胡 濱 陳一資 李 誠 楊 勇 劉書亮 蘇 趙

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，雅安 625014)

響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取蠶蛹油的工藝研究

胡 濱 陳一資 李 誠 楊 勇 劉書亮 蘇 趙

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，雅安 625014)

以蠶蛹為原料，研究超聲波輔助提取蠶蛹油的最佳工藝條件。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取超聲波功率、提取溫度、提取時(shí)間及料液比為影響因素，以蠶蛹油提取率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)；并采用GC對蠶蛹油的脂肪酸組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明，最佳工藝條件為蠶蛹經(jīng)粉碎過40目篩，以石油醚(60～90 ℃)為提取溶劑，在超聲波功率225 W、提取溫度40 ℃、提取時(shí)間37 min、液料比11∶1條件下，蠶蛹油得率可達(dá)30.85%。蠶蛹油中的脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，其中亞麻酸和油酸含量分別為31.58%和34.14%。蠶蛹油的超聲波輔助提取是一種有效的油脂提取方法。

蠶蛹油 超聲波輔助提取 響應(yīng)面法 脂肪酸組成

蠶蛹是絲綢工業(yè)的大宗副產(chǎn)品，為藥膳同源的傳統(tǒng)中藥材，具有很高的食用和藥用價(jià)值。我國是蠶絲生產(chǎn)大國，每年生產(chǎn)蠶絲的同時(shí)可獲得10萬t左右的干蠶蛹可供利用。由于缺乏相應(yīng)的深加工技術(shù)，目前蠶蛹除少數(shù)經(jīng)烘干粉碎作為營養(yǎng)添加劑外，多數(shù)用作飼料或肥料，不僅資源再生和利用效率低，還造成資源的巨大浪費(fèi)[1]。蠶蛹營養(yǎng)豐富，含有蛋白質(zhì)、脂肪、微量元素以及甲殼素等多種物質(zhì)，其中脂肪含量較高，尤其富含不飽和脂肪酸，開發(fā)利用前景廣闊[2-3]。蠶蛹油的傳統(tǒng)提取多采用機(jī)械壓榨法、有機(jī)溶劑提取法，此法耗時(shí)長、成本高[4-5]。近年來有學(xué)者采用超臨界CO2提取蠶蛹油，并取得一定進(jìn)展[6-7]。但探索具有簡單易行、操作方便、高效率、低費(fèi)用的蠶蛹油脂提取方法，仍然是蠶蛹油脂深加工綜合利用的關(guān)鍵。目前有關(guān)超聲波輔助有機(jī)溶劑提取蠶蛹油的系統(tǒng)研究報(bào)道較少。超聲輔助提取技術(shù)是近年來興起的一種油脂提取分離新技術(shù)，它是在有機(jī)溶劑浸提基礎(chǔ)上，利用超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動、空化效應(yīng)等作用，使溶劑分子滲透到組織細(xì)胞中，與溶質(zhì)分子充分的接觸，使細(xì)胞中可溶成分更好地釋放出來，具有安全高效、成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于植物油脂的提取[8]。而響應(yīng)面法是解決多變量問題以尋求最佳工藝參數(shù)的一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，具有使用簡便、精度高、預(yù)測性好的優(yōu)點(diǎn)，在食品、生物化工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[9-10]。為此，本試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用響應(yīng)面法研究超聲波輔助提取蠶蛹油的最佳工藝參數(shù)，并通過GC對其脂肪酸組成進(jìn)行分析，以期為蠶蛹油的綜合開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

蠶蛹：購于雅安市名山區(qū)蠶桑養(yǎng)殖場。

乙醚、無水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、石油醚、氫氧化鉀、氯化碘、碘化鉀、硫代硫酸鈉、冰醋酸等：均為分析純。

1.2 主要儀器和設(shè)備

FW135型中草藥粉粹機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；DHG-9245A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科技有限公司；KQ-250DB型數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲波儀器有限公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；DZF-6020型真空干燥箱：上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；7890A型氣相色譜儀：安捷倫科技(中國)有限公司。

1.3 蠶蛹油的提取方法

1.3.1 索氏提取法

蠶蛹總脂肪的測定按照GB/T5009.6—2003《食品中脂肪的測定》進(jìn)行，稱取10 g經(jīng)粉碎過40目篩的蠶蛹粉置于索氏提取器，加入11倍體積的石油醚(60～90 ℃)，在70 ℃水浴中提取8 h，再經(jīng)過濾、干燥后稱量，計(jì)算提取率。

1.3.2 超聲波輔助提取法1.3.2.1 操作要點(diǎn)

將蠶蛹置于60 ℃干燥箱中恒溫干燥至質(zhì)量恒定，經(jīng)粉碎過篩后，稱取10 g蠶蛹粉于250 mL燒瓶，按比例加入一定量提取溶劑，在一定超聲波功率、提取溫度、時(shí)間、液料比等條件下提取。提取結(jié)束后將提取液過濾，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、真空干燥、稱重，計(jì)算提取率。

蠶蛹油提取率=(蠶蛹油質(zhì)量/蠶蛹粉質(zhì)量)×100%

1.3.2.2 單因素試驗(yàn)

以提取率為指標(biāo)，研究不同的提取溶劑(乙醚、無水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、石油醚)、原料粉碎粒度(10、20、40、60、80目)、超聲波功率(100、125、150、175、200、225、250 W)、提取溫度(25、30、35、40、45、50、55 ℃)、提取時(shí)間(10、20、30、40、50、60 min)及液料比[4∶1、6∶1、8∶1、10∶1、12∶1、14∶1(mL/g)]等因素對提取率的影響，逐步優(yōu)化提取條件。

1.3.2.3 Box-Behnken Design試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇超聲波功率、提取溫度、提取時(shí)間和液料比4個(gè)因素為自變量，以提取率為響應(yīng)值，按照Box-Behnken Design(BBD)原理設(shè)計(jì)響應(yīng)面(RSM)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析，以得到最優(yōu)工藝條件。

1.3.3 蠶蛹油的脂肪酸組成分析

蠶蛹油中脂肪酸的甲酯化制備按照GB/T 17376— 2008進(jìn)行；蠶蛹油中脂肪酸的組成分析按照GB/T 17377— 2008進(jìn)行。

GC分析條件：HP-FFAP型石英毛細(xì)管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)；載氣為高純氮?dú)?純度≥99.999 %)；恒流模式，流量為2 mL/min；尾吹氣為氮?dú)?，流量?8 mL/min；檢測器溫度為300 ℃，空氣流量為400 mL/min，氫氣流量為30 mL/min；進(jìn)樣口溫度為220 ℃，分流進(jìn)樣，分流比10∶1，進(jìn)樣量為1 μL；柱溫升溫程序：初始溫度60 ℃，以10 ℃/min速率升至220 ℃，保持10 min，后運(yùn)行：220 ℃保持2 min。

1.3.4 蠶蛹油理化指標(biāo)的測定

水分及揮發(fā)物含量：按照GB/T5528—2008測定；相對密度：按照GB/T5526—1985測定；過氧化值：按照GB/T5538—2005測定；酸值：按照GB/T 5530—2005測定；皂化值：按照GB/T5534—2008測定；碘值：按照GB/T5532—2008測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 提取溶劑對提取率的影響

擬考察不同提取溶劑對提取率的影響，試驗(yàn)條件設(shè)定為原料粉碎后過40目篩、超聲波功率200 W、提取溫度35 ℃、時(shí)間30 min、液料比8∶1，以確定適宜提取溶劑，結(jié)果如圖1所示。

由圖1知，石油醚(60～90 ℃)、正己烷、乙酸乙酯的提取率較高，而丙酮、無水乙醇、乙醚的提取率較低。通常，溶劑提取效果與其在物料中的擴(kuò)散和對油脂的溶解性有關(guān)，而石油醚(60～90 ℃)、正己烷、乙酸乙酯對油脂的溶解性和在物料顆粒中的擴(kuò)散速率均較大，都是提取油脂的較好溶劑。但正己烷和乙酸乙酯價(jià)格較高，因此，綜合考慮溶劑的提取效果和經(jīng)濟(jì)成本，本試驗(yàn)選用石油醚(60～90 ℃)作為提取溶劑。

圖1 不同有機(jī)溶劑對提取率的影響

2.1.2 原料粉碎粒徑對提取率的影響

擬考察原料不同粉碎粒徑對提取率的影響，試驗(yàn)條件設(shè)定石油醚(60～90 ℃)為提取溶劑、超聲波功率200 W、提取溫度35 ℃、時(shí)間30 min、液料比8∶1，以確定適宜的原料粉碎粒徑，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同粒徑對提取率的影響

由圖2知，當(dāng)原料粉碎粒徑在過10～40目篩時(shí)，提取率隨粒徑減小而增加；當(dāng)粉碎粒徑在過40～80目篩時(shí)，提取率呈下降趨勢。原因可能是當(dāng)物料粉碎粒徑變小時(shí)，其表面積增大，使得溶劑和物料接觸面積增大，傳質(zhì)距離和阻力減少，有助于原料中油脂的提取。但隨著物料粒徑不斷減小，液體表面張力作用又抑制了溶劑的浸入，降低了油脂的浸出量，因此提取率增幅平緩[11]。若物料粉碎粒徑太小，可能導(dǎo)致提取物中的雜質(zhì)增加，這給后續(xù)過濾帶來困難。綜合考慮，原料的粉碎粒徑為過40目篩。

2.1.3 超聲波功率對提取率的影響

擬考察不同超聲波功率對提取率的影響，試驗(yàn)條件設(shè)定石油醚(60～90 ℃)為提取溶劑、原料粉碎后過40目篩、提取溫度35 ℃、時(shí)間30 min、液料比8∶1，以確定適宜超聲波提取功率，結(jié)果如圖3所示。

圖3 超聲波功率對提取率的影響

由圖3知，當(dāng)功率在100～200 W時(shí)，隨著超聲波功率的增大，出油率明顯上升；功率在200～250 W時(shí)，提取率隨功率增加但增幅減緩。通常，超聲波主要依靠機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)的相互作用發(fā)揮效能。超聲波的機(jī)械作用會使物料組織變形，促使內(nèi)部物質(zhì)釋放和溶解?？栈?yīng)是液體中空化泡的生長和破裂的過程，空化泡的破裂會產(chǎn)生瞬時(shí)壓力，造成物質(zhì)的釋放。而超聲波功率與超聲波的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)有著密切的關(guān)系。超聲波功率越大，所產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)越強(qiáng)烈，媒質(zhì)粒子的速度和加速度亦越大，使得界面擴(kuò)散層上的分子擴(kuò)散就越快[12]。這使得蠶蛹油的釋放和擴(kuò)散速度加快，提取率隨之上升。但是當(dāng)功率達(dá)到一定值以后，提取率趨于平緩，這是因?yàn)槲锪蟽?nèi)外的滲透壓已經(jīng)趨于平衡，提高功率對蠶蛹油的滲出作用不大。因此，本試驗(yàn)較適宜的超聲波功率為200 W。

2.1.4 提取溫度對提取率的影響

擬考察不同提取溫度對提取率的影響，試驗(yàn)條件設(shè)定石油醚(60～90 ℃)為提取溶劑、原料粉碎后過40目篩、超聲波功率200 W、時(shí)間30 min、液料比8∶1，以確定適宜提取溫度，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)溫度在25～40 ℃時(shí)，蠶蛹油提取率隨著溫度的升高不斷上升。但當(dāng)溫度超過 40 ℃ 以后，蠶蛹油提取率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。這可能是隨著溫度不斷升高，加大了溶劑分子和蠶蛹油分子的動能，使蠶蛹油分子更快速充分的擴(kuò)散到石油醚中，有利于提取。但是當(dāng)溫度超過40 ℃時(shí)提取率不升反降，這可能是因?yàn)闇囟冗^高，溶劑的揮發(fā)加快，減少了溶劑和物料間的有效接觸面，從而造成提取率下降[13]。同時(shí)溫度過高，易使蠶蛹油中的品質(zhì)受到破壞。因此，本試驗(yàn)較適宜的提取溫度為40 ℃。

圖4 提取溫度對提取率的影響

2.1.5 提取時(shí)間對提取率的影響

擬考察不同提取時(shí)間對提取率的影響，試驗(yàn)條件設(shè)定石油醚(60～90 ℃)為提取溶劑、原料粉碎后過40目篩、超聲波功率200 W、提取溫度40 ℃、液料比8∶1，以確定適宜的提取時(shí)間，結(jié)果如圖5所示。

由圖5知，提取時(shí)間對提取率有較大影響。當(dāng)提取時(shí)間在10～30 min以內(nèi)，提取率上升較快；當(dāng)提取時(shí)間在30 min以后，提取率增加的趨勢變緩。這主要是因?yàn)?，物料中有效成分的濃度差是超聲法提取的主要推動力。在提取初期，有效成分濃度差較大，蠶蛹粉中的油脂分子在石油醚中的擴(kuò)散很充分，因此提取率增加明顯。隨著提取時(shí)間的延長，溶劑中有效成分濃度逐漸增大，而固相中的濃度差又逐漸變小，即擴(kuò)散推動力變小[14]。所以提取率逐漸減緩，增加不明顯。綜合考慮，本試驗(yàn)較適宜的提取時(shí)間為30 min。

2.1.6 液料比對提取率的影響

擬考察不同液料比對提取率的影響，試驗(yàn)條件設(shè)定石油醚(60～90 ℃)為提取溶劑、原料粉碎后過40目篩、超聲波功率200 W、提取溫度35 ℃、時(shí)間30 min，以確定適宜的液料比，結(jié)果如圖6所示。

由圖6知，隨著料液比的逐漸增大，蠶蛹油的提取率逐漸上升，但當(dāng)料液比達(dá)到10∶1以后，再提高料液比提取率則趨于平穩(wěn)。其主要原因是當(dāng)原料質(zhì)量一定時(shí)，提取劑使用量越大，溶液的滲透壓也會越大，使得其與原料間的濃度差變大，可以使油脂從脹破的細(xì)胞里充分溶解出來。但再增加提取溶劑用量，出油率增加趨勢緩和。其原因可能是在額定的提取時(shí)間內(nèi)，物料中的油脂大部分已被提出，油脂在溶劑中達(dá)到了動態(tài)平衡[15]。綜合考慮，選擇液料比為10∶1較適宜。

圖6 液料比對提取率的影響

2.2 Box-Behnken Design試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面模型的建立

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken Design原理，選擇超聲波功率(W)、提取溫度(℃)、提取時(shí)間(min)和液料比(mL/g)4個(gè)因素為自變量，以提取率(%)為響應(yīng)值，按照Design-expert 9.0軟件設(shè)計(jì)RSM試驗(yàn)，各因素取值見表1，RSM結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平編碼表

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2知，整個(gè)試驗(yàn)共進(jìn)行29次，其中析因試驗(yàn)為24次，中心試驗(yàn)為5次。采用Design expert 9.0軟件對表中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到提取率(Y)與超聲波功率(A)、提取溫度(B)、提取時(shí)間(C)和液料比(D)的回歸方程模型如下：

Y=-66.45+0.24A+1.39B+1.31C+3.24D-4.75E-004AB+9.80E-004AC+5.75E-003AD-4.30E-003BC+8.67E-003BD+0.02CD-6.72E-004A2-0.02B2-0.02C2-0.25D2

2.2.2 響應(yīng)面模型的顯著性檢驗(yàn)

對回歸模型進(jìn)行方差分析，對模型系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表3知，該回歸方程模型極顯著(P<0.01)，說明該回歸方程的因變量與自變量的相關(guān)關(guān)系顯著。其中A、B、C、D、AB、AC、AD、BC、BD、CD、A2、B2、C2、D2對試驗(yàn)結(jié)果的影響顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)，表明各試驗(yàn)因素對響應(yīng)值不是簡單線性關(guān)系，而是二次拋物線關(guān)系。尤其交互項(xiàng)顯著，表明4個(gè)因素彼此之間對提取率有交互作用。失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05)，表明該方程對試驗(yàn)的擬合程度高，誤差小，可以用該方程對不同條件下的提取效果進(jìn)行分析和預(yù)測。通過對回歸方程的可信度進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。

表3 回歸方程的方差分析

注：P>F值小于0.05表示差異顯著，標(biāo)注為*，P>F值小于0.01表示差異極顯著，標(biāo)注為**。

表4 回歸方程的可信度分析

2.2.3 兩因子間交互作用的響應(yīng)面分析2.2.3.1 超聲波功率和提取溫度對提取率的影響

由圖7可知，當(dāng)提取時(shí)間和液料比處在中心點(diǎn)時(shí)，當(dāng)提取溫度一定時(shí)，隨著微波功率增加，提取率先顯著上升，但功率超過一定值后，提取率呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。當(dāng)超聲波功率一定時(shí)，隨著提取溫度的提高，提取率先增加后減小。所以超聲波功率和提取溫度對提取率有顯著的交互作用。

圖7 超聲波功率和提取溫度對提取率交互作用的響應(yīng)面圖

2.2.3.2 超聲波功率和提取時(shí)間對提取率的影響

由圖8可知，當(dāng)提取溫度和液料比處在中心點(diǎn)時(shí)，當(dāng)提取時(shí)間一定時(shí)，隨著超聲波功率的提高，提取率先增加后減小。當(dāng)超聲波功率一定時(shí)，隨著提取時(shí)間的延長，提取率呈現(xiàn)出先明顯增加再減小的趨勢。所以超聲波功率和提取時(shí)間對提取率有極顯著交互作用。

圖8 超聲波功率和液料比對提取率交互作用的響應(yīng)面圖

2.2.3.3 超聲波功率和液料比對提取率的影響

由圖9可知，當(dāng)提取溫度和提取時(shí)間處在中心點(diǎn)時(shí)，當(dāng)液料比一定時(shí)，隨著超聲波功率的加大，提取率先增加后減小。當(dāng)超聲波功率一定時(shí)，隨著液料比的增加，提取率先明顯增加然后逐漸減小。所以超聲波功率和液料比對提取率存在極顯著的交互作用。

圖9 超聲波功率和液料比對提取率交互作用的響應(yīng)面圖

2.2.3.4 提取溫度和提取時(shí)間對提取率的影響

由圖10可知，當(dāng)超聲波功率和液料比處在中心點(diǎn)時(shí)，當(dāng)提取時(shí)間一定時(shí)，隨著提取溫度的提高，提取率先增加后減小。當(dāng)提取溫度一定時(shí)，隨著提取時(shí)間的延長，提取率明顯上升后最終趨于平緩，而且響應(yīng)面圖也顯示坡度陡峭。所以提取溫度和提取時(shí)間對提取率有極顯著的交互作用。

圖10 提取溫度和提取時(shí)間對提取率交互作用的響應(yīng)面圖

2.2.3.5 提取溫度和液料比對提取率的影響

由圖11可知，當(dāng)超聲波功率和提取時(shí)間處在中心點(diǎn)時(shí)，當(dāng)液料比一定時(shí)，隨著提取溫度的提高，提取率先增加后減小。當(dāng)提取溫度一定時(shí)，隨著液料比的增加，提取率明顯上升后最終緩慢減小，其響應(yīng)面圖也顯示坡度較陡峭。提取溫度和液料比對提取率有顯著的交互作用。

圖11 提取溫度和液料比對提取率交互作用的響應(yīng)面圖

2.2.3.6 提取時(shí)間和液料比對提取率的影響

由圖12可知，當(dāng)超聲波功率和提取溫度處在中心點(diǎn)時(shí)，當(dāng)液料比一定時(shí)，隨著提取時(shí)間的延長，提取率先明顯上升后再緩慢減小。當(dāng)提取時(shí)間一定時(shí)，隨著液料比的增加，提取率先增加然后逐漸減小。所以提取時(shí)間和液料比對提取率有極顯著的交互作用。

圖12 提取時(shí)間和液料比對提取率交互作用的響應(yīng)面圖

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過Design expert 9.0軟件求解方程，得出理想的蠶蛹油提取工藝為：超聲波功率235.84 W、提取溫度39.55 ℃、提取時(shí)間37.36 min、液料比11.02∶1，此時(shí)的提取率預(yù)測值為31.34%?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)操作的可行性，將提取條件修正為：超聲波功率225 W、提取溫度40 ℃、提取時(shí)間37 min、液料比11∶1。為了驗(yàn)證該提取條件的可靠性，采用修正后條件進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)提取率的平均值為30.85%，與理論預(yù)測值基本吻合。因此，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面分析法將影響提取率的因素進(jìn)行優(yōu)化，其提取率明顯高于單因素試驗(yàn)的提取率，表明該提取工藝條件參數(shù)可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.3 蠶蛹油的脂肪酸組成

將索氏提取和超聲波輔助提取獲得的蠶蛹油，經(jīng)過甲酯化處理后由GC分析其脂肪酸組成，得到的總離子流色譜圖如圖13、圖14所示。

由圖13、圖14和表5可知，索氏提取和超聲波輔助提取得到的蠶蛹油脂肪酸組成較為接近，表明超聲波在輔助提取蠶蛹油的過程中沒有對其脂肪酸組成造成破壞，保留了其原有的脂肪酸組成。超聲波輔助提取的蠶蛹油中不飽和脂肪酸含量豐富，占總油質(zhì)量的70.24%，其中亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.58%，

注：峰1～峰8分別為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚一烯酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸；下同。

圖13 索氏提取蠶蛹油的GC總離子流圖

圖14 超聲波提取蠶蛹油的GC總離子流圖

方法豆蔻酸棕櫚酸棕櫚一烯酸硬脂酸油酸亞油酸亞麻酸花生酸索氏提取法0.1923.061.084.6828.173.8638.080.16超聲提取法0.1522.991.026.4334.143.5031.580.19

油酸為34.14%，亞油酸為3.5%。此外，還含有29.76%的飽和脂肪酸。林春梅等[16]采用石油醚(60～90 ℃)對蠶蛹油進(jìn)行索氏提取，對其中脂肪酸組成分析表明，蠶蛹油脂肪酸組成為棕櫚酸(18.24%)、硬脂酸(8.16%)、油酸(35.69%)、亞油酸(6.20%)、亞麻酸(26.93%)，不飽和脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.18%；采用超臨界CO2萃取法得到蠶蛹油脂肪酸組成為棕櫚酸(18.81%)、硬脂酸(7.66%)、油酸(35.86%)、亞油酸(6.00%)、亞麻酸(28.03%)，不飽和脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(71.15%)。林曉珊等[17]通過對堿水解法提取的蠶蛹油，對其中脂肪酸組成分析表明，蠶蛹油脂肪酸組成為棕櫚酸(21.78%)、硬脂酸(6.29%)、油酸(28.53%)、亞油酸(67.19%)、亞麻酸(32.06%)，不飽和脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71.20%。因此本試驗(yàn)提取的蠶蛹油中的不飽和脂肪酸組成與同類研究結(jié)果相一致。由于亞麻酸是人體必需脂肪酸，在體內(nèi)是合成二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的前體物，對于預(yù)防心血管疾病、輔助調(diào)節(jié)血糖和增強(qiáng)免疫力等有重要作用[18]。油酸在調(diào)節(jié)人體血脂代謝和對心血管系統(tǒng)的保護(hù)過程中也起著重要作用[19]。所以蠶蛹油具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。

2.4 蠶蛹油的理化指標(biāo)

由表6可知，蠶蛹油的水分及揮發(fā)物含量、過氧化值低，說明其新鮮程度高。相對密度為0.925，屬于0.9～0.95的正常范圍之內(nèi)。酸值較低，表明其游離脂肪酸較少。皂化值為190.24 mg/g，說明其分子質(zhì)量中等，主要以甘油酯的形式存在。碘值較高，表明脂肪酸組成中不飽和鍵較多，這與其脂肪酸組成中不飽和脂肪酸含量較高相一致。這也與王茜等[20]在對蠶蛹油的理化指標(biāo)測定以后得出了類似的結(jié)果。

表6 蠶蛹油的理化指標(biāo)測定結(jié)果

2.5 不同提取方法比較

蠶蛹油不同提取方法測定結(jié)果如圖7所示。

由表7可知，索氏提取法與超聲波輔助提取法相比較，提取溫度較高，耗時(shí)長，容易導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。而超聲波輔助提取法可以在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到高效提取，所需要溫度較低，可有效防止不飽和脂肪酸的氧化，而且設(shè)備簡單又可大量節(jié)約生產(chǎn)成本。因此，蠶蛹油的超聲波輔助提取是優(yōu)于索氏提取的理想方法。

表7 不同提取方法得率的比較

3 結(jié)論

3.1 通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)，超聲波輔助提取蠶蛹油的最佳工藝條件為：蠶蛹經(jīng)粉碎過40目篩，以石油醚(60～90 ℃)為提取溶劑，在超聲波功率225 W、提取溫度40 ℃、提取時(shí)間37 min、液料比11∶1條件下，蠶蛹油得率可達(dá)30.85 %。通過驗(yàn)證試驗(yàn)，證實(shí)了該工藝具有穩(wěn)定的可靠性。與索氏提取法相比較，超聲波輔助提取法具有時(shí)間短、效率高等優(yōu)點(diǎn)。由于我國蠶蛹資源豐富且價(jià)格低廉，使得蠶蛹的大規(guī)模收集成為可能。而且該提取工藝所需儀器設(shè)備均是目前的常見設(shè)備，而且操作簡單方便，具有可重復(fù)性，應(yīng)用前景廣闊。

3.2 蠶蛹油的脂肪酸組成分析表明，不飽和脂肪酸含量較高，尤其富含亞麻酸、油酸；同時(shí)含有一定量的飽和脂肪酸，各種脂肪酸的組成比例較適宜。這對不同脂肪酸的平衡攝入，促進(jìn)人體健康具有重要作用。因此，蠶蛹油不僅可供食用，還具有較高的藥用價(jià)值。

3.3蠶蛹油的理化指標(biāo)分析表明，蠶蛹油透明澄清，色澤呈淡黃色，是以不飽和脂肪酸為主的半干性油脂，不僅可用于食品，也可應(yīng)用于在醫(yī)藥、化工領(lǐng)域。但在產(chǎn)、儲、運(yùn)、銷過程中，應(yīng)注意防止其發(fā)生氧化和酸敗，避免營養(yǎng)物質(zhì)的損失。

[1]馬林林，強(qiáng)西懷. 蠶蛹資源化利用現(xiàn)狀及其進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技，2012，33(20)：394-397

[2]Tomotake H, Katagiri M, Yamato M. Silkworm pupae (Bombyx mori) are new sources of high quality protein and lipid[J]. Journal of Nutritional Science and Vitaminology,2010,56(6);446-448

[3]Mentang F, Maita M, Ushio H,et al.Efficacy of silkworm (BombyxmoriL.) chrysalis oil as a lipid source in adult Wistar rats[J]. Food Chemistry,2011,127(3):899-904

[4]朱新鵬. 蠶蛹油開發(fā)利用研究進(jìn)展[J]. 包裝與食品機(jī)械,2012,30(2)：53-56

[5]劉翀，廖森泰，鄒宇曉. 蠶蛹油制備技術(shù)及其α-亞麻酸富集工藝研究進(jìn)展[J]. 中國蠶業(yè)，2013，34(2)：7-9

[6]Wei Z J，Liao A M，Zhang H X，et al. Optimization of supercritical carbon dioxide extraction of silkworm pupal oil applying the response surface methodology[J]. Bioresource Technology， 2009，100(18)：4214-4219

[7]Pan W J，Liao A M，Zhang J G，et al. Supercritical carbon dioxide extraction of the oak silkworm (Antheraea pernyi) pupal oil: process optimization and composition determination[J]. International Journal of Molecular Sciences，2012(13)：2354-2367

[8]Athanasia M G. Ultrasound-assisted extraction of pomegranate seed oil - Kinetic modeling [J]. Journal of Food Engineering，2013，117(4)：492-496

[9]Alberti A，Zielinski AAF，Zardo DM，et al. Optimisation of the extraction of phenolic compounds from apples using response surface methodology[J]. Food Chemistry，2014，149(4)：151-158

[10]Xu Q，Shen Y，Wang H，et al. Application of response surface methodology to optimise extraction of flavonoids from fructus sophorae[J]. Food Chemistry，2014，138(4)：2122-2129

[11]孫欣，徐雅琴. 超聲波法提取南瓜籽油的研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2009，24(5)：66-69

[12]Tian Y T，Xu Z B，Zheng B D，et al. Optimization of ultrasonic-assisted extraction of pomegranate(Punica granatum L) seed oil[J]. Ultrasonics Sonochemistry，2013，20(1)：202-208

[13]楊青珍，王鋒，李康. 超聲波輔助提取榛子油的工藝條件優(yōu)化[J].中國糧油學(xué)報(bào)，2011，26(8)：58-61

[14]Lou Z X，Wang H G，Zhang M，et al. Improved extraction of oil from chickpea under ultrasound in a dynamic system[J]. Journal of Food Engineering，2010，98(1)：413-418

[15]麻成金，黃偉，黃群，等.響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取仿栗籽油工藝及其脂肪酸組成分析[J]. 食品科學(xué)，2012，33(16)：24-29

[16]林春梅，周鳴謙. 不同方法提取蠶蛹油的GC-MS分析[J].中國糧油學(xué)報(bào)，2013，28(1)：112-116

[17]林曉珊，黃曉蘭，吳惠勤，等. 蠶蛹油中脂肪酸組成及其酯型鑒定[J].質(zhì)譜學(xué)報(bào)，2009，30(3)：171-174

[18]Wang J，Zhang J L，Wu F A，et al. Enrichment process for α-linolenic acid from silkworm pupae oil[J]. European Journal of Lipid Science and Technology，2013，115(7)：791-799

[19]王雅琴，秧茂盛. 三油酸甘油酯對大鼠主動脈血管平滑肌細(xì)胞增殖的影響[J]. 重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，39(7)：323-329

[20]王茜，王學(xué)英，王卓，等. 柞蠶蛹油和不飽和脂肪酸制品的組分分析及對高血脂癥的防治作用[J]. 蠶業(yè)科學(xué)，2009，35(2)：436-440.

Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of Silkworm Pupa Oil Applying Response Surface Methodology

Hu Bin Chen Yizi Li Cheng Yang Yong Liu Shuliang Su Zhao

(College of Food Engineering, Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014)

The ultrasonic-assisted extraction of oil from silkworm pupae was performed in the present research. On the basis of single-factor test, response surface methodology (RSM) was applied to optimize the parameters of extraction, including ultrasonic power, extraction temperature, and time and solvent/material ratio on the yield of silkworm pupal oil. Meanwhile, the fatty acid composition was analyzed by GC. The optimal extraction conditions were particle size of material 40 screen mesh, petroleum ether(60～90℃), ultrasonic power of 480 W, extraction temperature of 40 ℃, extraction time of 37 min, solvent/material ratio of 11∶1 (mL/g). Under this condition, the oil yield was up to 30.85%.The obtained silkworm pupal oil contained more than 70% unsaturated fatty acids, and is rich in linolenic acid and oleic acid, accounting for 31.58% and 34.14% in the total oil respectively. The ultrasonic-assisted extraction of oil from silkworm pupae would be an effective method.

silkworm pupa oil, ultrasonic -assisted extraction, response surface methodology, fatty acid composition

TS224.4

A

1003-0174(2016)02-0044-08

時(shí)間：2016-01-29 14:19:42

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2864.TS.20160129.1419.002.html

四川省教育廳課題(2011ZB062).

2014-08-15

胡濱，男，1975年出生，副教授，博士，營養(yǎng)與食品衛(wèi)生

劉書亮，男，1968年出生，教授，食品質(zhì)量與安全