柞蠶油分子蒸餾純化工藝的研究

王朝臣，簡華，李煒，安洋

（天津渤海職業技術學院，天津300402）

中國是柞蠶的發源地[1]，柞蠶繭產量占世界總產量的90%左右，柞蠶資源蘊藏量十分豐富，便于規模開發利用。柞蠶屬食、療同源昆蟲，營養性、功能性已經得到了國內外專家的一致認可[2～4]。柞蠶脂肪總量的76%左右都為不飽和脂肪酸，含有豐富的α-亞麻酸、EPA、γ-亞麻酸、亞油酸和β-蛻皮激素等。柞蠶含有豐富的脂肪，其脂肪酸含量組成合理，不飽和脂肪酸含量高達75%，均是人體必須的脂肪酸，而且還含有豐富的亞麻酸。柞蠶含有豐富的礦物質、微量元素、維生素、細胞色素C、保幼激素、蛻皮激素、腦激素等多種功能性成分，具有促進脂類代謝、影響糖代謝、保護視力、促進核酸和蛋白質的合成、免疫調節等多種功能性[5～7]，柞蠶油保健功效好、營養價值高，具有很高的利用價值。

表1 5齡柞蠶與常見食物脂肪酸含量的比較/%

柞蠶油的提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、浸提法、超臨界萃取法等。其中水蒸氣蒸餾法、浸提法明顯破壞柞蠶油中的功能性成分，經超臨界萃取及超聲波強化超臨界CO2萃取得到的柞蠶油的成分較復雜，柞蠶油略顯粘稠，存在雜質和輕組分烯類等化合物，有效成分還需要進一步富集純化[7]。

分子蒸餾技術是基于在一定的溫度和真空度下混合物不同組分分子運動的平均自由程的差異而進行液-液分離或純化的技術[8～10]。該技術利用液體混合物各分子受熱后會從液面逸出，并在離液面小于輕分子平均自由程而大于重分子平均自由程處設置一個冷凝面，使輕分子不斷逸出，而重分子達不到冷凝面，輕分子只走了很短的距離即被冷凝，從而打破動態平衡[11]。分子蒸餾的特點在于真空度高、蒸餾溫度較低且物料受熱時間短，適用于柞蠶油熱敏性物質的分離純化。創新采用離心式分子蒸餾器對經過超聲波強化超臨界CO2萃取的柞蠶油進行純化，可以得到高純度的柞蠶油和較高的經濟效益。

1 材料與方法

1.1 材料及主要儀器

柞蠶5齡（遼寧省丹東市產柞蠶屬柞蠶種柞蠶，品種為“抗大”）；數控超聲波清洗器KQ5200DB（昆山超聲儀器有限公司）；超臨界萃取裝置MODEL260（德國ISCO公司）；短程分子蒸餾器BH-100（天津渤海職業技術學院自制）；冷凍干燥機LGJ-25（北京四環科學儀器廠）；電子天平ALC-210.4（Sartorius group）；恒溫數顯水浴鍋DZKW-D（河北黃驊市航天儀器廠）；型烘箱101-3C（上海實驗儀器廠）；高速粉碎機FW100型（天津泰斯特儀器有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 超臨界CO2萃取柞蠶油的工藝過程

選取5齡柞蠶，冷凍干燥后用粉碎機將干燥后柞蠶進行粉碎，過80目篩得到預處理柞蠶粗粉。將處理好的柞蠶粉投入超臨界萃取釜中，當溫度分別達到預定溫度時，打開CO2氣瓶送氣，當壓力達到預定壓力時，調節流量，恒溫恒壓下開始萃取并計算萃取時間，間隔一定時間從解析釜出口處收集柞蠶油。

1.2.2 柞蠶油分子蒸餾純化工藝流程

柞蠶油從蒸發器的頂部加入，經蒸餾器轉子上的料液分布器將柞蠶油均勻分布在加熱面上，刮膜器將柞蠶油刮成一層呈湍流狀的極薄液膜以螺旋狀向下推進。柞蠶油輕分子從加熱面上逸出，遇到內置冷凝器上冷凝，并順著冷凝器管流下通過位于蒸發器底部的出料管排出。重分子（即殘液）在加熱區下的圓形通道中收集，從側面的出料管中排出。

圖1 柞蠶油分子蒸餾過程

1.2.3 柞蠶油分子蒸餾純化工藝條件優化

柞蠶油分子蒸餾純化工藝受不同的溫度、壓力、離心轉數等因素影響，在單因素實驗的基礎上應用 SAS 統計軟件（SAS Inc，Cary，NC）的多因素實驗設計與數據分析統計，選擇對柞蠶油純度 (Y)有顯著影響的因素（X1、X2、X3），考察它們的交互作用對提取率的影響，實驗因素與水平見表2。根據Box-Behnken的中心組合試驗設計原理，以X1、X2、X3為自變量，提取率（Y）為響應值，繪制等值線與響應面圖。

表2 分子蒸餾純化響應面分析水平因素設計

2 結果與討論

應用SAS的多因素實驗設計與數據分析統計功能，優化柞蠶油分子蒸餾純化工藝條件。響應面實驗中以柞蠶油純度(Y)作為響應值進行三因素三水平的SAS響應面分析實驗，實驗以溫度、壓力、離心轉數為自變量，方案與結果見表3。

由上面響應面分析實驗，得到柞蠶油分子蒸餾純化實驗的最佳工藝參數為：溫度15℃、壓力為40Pa、離心轉數300r/min。運用SAS多因素分析程序對響應值進行回歸分析，經回歸擬和后得到回歸方程：

可信度分析見表4。

表4 反應曲面模型的統計量分析

表4中復相相關系數的平方R2=92.85%，說明由這三個因素及其二次項能解釋柞蠶油純度變化的92.85%，柞蠶油純度的變異系數為3.794259，回歸方程擬合程度較好。

表5 響應面的規范分析結果

由以上SAS響應面分析實驗及表5結果可知，Y的最大估計值92.7433。

3 結論

通過響應面分析實驗確立了最優的柞蠶油分子蒸餾純化工藝。通過實驗得出柞蠶油最佳純化條件為：溫度15℃、壓力為40Pa、離心轉數300r/min，柞蠶油的純度可達92.74%，得到了較好的結果。

分子蒸餾技術應用于柞蠶油純化方面具有獨特的優勢，通過實驗證明能在較低的溫度和壓力下，在較短的時間內對具有高附加值的熱敏性柞蠶油進行純化[12、13]，操作時間短、對柞蠶油營養成分破壞小、產品純度及收率高。隨著人們對高品質和天然綠色產品的追求，以及我國中藥現代化發展，采用分子蒸餾法純化柞蠶油，得到了高品質的柞蠶油產品，拓展了分子蒸餾技術在中藥現代化、產業化中的應用，大大降低了成本、分離效率高，可帶來極好的社會效益、經濟效益和生態效益，具有廣闊的應用前景。