林春梅 周鳴謙
(淮海工學(xué)院食品工程學(xué)院,連云港 222005)
蠶蛹(silkworm pupa)又名小蜂、蝶元、蠶女,為蠶蛾科家蠶(Bombyxmori L.)的蛹,是繅絲工業(yè)的主要副產(chǎn)品[1]。蠶蛹營養(yǎng)豐富,富含蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)等,其中不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過70%,人體必需脂肪酸α-亞麻酸含量高,不僅具有很高的營養(yǎng)價(jià)值,而且具有多種藥理作用。我國蠶蛹資源豐富,除少量鮮食外,年均仍有近10萬噸干蠶蛹可供利用。但由于缺乏深加工技術(shù),這些蠶蛹大部分加工成飼料和肥料或腐敗廢棄,少部分深加工成蠶蛹罐頭、蠶蛹精油、蠶蛹蛋白、多肽、氨基酸、蛹油軟膠囊等,用于食品、工業(yè)、醫(yī)藥、生物防治等領(lǐng)域[2-5]。其中,蠶蛹精油是以新鮮蠶蛹為原料,經(jīng)除雜、除臭等精煉而成,富含不飽和脂肪酸尤其是α-亞麻酸,為醫(yī)藥、保健食品、營養(yǎng)食品及高檔化妝品的優(yōu)質(zhì)原料是近年來開發(fā)研究熱點(diǎn)。
目前,提取蠶蛹油的方法主要包括有機(jī)溶劑浸出法、壓榨法、索氏提取法及超臨界 CO2萃取法等[6-12]。大部分學(xué)者研究重點(diǎn)集中于浸出法和超臨界CO2萃取法工藝方面,對(duì)提取的蠶蛹油中脂肪酸種類和含量研究較少[13-15]。本研究著重于考察索氏提取法和超臨界CO2萃取法對(duì)蠶蛹油提取率、GCMS法分析兩種方法得到的蠶蛹油脂肪酸組成和含量,為高品質(zhì)蠶蛹油工業(yè)生產(chǎn)提供參考依據(jù)。
桑蠶蛹:山東省棲霞市農(nóng)貿(mào)市場購得;CO2(純度>99.0%)連云港特殊氣體有限公司提供;試劑均為國產(chǎn)分析純。
HA 221-50-06型超臨界萃取儀:南通市華安超臨界萃取設(shè)備有限公司;LX-06A 300g多功能粉碎機(jī):江西省贛州市贛云食品機(jī)械廠;DHG-9035電熱鼓風(fēng)干燥箱:上海一恒科學(xué)儀器有限公司;HW·YS數(shù)顯恒溫水浴鍋:浙江舟山市定海區(qū)海源儀器廠;索氏提取器:山東甄城永興儀器廠;Agilent 6890N/5973i氣相色譜-質(zhì)譜儀:美國Agilent科技有限公司。
1.3.1 蠶蛹預(yù)處理
山東省棲霞市農(nóng)貿(mào)市場購得桑蠶蛹,適量溫水洗凈,置電熱鼓風(fēng)干燥箱中60℃烘至含水量低于5%,粉碎,過40目篩,備用。
1.3.2 蠶蛹油的索氏提取法工藝
工藝流程:干燥蠶蛹→粉碎過篩→稱量→裝料→索氏抽提4 h左右→回收石油醚→揮干殘留石油醚→蠶蛹油。
索氏提取操作:精確稱取15 g樣品,濾紙包好置索氏抽提器中,脂肪瓶中加入石油醚150 mL,恒溫水浴溫度設(shè)為50℃,虹吸次數(shù)為8~10次/h,回流提取4 h左右,觀察提取筒中液體顏色變得很淺時(shí),停止加熱,從抽提管下口滴一滴石油醚于濾紙上,揮發(fā)后不留下油跡,說明抽提完全,回收石油醚,至脂肪瓶中剩余石油醚極少量,置烘箱中60℃過夜,揮干殘留石油醚。重復(fù)3次,計(jì)算得到每份樣品的蠶蛹油提取率,然后計(jì)算平均提取率。
索式提取法蠶蛹油提取率=提取得到的蠶蛹油質(zhì)量/蠶蛹粉質(zhì)量×100%
1.3.3 蠶蛹油的超臨界萃取
工藝流程:干燥蠶蛹→粉碎過篩→稱量→裝料密封→升溫升壓至設(shè)定值→萃取→分離→蠶蛹油。
超臨界萃取:分別精確稱取200 g樣品置于超臨界CO2萃取儀的萃取釜中,在CO2流量為20 kg/h的條件下,設(shè)定不同的萃取壓力,在萃取時(shí)間為120 min時(shí),各個(gè)壓力下的得率有顯著差別,有助于分析,所以選用120 min作為萃取時(shí)間。通過單因素試驗(yàn)獲得萃取溫度、萃取壓力、分離溫度、分離壓力4個(gè)參數(shù)的大致范圍,設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn),每個(gè)處理做3個(gè)重復(fù),計(jì)算出每個(gè)處理的平均提取率。
超臨界CO2法蠶蛹油提取率=萃取得到的蠶蛹油質(zhì)量/裝料質(zhì)量×100%
1.3.4 正交試驗(yàn)
以蠶蛹油的提取率為指標(biāo),在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了工藝條件優(yōu)化試驗(yàn)。選擇萃取溫度(A)、萃取壓力(B)、分離溫度(分離釜Ⅰ溫度C)、分離壓力(分離釜Ⅰ壓力D)為變量,進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)(表1),每次裝料200 g。CO2流量為20 kg/h,萃取時(shí)間120 min,每個(gè)處理做3個(gè)重復(fù),計(jì)算每個(gè)處理的平均提取率。
表1 因素水平表
1.3.5 蠶蛹油脂肪酸GC-MS分析
1.3.5.1 樣品處理
甲酯化:取2滴蠶蛹油于10 mL具塞試管中,加入2.0 mL 5%氫氧化鉀-甲醇溶液搖勻,于60℃恒溫水浴皂化至油珠消失,冷卻至室溫后加入2.0 mL14%三氟化硼-甲醇溶液,搖勻,于60℃恒溫水浴3 min,冷卻至室溫,加入2 mL正己烷,飽和氯化鈉1mL,搖勻、靜置,離心后取其上層溶液用于氣相色譜-質(zhì)譜分析。
1.3.5.2 色譜條件
氣相色譜分析條件:色譜柱:122-7032DBWAX 柱(30 m ×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序:170℃以6.0℃/min升至230℃保持 6.0 min;載氣(He)流速1.0 mL/min,壓力2.4 kPa,進(jìn)樣量10 μL;分流比10:1。
質(zhì)譜分析條件:電子轟擊(EI)離子源;電子能量70 eV;接口溫度250℃;離子源溫度200℃;掃描質(zhì)量范圍m/z 33~450,掃描速率150次/min;全掃描方式。
3份15 g樣品,經(jīng)索氏提取,得到的蠶蛹油提取率如表2所示,平均為27.8%。
表2 索氏提取法得到的蠶蛹油提取率
選取L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3 正交試驗(yàn)結(jié)果
表4 方差分析表
采用直觀分析法分析表3數(shù)據(jù),結(jié)果說明,各因素對(duì)蠶蛹油提取的影響程度依次為A >B >D>C,即萃取溫度>萃取壓力>分離壓力>分離溫度。最佳工藝條件為A2B2C2D1,即:萃取溫度40℃,萃取壓力30 MPa,分離溫度50℃,分離壓力10 MPa。采用A2B2C2D1組合工藝進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),此條件下蠶蛹油的提取率為19.22%,高于其他組合,與索氏提取法得到的蠶蛹油提取率相比較低,為此,采用最佳工藝進(jìn)行二次提取,綜合兩次提取結(jié)果,提取率為24.01%,但仍然低于索氏提取法。表4方差分析表明,四種因素對(duì)結(jié)果的影響都沒達(dá)到顯著水平,結(jié)果受因素綜合影響更大一些。超臨界法得到的蛹油顏色明亮黃色,香味更純正。
蠶蛹油脂肪酸的GC-MS圖見圖1、圖2(扣除了溶劑峰),蠶蛹油的脂肪酸成分及相對(duì)含量見表5。
從表5中可以看出,索氏提取法得到的蠶蛹油GC-MS分析鑒定出24個(gè)成分,3.23 min處得到正己烷,5.37 min處得到苯,6.86 min處得到二十二烷,12.56 min處得到十五烷;超臨界法得到的蠶蛹油GC-MS分析鑒定出22個(gè)成分,6.84 min處得到十六碳酸,12.55 min處得到2,3-二甲基十七碳烷。除此之外,這兩種方法得到的蠶蛹油GC-MS分析成分基本相同。
表5 索氏提取法及超臨界CO2法得到的蠶蛹油中脂肪酸成分及相對(duì)含量
索氏提取法得到的蠶蛹油飽和脂肪酸主要組成成分:硬脂酸8.16%,軟脂酸18.24%;不飽和脂肪酸主要組成成分:油酸35.69%,亞油酸6.20%,α-亞麻酸26.93%。其中油酸含量最高,其次是α-亞麻酸,總不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.18%。除此之外,還有少量的正己烷0.07%,苯1.25%,疑為對(duì)樣品進(jìn)行甲酯化處理過程中帶入。超臨界CO2萃取蠶蛹油主要飽和脂肪酸成分:硬脂酸7.66%,軟脂酸18.81%;不飽和脂肪酸主要組成成分:油酸35.86%,亞油酸6.00%,α-亞麻酸28.03%,總不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71.15%,較索氏提取法得到的蛹油中不飽和脂肪酸含量稍高。
兩種提取方法相比,石油醚索氏提取法提取蠶蛹油效率高,平均可達(dá)27.80%,超臨界CO2萃取法一次提取率為19.22%,二次提取率可達(dá)24.01%,與索氏提取法相近。兩種方法得到的蠶蛹油經(jīng)GC-MS分析,所含脂肪酸種類基本相同,都為硬脂酸、軟脂酸、花生酸、油酸、亞油酸、亞麻酸等。各種脂肪酸含量差別不大,其中,超臨界CO2法得到的蛹油中總不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71.15%,α-亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.20%,而索氏提取法得到的蛹油中總不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.18%,α-亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.93%。
索氏提取法是一種測定食品中粗脂肪含量的經(jīng)典方法,可將蠶蛹中絕大部分油脂溶出,但此方法一次處理原料量有限,并且需保證蛹粉的干燥,否則所用溶劑會(huì)吸收樣品中水分造成非脂成分溶出,通過這種方法得到的產(chǎn)品純度差,溶劑難以完全揮發(fā),影響產(chǎn)品后續(xù)的精制。超臨界CO2萃取法是一種新型的無毒溶劑萃取技術(shù),利用超臨界CO2流體在不同溫度和壓力下利用對(duì)不同物質(zhì)的溶解度差別將其分離,工藝簡單,生產(chǎn)成本低,特別適用于脂溶性、高沸點(diǎn)、熱敏性物質(zhì)的提?。?3]。本研究采用這種技術(shù)得到的蠶蛹油無腥味臭味,色澤亮黃,與索氏提取法得到的黃色半透明,略有腥味的蛹油相比較,更利于實(shí)現(xiàn)精制蠶蛹油的工業(yè)化生產(chǎn)。本課題的研究結(jié)果可為蠶蛹油的開發(fā)利用提供參考。
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