黑水虻油脂的提取及理化性質(zhì)分析

■徐歆歆 王文韜 吉 紅*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.河南師范大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453007）

昆蟲資源作為地球上最大的生物類群，具有生長(zhǎng)周期短、繁殖速度快、攝食廣泛的特點(diǎn)。此外，昆蟲資源因具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值被廣泛用作動(dòng)物蛋白原料[1-2]。有研究指出黑水虻蟲漿在框鯉日糧中添加75%水平以內(nèi)對(duì)魚體生長(zhǎng)無(wú)負(fù)面影響，并對(duì)魚體健康具有正向的促進(jìn)作用[3]。黑水虻蛋白替代豆粕且日糧蛋白水平低于14.85%時(shí)，對(duì)雞蛋蛋清品質(zhì)無(wú)負(fù)面影響[4]。黑水虻幼蟲粉替代鱸魚日糧中50%的魚粉對(duì)其幼魚的生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響[5]。然而，隨著黑水虻蛋白飼料化進(jìn)程的加快，其加工過(guò)程中的副產(chǎn)物——黑水虻油脂的開發(fā)應(yīng)用也得到了學(xué)者們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注[6]。黑水虻油脂中的脂肪酸組成較為豐富，且含有淡水魚類生長(zhǎng)發(fā)育所需的亞油酸[6]。目前一些先進(jìn)的油脂分離設(shè)備也在逐漸應(yīng)用到油脂分離過(guò)程中[7]。但如今與黑水虻油脂的提取工藝及理化性質(zhì)分析的相關(guān)試驗(yàn)還較少[8]。相關(guān)研究還不夠深入，一定程度上限制了昆蟲油脂在飼料行業(yè)的有效應(yīng)用。因此本研究采取有機(jī)溶液浸提法，通過(guò)單因素試驗(yàn)，探索反應(yīng)溫度、有機(jī)溶劑與蟲粉的比例、提取時(shí)間這3個(gè)因素求取最佳單因素條件。在此基礎(chǔ)上通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化有機(jī)溶液浸提法提取黑水虻油的最優(yōu)條件。對(duì)最優(yōu)條件下制備出的油脂進(jìn)行理化指標(biāo)檢測(cè)并與壓榨法制備的油脂進(jìn)行比較，明確黑水虻油的理化性質(zhì)，為黑水虻油飼料化工作奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 黑水虻油的提取

黑水虻干蟲由西北農(nóng)林科技大學(xué)安康水產(chǎn)試驗(yàn)示范站（陜西安康）提供。首先用超微粉碎機(jī)將干蟲進(jìn)行粉碎，將粉碎后的干蟲分為3份，1份通過(guò)索氏提取法測(cè)定黑水虻干蟲粗脂肪含量[5]，1份用于有機(jī)溶液浸提法確定最佳反應(yīng)條件并提取油脂[9]；1份放入預(yù)熱好的自動(dòng)榨油機(jī)中榨取蟲油，將蟲油在4 000 r/min的條件下離心10 min 去除雜質(zhì)，取上清液[10]，將黑水虻油分別收集于特定油罐中，冷卻靜置備用。

1.2 試驗(yàn)試劑

石油醚（60～90 ℃）、95%的乙醇、冰乙酸、三氯甲烷、丙酮、乙醚、鹽酸等化學(xué)試劑（分析純）購(gòu)自于雨辰化玻站（陜西咸陽(yáng)）。

1.3 有機(jī)溶液浸提黑水虻油脂

將黑水虻粉（g）與石油醚（mL）以一定比例放在錐形瓶中后，放在一定溫度下的水浴鍋內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，到達(dá)反應(yīng)時(shí)間后取出錐形瓶。將錐形瓶?jī)?nèi)物質(zhì)進(jìn)行離心后取上清液并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行油脂與有機(jī)溶劑的分離。

1.3.1 單因素溫度的確定

稱取黑水虻幼蟲干粉5 g，在石油醚用量60 mL、反應(yīng)時(shí)間是4 h 的前提下分別測(cè)定溫度（30、40、50、60、70 ℃）下的油脂提取率。

油脂提取率（%）=黑水虻油的重量（g）/黑水虻幼蟲干粉的重量（g）×100

1.3.2 單因素時(shí)間的確定

稱取黑水虻幼蟲干粉5 g，在石油醚用量60 mL、提取溫度為40 ℃的條件下分別提?。?、4、6、8、10 h），測(cè)定提取率。

1.3.3 單因素料液比的確定

稱取黑水虻幼蟲干粉5 g，分別與不同體積的石油醚（40、50、60、70、80 mL），在溫度為50 ℃的條件下反應(yīng)4 h后，測(cè)定提取率。

1.3.4 正交試驗(yàn)

在分別確定蟲粉與石油醚的比例、最佳反應(yīng)溫度及時(shí)間后，以3者為考察因素采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)[L9（34）]對(duì)試驗(yàn)的最佳反應(yīng)條件進(jìn)行綜合選擇并驗(yàn)證。

1.4 黑水虻油脂感官指標(biāo)及理化指標(biāo)的測(cè)定（見表1）

表1 油脂理化指標(biāo)及測(cè)定方法

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

油脂理化性質(zhì)的數(shù)據(jù)采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式表示，用SPSS 18.0 軟件對(duì)兩種不同方法提取的黑水虻油進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，“*”表示P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑水虻粗脂肪含量的測(cè)定

黑水虻中粗脂肪含量為29.8%。

2.2 提取溫度對(duì)油脂提取效果的影響（見圖1A）

當(dāng)反應(yīng)溫度控制在30～50 ℃內(nèi)時(shí)，油脂提取率呈快速上升趨勢(shì)；當(dāng)溫度超過(guò)50 ℃后，提取率下降；故50 ℃為最佳反應(yīng)溫度。

2.3 提取時(shí)間對(duì)提取效果的影響（見圖1B）

當(dāng)提取時(shí)間在2～6 h 內(nèi)時(shí)，油脂提取率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而升高；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)6 h 時(shí)，提取率開始下降；故反應(yīng)6 h為最佳提取時(shí)間。

2.4 物料比對(duì)提取效果的影響（見圖1C）

圖1 溫度、時(shí)間及石油醚體積對(duì)蟲油提取效率的影響

隨著石油醚的體積增加，油脂提取率在蟲粉∶石油醚=5（g）∶60（mL）時(shí)（即物料比1∶12）趨向穩(wěn)定；隨著石油醚體積的繼續(xù)增加，油脂提取率變小?？紤]到成本問(wèn)題，故確定最佳物料比是1∶12。

2.5 油脂提取工藝優(yōu)化結(jié)果（見表2～表5）

選取低于最佳物料比反應(yīng)水平、最佳物料比、高于最佳物料比反應(yīng)水平以及低于最適的提取溫度，最適提取溫度以及較高的提取溫度來(lái)制備因素水平表。由表2 可知，蟲粉與石油醚的比例采用的3 個(gè)反應(yīng)水平為1∶10、1∶12、1∶14。反應(yīng)溫度的水平為30、40、50 ℃，反應(yīng)時(shí)間的時(shí)間段分別是4、5、6 h。

表2 正交試驗(yàn)的因素水平

由表3和表4可知，3個(gè)參數(shù)對(duì)蟲油提取效果影響不同，蟲粉與石油醚的比例對(duì)提取率的影響最大，其次是溫度和時(shí)間（極差RA＞RB＞RC）。黑水虻油提取的最佳條件組合為：A2B3C2，即在蟲粉∶石油醚為1∶12，反應(yīng)溫度50 ℃的條件下持續(xù)反應(yīng)5 h。由于該組合未進(jìn)行檢測(cè)，故進(jìn)行驗(yàn)證（見表5），在此條件下油脂提取率平均為24.59%。

表3 黑水虻油脂提取正交結(jié)果

表4 方差分析

表5 驗(yàn)證結(jié)果

2.6 油脂感官及理化性質(zhì)指標(biāo)測(cè)定（見表6～表7）

質(zhì)量好的油脂清澈透明，不會(huì)有酸敗及其他異味，而質(zhì)量較差的油脂則會(huì)出現(xiàn)渾濁，顏色過(guò)深及異味。由表6 可知，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)浸提法獲得的黑水虻油，顏色為淺黃色到深黃色，油脂顏色比豬油及豆油顏色略深。無(wú)酸敗及特殊異味等。通過(guò)檢測(cè)黑水虻油的理化性質(zhì)指標(biāo)，并與壓榨法制備得到的黑水虻油進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，兩種提取方式制備的黑水虻油在酸價(jià)、碘價(jià)、過(guò)氧化值、皂化值、不皂化物等指標(biāo)之間無(wú)顯著性差異（見表7）。

表6 不同種類油脂的感官性狀（國(guó)標(biāo)飼料用油脂標(biāo)準(zhǔn)）

表7 黑水虻油理化性質(zhì)指標(biāo)測(cè)定（國(guó)標(biāo)飼料用油脂標(biāo)準(zhǔn)）

3 討論

浸提法是目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的一種油脂提取工藝[11]，運(yùn)用簡(jiǎn)單的固液萃取原理，將油料溶于有機(jī)溶劑中，通過(guò)控制時(shí)間、物料比、溶劑、溫度等條件達(dá)到最佳提取率，主要用于工業(yè)生產(chǎn)[12]。本研究將分離的油脂通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行提純，油脂中所含有機(jī)溶劑的可能性更小，油脂更安全。在浸提法提取工藝研究中，發(fā)現(xiàn)溫度過(guò)高時(shí)，石油醚出現(xiàn)沸騰并揮發(fā)過(guò)多，油脂分子擴(kuò)散困難，導(dǎo)致油脂提取效率不斷降低，此外，當(dāng)提取時(shí)間持續(xù)過(guò)長(zhǎng)，也存在油脂過(guò)氧化的風(fēng)險(xiǎn)并帶來(lái)油脂提取效果不理想的后果[12]。該提取方法的優(yōu)點(diǎn)是易于改進(jìn)，例如結(jié)合超聲波技術(shù)，可減少油脂成分生理活性的損耗，有效提高油脂提取率并改善脂肪酸比例，但缺點(diǎn)是提取時(shí)間長(zhǎng)、溫度過(guò)高、有機(jī)溶劑殘留等[13]。

壓榨法是昆蟲油脂提取的常見方式，將昆蟲油脂通過(guò)機(jī)械外力從原料中擠壓出來(lái)[7]。此類設(shè)備操作較簡(jiǎn)單，投入少，油脂營(yíng)養(yǎng)成分保持較完整，但由于是通過(guò)物理方式制備油脂，通常榨油率略低[14-15]，油脂通常為毛油，會(huì)含有殘?jiān)?，需采用離心等技術(shù)處理，離心后的黑水虻油更加清澈[16-18]。

理化特性是綜合評(píng)價(jià)油脂質(zhì)量的典型指標(biāo)[10]。碘價(jià)高，則其中的不飽和雙鍵數(shù)量多，會(huì)使油脂易于發(fā)生酸敗或變質(zhì)[19]。魚油碘價(jià)最高，與其自身所含有的不飽和脂肪酸比較多相一致[20]。所測(cè)黑水虻油的碘價(jià)小于魚油，而高于豬油，表明黑水虻油中不飽和脂肪酸含量較魚油少，飽和脂肪酸較豬油少。皂化值越小，代表其甘油酯的脂肪酸分子量越大，不飽和脂肪酸含量低[21]。所測(cè)黑水虻油皂化值與魚油和豬油整體差異較小。但通過(guò)壓榨法提取的黑水虻油皂化值雖然與浸提法所得的皂化值無(wú)顯著性差異，但整體略高于浸提法制備的黑水虻油。不造化物是油脂發(fā)生皂化反應(yīng)后僅能溶解在有機(jī)溶劑中的物質(zhì)[22]。不造化物含量越高，油脂品質(zhì)越差[23]。不皂化值在兩種方式提取的黑水虻油之間無(wú)顯著性差異，且均較低，表明兩種方式提取的油脂摻入雜質(zhì)較少，油脂純度較高。酸價(jià)和過(guò)氧化值可反映油脂酸敗的程度[24]。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)黑水虻油的酸價(jià)及過(guò)氧化值均較低。本研究測(cè)定出的黑水虻油脂的酸價(jià)及過(guò)氧化值與早期相關(guān)的研究結(jié)果也較為相似[10]。此外，豬油、魚油及豆油是目前常用的飼料用油源，提取后的黑水虻油檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其酸價(jià)及過(guò)氧化值均低于國(guó)際飼料用標(biāo)準(zhǔn)中（二級(jí)）油脂相對(duì)的大小[10]，氧化酸敗程度較低，因此表明黑水虻油狀態(tài)良好。

4 結(jié)論

結(jié)合單因素及正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黑水虻粉與石油醚的比例為1∶12 時(shí)，在50 ℃的條件下持續(xù)反應(yīng)5 h后，用浸提法提取的油脂效率最高（24.59%）。測(cè)定黑水虻油的相關(guān)理化性質(zhì)，并與魚油、豬油及豆油等常用飼料油脂進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)壓榨法與浸提法制備的黑水虻油各理化指標(biāo)之間無(wú)顯著性差異，且氧化酸敗程度都較低，是一種有潛力的飼料原料。