超聲微波協同萃取雞蛋卵磷脂的工藝優化

張椿，吳昊，2，*，周旋，李娟

（1.徐州工業職業技術學院化學工程技術學院，江蘇徐州221140；2.中國礦業大學化工工程學院，江蘇徐州 221116）

卵磷脂是一種含磷酸的脂類化合物[1]。目前研究卵磷脂的原材料主要有植物來源的大豆和動物來源的禽蛋，其中在雞蛋黃中卵磷脂的含量高達8%～10%。它不僅具有促進脂肪代謝，改善肌肉生長，預防心腦血管疾病，治療動脈硬化，提高腦活力等生理功能[2-6]，同時還具有很好的抗氧化力[7-8]和乳化作用[9]。

我國卵磷脂資源豐富，由于工藝研究起步較晚，生產加工技術存在缺陷，大多數生產企業得到粗制品，只能出口到國外，降低了卵磷脂的附加價值，造成了資源的浪費，如何提高卵磷脂的得率和優化卵磷脂的生產工藝是當前卵磷脂行業研究的熱點[10-14]。

當前文獻中提取雞蛋卵磷脂的方法主要為有機溶劑萃取法、酶解法、超臨界CO2萃取法等方法[15]。有機溶劑萃取法應用比較普遍，但它會存在有效成分得率不高、磷脂容易被氧化，且有機溶劑用量大回收困難等問題，因而逐漸被淘汰；酶解法雖然能提高卵磷脂的得率，但會引入新的蛋白質，給后續分離帶來困難；超臨界CO2萃取法具有高效、萃取得率高、產物分離較為方便等優點，但由于設備費用昂貴，需要在較高的壓力下進行，成本高，因而應用受到限制。

超聲波與微波提取法是現階段發展的新型提取方法。超聲波提取法是運用超聲波產生強烈機械震動、空化效應和攪拌作用，破壞組織細胞壁結構，使有效活性成分溶出，但是超聲波提取熱效應不是很強，很難達到提取溫度；微波提取法是利用電磁波強大作用穿透提取介質，具有快速、節能、節約溶劑、污染小等特點，但不適用于對熱不穩定的物質，而且加熱不均。本研究采用超聲波與微波協同萃取方法能夠彌補各自的缺陷，可以提高卵磷脂的得率[16-17]。本文選擇以超聲微波協同萃取時間、乙醇濃度、超聲微波協同萃取功率、料液比4個影響因素，采用四因素三水平正交試驗優化雞蛋卵磷脂工藝參數，為超聲微波協同萃取卵磷脂生產提供基礎研究數據和參考。

1　材料與方法

1.1　材料與試劑

雞蛋：徐州家樂福超市；無水乙醇、丙酮（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2　儀器與設備

超聲微波協同萃取儀器（CW-2000）：上海新拓分析儀器科技有限公司；電子天平（FA1204B）：上海佑科儀器儀表有限公司；調溫電熱套（DTZW）：北京市永光明醫療儀器有限公司；電熱真空干燥箱（DZG-6090）：上海森信實驗儀器有限公司；循環水式多用真空泵（SHB-III）：鄭州長城科工貿有限公司；旋轉蒸發器（R206D）：上海申生科技有限公司。

1.3　方法

1.3.1　蛋黃的預處理

將購買的新鮮雞蛋清洗干凈，置于1 000 mL燒杯中，加入600 mL自來水，用調溫電熱套加熱20 min后冷卻10 min，剝去蛋殼，去除蛋白，取蛋黃放入干凈的研缽中碾碎并攪拌均勻，取樣稱重待用。

1.3.2　超聲微波協同萃取工藝

準確稱取10 g蛋黃放入超聲微波協同萃取瓶中，加入一定濃度的乙醇溶液，并振蕩搖勻，使蛋黃與乙醇溶液完全接觸。在時間程序下設置一定的微波功率與萃取時間，開超聲開關（超聲功率50 W頻率40 kHz）進行超聲微波協同萃取。

1.3.3　卵磷脂的處理

萃取結束，將提取物進行真空抽濾，所得濾液轉移至旋轉蒸發儀中濃縮至二分之一體積，加入濃縮液一半體積的丙酮溶液使卵磷脂沉淀，放置15 min后進行二次抽濾，取出沉淀物，置于真空干燥箱中溫度40℃，烘干至恒重，即為粗卵磷脂[18]。

1.4　雞蛋卵磷脂得率的計算

式中：Y為卵磷脂得率，%；m為粗卵磷脂的質量，g；M 為蛋黃的質量，g。

1.5　工藝優化試驗

1.5.1　萃取工藝單因素試驗

探討超聲微波時間、功率、乙醇濃度和料液比4個單因素對卵磷脂得率的影響，確定單因素的最佳工藝參數。

1.5.2　萃取工藝正交試驗

按照單因素試驗，設計了超聲微波時間、超聲微波功率、乙醇濃度以及料液比四因素三水平進行正交試驗。試驗因素水平見表1。

表1　正交試驗因素水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

2　結果與分析

2.1　單因素試驗結果分析

2.1.1　超聲微波協同萃取時間對卵磷脂得率的影響

稱取10 g蛋黃，按1∶4（g/mL）的量添加體積分數為80%的乙醇溶液，在超聲微波功率100 W的情況下，探討 10、20、30、40、50 s不同提取時間對卵磷脂得率的影響，見圖1。

圖1　提取時間對卵磷脂得率的影響Fig.1　Influence of time on lecithin yield

從圖1可以看出，卵磷脂得率隨著時間的增加逐漸呈上升趨勢，主要原因就是超聲微波時間的增加，使得蛋黃在乙醇溶液中的擴散速率增強，卵磷脂的溶解度相應提高，因此卵磷脂的得率增加；但30 s之后卵磷脂的得率增加趨勢不再顯著，主要原因是蛋黃卵磷脂在乙醇溶液中隨時間的延長使其濃度差變小，相反溶劑中的卵磷脂濃度增大，使卵磷脂分子向溶劑方向的擴散速率變小，卵磷脂的得率逐漸達到了飽和狀態[19]。另外，超聲微波協同萃取隨著時間的增加，溶液溫度進一步增加，盡管溶液溫度的升高有利于卵磷脂分子的擴散，增加了卵磷脂分子向溶劑中的滲透速率，但由于卵磷脂對于溫度比較敏感，會使部分卵磷脂失活，這種因溫度的升高造成了卵磷脂的損失抵消了因溫度升高帶來的卵磷脂滲透速率的增加，致使卵磷脂得率增加緩慢[20]，因此萃取時間單因素選擇30 s為卵磷脂的最佳提取時間。

2.1.2　超聲微波協同萃取功率對卵磷脂得率的影響

稱取 10 g蛋黃，按照 1∶4（g/mL）的料液比，加入濃度為80%的乙醇溶液，在超聲微波協同萃取時間為20 s時，探討超聲微波功率在 400、500、600、700、800 W不同功率下對卵磷脂得率的影響，見圖2。

圖2　微波功率對卵磷脂得率的影響Fig.2　Influence of microwave power on lecithin yield

由圖2能夠觀察到，隨著功率的增加，蛋黃卵磷脂的得率也明顯增加，這是因為超聲微波功率越大產生的震動越強烈，隨之產生了高的熱效應和加速度[21]使得卵磷脂的得率增大。在600 W到700 W時卵磷脂得率增加非常迅速，原因是超聲微波功率的增加會使得超聲波強度大幅的增加[22]，從而加劇了分子運動，對蛋黃的破壞力加強，可以更好的使溶劑滲透到細胞內部[23]，從而使得卵磷脂的得率提高。所以超聲微波提取方法是一種非常高效的提取卵磷脂的方法。但是從試驗可以觀察到，超聲微波功率過大時，會導致乙醇沸騰非常迅速從而沖出冷凝管，影響試驗的進行，所以超聲微波功率不宜過大。本試驗選擇700 W為最優的超聲微波功率。

2.1.3　乙醇濃度對卵磷脂得率的影響

稱取10 g蛋黃，在超聲微波功率100 W，時間為40 s時，按照料液比 1∶4（g/mL）的量，探討 60%、70%、80%、90%、100%不同濃度乙醇溶液對卵磷脂得率的影響，見圖3。

圖3　乙醇濃度對卵磷脂得率的影響Fig.3　Influence of ethanol concentration on lecithin yield

由圖3可以觀察到，當乙醇濃度增大時，卵磷脂的得率也隨之增大。在濃度為80%時，卵磷脂的得率達到了最大，根據相似相容原理，乙醇的親水性可以調節卵磷脂的親油性[24]，而且乙醇中含有適當的水分能與卵磷脂的性質越來越接近，這樣既可以提高卵磷脂的溶解度又會破壞蛋白質與脂肪酸的結合，所以卵磷脂的得率達到了最大值[24-26]。在80%以后，卵磷脂的得率出現下降的趨勢，一方面是由于乙醇體積濃度增大，造成溶液極性小，使得卵磷脂不能完全被提取出來[27]，另一方面90%和100%的乙醇溶液提取出來的粗卵磷脂是沉淀在杯子底部的，很難將其完全取出，造成部分卵磷脂的損失。引起卵磷脂沉于燒杯底部可能是因為高濃度的乙醇會使卵磷脂中的蛋白質沉淀析出所致。因而本試驗選取80%為最佳的乙醇濃度。

2.1.4　不同料液比對卵磷脂得率的影響

稱取10 g蛋黃，加入80%的乙醇溶液，在超聲微波協同萃取時間為20 s、功率為100 W時，探討1∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（g/mL）不同料液比對卵磷脂得率的影響，見圖4。

通過圖4可以看出，料液比為 1∶1、1∶2、1∶3（g/mL）時，卵磷脂的得率上升趨勢緩慢，這是因為過少的料液比會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緩慢。當料液比達到1∶4（g/mL）時，卵磷脂的得率達到了最大，出現此現象的原因是乙醇溶液用量的增大，促使蛋黃與乙醇充分的溶解，從而增加了接觸面積，提高了卵磷脂的擴散速率，因此卵磷脂的得率也相應增大[29-30]。但是當料液比一直持續增大時，卵磷脂的得率增加趨緩，這是因為在1∶4（g/mL）之后卵磷脂的溶解能力達到了飽和狀態，因此選取1 ∶4（g/mL）的最佳料液比。

圖4　料液比對卵磷脂得率的影響Fig.4　Influenceof solid-liquid ratio on lecithin yield

2.2　正交試驗結果分析

在上述單因素試驗的基礎上，對卵磷脂的得率進行正交試驗分析，結果見表2，并對試驗結果進行方差統計分析，結果見表3。

表2　L9（34）正交試驗結果與分析Table 2Results and range analysis of L9（34）orthogonal experiment

由表2能夠觀察到，各因素對卵磷脂得率影響的因素為：料液比＜微波功率＜乙醇濃度＜超聲微波萃取時間，影響最小的就是料液比，超聲微波萃取時間影響最大，提取條件的最佳組合為A3B2C1D2，具體來說，超聲波微波協同萃取卵磷脂的最優工藝條件為：料液比1∶4（g/mL），乙醇濃度70%，微波功率700 W和提取時間40 s。

表3　正交試驗方差分析表Table 3　Variance analysis of orthogonal experiment

由表3可知，從F值和F臨界值的比較可以看出，對卵磷脂得率影響差異顯著的因素是超聲微波萃取時間，p＜0.05。

2.3　最優提取工藝驗證

在此最優提取條件下進行3次驗證試驗，結果見表4。

表4　最佳萃取工藝試驗結果Table 4　Test results of the optimum extract process

由表4可以看出，3次平行試驗的平均值得率是7.3%，相對標準誤差是1.36%，表明該工藝數據結果可靠。

3　結論

通過單因素試驗的基礎和正交試驗的優化，得出超聲波-微波協同萃取雞蛋卵磷脂的最佳工藝條件為：提取時間40 s，乙醇濃度70%，超聲微波功率700 W，料液比 1 ∶4（g/mL），在最優條件下，雞蛋卵磷脂的得率達到最大值7.5%。超聲微波協同萃取卵磷脂較傳統的提取方法具有節約時間，能耗低等優點，是目前卵磷脂提取的一種新型方法，為雞蛋的深加工和工業化生產提供借鑒和參考。

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