，可以保留其中的富含多不飽和脂肪酸的磷脂成分，而且不需要采取脫膠工藝。

食用油脂的脫酸，目的是除去其中的游離脂肪酸，提高產品的氧化穩定性和食用品質。蠶蛹油脂的游離脂肪酸含量普遍偏高，潘文娟等[22]發現繅絲家蠶蛹的酸價達到了31.743 mg KOH/g。現有的研究[23]報道中，蠶蛹油脂加工中多采用堿煉脫酸的方法，除去其中的游離脂肪酸。鄂旭等[24]以NaOH中和蠶蛹油脂中的游離脂肪酸，發現以14%的堿液濃度，74.4%的超堿量時，蠶蛹油的酸價由21.3 mg KOH/g降低至0.16 mg KOH/g，中性油脂的得率為68%。傳統的動植物油脂加工工藝中，對磷脂含量較少，特別是水化磷脂含量較低的油脂原料，脫膠與脫酸可同時進行，即堿煉脫酸時產生的皂腳會將磷脂吸附帶走。蠶蛹油脂中的磷脂是其重要的活性成分，堿煉脫酸不僅會除去絕大部分磷脂，還會造成VE的損失，因此，蠶蛹油脂不適宜用堿煉的工藝進行脫酸。除堿煉脫酸，油脂精煉中還有物理脫酸及酶法脫酸等技術。物理脫酸由于操作溫度較高(一般240 ℃以上)會破壞α-亞麻酸的分子結構，也難以用于蠶蛹油脂脫酸處理[25]。酶法脫酸一般在常溫下進行，反應條件溫和，特別是一些新型的酶法脫酸技術，可以選擇性地將油脂中的游離脂肪酸去除，非常適用于富含多不飽和脂肪酸等活性物質油脂的脫酸加工[26-27]。而且，酶法脫酸反應所需機械設備簡單、易于操作，將是蠶蛹油脂脫酸研究和產業化應用重點關注的工藝之一。

2.2 蠶蛹油脂的脫色與脫臭

受原料新鮮度和提取方法的影響，部分粗蠶蛹油脂的顏色較深，呈現棕褐色，需進行適度脫色處理以提高其感官品質。張研宇等[28]考察了沸石、脫色白土和活性炭對蠶蛹油脂的脫色效果，發現添加4%的活性炭，脫色效果最佳。沈蕓等[29]比較了活性白土、活性炭和凹凸棒土對蠶蛹油脂脫色效果的影響，發現凹凸棒土在蠶蛹油中的脫色效果強于活性白土；在凹凸棒土經300 ℃、1 h高溫活化，加入量為 8 g/100 mL 時，脫色效果顯著，油脂損失率為15.5%。脫色過程中極性較大的吸附劑會吸附一定量的活性成分，特別是磷脂經脫色處理后會有部分損失[30]。在蠶蛹油脂加工過程中，可根據產品需求選擇是否使用脫色處理。

蠶蛹油脂具有昆蟲油脂特有的腥臭味，嚴重影響其食用品質，需進行脫臭處理。但是，蠶蛹油脂含有大量的α-亞麻酸，脫臭時不宜進行高溫處理，傳統的油脂脫臭技術及相關參數(240 ℃以上)及設備難以用于蠶蛹油脂脫臭。張光先等[31]在真空箱中，加入一定量的活性炭，升高溫度，使部分臭味被活性炭吸附，部分臭味隨氣體被排出，該方法未向油脂中加入任何輔助試劑，蠶蛹油脂在脫臭過程中無損耗，而且具有良好的脫臭效果。但是，這一吸附脫臭的方法不適用于大規模油脂的脫臭加工，蠶蛹油脂的脫臭還需要進行系統的研究和專用型設備的研發。Aparicio-Ruiz等[32]以初榨橄欖油為原料，開發了一種在低溫(100 ℃)、高真空(700 Pa)下，以氮氣作為直接氣的脫臭方法，可以有效保留原料中的多酚等活性物質。可以參考這一方法進行蠶蛹油脂脫臭技術的開發，通過適當的脫臭處理，去除蠶蛹油脂中的腥臭氣味，保留其特征香味，使蠶蛹油脂更廣泛地應用于食用及保健食品中。

2.3 蠶蛹油脂中膽固醇的去除

蠶蛹油脂屬動物油脂，含有較多的膽固醇，作為食品或保健食品原料使用時應適度脫除[33]。選擇適宜的吸附材料，將油脂中的膽固醇選擇性地吸附去除，是油脂加工中常用的技術方法。而且，吸附工藝所需的機械設備簡單，操作穩定性高，適用于蠶蛹油脂脫除膽固醇加工。朱林韜等[34]選用阿拉伯樹膠、中性氧化鋁、硅鎂型吸附劑、β-環糊精、活性白土、堿性氧化鋁作為脫除膽固醇的吸附劑，比較發現中性氧化鋁是最適宜的吸附劑。當中性氧化鋁的添加量為18%，在65 ℃下攪拌吸附2.5 h時，蠶蛹油中膽固醇的脫除率可以達到54.76%。在此基礎上，鄒莉芳等[35]考察了吸附膽固醇的中性氧化鋁的再生對膽固醇脫除效果的影響，采用解吸劑無水乙醇和正己烷對吸附膽固醇的氧化鋁進行洗脫再生，再生的氧化鋁對膽固醇的脫除效率可以達到初次使用時的66.8%。通過吸附劑再生的方法，可以降低去除膽固醇的成本，有利于蠶蛹油加工的工業化應用。

3 蠶蛹油脂氧化穩定性

蠶蛹油脂含有昆蟲油脂特有的生物活性物質，是優質的保健食品原料。蠶蛹油脂中含有大量的多不飽和脂肪酸，和昆蟲來源的胡蘿卜素等熱敏性、光敏性的活性物質，這就使得其氧化穩定性成為人們關注的關鍵指標之一。影響油脂氧化穩定性的因素有很多，對于蠶蛹油脂，蠶蛹的種類、提取工藝、加工方法、抗氧化劑含量、存儲及使用方式均是影響油脂氧化穩定性的關鍵因素[36-37]。

3.1 原料及提取工藝對氧化穩定性的影響

蠶蛹的種類和新鮮度決定了油脂的組成，對其氧化穩定性具有決定性的影響。新鮮度較高的蠶蛹得到的油脂中游離脂肪酸含量低，過氧化值也較低，具有更好的氧化穩定性[38]。Kotake-Nara等[39]發現家蠶雌性蛹油脂含量約為雄性的2倍，貯存過程中氧化穩定性研究發現，蠶蛹性別對蠶蛹油脂的氧化穩定性無顯著影響。劉軍等[40]比較了正己烷萃取和超臨界CO2萃取2種工藝得到的蠶蛹油脂氧化穩定性，發現超臨界CO2萃取得到的樣品具有更好的氧化穩定性。Hu等[13]用微波輔助溶劑萃取蠶蛹油，發現經過微波預處理得到的蠶蛹油，其氧化穩定性更好。這可能是微波處理有利于生育酚等抗氧化物質的釋放，使得到的油脂產品具有更強的氧化穩定性[41]。

3.2 精煉對蠶蛹油脂氧化穩定性影響

原料油脂經過精煉處理，去除其中的游離脂肪酸、過氧化物等易引起油脂氧化的組分后，會提高存儲過程中油脂的氧化穩定性[42]。但是，Ravinder等[21]研究蓖麻蠶蛹油脂的氧化穩定性時，發現參照傳統精煉工藝將蠶蛹油脂全精煉后油脂的氧化穩定性顯著下降，精制和未精煉的蠶蛹油，貯藏6個月后，過氧化值分別增加到原來的將近3.0，1.5倍之多。這可能是粗蠶蛹油中含有豐富的磷脂、生育酚、甾醇和DNJ等天然抗氧化物質，傳統的油脂精煉工藝可以大量地除去這些活性物質，使得全精煉后的蠶蛹油脂氧化穩定性降低[19]。因此，蠶蛹油脂的精煉工藝還需在傳統工藝和現有研究的基礎上進行優化和改進，以減少活性物質和抗氧化成分的損失，達到提高產品營養功效和存儲及使用穩定性的效果。

3.3 抗氧化劑對蠶蛹油氧化穩定性影響

在油脂產品特別是油脂的保健食品原料中，通常會添加適宜的抗氧化劑提高油脂的氧化穩定性，從而便于存儲和使用[43]。將抗氧化劑添加入蠶蛹油中，也可以提高蠶蛹油脂的氧化穩定性[44]。Ravinder等[20]將天然抗氧化劑(谷維素)和合成抗氧化劑(THBQ和BHT)加入蓖麻蠶蛹油脂中，考察其貯存過程中的穩定性，發現TBHQ的抗氧化效果最好。BHT和谷維素也具有一定的抗氧化能力，但用于蓖麻蠶蛹油脂時會低于TBHQ的抗氧化效果。吳曉霞等[12]考察了抗氧化劑的添加對于桑蠶蛹油氧化穩定性影響，發現五倍子單寧效果強于TBHQ。表明使用食用五倍子單寧作為蠶蛹油的抗氧化劑具有很好的效果。而在油脂保健食品中最常用的抗氧化劑是VE，但是研究發現VE的添加超過一定量時也會顯著降低油脂的氧化穩定性[45]。蠶蛹油脂中含有一定量的天然VE，因此，利用外源添加的方式提高蠶蛹油脂氧化穩定性時，需對添加量和輔助抗氧化劑的選擇(谷維素、抗壞血酸等)進行系統研究[46]。

3.4 使用方式對蠶蛹油脂氧化穩定性影響

蠶蛹油脂對熱不穩定，接觸空氣易氧化，采用膠囊或微膠囊技術，將蠶蛹油脂包裹起來，避免與空氣接觸，可以提高蠶蛹油脂存儲和使用過程中的氧化穩定性[47]。陳晨等[48]以殼聚糖和乳糖為壁材包埋蠶蛹油脂，包埋率達到83.31%，貨架期比未包埋產品延長8個月。施英等[49]以大豆蛋白和β-環狀糊精為壁材，通過噴霧干燥制備蠶蛹油微膠囊，包埋率達到91.2%。微膠囊化使得蠶蛹油的貨架期延長，也拓展了蠶蛹油脂的利用途徑。

4 總結與展望

蠶蛹油脂是重要的昆蟲油料資源，也是中國特有的油脂原料，具有眾多生物活性功能，是優質的保健食品原料。對蠶蛹油脂已經完成的研究主要是對其生理功能的論證，對蠶蛹油脂專用加工技術的研究還處于起始階段，主要集中于傳統油脂加工技術在蠶蛹油脂加工中的應用探索。現有的加工技術研究成果尚不足以支撐蠶蛹油脂的規模化開發和利用，需在現有研究基礎上，利用現代脂類科學技術，系統分析蠶蛹油脂的組成特征，根據其物質組成和營養成分開發蠶蛹脂類物質綜合利用專用技術。重點內容主要包括：蠶蛹脂質組成分析；不同品質蠶蛹原料的油脂提取技術；適用于蠶蛹油脂的酶法脫酸和脫臭技術以及蠶蛹油脂的抗氧化技術。系統研究和開發蠶蛹油脂的加工技術，是實現蠶蛹資源綜合利用的必要條件。蠶蛹油脂資源的合理化利用，有助于提高蠶桑產業的經濟效益，實現蠶桑產業的可持續發展，也可以為中國油料資源的拓展提供科學依據和技術支持。