美洲大蠊油脂的提取及性質分析

袁東強 何 釗 孫 龍 李 嫻 趙 敏 馮 穎

(中國林業(yè)科學研究院 資源昆蟲研究所1，昆明 650224)

(國家林業(yè)局資源昆蟲培育與利用重點實驗室2，昆明 650224)

美洲大蠊油脂的提取及性質分析

袁東強1,2何 釗1,2孫 龍2李 嫻2趙 敏2馮 穎1,2

(中國林業(yè)科學研究院 資源昆蟲研究所1，昆明 650224)

(國家林業(yè)局資源昆蟲培育與利用重點實驗室2，昆明 650224)

為確定美洲大蠊成蟲油脂的提取方法、性質及脂肪酸構成，為其利用奠定基礎，采用響應曲面對超聲波-微波提取美洲大蠊油脂條件進行優(yōu)化，分析了油脂的熱力學性質、脂肪酸構成及理化指標。結果表明，美洲大蠊成蟲油脂超聲波-微波法提取的最佳條件是時間5 min，液料比10∶1，超聲波功率321.35 W，微波功率179.84 W，溫度50.07 ℃，理論得率為31.00%，實際得率為30.65%。GC-MS檢測到13種脂肪酸，棕櫚酸、油酸、亞油酸為主要成分，占總脂肪酸的77.02%，含量分別為70.47、36.49、81.38 mg/g。不飽和脂肪酸含量高，占總脂肪酸的71.49%。油脂RGB顏色的飽和度(HIS)S為0.67，偏黃色，油脂的碘值為128.11g/100 g、酸值為8.73 mg/g、過氧化值為1.10 mmol/kg、皂化值為407.17 mg/g、熔點為3.56 ℃，結晶點為-36.37 ℃。油脂品質較好，可以作為潛在的食用油脂來源。

美洲大蠊 油脂 GC-MS 理化性質 脂肪酸 DSC

美洲大蠊(PeriplanetaamericanaL)屬昆蟲綱，蜚蠊目，蜚蠊科，俗稱蟑螂，是一種傳統(tǒng)藥用昆蟲。全球共記錄蜚蠊目昆蟲5 147種，中國約有250種左右，分為8科20屬。蜚蠊大多數(shù)營野棲生活，少數(shù)棲室內(nèi)，在我國分布廣泛[1]，常見的主要是美洲大蠊、澳洲大蠊、褐斑大蠊、日本大蠊和德國小蠊等。在我國，蜚蠊作為藥用最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，主要用于治療淤血、癥堅、寒熱、下氣等，民間還用來治療腹脹腹瀉及小兒因缺鈣引起的形瘦神疲等[2]?，F(xiàn)代藥理學研究表明，美洲大蠊具有抗癌、抗炎、消腫鎮(zhèn)痛、強心升壓、增強免疫等作用。近年來，以美洲大蠊為原料已經(jīng)開發(fā)出了很多藥物，如康復新、心脈隆注射液、肝龍膠囊等，主要用于治療創(chuàng)傷、心血管病及腫瘤等[3-5]。美洲大蠊的藥用開發(fā)促進了人工飼養(yǎng)技術的進步，人工養(yǎng)殖技術已有多項專利[6-7]，人工飼養(yǎng)技術成熟，且已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；B(yǎng)殖。人工養(yǎng)殖采用通風、能透光的具有多縫隙的分層養(yǎng)殖架，熟食喂養(yǎng)，在成蟲交配產(chǎn)卵高峰期后1個月，通過升高溫度，進行整批捕殺。人工飼養(yǎng)條件下，美洲大蠊繁殖速度快，成活率高，養(yǎng)殖周期短，成本低廉，藥效成分含量高。目前對美洲大蠊研究主要涉及體內(nèi)活性物質醇提物、乙酸乙酯提取物、抗菌肽、激素類、藥效藥理等藥用方面，還有學者對其營養(yǎng)價值、安全性、飼用等進行了研究[8]。但對其油脂的研究比較零散，沒有形成一套有效的體系，多集中在脂肪酸組成分析及脂溶性成分的研究等，缺少對油脂理化性質及脂肪酸成分定量分析的研究。從目前已報道的研究結果看，美洲大蠊油脂的含量及脂肪酸組成研究結果并不一致[9-11]。昆蟲體內(nèi)富含油脂，具有多種功能。昆蟲油脂提取和分析是其功能研究的基礎，常用的油脂提取方法有索氏法、溶劑浸提法、水酶法、超聲波協(xié)同微波以及超臨界流體法等，其中超聲波協(xié)同微波提取方法具有提取效率高、時間短的特點，被認為是很好的油脂提取法[12-14]。所以本試驗主要從超聲波協(xié)同微波提取方法、油脂的性質、脂肪酸構成及含量等方面對美洲大蠊油脂進行研究，為其合理開發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

美洲大蠊成蟲：祥云市彌渡縣雙樹村美洲大蠊養(yǎng)殖場，粉碎備用。異辛烷(色譜純)，三氟化硼甲醇溶液，24種脂肪酸甲酯化標準品：Sigma公司。

1.2 方法

1.2.1 油脂超聲波-微波法提取及曲面響應優(yōu)化

以石油醚為溶劑，稱取10 g蟲粉樣品，單因素試驗研究料液比1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14，超聲波功率100、200、300、400、500 W，微波功率100、200、300、400、500 W，時間5、10、15、20、25 min，溫度20、30、40、50、60 ℃等5個因素對提取率的影響。提取液過濾后用旋轉蒸發(fā)器旋蒸，再放在37 ℃烘箱2 h得到油脂，稱重。然后以超聲波功率、微波功率和溫度等3個因素進行響應曲面優(yōu)化，得到最佳提取條件，并進行驗證試驗。

1.2.2 油脂脂肪酸成分分析

甲酯化：準確稱取油樣250 mg于50 mL的燒瓶中，加入5 mL的氫氧化鈉甲醇溶液，60 ℃水浴回流直至油滴消失，每30～60 s緩慢搖動燒瓶，以防止氫氧化鈉形成固態(tài)附著在瓶壁上。冷卻至室溫后加入5 mL的三氟化硼甲醇溶液，繼續(xù)水浴煮沸3 min，從冷凝器頂部加入5 mL異辛烷，取下冷凝器，拿出燒瓶，立即加入20 mL飽和氯化鈉溶液，塞住燒瓶猛烈振搖30 s，繼續(xù)加入氯化鈉溶液至燒瓶頸部，靜置分層。吸取上層異辛烷溶液，用0.45 μm的有機濾膜過濾，4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

GC-MS條件：色譜柱：TR-5MS柱(30 m×0.25 mm，25 μm)，升溫程序：初溫100 ℃，保持3 min，3 ℃/min升溫到250 ℃恒溫10 min，載氣為He，流速為1.0 mL/min，進樣量為2 μL，分流比50∶1，進樣口溫度250 ℃。電子轟擊(EI)離子源，電子能量70 eV，接口溫度250 ℃，離子源溫度250 ℃，掃描質量范圍40～450m/z，全掃描方式。

1.2.3 油脂理化性質分析

參照GB/T 5530—2005、GB/T 5534—2008、GB/T 5532—2008、GB/T 5538—2005中的方法，測定油脂的酸值、皂化值、碘值和過氧化值。RGB色差儀測定油脂的色澤，利用HIS顏色模型進行飽和值品質分析，對RGB色差坐標進行轉化：I=(R+G+B)/3，S=1-[min(R，G，B)]/I，當飽和值S=0時；表示為白色，S=1時，表示為黑色。

1.2.4 油脂的熱力學

稱取5 mg油脂置于坩堝內(nèi)并壓蓋，精確到0.1 mg。DSC升溫程序為開始溫度33 ℃，以5 ℃/min升溫到80 ℃，恒溫5 min，從80 ℃以5 ℃/min降溫到-60 ℃，恒溫5 min，然后在以5 ℃/min升溫到80 ℃。降溫過程采用液氮降溫。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗重復3次進行，數(shù)據(jù)處理采用Design-Expert 8.0、Excel 2010和SPSS 17.0軟件處理。

式中：A為美洲大蠊油脂的質量/g；B為樣品質量/g。

2 結果與分析

2.1 油脂提取結果

2.1.1 單因素試驗結果

超聲波-微波法單因素試驗結果見圖1，方差分析顯示，5個因素對油脂得率的影響均較顯著，在超聲波功率300 W，微波功率200 W，時間5 min，溫度50 ℃時油脂提取率均達到最大，在時間因素中，油脂的得率和提取時間呈負相關，隨著時間的延長，油脂的得率逐漸下降，這可能是時間較長時，超聲波和微波破壞了油脂，造成提取率下降。

2.1.2 響應曲面優(yōu)化試驗結果

根據(jù)單因素試驗的結果，固定時間5 min和料液比1∶10，選取超聲波功率300 W、溫度50 ℃和微波功率200 W為中心點，設計響應曲面試驗，試驗因素和水平及結果見表1。

圖1 超微波協(xié)同微波對油脂得率的影響

標準序運行序X1溫度/℃X2超聲波功率/WX3微波功率/℃響應值Y得率/%1515030020031.29826030030029.41436040020029.67246020020027.79154020020028.87965020010028.53374040020029.16584030010029.631495030020032.297104030030029.9311115020030027.4613125030020031.766136030010030.1210145040010029.8812155040030030.35

圖2是根據(jù)回歸方程所繪制的響應曲面分析圖和等高線圖。通過分析得到的優(yōu)化條件為：超聲波功率321.35 W，微波功率179.84 W，溫度50.07 ℃，理論得率為31.00%，根據(jù)優(yōu)化條件進行3次驗證試驗，實際平均得率為30.65%，與理論值基本相符，證明該模型得出的提取參數(shù)可行，具有實用價值。

表2 回歸方程顯著性檢驗

圖2 超聲波微波法油脂得率的響應曲面與等值線

2.2 油脂脂肪酸成分分析結果

2.2.1 脂肪酸定性分析

美洲大蠊油脂GC-MS分析的化學成分質譜圖見圖3，用計算機譜圖庫檢索，結果與NIST標準圖庫及脂肪酸標準品圖譜進行比對，采用面積歸一法定性，結果見表3。美洲大蠊油脂中共檢測到13種脂肪酸，主要為棕櫚酸、油酸和亞油酸，質量分數(shù)分別為17.83%、45.16%和20.24%，占總脂肪酸質量的77.02%，并含有少量的棕櫚油酸、硬脂酸和二十二碳二烯酸，質量分數(shù)分別為1.28%、4.04%和4.53%。不飽和脂肪酸質量分數(shù)高，占總脂肪酸的71.49%，不飽和脂肪酸又以油酸和亞油酸為主，占不飽和脂肪酸質量的91.48%。脂肪酸中還含有少量的自然界非常罕見并且具有重要生理功能的奇數(shù)碳脂肪酸十五碳酸。

圖3 美洲大蠊脂肪酸甲酯總離子流圖

序號保留時間/min脂肪酸名稱質量分數(shù)/%113.93肉豆蔻酸(14∶0)0.45219.51棕櫚油酸(16∶1Δ9c)1.28320.33棕櫚酸(16∶0)17.83421.77十五碳酸(15∶0)3.49526.55cis-亞油酸(18∶2Δ9c,12c)14.04626.92油酸(18∶1Δ9c)45.16727.79硬脂酸(18∶0)4.04828.49trans-亞油酸(18∶2Δ9t,12c)6.20932.78花生四烯酸(20∶4Δ5c,8c,11c,14c)0.101035.54花生酸(20∶0)0.181142.00芥酸(22∶1Δ13c)0.991244.68山崳酸(22∶0)1.701348.21二十二碳二烯酸4.53

2.2.2 脂肪酸定量分析

相同GC-MS條件下，分析了24種脂肪酸甲酯標準品，總離子流圖見圖4，利用脂肪酸標準品的峰面積作圖，繪制標準曲線，結合圖3中的結果，得到肉豆蔻酸、棕櫚油酸、棕櫚酸、亞油酸、油酸、硬脂酸、花生四烯酸、花生酸、山崳酸等9種脂肪酸的定量結果(表4)，其中，含量最高的是棕櫚酸、油酸和亞油酸3種，其含量分別為70.47、36.49、81.38 mg/g。

圖4 24種脂肪酸甲酯標準品總離子流色譜圖

序號保留時間脂肪酸名稱脂肪酸含量/mg·g-1113.93肉豆蔻酸2.90219.51棕櫚油酸6.13320.33棕櫚酸70.47426.55亞油酸81.38526.92油酸36.49627.79硬脂酸18.75732.78花生四烯酸2.14835.54花生酸3.45944.68山崳酸6.85

2.3 油脂理化性質分析

美洲大蠊油脂理化性質測定結果見表5，超聲波-微波法提取油脂顏色的飽和度S值為0.67，顏色為淺黃色。油脂的碘值較高，為128.11 gI/100 g，表明油脂中不飽和脂肪酸含量較高，油脂的酸值和過氧化值較低，表明油脂中游離脂肪酸的含量較低，皂化值非常高，表明油脂中含有較多的不皂化物質，和去污能力有一定關系。

表5 油脂的理化性質分析結果

2.4 油脂熱力學分析結果

油脂的差示掃描量熱DSC熱力學分析(圖5)表明，美洲大蠊油脂的熔點3.56 ℃，結晶點-36.37 ℃。

圖5 超微波油脂DSC熱力學曲線

3 討論與結論

美洲大蠊成蟲油脂超聲波-微波法最佳提取條件為：超聲波功率321.35 W，微波功率179.84 W，溫度50.07 ℃，理論得率為31.00%，實際得率為30.65%。在此條件下提取的美洲大蠊成蟲油脂中共檢測出13種脂肪酸成分，其中以棕櫚酸、油酸和亞油酸3種脂肪酸為主，占總脂肪酸含量的77.02%，含量分別為70.47、36.49、81.38 mg/g。不飽和脂肪酸含量高，占總脂肪酸含量的71.49%，油酸和亞油酸占不飽和脂肪酸含量的91.48%。油脂飽和度(HIS)S為0.67，為淺黃色，碘值為128.11gI/100 g、酸值為8.73 mgKOH/g、過氧化值為1.10 mmol/kg、皂化值為407.17 mgKOH/g，油脂的熔點為3.56 ℃，結晶點-36.37 ℃。油脂品質較好，可能作為潛在的食用油脂來源。

本研究采用超聲波-微波法提取到的美洲大蠊體內(nèi)油脂質量分數(shù)在30%以上，高于周瓊等[10]報道為17%，GC-MS共鑒定出13種脂肪酸成分，也多于其報道的7種脂肪酸，這可能與提取方法和樣品的來源不同有關，有試驗發(fā)現(xiàn)飼養(yǎng)方法以及飼養(yǎng)條件會對昆蟲油脂的含量和構成產(chǎn)生影響[8]。美洲大蠊油脂的油酸、棕櫚酸和棕櫚油酸含量較高，與黃粉蟲，蜣螂油脂體內(nèi)含有15%甚至更低的報道具有較大差異[15-17]。酸值表示油脂中游離脂肪酸的含量，主要用來衡量食用油脂品質的好壞，酸值越高說明油脂中游離脂肪酸含量越高，油的品質越差[18]，飲食中不能含有較高的游離脂肪酸。本文油脂的酸值為8.73 mgKOH/g，低于已經(jīng)報道的食用油脂如棕櫚油的酸值(19.3 mgKOH/g)[19]，達到食用油脂標準。前人研究認為，昆蟲油脂如家蠶蛹、家蠅幼蟲和家蟋成蟲的飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的比例比較接近當今營養(yǎng)學推薦的人體最佳食用脂肪酸標準，脂肪酸組成合理，可作為天然優(yōu)質食用油[20-22]，從本文的分析結果看，美洲大蠊成蟲油脂性質類似，具有潛在的開發(fā)利用價值。

棕櫚酸、棕櫚油酸、油酸和亞油酸都是重要的脂肪酸，棕櫚油酸是主要的單不飽和脂肪酸之一，血清膽固醇甲酯中棕櫚油酸的含量影響到肝脂庫中的碳轉化為脂肪酸[23]，與人體肥胖具有顯著的相關性，但具體的機制并不清楚[24]。棕櫚酸和棕櫚油酸與人體糖尿病也有密切關系，棕櫚酸具有較強的促胰島素效應[25]，對β-細胞的翻轉和功能具有明顯的影響，能夠在β-細胞中通過葡萄糖介導的細胞凋亡途徑調控胰島素水平[26]，同時棕櫚酸能夠增加人體總脂蛋白和低密度脂蛋白水平，增加心血管疾病的風險，所以飲食中應控制棕櫚酸的含量[27]。油酸主要來源于橄欖，其含量高低是評價食用油脂的重要指標，同時油酸和亞油酸的含量高低對人體健康具有重要作用，長期攝入富含油酸的食品，可以降血壓、減少高血壓的風險，能夠同時在體內(nèi)和細胞中通過分子水平調控G蛋白偶聯(lián)信號，進而調控血壓[28-30]。奇數(shù)碳脂肪酸在大多數(shù)的哺乳動物組織中很罕見，在反芻動物中，奇數(shù)碳脂肪酸氧化提供的能量相當于他們所需能量的25%。在皮下脂肪組織和血清中奇數(shù)碳脂肪酸水平已經(jīng)被人類用來作為反芻動物脂肪攝入的指標，研究證實奇數(shù)碳脂肪酸在體內(nèi)和體外都具有抗腫瘤活性[31-33]，本研究發(fā)現(xiàn)，美洲大蠊中棕櫚酸，棕櫚油酸、油酸和亞油酸4種脂肪酸含量非常高，所以美洲大蠊中脂肪酸具有潛在藥物開發(fā)價值。

志謝：本研究由國家林業(yè)局“西南特色昆蟲資源及經(jīng)濟樹種種資資源收集保存與良種繁育基地建設”項目資助。

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Periplaneta Americana Fat Extraction and Properties Analysis

Yuan Dongqiang1,2He Zhao1,2Sun Long2Li Xian2Zhao Min2Feng Ying1,2

(Research Institute of Resource Insects CAF1，Kunming 650224)(Key Laboratory of Cultivation and Utilization of Resource Insects2，State Forestry Administration，Kunming 650224)

The extract method and properties ofPeriplanetaAmericanafat had been researched in the paper to lay the foundation for utilization.The ultrasonic wave-microwave extraction conditions ofPeriplanetaAmericanafat were optimized by Response Surface Methodology(RSM).The thermodynamic，physicochemical property and the composition of fatty acid of the fat were evaluated.The results showed that the optimum condition of ultrasonic wave-microwave extraction were as follows：extraction time of 5 min，the ratio of extraction solvent to material of 10∶1，ultrasonic power of 321.35 W，microwave power of 179.84 W，extraction temperature at 50.07 ℃.The theoretical extraction yield could be 31.00%and the actual extraction yield could be 30.65%on the optimum condition.13 kinds of fatty acid were detected by GC-MS.Palmitic acid，oleic acid and linoleic acid were the major compositions to occupy 77.02% of the total fatty acid content.The contents of three fatty acids were 70.47 mg/g，36.49 mg/g，and 1.38 mg/g，respectively. The hue-saturation-intensity value of fat was 0.67；the iodine value，acid value，peroxide value and saponification value of the fat were 128.11 g/100g，8.73 mg/g，1.10 mmol/kg，and 407.17 mg/g.The meilting point and crystallization point of the fat were 3.56 ℃ and-36.37 ℃ respectively.The quality of the fat was fine，could be applied as the potential sources of edible fat.

PeriplanetaAmericana，fat，GC-MS，Physical and Chemical Properties，fatty acid，DSC

Q547

A

1003-0174(2016)03-0084-07

2014-07-14

袁東強，男，1989年出生，碩士，昆蟲生理生化

馮穎，女，1960年出生，研究員，食藥用昆蟲