蠶蛹油制備技術(shù)及其α-亞麻酸富集工藝研究進(jìn)展

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣東廣州 510640)

蠶蛹為蠶蛾科家蠶的蛹，自古以來(lái)就是一種傳統(tǒng)的滋補(bǔ)強(qiáng)身的食物和中藥材。我國(guó)是蠶桑大國(guó)，2011 年生產(chǎn)鮮繭63.7 萬(wàn)t［1］，鮮蠶蛹量近50 萬(wàn)t，資源極其豐富。蠶蛹的營(yíng)養(yǎng)成分豐富，科學(xué)研究表明干蠶蛹主要含蛹蛋白(55%～60%)和脂肪(25%～30%)，另外還含有糖類、甲殼素和多種蛋白激素、多種維生素、多種微量元素等生物活性成分［2］。干蠶蛹約含有30%左右的油脂化合物，其中75%以上為不飽和脂肪酸。蠶蛹油中的不飽和脂肪酸包括N－9型的油酸［Oleic acid，CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH］、N－6 型亞油酸［Linoleic acid，CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH］和N－3 型亞麻酸(Linolenic acid，C18H30O2)，其中亞油酸和α－亞麻酸的組成比例約為1.18∶1.00［3］，其比例因品種、提取方法和分析方法不同而存在差異。不飽和脂肪酸的分子結(jié)構(gòu)中含有不飽和雙鍵，表現(xiàn)出諸多促進(jìn)人體健康的功能。如油酸可促進(jìn)人體生長(zhǎng)發(fā)育;亞油酸是人體不可缺少的合成花生四烯酸的脂肪酸，可進(jìn)而生成前列腺素，以調(diào)節(jié)人體的各種功能;α－亞麻酸可促使血小板粘度降低，降低血液中低密度脂蛋白的含量，升高高密度脂蛋白的含量，防止高血壓、動(dòng)脈硬化等［4］。α－亞麻酸還是二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的前體，在機(jī)體代謝中具有降低血脂水平、增加尿纖溶活性、降低花生四烯酸(AA)及其代謝產(chǎn)物前列腺素E2(PEG2)的合成、減少尿鈣、尿草酸排泄［5］、抑制血小板凝聚、提高生物膜液態(tài)等生理作用，在治療和防治動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病、腦衰老以及抑制腫瘤擴(kuò)散方面有較好的療效。與其它2 種不飽和脂肪酸相比，α－亞麻酸表現(xiàn)出更多、更強(qiáng)的生理活性，且可在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為EPA 和DHA 而發(fā)揮更廣泛的生理功能;因此，利用蠶蛹這一可再生資源，開(kāi)展蠶蛹油的高效制備及其α－亞麻酸的富集工藝的相關(guān)研究，正成為脂肪酸保健食品研究的熱點(diǎn)之一。

1 蠶蛹油的提取技術(shù)現(xiàn)狀

目前，已報(bào)道的蠶蛹油提取方法主要有壓榨法(包括生榨法、熱榨法、煮沸壓榨法)、溶劑浸提法和超臨界流體萃取法。

1.1 壓榨法

壓榨法制油是一種古老的機(jī)械提油法，其主要特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，易保持油的特有風(fēng)味。蠶蛹是高蛋白、高油脂物質(zhì)，蛋白質(zhì)含量約為58%，而粗纖維含量很低(僅3.5%左右)，因而蠶蛹油料與植物油料有很大的區(qū)別，使得壓榨提取油脂比較困難，利用壓榨法抽取蠶蛹油時(shí)，通常在初期階段有蛹油流出，但隨后蛹渣就大量擠出，致使壓榨無(wú)法再進(jìn)行。所以，以壓榨法提取蛹油得率是很低的，殘油量超過(guò)一半，無(wú)應(yīng)用價(jià)值。且機(jī)械壓榨時(shí)操作溫度高達(dá)140 ℃左右，蠶蛹蛋白變性嚴(yán)重，影響脫脂蛹粉的再利用，也使蠶蛹油中的不飽和脂肪酸容易發(fā)生氧化酸敗，影響油的品質(zhì)，故壓榨法不適于制備蠶蛹油。

1.2 有機(jī)溶劑提取法

有機(jī)溶劑浸出法制油是利用能溶解油脂的有機(jī)溶劑，通過(guò)濕潤(rùn)、滲透、分子擴(kuò)散等作用，將料坯中的油脂提取出來(lái)，然后再把浸出的混合油分離而取得毛油的過(guò)程。影響浸出效率的各項(xiàng)因素包括溶劑的選擇、料坯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、浸出的方式以及工藝條件和參數(shù)等。歐陽(yáng)漣等［6］以蠶蛹為原料，經(jīng)干燥、粉碎、溶劑萃取、過(guò)濾、蒸餾得油等工藝過(guò)程，通過(guò)四因素三水平正交試驗(yàn)，確定了適合蛹油提取的條件:用正己烷作萃取劑，浸出溫度為30 ℃，固液比為1∶4，浸出時(shí)間為7 h。

浸提法提取油脂，不受油料質(zhì)地軟硬影響，油料經(jīng)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后，選擇合適的溶劑，即可浸出油脂。

1.3 超臨界CO2(SC-CO2)流體萃取技術(shù)

超臨界CO2(SC-CO2)流體萃取技術(shù)是一種用超臨界流體作溶劑，對(duì)物料所含成分進(jìn)行萃取和分離的新技術(shù)。在臨界壓力和臨界溫度以上相區(qū)內(nèi)的氣體稱為超臨界流體。超臨界CO2流體萃取蠶蛹油的得率和效果受蠶蛹粉碎粒度、含水量、萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間、CO2流量等因素影響，實(shí)際操作時(shí)，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，均勻設(shè)計(jì)或正交設(shè)計(jì)等優(yōu)化試驗(yàn)條件，確定最佳的試驗(yàn)工藝條件。羅蒼學(xué)等［7］以蠶蛹為原料，采用正交試驗(yàn)，研究萃取溫度、萃取時(shí)間、萃取壓力等因素對(duì)超臨界CO2萃取蠶蛹油的影響，確定了蠶蛹油超臨界CO2萃取的條件，即萃取溫度35 ℃，萃取時(shí)間2 h，萃取壓力25 MPa;王國(guó)基等［8］在分析原料粒度、萃取壓力、溫度、時(shí)間、CO2流量等5 個(gè)單因素對(duì)蠶蛹油萃取率的影響基礎(chǔ)上，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)5 個(gè)因素進(jìn)行了優(yōu)化，確定了超臨界萃取的最佳工藝參數(shù):原料粒度20～40 目、萃取溫度35 ℃、萃取壓力15 MPa、CO2流量30 kg/h、萃取時(shí)間3.0 h。

2 蠶蛹油中α-亞麻酸富集純化工藝研究

多不飽和脂肪酸的富集純化工藝主要有尿素包合法、銀離子絡(luò)合法、冷凍結(jié)晶法、分子蒸餾法等。

2.1 尿素包合法

尿素包合法是分離、提純脂肪酸的常用方法，主要是基于脂肪酸不飽和度以及碳鏈長(zhǎng)度的不同進(jìn)行分離。當(dāng)尿素溶解于有機(jī)溶劑中，遇到直鏈脂肪酸、酯、醇等有機(jī)物時(shí)，尿素分子之間通過(guò)強(qiáng)大的氫鍵力在有機(jī)物周?chē)纬闪骄担茨蛩匕衔?。飽和脂肪酸易與尿素形成穩(wěn)定的包合物，低不飽和脂肪酸的尿素包合物一般是短而粗的晶體，性質(zhì)不穩(wěn)定，利用這一性質(zhì)可將亞麻酸與直鏈飽和脂肪酸以及它們的一、二烯酸分離。此方法投資少，工藝簡(jiǎn)單，用此法分離飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。但缺點(diǎn)是不能將碳鏈長(zhǎng)度不同、而飽和度相同或相近的脂肪酸分開(kāi)。張迎慶等［9］通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出了尿素包合法富集蠶蛹油不飽和脂肪酸的工藝條件:尿素與脂肪酸之比為3∶1，以甲醇為溶劑，包合溫度為0 ℃，時(shí)間為12 h。提取的不飽和脂肪酸碘值可達(dá)192.7，不飽和脂肪酸的提取率可達(dá)42.9%。張海滿等［10］研究了尿素包合法純化α－亞麻酸的工藝研究，分析了包合溫度、尿素用量、溶劑配比、包合時(shí)間和包合次數(shù)等主要操作條件，對(duì)產(chǎn)品α－亞麻酸的純度、收率的影響。運(yùn)用正交試驗(yàn)找出優(yōu)化條件，使α－亞麻酸的濃度由46.7%提高到87.3%，收率在60%以上。

2.2 銀離子絡(luò)合法

銀離子絡(luò)合法是根據(jù)脂肪酸雙鍵數(shù)量的不同，銀離子與碳雙鍵形成的極性絡(luò)合物雙鍵越多、絡(luò)合作用越強(qiáng)，并根據(jù)作用力的不同達(dá)到分離的目的。此法廣泛應(yīng)用于分離魚(yú)油中的EPA 和DHA［11］。蔣艷忠等［12］采用硝酸銀絡(luò)合法對(duì)蠶蛹油中α－亞麻酸進(jìn)行了富集，研究表明溶劑極性和絡(luò)合溫度對(duì)α－亞麻酸的純度影響較大，在AgNO32 mol/L、40%甲醇—水溶液、0 ℃的絡(luò)合條件下，α－亞麻酸收率達(dá)50%，純度達(dá)99%。

2.3 冷凍結(jié)晶法

冷凍結(jié)晶法的原理，是利用脂肪酸或其衍生物在不同溫度下的溶解度和凝固點(diǎn)的差異進(jìn)行富集純化。飽和脂肪酸在室溫下通常呈固態(tài)，在室溫或低于室溫時(shí)結(jié)晶。因此，可讓其結(jié)晶后通過(guò)過(guò)濾使其結(jié)晶與母液分離，從而達(dá)到飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸分離的目的，且低溫冷凍可使不飽和脂肪酸結(jié)晶更充分。該法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)多不飽和脂肪酸的分離較為溫和、產(chǎn)品不易發(fā)生氧化的特點(diǎn)。但用于多不飽和脂肪酸的生產(chǎn)，必須考慮到能耗、有機(jī)溶劑的安全性和回收。張迎慶等［13］采用將蠶蛹油中不飽和脂肪酸冷凍結(jié)晶的方法，使之從母液中分離出來(lái)，并對(duì)這種冷凍結(jié)晶法的工藝進(jìn)行了初步研究，確定了相對(duì)最佳條件，即用蠶蛹油10 倍體積的0.5 mol/L KOH，乙醇溶液皂化2 h，在－30 ℃冷凍6 h。采用該法，蠶蛹油中不飽和脂肪酸的提取率可達(dá)47.0%。

2.4 分子蒸餾法

分子蒸餾法是利用脂肪酸相對(duì)分子質(zhì)量大小的差異和分子平均自由程的差別，使液體在遠(yuǎn)低于其沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行的精細(xì)分離的方法。此法對(duì)設(shè)備要求較高，且很難將與亞麻酸相對(duì)分子質(zhì)量相近的脂肪酸分離開(kāi)來(lái)，在應(yīng)用上有一定的局限性。王寶剛［14］用分子蒸餾技術(shù)脫除蠶蛹油游離脂肪酸，在高真空狀態(tài)下，脂肪酸蒸發(fā)溫度低、蠶蛹油受熱時(shí)間短、最大限度地限制了副反應(yīng)的產(chǎn)生，保護(hù)原油營(yíng)養(yǎng)成分不受破壞。但是真空設(shè)備的成本和能耗使這一方法受到一定限制。

此外，多不飽和脂肪酸的富集純化工藝還有用脂肪酸凝固點(diǎn)差異的低溫結(jié)晶法、真空冷榨法、根據(jù)脂肪酸溶解度差異的脂肪酸金屬鹽法等分離純化α－亞麻酸的報(bào)道。

分離α－亞麻酸的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，單一使用都不能得到高濃度、較純凈的α－亞麻酸。為了獲得高純度的脂肪酸，常是在考慮成本的基礎(chǔ)上取長(zhǎng)補(bǔ)短，利用其優(yōu)點(diǎn)，將各種方法有機(jī)地相結(jié)合［15］。

3 蠶蛹油α-亞麻酸的微膠囊化工藝研究

微膠囊技術(shù)是利用成膜材料將固體、液體或氣體囊于其中，形成直徑幾十至上千微米的微小容器的技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于藥品、化工產(chǎn)品、香料以及食品。微膠囊的制備方法有噴霧干燥法、分子絡(luò)合法、復(fù)合凝聚法等，其中噴霧干燥法具有成本低、適用性廣、工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)［16］。

微膠囊化技術(shù)在功能性油脂產(chǎn)品加工的應(yīng)用，主要集中于原料或添加劑的包埋，以隔絕光和氧氣，達(dá)到延長(zhǎng)原料保質(zhì)期以及提高物料混合性能。由于α－亞麻酸的碳鏈中含3 個(gè)雙鍵，是一種易氧化、不易保存、不宜直接加入食品的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);因此，采用微膠囊化技術(shù)將其制備成易溶解、流動(dòng)性好，且不易被氧化的微膠囊粉是非常合適的。

陳晨等［17］經(jīng)過(guò)壁材優(yōu)化試驗(yàn)，當(dāng)脫油大豆卵磷脂添加量為殼聚糖的13%(w/w)，復(fù)配壁材與基礎(chǔ)壁材殼聚糖比例為1.42∶1.00(w/w)，芯材蠶蛹油不飽和脂肪酸與總壁材質(zhì)量比為0.52∶1.00(w/w)時(shí)，微膠囊實(shí)測(cè)包埋率為83.31%，達(dá)到最佳效果，此時(shí)表面油率為13.76%，微膠囊化效率達(dá)到97.74%，且微膠囊微觀形貌呈光滑球形，平均直徑約為4 μm，產(chǎn)品外觀呈乳白色粉末狀，流動(dòng)性良好。張瑞等［18］確定蠶蛹油中脂肪微膠囊化最適宜的成囊條件:明膠、阿拉伯膠和蠶蛹油比例為1.0∶1.0∶0.8、成囊溫度為45 ℃、復(fù)凝聚的pH 值為4。

4 展望

在蠶蛹油提取技術(shù)方面，現(xiàn)有的技術(shù)主要是有機(jī)溶劑提取法與超臨界流體萃取法。有機(jī)溶劑浸出法具有出油率較高，蛋白質(zhì)不變性等特點(diǎn)，但溶劑殘留較高，且因工藝流程長(zhǎng)而蛹油品質(zhì)會(huì)受到影響。而超臨界流體萃取法具有萃取率高、選擇性好、無(wú)溶劑殘留、無(wú)污染，而且工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以超臨界流體萃取法是當(dāng)今較為合適的蠶蛹油提取技術(shù)。

在蠶蛹油α－亞麻酸的微膠囊化工藝方面，現(xiàn)有的技術(shù)主要有噴霧干燥法、分子絡(luò)合法、復(fù)合凝聚法等方法，但這些方法操作比較繁瑣，成本較為昂貴，所以改進(jìn)開(kāi)發(fā)新的微膠囊技術(shù)具有重要的意義。目前，多流體復(fù)合電噴技術(shù)、超臨界流體快速膨脹技術(shù)與自主裝技術(shù)等都是新型微膠囊技術(shù)的重要代表，并且今后微膠囊技術(shù)正朝著包覆率高、功能多樣、結(jié)構(gòu)與性能可方便調(diào)控和制備成本低的方向發(fā)展［19］。

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