6號白電油對蛹油提取工藝的研究

蔣 芳， 林海濤， 錢愛芬， 李福友

(1．廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545000；2.紹興海關(guān)(原紹興出入境檢驗檢疫局)，浙江 紹興 312000)

蠶蛹作為繅絲廠主要的副產(chǎn)品，是一種天然蛋白質(zhì)資源，具有極大的市場潛力。蠶蛹目前在市場上的應(yīng)用涉及廣泛，如食品領(lǐng)域方面，各種受人們歡迎的流行食品，包括營養(yǎng)醬油[1]、食醋和面條等；醫(yī)用領(lǐng)域方面，以優(yōu)質(zhì)蠶蛹為原料生產(chǎn)出的瑞?？的z囊[2]，可用于緩解腫瘤病人和艾滋病人病情惡化，從蛹殼中提取的甲殼素可用于外科手術(shù)線和人造皮膚的制造等；工業(yè)領(lǐng)域方面，用蠶蛹為原料應(yīng)用于印染、造紙、涂料及食品添加劑等多種輕化工業(yè)中[3]。

中國繅絲廠每年都產(chǎn)生大量蠶蛹，企業(yè)在對待這些“寶貝”時，當作廢渣處理掉(特別是一些小企業(yè)和偏遠地區(qū))，或直接當做動物飼料，不僅對資源造成極大浪費，而且還會對環(huán)境造成污染。蠶蛹含有豐富的蛹油和蛋白質(zhì)，主要由不飽和脂肪酸、甘油脂和少量卵磷脂組成，除此之外，還含有許多對人體有益的維生素及微量元素(如鐵、鋅、硒)等[4-5]。蛹油中含有α-亞麻酸、油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸，含量分別為32.79%、32.53%、4.37%、22.42%、5.73%，在一定程度上能防止動脈硬化，降低人體血脂、血糖；亞油酸合成前列腺素，在人體中可以預(yù)防心肌梗塞，防止身體血清及血液膽固醇過高等；α-亞麻酸能在人體中合成某些代謝產(chǎn)物，能有效降低血脂，預(yù)防心血管疾病，具有重要保健功能；防止腦血栓形成，抑制血小板塊凝結(jié)及預(yù)防老年性癡呆等[6-8]。蠶蛹蛋白中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素等，其中蛋白質(zhì)含量超過50%，且含人體必需氨基酸，種類較為齊全。有研究表明：蠶蛹蛋白能直接被人體消化和吸收，可以促進人體的生長發(fā)育[9-10]。

目前，常見的幾種蠶蛹油脂提取的方法有：壓榨法、超臨界CO2流體萃取法及溶劑浸提法等。壓榨法[11]具有工藝操作簡單、適應(yīng)性強的特點，但壓榨法對蠶蛹油脂的提取率較低，應(yīng)用價值不高，且蠶蛹油中的不飽和脂肪酸會被氧化，還會破壞蠶蛹蛋白。超臨界CO2流體萃取法[12]克服了浸出法中蠶蛹油里殘留溶劑、油質(zhì)不純的問題，并且提取率較高，但是生產(chǎn)費用昂貴、對設(shè)備要求較高。因而不太適用于實驗室提取蛹油。溶劑浸提法[13]能夠回收有機溶劑，操作流程也并不繁瑣，而且對蛹油的提取效率較高，溫度合適也不會使蛋白質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生變化。白電油具有高脂溶性和高揮發(fā)性，而且去污能力強，常在工業(yè)上用作清洗劑、溶劑和稀釋劑。白電油分為6號白電油和120號白電油，其中6號白電油屬于快干型，120號白電油屬于慢干型。本文就是采用該種方法來探究6號白電油對蠶蛹油脂的提取效果，采用6號白電油為有機溶劑以蠶蛹油提取率為評價標準對干蠶蛹油脂提取工藝進行研究探討。首先對單因素如浴比(溶劑用量)、提取溫度、提取時間和翻滾次數(shù)因素分析，選出較佳范圍值；再采用正交試驗和直觀分析法得出最佳工藝條件；最后，利用石油醚對較佳工藝條件下提取試樣進行二次蛹油提取驗證6號白電油提取效果。本文通過利用6號白電油為有機溶劑對蛹油提取工藝進行研究，以期為工廠企業(yè)提供一種小型除蛹油的最佳提取工藝。

1 試驗材料與方法

1.1 材 料

干蠶蛹(廣西嘉聯(lián)絲綢股份有限公司)，沸點75 ℃6號白電油(深圳市寶安區(qū)沙井中環(huán)錫業(yè)經(jīng)營部)，沸程60～90 ℃石油醚(杭州邦易化工有限公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9123A型電熱恒溫鼓風干燥箱、電熱恒溫水浴鍋、SHA—C型恒溫水浴振蕩器(鄭州生元儀器有限公司)，AR224CN型電子精密天平(奧豪斯儀器(常州)有限公司)，H1850R型離心機(湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司)，研磨器(淘寶青石坊石器店)。

1.3 方 法

1.3.1 工藝流程

挑選適量顆粒較大的干蠶蛹(圖1)，放置在電熱恒溫鼓風干燥箱中90 ℃烘干10 h(將干蠶蛹中水分完全去除，否則不利于蛹油的提取且影響蛹油質(zhì)量)，用研磨器搗碎成粉末。用分析天平準確稱取粉碎的干蠶蛹粉末5 g，置于150 mL錐形瓶中；加入相應(yīng)比例的6號白電油，用密封膜或者磨口塞封口(防止6號白電油加熱后揮發(fā))，放于設(shè)定溫度的恒溫水浴振蕩器中，浸提一定時間并振蕩相應(yīng)次數(shù)，取出后冷卻靜置[14]；將瓶中物體移置于EP管內(nèi)，然后放置在離心機設(shè)定6 000 r/min分離10 min，取出后用吸管將混合油吸出滴入稱量好的圓底燒瓶中；采用蒸餾的方法(溫度計達到90 ℃)計時1 h，將6號白電油從混合油中蒸發(fā)后冷凝進行回收，瓶中剩余即為蛹油，對瓶中蛹油再用電熱恒溫水浴鍋(溫度設(shè)定90 ℃)進行加熱揮發(fā)(防止還有殘 余6號白電油)。待蛹油冷卻后稱取蛹油質(zhì)量，并計算蛹油提取率。

圖1 蠶蛹油抽提工藝流程Fig.1 The extraction process of silkworm pupa oil

再用石油醚按其最佳提取工藝對6號白電油初次提取所剩濾渣采用上述相同步驟進行二次提取，稱取所提蛹油質(zhì)量，并可計算蛹油的提取效率。

1.3.2 試驗條件

浴比：5 g蠶蛹粉為原料，以沸點為75 ℃的6號白電油為蛹油提取溶劑。試驗條件為：提取溫度60 ℃，提取時間為3 h，翻滾次數(shù)40次，考察5種不同浴比對蠶蛹油提取率的影響，即固液(m蠶蛹粉(g)︰V白電油(mL))比分別為1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6。每組試驗重復(fù)3次，取提取率平均值。

提取溫度：5 g蠶蛹粉為原料，以沸點為75 ℃的6號白電油為蛹油提取溶劑。試驗條件為：浴比1︰4，提取時間3 h，翻滾次數(shù)為40次，考察5種不同溫度范圍對蠶蛹油提取率的影響，即溫度分別為50、55、60、65、70 ℃。每組試驗重復(fù)3次，取提取率平均值。

提取時間：5 g蠶蛹粉為原料，以沸點為75 ℃的6號白電油為蛹油提取溶劑。試驗條件為：浴比1︰4，提取溫度60 ℃，翻滾次數(shù)為40次，考察5種不同提取時間范圍對蠶蛹油提取率的影響，即提取時間分別為1、2、3、4、5 h。每組試驗重復(fù)3次，取提取率平均值。

翻滾次數(shù)：5 g蠶蛹粉為原料，以沸點為75 ℃的6號白電油為蛹油提取溶劑。試驗條件為：提取溫度60 ℃，提取時間3 h，浴比1︰4，考察5個不同翻滾次數(shù)對蠶蛹油提取率的影響，即翻滾次數(shù)分別為0，20，40，60，80次。每組試驗重復(fù)3次，取提取率平均值。

石油醚提取驗證：根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗，得出沸程60～90 ℃的石油醚對蛹油提取的最佳工藝條件為固液比1︰2，浸提溫度40 ℃，浸提時間6 h。在此條件下，對6號白電油在最佳工藝條件下對蛹油進行初次提取所分離出的濾渣，進行二次提取，試驗重復(fù)3次，取提取率平均值。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

(1)

蠶蛹油提取效率/%

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對提取率的影響分析

2.1.1 浴比(溶劑用量)對蠶蛹油提取率的影響

圖2 浴比對蠶蛹油脂提取率的影響Fig.2 The effect of bath ratio on extraction rate of silkworm pupa oil

圖2為考察5種不同浴比對蠶蛹油提取率的影響，即固液(m蠶蛹粉(g)︰V白電油(mL))比分別為1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6。

由圖2可知，通過改變浴比，提取率的整體變化幅度較大。當浴比為1︰2時，蛹油的提取率較低，分析應(yīng)是由于加入的6號白電油用量太少，導(dǎo)致6號白電油溶解蠶蛹粉少量脂肪酸就已達到飽和，從而提取率較低；隨著浴比(溶劑用量)從1︰2～1︰4不斷增加，蛹油提取率顯著提高，變化幅度明顯，分析由于加入的6號白電油充分溶解脂肪酸，從而出油率上升；浴比從1︰4～1︰6，隨著浴比的進一步增加，蛹油的提取率基本保持平衡，甚至隨浴比提高還出現(xiàn)小幅度的降低。從圖2來看，對蛹油提取率達到最大的浴比為1︰5，但浴比為1︰4的值與其很接近。從節(jié)省原料的角度考慮，同時考慮企業(yè)的生產(chǎn)成本，綜合之下，初步確定浴比1︰4為最佳溶劑用量。

2.1.2 提取溫度對蠶蛹油提取率的影響

圖3為考察5種不同溫度范圍對蠶蛹油提取率的影響，即溫度分別為50、55、60、65、70 ℃。

圖3 提取溫度對蠶蛹油脂提取率的影響Fig.3 The effect of extraction temperature on extraction rate of silkworm pupa oil

由圖3可知，隨著提取溫度的升高，蠶蛹油提取率先升高而后降低，溫度60 ℃時提取率達到最高。溫度50～60 ℃，提取率逐漸升高，主要是由于溫度升高可以增加6號白電油的擴散，對干蠶蛹粉末能夠更好溶解，從而有利于蠶蛹油的浸出；當溫度升高到60 ℃時提取率達到最大；60～70 ℃，隨著溫度的升高蛹油提取率明顯下降，可能是由于溫度過高使蠶蛹中的油脂發(fā)生氧化及蛋白質(zhì)受熱產(chǎn)生變性，也可能是由于溫度升高已經(jīng)很接近6號白電油的沸點從而導(dǎo)致其不斷氣化等原因；高溫還會破壞蠶蛹蛋白的再利用，也可能會導(dǎo)致蠶蛹油的臭味加重，影響蛹油的品質(zhì)。因此在用有機溶劑浸提時，溫度不宜過高。根據(jù)圖3分析可知，可以初步確定最佳提取溫度為60 ℃。

2.1.3 提取時間對蠶蛹油提取率的影響

圖4為考察5種不同提取時間范圍對蠶蛹油提取率的影響，即提取時間分別為1、2、3、4、5 h。

圖4 提取時間對蠶蛹油脂提取率的影響Fig.4 The effect of extraction time on extraction rate of silkworm pupa oil

由圖4可知，整個過程提取率緩慢升高而后降低。在提取時間為1～4 h，隨著時間不斷變長蛹油提取率略有升高，但是變化幅度不大，可知提取時間對蠶蛹油的提取率影響較小；時間在4 h時，提取率達到最大；當提取時間超過4 h后，隨著提取時間的延長蠶蛹油的提取率出現(xiàn)下降趨勢，分析主要是因為提取時間過長，導(dǎo)致蠶蛹蛋白對蠶蛹油形成附著作用。在企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)中，提取時間一般不宜過長。不僅是為了縮短企業(yè)的生產(chǎn)周期，提高企業(yè)生產(chǎn)效率；也是為了避免提取時間過長導(dǎo)致蠶蛹蛋白對蠶蛹油形成附著作用而影響蛹油的提取。因此，最佳提取時間初次確定為4 h。

2.1.4 翻滾次數(shù)對蠶蛹油提取率的影響

圖5為考察5個不同翻滾次數(shù)對蠶蛹油提取率的影響，即翻滾次數(shù)分別為0、20、40、60、80次。

圖5 翻滾次數(shù)對蠶蛹油脂提取率的影響Fig.5 The effect of the number of rolling on the extraction rate of silkworm pupa oil

由圖5可知，隨著翻滾次數(shù)的增加，提取率緩慢升高，但變化幅度較小。翻滾次數(shù)從0～60次，提取率略有升高，但是變化不大，可知翻滾次數(shù)對蠶蛹油的提取率影響不大。試驗中翻滾次數(shù)相當于是攪拌作用，使6號白電油能夠更均勻溶解蠶蛹粉末，從而更好地對蛹油進行提取。從圖5可以看出，與空白試驗相比較，翻滾一定次數(shù)還是能夠提高蛹油的提取率，具有地一定促進作用。從試驗工作量綜合考慮，可以初步確定翻滾次數(shù)為40次合適。

2.2 正交試驗

為優(yōu)化蠶蛹油提取工藝，根據(jù)單因素分析結(jié)果，以提取率為考察指標利用正交試驗得出較優(yōu)工藝條件。表1和表2分別為設(shè)定的四因素三水平水平表和正交試驗方案結(jié)果，每種重復(fù)3次試驗，取其平均值。

表1 正交試驗的因素水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交方案結(jié)果Tab.2 The results of orthogonal schemes

注：K1為1水平數(shù)據(jù)的綜合平均；K2為2水平數(shù)據(jù)的綜合平均；K3為3水平數(shù)據(jù)的綜合平均；R為極差。

根據(jù)正交試驗表中提取率的直觀分析可知，6號白電油對蛹油提取的最佳工藝條件為浴比1︰5，提取溫度60 ℃，提取時間4 h，翻滾次數(shù)60次。經(jīng)過試驗驗證分析,在最佳工藝條件下得到的提取率為21.87%，達到預(yù)期目標20%以上，說明6號白電油對蠶蛹油脂的提取方案是可行的。再根據(jù)正交試驗表中的極差分析R可知，對蛹油提取率影響程度最大的因素是浴比，是影響提取效果最主要的因素，各因素的影響程度順序為：浴比(溶劑用量)>提取溫度>翻滾次數(shù)>提取時間。

2.3 石油醚二次提取的結(jié)果分析

通過正交試驗分析得出6號白電油除蠶蛹最佳工藝，且提取率達到21.87%，為驗證其在此條件除油效果，結(jié)合現(xiàn)企業(yè)提取蛹油工藝，采用石油醚對最佳提取蛹油工藝條件下濾渣進行二次提取。進行3次重復(fù)試驗，并計算提取率，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 石油醚二次提取結(jié)果Tab.3 The secondary extraction results of petroleum ether

根據(jù)表3分析，3次重復(fù)試驗對比得出6號白電油對蠶蛹油脂的平均提取效率為87.62%，達到預(yù)期目標。說明6號白電油對蠶蛹油脂的整體提取效果還是較佳的。

3 結(jié) 論

本文以6號白電油為有機溶劑采用浸出法對蠶蛹中蛹油提取工藝優(yōu)化，利用單因素和正交分析法，得出較優(yōu)化工藝條件為浴比(m蠶蛹粉(g)：V白電油(mL))1︰5，提取溫度60 ℃，提取時間4 h，翻滾次數(shù)60次，且在該工藝條件下得到的最佳提取率為21.87%。最后，利用石油醚進行二次提取試驗驗證，得出6號白電油初次脫油后殘油率較低，對干蠶蛹油脂的提取效率為87.62%。