基于膜技術(shù)的水飛薊油脫膠工藝優(yōu)化及脂肪酸組成的變化

鄧小敏，謝建君，馬欣艾，孟治平，陳軒宇，韓星星，梁銀妹，朱華旭，付廷明,

（1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇南京 210023；2.江蘇省植物藥深加工工程研究中心，江蘇南京 210023）

水飛薊是菊科水飛薊屬的草本植物，具有清熱解毒、保肝利膽之功效，是保肝藥用活性成分水飛薊素的主要來源，也是我國重要的中藥戰(zhàn)略物資。但水飛薊素僅存在于種殼中，約占籽重的1%左右[1?2]。目前實(shí)際生產(chǎn)過程中以水飛薊素的提取為主，而在此過程中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)和油脂則被視為副產(chǎn)品，沒有使水飛薊資源得到充分開發(fā)利用[1]。然而，水飛薊油中脂肪酸含量豐富，作為膳食補(bǔ)充劑可以防治高血壓、心血管和代謝疾病的惡化，同時(shí)還有抗氧化和抗關(guān)節(jié)炎的作用[3?6]，具有很高的藥用和食用價(jià)值。因此，對(duì)其中的水飛薊油進(jìn)行資源化研究，開發(fā)出一套新型油脂精制方法對(duì)提高水飛薊藥材資源的利用率具有重要意義。

直接經(jīng)壓榨或溶劑提取法獲得的油脂稱為原油或毛油，在提取分離過程中往往會(huì)混入諸如泥沙、餅屑和纖維之類的機(jī)械雜質(zhì)，以及諸如磷脂、多糖、蛋白質(zhì)等之類的膠溶性雜質(zhì)和游離脂肪酸、色素之類的脂溶性雜質(zhì)等[7?8]。因此，水飛薊原油成為可食用油脂必須經(jīng)過脫膠、脫酸、脫色、脫臭等工藝流程。其中，脫膠是第一步也是最為重要的一步。工業(yè)上常用的脫膠方法為水化脫膠，近年來又發(fā)展出膜法脫膠、酶法脫膠、微生物脫膠、超臨界CO2脫膠等多種新型脫膠技術(shù)[9]。水化脫膠的脫膠率通常低于90%[10?13]，并且由于需要加熱會(huì)造成生物活性成分和中性油的損失[12,14]。酶法脫膠與微生物脫膠均是利用磷脂酶與磷脂基團(tuán)反應(yīng)，分解膠質(zhì)從而達(dá)到脫膠的目的，磷脂酶用于油脂精煉工藝已被證實(shí)是安全無毒的[15]。使用磷脂酶對(duì)大豆毛油進(jìn)行脫膠，脫膠率顯著高于的傳統(tǒng)水化方式[16?17]，并顯示出雙酶的脫膠效果最好，單酶其次，水化最差的情況[12,14]，另外使用超聲輔助還可進(jìn)一步增加酶法脫膠效率[18?20]。超臨界CO2脫膠是高溫高壓條件下使用CO2溶劑進(jìn)行萃取，得到的油脂純度高、透明度好[9,21]。酶法、微生物法以及超臨界CO2脫膠法相比于傳統(tǒng)水化法都提高了脫膠率，減少了油脂的損失。但酶法與微生物法對(duì)pH的要求高，反應(yīng)時(shí)間較長，操作較繁瑣。超臨界CO2法設(shè)備昂貴，維護(hù)困難，難以用于大生產(chǎn)。膜法脫膠的原理是磷脂可以在非極性溶劑中形成分子量遠(yuǎn)大于自身的反膠束[22?23]，從而可以通過膜過濾的方式截留。膜分離技術(shù)具有具有高效、節(jié)能、操作簡單和易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)[24?25]，可以解決傳統(tǒng)水化效率低和污染大的問題，同時(shí)也可用于工業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)。已有研究證膜分離法用于鐵核桃油脫膠，脫膠率可達(dá)97%以上[26]。

本文以水飛薊原油為研究對(duì)象，以通量、脫膠率以及碘值、過氧化值、酸值等指標(biāo)分別對(duì)孔徑為300、800 nm、1 μm的無機(jī)陶瓷膜和膜截留分子量為10 kDa的聚酰胺（PAN）膜、醋酸纖維素（CA）膜、聚醚砜（PES）膜三種有機(jī)膜進(jìn)行篩選。將經(jīng)篩選后的最佳的膜材料進(jìn)行正交工藝優(yōu)化，通過對(duì)比精制前后脂肪酸的組成，評(píng)價(jià)該方法的可行性，從而為水飛薊原油的精制生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

水飛薊籽 亳州鴻碩生物科技有限公司；棕櫚酸甲酯（分析標(biāo)準(zhǔn)品，≥98%） 上海源葉生物科技有限公司；亞油酸甲酯（分析標(biāo)準(zhǔn)品，≥98%） 邁博生物科技有限公司；硬脂酸甲酯（分析標(biāo)準(zhǔn)品，≥98%） 南京良緯生物科技有限公司；花生酸甲酯（分析標(biāo)準(zhǔn)品，≥98%） 北京索萊寶科技有限公司；山崳酸甲酯（分析標(biāo)準(zhǔn)品，≥98%）、十九酸甲酯（分析標(biāo)準(zhǔn)品，≥98%）、磷酸二氫鉀（分析純）、無水鉬酸鈉（分析純） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；正己烷（色譜純）、甲醇（色譜純）、乙醚（分析純）、三氯甲烷（分析純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

UFSC40001膜裝置 美國Millipore公司；截留分子量為10 kDa聚酰胺（PAN）膜、醋酸纖維素（CA）膜、聚醚砜（PES）膜以及截留分子量為3、5、8、20 kDa的PES膜 北京中科瑞陽膜技術(shù)有限公司；無機(jī)氧化鋁陶瓷膜 膜孔徑分別為300、800 nm、1 μm，南京工業(yè)大學(xué)定制；Thermo Trace 1300 氣相色譜儀、ISQ QD型質(zhì)譜聯(lián)用儀 賽默飛世爾科技（中國）有限公司；S4800型掃描電子顯微鏡（SEM） Hitachi公司；榨油機(jī) 中山市科帕智能網(wǎng)絡(luò)科技有限公司；TU-1810紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；MS105十萬分之一電子天平 瑞士梅特勒公司；MP-5002電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；MS-H280-proLED數(shù)顯加熱型磁力攪拌器 北京大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器股份公司；ALVBP12高速冷凍離心機(jī) 南京南奧生物科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水飛薊油溶液的制備 榨油機(jī)預(yù)熱10 min后將水飛薊籽仁倒入，收集壓榨所得的水飛薊毛油于4 ℃冰箱中靜置過夜后于離心機(jī)中8000 r/min轉(zhuǎn)速離心10 min，除去沉淀，得到的即為除去機(jī)械雜質(zhì)的水飛薊毛油。該毛油與正己烷以一定比例混合均勻后即為待分離溶液。

1.2.2 膜分離精制 膜分離裝置的示意圖見圖1。將待分離油溶液加入膜杯中，調(diào)整磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速為300 r/min，在氮?dú)饧訅合麻_始過濾。將過濾所得濾液經(jīng)旋蒸脫去正己烷，所得油溶液保存在4 ℃冰箱中備用。通過與天平連接的電腦記錄每分鐘經(jīng)膜過濾的溶液重量，用于膜通量的計(jì)算。

圖1 膜分離裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of membrane separation device

膜通量是單位時(shí)間單位膜面積通過的流體量，其大小直接影響分離精制的效率，是膜分離效果的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。膜通量（Jw）的計(jì)算公式為[27]：

式中：V為體積，L；S為膜面積，m2；t為時(shí)間，h；Jw為膜通量，L·m?2·h?1。

1.2.3 磷脂、酸值、碘值、過氧化值的測定 磷脂含量的測定參照GB/T 5537-2008《食品中磷脂的含量測定》中第一法鉬藍(lán)比色法。

式中：m1為原油中磷脂的含量，mg/g；m2為精制后的油脂中磷脂的含量，mg/g。

酸價(jià)的測定參照GB 5009.229-2016《食品中酸價(jià)的測定》；碘值的測定參照GBT 5532-2008《動(dòng)植物油脂碘值的測定》；過氧化值的測定參照GB 5009.227-2016《食品中過氧化值的測定》。

1.2.4 水飛薊油的脂肪酸組成及含量測定

1.2.4.1 樣品的前處理 樣品甲酯化：精密稱取水飛薊毛油0.5 g，置于50 mL的容量瓶中。加入乙醚:正己烷（1:1）混合溶劑10 mL，依次加入10 mL甲醇、10 mL 0.5 mol·mL?1KOH/甲醇溶液，放置30 min，用超純水定容。取經(jīng)無水硫酸鈉除去痕量水的上清液1 mL于10 mL容量瓶中，加入內(nèi)標(biāo)溶液1 mL，用正己烷定容。

1.2.4.2 GC-MS條件 色譜條件：色譜柱：TG-1 MS毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；程序升溫：起始溫度170 ℃，以10 ℃·min?1升至210 ℃后再以10 ℃·min?1升至240 ℃，保持5 min。載氣（He）流速1.2 mL·min?1，進(jìn)樣量1 μL；分流比：30:1。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度280 ℃，溶劑延遲3 min，掃描范圍m/z 33～550。

1.2.4.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 內(nèi)標(biāo)溶液的制備：精密稱取十九酸甲酯10 mg于10 mL容量瓶中，正己烷定容，混勻，制成質(zhì)量濃度為1 mg·mL?1的溶液，備用。

對(duì)照品儲(chǔ)備液的制備：分別精密稱取棕櫚酸甲酯、亞油酸甲酯、硬脂酸甲酯、花生酸甲酯、山崳酸甲酯對(duì)照品適量于10 mL容量瓶中，使用正己烷定容。制成質(zhì)量濃度為10 mg·mL?1的標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)存液。

線性關(guān)系考察：精密吸取棕櫚酸甲酯對(duì)照品儲(chǔ)備液100、150、200、250、300、350、400 μL，亞油酸甲酯對(duì)照品儲(chǔ)備液500、750、1000、1250、1500、2000、2500 μL，硬脂酸甲酯對(duì)照品儲(chǔ)備50、100、150、200、250、300、350 μL，花生酸甲酯對(duì)照品儲(chǔ)備液50、100、150、200、250、300、350 μL，山崳酸甲酯對(duì)照品儲(chǔ)備液50、100、150、200、250、300、350 μL分別置于10 mL容量瓶中，再分別加入1 mL內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液，正己烷定容。按照“1.2.4.2”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)行檢測，以各對(duì)照品峰面積與內(nèi)標(biāo)物峰面積比值為縱坐標(biāo)（Y），以各標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（X），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得棕櫚酸甲酯的線性回歸方程分別為Y=8.6299X+0.0027，R2=0.9992，線性范圍為0.1～0.4 mg·mL?1。亞油酸甲酯線性回歸方程為Y=5.5627X+2.1367，R2=0.9992，線性范圍為0.5～2.5 mg·mL?1。硬脂酸的線性回歸方程為Y=9.5675X?0.0136，R2=0.9992，線性范圍為0.05～0.35 mg·mL?1。花生酸甲酯線性回歸方程為Y=9.5889X?0.0121，R2=0.9995，線性范圍為0.05～0.35 mg·mL?1。山崳酸甲酯線性回歸方程為Y=7.6071X-0.0465，R2=0.9994，線性范圍為0.05～0.35 mg·mL?1。線性關(guān)系均良好。

1.2.5 不同膜的篩選 稱取適量水飛薊原油，加入油溶比1:3的正己烷，混合均勻后倒入膜杯中。調(diào)整壓力閥，使壓力穩(wěn)定在0.2 MPa。使油溶液分別通過截留分子量為10 kDa的PAN膜、CA膜、PES膜以及膜孔徑分別為300、800 nm和1 μm的無機(jī)氧化鋁陶瓷膜，收集濾液，并同時(shí)記錄通量。

1.2.6 水飛薊油膜法精制脫膠的單因素考察 基于1.2.5試驗(yàn)的結(jié)果選取PES膜作為后續(xù)正交工藝優(yōu)化的對(duì)象。分別對(duì)其進(jìn)行截留分子量、壓力和油溶比的單因素考察[26]。

對(duì)經(jīng)過不同因素下精制的水飛薊油以40 min內(nèi)平均通量、脫膠率的綜合評(píng)分[綜合評(píng)分=（平均通量/基準(zhǔn)通量）×100%×0.4+脫膠率×0.6，以水飛薊油在20 kDa截留分子量的PES膜上，以0.3 MPa的壓力、1:5的油溶比時(shí)的通量為基準(zhǔn)通量]為指標(biāo)，篩選出合適的膜，并對(duì)該膜進(jìn)行單因素考察。

膜截留分子量的考察：固定壓力0.25 MPa，油溶比1:3，以綜合評(píng)分為指標(biāo)考察PES膜截留分子量（3、5、8、10、20 kDa）對(duì)水飛薊油脫膠效果的影響。

壓力的考察：選取綜合評(píng)分最高的膜截留分子量，并固定油溶比為1:3，以綜合評(píng)分為指標(biāo)考察壓力（0.1、0.15、0.2、0.25、0.3 MPa）對(duì)水飛薊油的脫膠效果影響。

油溶比的考察：選取截留分子量8 kDa的PES膜，固定壓力為0.3 MPa，以綜合評(píng)分為指標(biāo)來考察不同油溶比（1:1、1:2、1:3、1:4、1:5）的脫膠效果。

1.2.7 水飛薊油膜法精制脫膠的正交工藝優(yōu)化 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取膜截留分子量（A）、壓力（B）、油溶比（C）為影響因素，按L9（34）正交表進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)，因素水平見表1。以通量、脫膠率的綜合評(píng)分為指標(biāo)，綜合評(píng)分計(jì)算方法同1.2.6。用綜合評(píng)分值進(jìn)行方差分析，最后篩選膜法脫膠的最優(yōu)條件。

表1 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal test factor level design

1.2.8 掃描電子顯微鏡（SEM）觀察 空白膜片分別于超純水和正己烷中浸泡，在通風(fēng)櫥中室溫下干燥。經(jīng)膜分離法操作后的膜片樣品，先用正己烷沖去表面松散的附著物，再于通風(fēng)櫥中干燥后切片。將膜片粘在電導(dǎo)膠上噴金后經(jīng)掃描電子顯微鏡觀察膜的表面形態(tài)和膜孔堵塞情況，電壓為5.0 kV。

1.3 數(shù)據(jù)處理

標(biāo)準(zhǔn)曲線由Microsoft Excel 13.0繪制，其余數(shù)據(jù)采用SPSS軟件22.0進(jìn)行處理，Origin 8.5軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同膜的篩選

2.1.1 通量與脫膠率 膜通量是膜分離過程中的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映了膜分離的效率。脫膠率則直接體現(xiàn)了磷脂類膠溶性雜質(zhì)的去除效果。對(duì)分別經(jīng)膜孔徑300、800 nm、1 μm的無機(jī)陶瓷膜和截留分子量為10 kDa的PAN、CA、PES膜分離精制過程中的膜通量和水飛薊油的脫膠率進(jìn)行考察，結(jié)果見圖2。

由圖2a可見，從通量變化來看，無機(jī)陶瓷膜的通量雖然整體高于有機(jī)膜，但通量下降明顯，且隨著膜孔徑增大，膜污染更為明顯，不同孔徑的陶瓷膜通量最后趨于一致。有機(jī)膜中膜通量大小分別是PAN>PES>CA，膜污染情況相較于陶瓷膜良好。由圖2b可知，無機(jī)膜中孔徑越小脫膠率越高，但整體脫膠率均低于40%，脫膠情況較差。有機(jī)膜中PAN膜脫膠率較低，PES和CA膜脫膠情況較為良好，分別達(dá)到73.33%和76.67%。

圖2 不同種類膜材料膜通量（a）的變化和脫膠率（b）比較Fig.2 Changes in flux （a） and degumming rates （b） of different types of membranes

2.1.2 碘值、過氧化值與酸值 分別對(duì)經(jīng)不同膜精制后的水飛薊油進(jìn)行碘值、過氧化值、酸值的測定，結(jié)果如圖3所示。碘值指100 g物質(zhì)所能吸收碘的重量，反映了油脂的不飽和程度即油脂中不飽和脂肪酸的含量，碘值越高，不飽和脂肪酸含量越高。由圖3A可知，經(jīng)膜分離法精制后油脂的碘值與原油的相比均有所下降，說明不飽和脂肪酸含量均有所損失，其中經(jīng)過800 nm的無機(jī)陶瓷膜和截留分子量為10 kDa的PES膜損失最少。

如圖3B所示，過氧化值反應(yīng)了油脂氧化后生成過氧化物的多少，體現(xiàn)了油脂的腐敗程度。過氧化值越高，油脂腐敗程度越高。由圖3B可見，經(jīng)不同膜精制后的油脂，過氧化值均有所增加。說明膜分離過程中油脂均有腐敗的傾向。其中PES的過氧化值最高為0.115 g/100 g，但該值低于水飛薊油市場標(biāo)準(zhǔn)的0.15 g/100 g。

如圖3C所示，酸值則體現(xiàn)了油脂中游離脂肪酸含量的多少，游離脂肪酸越多，酸值越高。游離脂肪酸是油脂中的雜質(zhì)之一，它的存在會(huì)加速油脂氧化。圖3C表明經(jīng)膜分離精制后，油脂中的脂肪酸含量基本不變，說明膜分離精制手段對(duì)水飛薊油精制過程中的脫酸效果不明顯。

圖3 不同膜過濾后油脂的碘值（A）、過氧化值（B）和酸值（C）對(duì)比圖Fig.3 Comparison chart of iodine value (A), peroxide value (B)and acid value of grease (C)

綜上，有機(jī)膜相較于無機(jī)陶瓷膜來說脫膠率高，膜污染小，成本更低。因此，有機(jī)膜用于水飛薊毛油脫膠更為經(jīng)濟(jì)有效。有機(jī)膜中PES膜脫膠效率與CA膜較高，但前者通量遠(yuǎn)大于后者。在碘值、酸值和過氧化值的對(duì)比中，PES的碘值最高，不飽和脂肪酸的保留率最高。并且PES脫膠油的酸價(jià)最低，脫酸效果最好。雖然，過氧化值在三者中最高，腐敗傾向更大，但其依然在市場標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。因此，本實(shí)驗(yàn)后續(xù)對(duì)PES膜用于水飛薊原油的脫膠精煉工藝進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 PES膜的工藝優(yōu)化

2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn) 圖4為基準(zhǔn)通量的變化情況，即在各單因素中最高水平的通量變化，平均通量為40.42 L·m?2·h?1。

圖4 PES膜的基準(zhǔn)通量Fig.4 Benchmark Flux for PES Membranes

對(duì)截留分子量、壓力、油溶比的單因素考察結(jié)果如圖5～圖7所示。

圖5 不同膜截留分子量通量變化（a）和脫膠率（b）Fig.5 Changes in flux of different membrane molecular weight cutoffs (a) and degumming rate (b)

如圖5a所示，從整體來看，各截留分子量下膜通量開始時(shí)下降快，后又逐漸穩(wěn)定。表明開始時(shí)污染物在膜表面形成濾餅層。隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，溶液中污染物減少，濾餅層的形成速度減慢。當(dāng)膜杯中轉(zhuǎn)子的剪切力使濾餅層變薄的速度與濾餅層形成的速度相當(dāng)時(shí)[28]，通量也逐漸穩(wěn)定。從截留分子量來看，隨著膜截留分子量的增大，平均通量整體上呈現(xiàn)增大的趨勢。其中截留分子量為8 kDa時(shí)，通量較10 kDa的通量大。推測原因是截留分子量較小時(shí)，隨著截留分子量的增大，單位時(shí)間內(nèi)通過的液體量增大，通量也增大。但當(dāng)截留分子量增大到與磷脂反膠束[22?23]的分子量接近時(shí)，此時(shí)通量不會(huì)升高，反而會(huì)因部分磷脂反膠束堵塞而造成通量下降。隨著膜截留分子量的繼續(xù)增大到大于反膠束分子量時(shí)，此時(shí)反膠束可以通過，通量達(dá)到最大。圖5b中脫膠率在截留分子量大于8 kDa時(shí)，膜截留分子量越大，對(duì)磷脂反膠束的截留減小，在截留分子量低于8 kDa時(shí)，脫膠率在膜截留分子量越小時(shí)越低，推測可能是在截留分子量較小時(shí)，對(duì)制膜工藝要求較高，膜截留分子量不均一所致。綜合評(píng)分分別為60.93、62.24、79.49、69.44、78.22。膜截留分子量為8 kDa時(shí)的綜合評(píng)分最高，因此后續(xù)試驗(yàn)選擇膜截留分子量8 kDa為考察參數(shù)之一。

如圖6a所示，在不同壓力下通量的降低幅度不同，并隨著壓力的增大，通量的下降程度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。可能原因是在壓力較小時(shí)，污染物沉積速度較小，此時(shí)壓力因素占優(yōu)勢。但當(dāng)壓力過高時(shí)，污染物與膜表面的機(jī)會(huì)也增大，此時(shí)剪切力不足以抵抗濾餅層的形成速度，同時(shí)部分膜孔被堵塞，造成通量下降。其中0.3 MPa下，通量波動(dòng)最小。此時(shí)，說明該壓力已增大到可以抵消部分膜污染。脫膠率如圖6b所示，排除誤差存在，脫膠率呈逐步增加趨勢。推測原因是隨著壓力增大，膜污染也有所增大，在膜表面形成濾餅層厚度也增大，導(dǎo)致截留率增大。可得綜合評(píng)分分別為64.46、76.64、67.10、73.84、78.33。壓力為0.3 MPa時(shí)的綜合評(píng)分最高，因此后續(xù)試驗(yàn)選擇壓力0.3 MPa為考察參數(shù)之一。

圖6 不同壓力下的膜通量變化（a）和脫膠率（b）Fig.6 Changes in membrane flux (a) and degumming rate (b)under different pressures

如圖7a所示，不同油溶比下通量的下降程度隨著油溶比的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，油溶比1:3時(shí)通量波動(dòng)最小。可能是在溶劑比較少的時(shí)候，無法保證所有磷脂形成反膠束，此時(shí)隨著溶液的增多反膠束的量也增多，由于反膠束無法通過膜片，通量降低。如圖7b所示，隨著油溶比增加，脫膠率先增大后減小，油溶比1:3時(shí)脫膠率最大。表明在油溶比較小時(shí)，隨著溶劑的增多，反膠束形成越多，脫膠率越大。當(dāng)所有磷脂臨城反膠束時(shí)，隨著溶劑持續(xù)增加，此時(shí)在保證所有磷脂形成反膠束的同時(shí)，此時(shí)由于溶液較稀，在0.3 MPa的壓力下，部分反膠束可能隨著大量稀溶液的快速通過造成了膜污染，從而導(dǎo)致了較低的膜通量和脫膠率。綜合評(píng)分分別為46.55、55.68、63.19、62.23、52.25。油溶比為1:3時(shí)的綜合評(píng)分最高，因此后續(xù)試驗(yàn)選擇油溶比1:3為考察參數(shù)之一。

圖7 不同油溶比下的通量變化（a）和脫膠率（b）Fig.7 Changes in flux (a) and degumming rate (b) under different oil-to-solubility ratios

2.2.2 正交試驗(yàn) 基于單因素實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，分別對(duì)PES膜進(jìn)行膜截留分子量（A）、壓力（B）、油溶比（C）為影響因素進(jìn)行L9（34）正交表進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)同1.2.6的綜合指標(biāo)。用綜合評(píng)分值進(jìn)行方差分析，最后篩選膜法脫膠的最優(yōu)條件，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表見表2。

根據(jù)表2結(jié)果顯示，影響因素顯著性表現(xiàn)為B＞A>C，即壓力>截留分子量>油溶比。膜法精制水飛薊油脫膠中最佳試驗(yàn)方案為A2B3C2，即截留分子量8 kDa，壓力0.3 MPa，油溶比1:3。根據(jù)表3的結(jié)果顯示，截留分子量、壓力和油溶比均無顯著性差異（P＞0.05）。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果所得的最佳參數(shù)進(jìn)行了3組水飛薊油膜法脫膠試驗(yàn)，平均通量分別為22.19、25.32、24.91 L·m?2·h?1，脫膠率分別為96.42%、95.98%、96.28%，綜合得分分別為79.81、82.64、82.42。RSD為1.93%<2%，說明此條件穩(wěn)定可行。綜上可得，可在膜截留分子量8 kDa、壓力0.25 MPa、油溶比1:3的條件下精制脫膠。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental results

表3 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果Table 3 Orthogonal test variance analysis result

2.3 膜精制前后水飛薊油中脂肪酸的組成及含量

采用氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀（GC-MS）對(duì)水飛薊油的脂肪酸種類進(jìn)行了測定，結(jié)果見圖8。采用內(nèi)標(biāo)法分別計(jì)算水飛薊原油和篩選出的正交優(yōu)化條件下精制的水飛薊脫膠油進(jìn)行脂肪酸含量測定，結(jié)果見表4。

根據(jù)圖8所示，結(jié)合質(zhì)譜聯(lián)用儀的譜庫檢索及文獻(xiàn)[29]，可確定水薊原油與精制膜法精制脫膠油中的脂肪酸脂肪酸種類為棕櫚酸C16:0、亞油酸C18:2、硬脂酸C18:0、花生酸C20:0和山崳酸C20:0。說明經(jīng)膜分離法精制脫膠后，水飛薊油脂肪酸種類未發(fā)生變化。

圖8 水飛薊原油（A）和精制油（B）的脂肪酸組成的GC-MS測定Fig.8 GC-MS determination of fatty acid composition of raw(A) and refined (B) Silybum marianum oil

如表4所示，水飛薊原油與經(jīng)膜分離精制后的油脂相比，各脂肪酸含量均有所減少。說明膜分離法精制水飛薊油不會(huì)改變其脂肪酸的組成，但會(huì)造成脂肪酸的少量損失。

表4 水飛薊油的脂肪酸組成及種類Table 4 Fatty acid composition and types of milk thistle oil

2.4 PES膜的掃描電鏡表征

通過SEM分別對(duì)浸泡在超純水（圖9A、9D）和正己烷（圖9B、9E）中的空白膜和在正交工藝優(yōu)化后的最佳條件下經(jīng)膜分離精制后的膜片（圖9C、9F）進(jìn)行表面形態(tài)的觀察。結(jié)果如圖9所示。

由圖9可見，浸泡在正己烷中的空白膜（B、E）與超純水中的膜片（A、D）相比，膜孔增大，但表面形態(tài)平整、膜孔明顯，并且無其他附著物，說明PES膜在正己烷中存在溶脹現(xiàn)象，但性質(zhì)較為穩(wěn)定，有較強(qiáng)的耐己烷的能力[30]，可用于膜分離實(shí)驗(yàn)。經(jīng)膜分離試驗(yàn)后的膜片表面（C、F）有油狀附著物，且部分膜孔未在掃面電鏡下觀察到，表明了過膜表面存在堵塞情況，這應(yīng)該也是膜通量下降的原因。但結(jié)合上文，可以看出聚醚砜（PES）膜膜污染較小，通量下降不明顯，因此這些附著物可能部分會(huì)在過膜過程中在磁力攪拌作用下存在不斷溶解、附著、溶解的過程。

圖9 空白膜片與經(jīng)膜分離實(shí)驗(yàn)后膜片的SEM表征Fig.9 SEM characterization of blank membrane and membrane after membrane separation experiment

3 結(jié)論

本文在對(duì)無機(jī)陶瓷膜和PAN、CN、PES三種有機(jī)膜對(duì)水飛薊毛油脫膠精制效果篩選的基礎(chǔ)上，對(duì)分離效果最佳的PES膜進(jìn)行了工藝優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PES膜精制水飛薊毛油的脫膠率較高，并且基本不會(huì)改變油脂的脂肪酸組成。經(jīng)SEM觀察，PES膜在正己烷中性質(zhì)穩(wěn)定可用來進(jìn)行分離精制實(shí)驗(yàn)。說明膜分離法用于水飛薊毛油脫膠精制具有一定的可行性，運(yùn)用到水飛薊藥材的資源化研究中，有望于改善水飛薊藥材利用率低的問題。