蠶蛹油的堿煉工藝研究

侯清娥，王錄軍，趙憲林，薛　萍

（渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南　714000）

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蠶蛹油的堿煉工藝研究

侯清娥，王錄軍，趙憲林，薛萍

（渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714000）

摘要：以石油醚為溶劑提取獲得蠶蛹毛油，堿煉法進(jìn)行脫酸精煉、單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，分析了脫酸工藝中堿液濃度、堿煉溫度、攪拌速度及堿煉時(shí)間等關(guān)鍵因素對(duì)酸價(jià)及得率的影響，確定了堿煉精制蠶蛹油最佳工藝，并對(duì)其進(jìn)行了成分分析。結(jié)果表明，堿煉蠶蛹油最佳反應(yīng)條件為NaOH水溶液濃度16°Bé，堿煉溫度35～70℃，攪拌速度20 r/min，堿煉時(shí)間30 min，酸價(jià)值由17.40 mg KOH/g降到低于0.2 mg KOH/g，且保證得率大于65％。

關(guān)鍵詞：蠶蛹油；堿煉；酸值

蠶蛹（Silkworm pupa）為蠶蛾科昆蟲家蠶（Bombyx moilL L.）的蛹，既是一種高營(yíng)養(yǎng)的美食，也是一味中藥，具有和脾胃、祛風(fēng)濕、長(zhǎng)陽(yáng)氣之功效，自古以來(lái)就得到廣泛應(yīng)用[1]。蠶蛹油含有較豐富的脂溶性維生素、微量元素及脂肪酸[2-3]，特別是人體必需的油酸、亞油酸和亞麻酸等多種不飽和脂肪酸，占游離脂肪酸的75％以上，其中α-亞麻酸含量高達(dá)30.24％[4-5]。α-亞麻酸能在體內(nèi)經(jīng)脫氫和碳鏈延長(zhǎng)合成二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）等代謝產(chǎn)物，是維系人類腦進(jìn)化的生命核心物質(zhì)，具有增長(zhǎng)智力、保護(hù)視力、延緩衰老等多種功能，能夠有效地抑制血栓性疾病，預(yù)防心肌梗死、腦梗死，降血脂、降血壓，抑制出血性腦中風(fēng)和癌癥的發(fā)生與轉(zhuǎn)移，預(yù)防和抑制老年性癡呆等[6-7]。同時(shí)，人體必需脂肪酸中亞油酸與亞麻酸攝入的比值非常重要，2001年國(guó)家營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)提出應(yīng)為4∶1～6∶1，我國(guó)近些年部分發(fā)達(dá)地區(qū)人們對(duì)2種必需脂肪酸的攝入量已經(jīng)高達(dá)20∶1～30∶1，比例嚴(yán)重失衡，這是造成多種慢性病發(fā)病率不斷上升的重要原因[8]。

我國(guó)是養(yǎng)蠶大國(guó)，蠶繭產(chǎn)量居世界首位，占世界總產(chǎn)量的70％，年產(chǎn)鮮蠶蛹超50×104t[1]。同時(shí)蠶蛹是絲綢工業(yè)的大宗副產(chǎn)品，年產(chǎn)繅絲副產(chǎn)物干蠶蛹9×104～15×104t，但目前大量蠶蛹基本上用作飼料和肥料，其資源利用率和附加值低[6]。本文從堿煉法對(duì)蠶蛹油的精煉著手，以酸值及得率為指標(biāo)，分析各種因素對(duì)其精煉工藝的影響，確定最佳工藝條件，為蠶蛹油的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1原料、試劑及儀器設(shè)備

1.1.1原料與試劑

蠶蛹，安康百瑞繭絲綢責(zé)任有限公司提供；無(wú)水乙醇、乙醚、石油醚（沸程60～90℃）、氫氧化鈉、氫氧化鉀、鄰苯二甲酸氫鉀等均為分析純，西安和平化玻公司提供。

1.1.2主要儀器

DF- 101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市英峪予華儀器廠產(chǎn)品；800B型臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；高速萬(wàn)能粉碎機(jī)、HH- S4型電子恒溫水浴箱，北京科偉永興儀器有限公司產(chǎn)品；RE- 52型旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器，上海安亭試驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；SHZ- D（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1原料預(yù)處理

將蠶蛹分選，清洗后烘干，利用高速粉碎機(jī)粉碎成蠶蛹粉備用。

1.2.2蠶蛹油提取[9]

適量蠶蛹粉置索氏提取儀中，按固液比1∶4 （W/V）加入石油醚溶劑，在80℃下回流浸提9～12 h，分離蠶蛹渣與油液，蒸餾回收溶劑，干燥后稱質(zhì)量，即得蠶蛹油（此為毛油），毛油提取率=（毛油質(zhì)量/蠶蛹質(zhì)量）×100％。

1.2.3毛油酸值的測(cè)定

參考GB 5530—2005油脂酸價(jià)測(cè)定方法[10]，精確稱取油樣3～5 g（精確至0.001 g）于錐形瓶中，加入50 mL乙醚與乙醇配比為2∶1的混合液，搖勻使油樣溶解，加入4滴酚酞，然后用0.1 mol/L氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡紅色，顏色出現(xiàn)30 s不褪色為終點(diǎn)。

1.2.4精煉油的酸值及產(chǎn)率的計(jì)算

酸值測(cè)定同1.2.3。

1.2.5蠶蛹油堿煉脫酸的單因素試驗(yàn)

從堿液濃度、堿煉時(shí)間、攪拌速度、堿煉溫度4個(gè)因素著手，所選各因素及其水平為堿液濃度[11]14，16，18，20，22，24°Bé；堿煉溫度30～60，30～65，35～60，35～65，40～70℃；攪拌速度15，20，25，30，35 r/min及堿煉時(shí)間20，25，30，35，40 min。

具體操作：油樣10 g，適當(dāng)堿煉溫度、攪拌速度（55 r/min）條件下，將一定濃度堿溶液緩慢連續(xù)加入，加堿完畢繼續(xù)快速攪拌至油、皂呈現(xiàn)明顯分離。改為慢速攪拌并適當(dāng)快速升溫，以不小于1℃/min為宜。當(dāng)堿煉溫度升至終溫，皂?；拘纬赏旰?，油、皂明顯分離時(shí)，靜置、離心（3 000 r/min，10 min），得脫酸油升溫至85℃，蒸餾水洗5～6次至中性。將油放入烘箱，在100～105℃下烘2 h去處脫酸油中殘留水分，冷卻至室溫，稱量計(jì)算精煉率并檢測(cè)酸值，從而選出合適的工藝條件。

1.2.6正交試驗(yàn)

通過(guò)單因素試驗(yàn)，選取堿液濃度、堿煉溫度、攪拌速度及堿煉時(shí)間的最佳值，以蠶蛹油堿煉油酸值及得率為指標(biāo)，采用正交表L9（34）進(jìn)行，將試驗(yàn)進(jìn)行蠶蛹油堿煉脫酸工藝條件優(yōu)化。

正交設(shè)計(jì)L9（34）因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1　正交設(shè)計(jì)L9（34）因素與水平設(shè)計(jì)

2結(jié)果與分析

2.1毛油得率及酸值

通過(guò)1.2.2及1.2.3方法的測(cè)定，毛油產(chǎn)率及酸值分別為30.58％，17.40 mg KOH/g。

2.2脫酸工藝單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1不同NaOH溶液濃度對(duì)蠶蛹油堿煉效果的影響

在堿煉溫度、攪拌速度、堿煉時(shí)間一定的條件下，考察不同堿液濃度堿煉效果的影響。

不同NaOH溶液濃度對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值及得率的影響見圖1。

圖1　不同NaOH溶液濃度對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值及得率的影響

由圖1可知，隨著NaOH溶液濃度的升高，堿煉油的酸值降低，且均小于0.25。當(dāng)NaOH溶液濃度為16°Bé時(shí)，堿煉油酸值降至0.167 mg KOH/g；繼續(xù)增加NaOH溶液濃度，堿煉油酸值降低幅度很小。同時(shí)，堿煉油得率隨NaOH溶液濃度的減小而增加，從酸值和得率綜合考慮，確定NaOH溶液合適的濃度應(yīng)為16°Bé。

2.2.2不同堿煉溫度對(duì)蠶蛹油堿煉效果的影響

在NaOH溶液濃度、攪拌速度、堿煉時(shí)間一定的條件下，考察不同堿煉溫度對(duì)堿煉油效果的影響。

不同堿煉溫度對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值及得率的影響見圖2。

圖2　不同堿煉溫度對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值及得率的影響

由圖2可知，隨著堿煉溫度增加，堿煉油酸值降低，因?yàn)閴A煉溫度升高，堿煉油的黏度下降有利于油劑反應(yīng)與分離。當(dāng)堿煉溫度為35～60℃時(shí)，堿煉油酸值降到0.118 mg KOH/g，得率為65％；繼續(xù)提高堿煉溫度，堿煉油酸值下降趨勢(shì)緩慢。同時(shí)堿煉溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)使未反應(yīng)中性油被皂化的概率增加，從而導(dǎo)致堿煉油得率反而降低。由圖2還可以看出，不同堿煉溫度下，堿煉油酸值均小于0.2 mg KOH/g。故從堿煉油酸值和得率綜合考慮，本試驗(yàn)確定堿煉蠶蛹油最優(yōu)堿煉溫度為35～60℃。

2.2.3不同攪拌速度對(duì)蠶蛹油堿煉效果的影響

在NaOH溶液濃度、堿煉溫度、堿煉時(shí)間一定的條件下，考察不同攪拌速度（終速）對(duì)蠶蛹油堿煉效果的影響。

不同攪拌速度對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值及得率的影響見圖3。

圖3　不同攪拌速度對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值及得率的影響

由圖3可知，在不同攪拌速度下所得堿煉油酸值均小于0.18 mg KOH/g；當(dāng)攪拌速度為25 r/min時(shí)，堿煉油得率最高，故合適的攪拌速度為25 r/min。

2.2.4不同堿煉時(shí)間對(duì)蠶蛹油堿煉效果的影響

在NaOH溶液濃度、堿煉溫度、攪拌速度一定的條件下，不同堿煉時(shí)間對(duì)蠶蛹油堿煉效果的影響。

不同堿煉時(shí)間對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值及得率的影響見圖4。

圖4　不同堿煉時(shí)間對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值及得率的影響

由圖4可知，隨著堿煉時(shí)間的延長(zhǎng)，所得堿煉油酸值在減小。當(dāng)堿煉時(shí)間為30 min時(shí)，其酸值最低；再延長(zhǎng)堿煉時(shí)間酸值不再下降，反而有所上升。綜合考慮酸值和得率，堿煉時(shí)間應(yīng)以30 min為最佳。

2.3正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

2.3.1蠶蛹油精煉正交試驗(yàn)結(jié)果正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見表3。

表3　正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.3.2脫酸工藝對(duì)蠶蛹油酸值的影響

從表3中的各因素極差結(jié)果可見，各因素對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)锽＞A＞D＞C。顯然，對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值影響最大的是堿煉溫度，其次是堿液濃度，再次是堿煉時(shí)間，最后是攪拌速度。各因素的最優(yōu)水平組合為A3B3C1D1，即NaOH溶液濃度14°Bé，堿煉溫度35～70℃，攪拌速度20 r/min，堿煉時(shí)間25 min。

各因素不同水平對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值影響趨勢(shì)見圖5。

圖5　各因素不同水平對(duì)蠶蛹油堿煉油酸值影響趨勢(shì)

由圖5可知，NaOH溶液濃度越大越好，但濃度過(guò)高會(huì)使中性油損失過(guò)大，影響堿煉的效果，所以可在大于18°Bé的一定范圍內(nèi)再做進(jìn)一步探索。從堿煉溫度對(duì)值的影響可以看出，在考察范圍內(nèi)總體堿煉溫度越低越好，這是因?yàn)橐欢ǖ牡蜏乜墒箟A與游離脂肪酸完全中和。所考察范圍的攪拌速度對(duì)值的影響不大，堿煉時(shí)間在25～30 min可得到較好值。

2.3脫酸工藝對(duì)蠶蛹油得率的影響

由表3可知，不同因素組合對(duì)蠶蛹油堿煉油得率有不同程度的影響。正交試驗(yàn)因素的極差R大小順序?yàn)锳＞C＞B＞D?？梢娪绊憠A煉油得率最主要的因素是NaOH溶液濃度，其R為3.167；堿煉時(shí)間的影響因素最小，僅為1.300。各因素的最優(yōu)水平組合為A1B3C1D2，即NaOH溶液濃度14°Bé，堿煉溫度35～70℃，攪拌速度20 r/min，堿煉時(shí)間30 min。

各因素不同水平對(duì)蠶蛹油堿煉油得率影響趨勢(shì)見圖6。

圖6　各因素不同水平對(duì)蠶蛹油堿煉油得率影響趨勢(shì)

由圖6可知，堿煉油得率隨各因素變化的趨勢(shì)，由表3和圖6可以得出，NaOH溶液濃度越低越好，但堿液濃度過(guò)低，游離脂肪酸中和不完全，雜質(zhì)不能被充分作用，皂粒不能很好絮凝，從而堿煉成品油品質(zhì)差。從堿煉溫度對(duì)K值的影響可以看出，在考察范圍內(nèi)堿煉溫度越高越好，一定的高溫利于油皂的分離，提高成品油的得率[12-14]。所考察范圍的攪拌速度及堿煉時(shí)間對(duì)K值得影響不大。

2.4精制蠶蛹油成分分析結(jié)果

蠶蛹油成分組成和含量見表4。

表4　蠶蛹油成分組成和含量

由西安市質(zhì)檢所測(cè)定的結(jié)果可知，通過(guò)石油醚溶劑提取精制的蠶蛹油，其總脂肪含量高達(dá)99.0％，不飽和脂肪酸（油酸、亞油酸、γ-亞麻酸、α-亞麻酸）占脂肪酸含量的比高達(dá)75.2％，亞麻酸的含量占脂肪酸含量的30.2％。

3　結(jié)論

由于蠶蛹油具有酸值較高和營(yíng)養(yǎng)成分豐富的特點(diǎn)，而脫酸又作為影響蠶蛹油精煉品質(zhì)的關(guān)鍵步驟。因此，在選擇脫酸方法時(shí)，首先要求所選工藝能夠適應(yīng)較高酸值，其次要求最大限度地減少煉油損耗并保持蠶蛹油的營(yíng)養(yǎng)特色。脫除油脂中的游離脂肪酸最常用的方法是堿煉，工業(yè)生產(chǎn)中脫酸最常用的堿為NaOH，它不僅可以有效脫除油脂中的游離脂肪酸，生成的皂與油易分離，而且在堿煉過(guò)程中又有較明顯的脫臭、脫渣及部分脫色輔助作用。該工藝克服了物理蒸餾法、溶劑浸出膜分離法、生物酶法等在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的缺點(diǎn)，具有成本低、工藝流程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件易控、營(yíng)養(yǎng)成分破壞少、成品油品質(zhì)好等優(yōu)勢(shì)。

本文應(yīng)用堿煉法對(duì)蠶蛹油精煉，通過(guò)正交試驗(yàn)，以酸值和得率2個(gè)指標(biāo)綜合考慮最佳條件為NaOH溶液濃度16°Bé，堿煉溫度35～70℃，攪拌速度20 r/min，堿煉時(shí)間30 min，通過(guò)精煉蠶蛹油的酸價(jià)由17.40 mg KOH/g降為小于0.2 mg KOH/g，外觀清澈、透明，色澤為淡黃色；且保證得率大于65％，取得了理想的效果。

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Study on the Alkali- refining Process of Silkworm Pupa Oil

HOU Qing'e，WANG Lujun，ZHAO Nilin，XUE Ping
（Wennan Vocational and Technical College，Wennan，Shaanxi 714000，China）

Abstract：The method for extracting Silkworm pupa crude oil with organic solvent of petroleum is investigated. The silkworm pupa oil is refined with alkali- refine processing method in this paper. And the influences of concentration of alkali liquor，reaction temperature，stirring speed，reaction time on Silkworm pupa oil are analyzed by single factor and orthogonal test experiments，and finally the optimal conditions of alkali- refining silkworm pupa oil are confirmed. The components of the refined Silkworm pupa oil is also analyzed. The results show the optimal test parameter: alkali concentration is 16°Bé，alkali- refining temperature 35～70℃，stirring speed is 20 r/min，alkali- refining time is 30 min. Under this condition，the acid value of crude Silkworm pupa oil could be reduced from 17.40 mg KOH/g to less than 0.2 mg KOH/g，and the yield is more than 65.0％.

Key words：Silkworm pupa oil；alkali- refining；acid value

作者簡(jiǎn)介：侯清娥（1983—），女，碩士，助教，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品深加工。

基金項(xiàng)目：渭南市科技創(chuàng)新扶持資金項(xiàng)目（2014TCPT- 7）。

收稿日期：2016- 01- 12

文章編號(hào)：1671- 9646（2016）03a- 0026- 04

中圖分類號(hào)：S886.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.16693/j.cnki.1671- 9646（X）.2016.03.007