丙酮萃取蛋黃磷脂工藝研究

康世宗，谷克仁，劉國紅，李 招

1. 河南工業(yè)大學(xué) (河南鄭州 450001)2. 中糧糧油工業(yè)(黃岡)有限公司 (湖北黃岡 438000)

丙酮萃取蛋黃磷脂工藝研究

康世宗1，谷克仁1，劉國紅2，李 招1

1. 河南工業(yè)大學(xué) (河南鄭州 450001)2. 中糧糧油工業(yè)(黃岡)有限公司 (湖北黃岡 438000)

研究了以磷脂酰膽堿萃取率為指標(biāo)，利用正交試驗(yàn)優(yōu)化丙酮萃取蛋黃磷脂工藝中料液比、萃取溫度、萃取時(shí)間等參數(shù)，并考察了超聲對磷脂酰膽堿萃取率的影響。得到最佳萃取條件：不超聲，萃取溫度20 ℃，料液比1∶7，萃取時(shí)間70 min。在最佳條件下，PC萃取率可達(dá)96.955%。

蛋黃粉；磷脂酰膽堿；丙酮；萃取

磷脂酰膽堿俗稱卵磷脂(Phosphatidylcholine, PC)，可作為乳化劑，填充劑，和分散劑廣泛應(yīng)用于食品、飼料、保健品、醫(yī)藥和化妝品等行業(yè)[1-3]。蛋黃中富含磷脂，大約占蛋黃濕重的10%，相當(dāng)于蛋黃總固體含量的22%和蛋黃脂質(zhì)的50%。磷脂酰膽堿是蛋黃磷脂的主要成分，大約占總量的80%[4]，因?yàn)楹休^多的飽和脂肪酸，其氧化穩(wěn)定性明顯高于大豆磷脂[5]。它是人體膽堿的主要來源，是維持肝臟和大腦功能，脂質(zhì)代謝，細(xì)胞膜信號(hào)傳遞的必需營養(yǎng)素[6]。

溶劑萃取法生產(chǎn)磷脂酰膽堿的工藝中，主要依據(jù)磷脂不溶于丙酮的性質(zhì)，利用丙酮脫除中性脂質(zhì)等可溶于丙酮的部分，進(jìn)一步利用其它溶劑(如乙醇或多元溶劑)萃取出磷脂酰膽堿，最后經(jīng)過純化得到高純度磷脂酰膽堿。其中丙酮脫油工藝尤為重要，脫油率以及丙酮不溶物中PC含量直接影響到后續(xù)工藝中PC的得率。已發(fā)表的文獻(xiàn)大多以丙酮不溶物(AI%)為指標(biāo)[7-8]，考察的是產(chǎn)物中總磷脂的含量。然而，這不能完全作為以PC為主要產(chǎn)品的工藝指標(biāo)。因?yàn)楫a(chǎn)品中AI%值高，并不能代表PC含量高，有可能在最優(yōu)條件下得到的產(chǎn)物中其他磷脂含量較高，而PC含量相應(yīng)較低，影響后續(xù)工藝中PC的得率。本研究主要以丙酮萃取階段PC的萃取率為指標(biāo)，考察了料液比、萃取溫度、萃取時(shí)間以及超聲對萃取效果的影響，為蛋黃磷脂酰膽堿生產(chǎn)工藝提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 藥品與試劑

蛋黃粉：吉林厚德食品有限公司，其中蛋黃油(甘油三酸酯、膽固醇和微量核黃素統(tǒng)稱為蛋黃油)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.7%，水分和可揮發(fā)性物質(zhì)3.3%，蛋白質(zhì)31.8%，PC含量14.5%)；丙酮、三氯甲烷、冰乙酸、三乙胺，購于西隴化工股份有限公司；正己烷(色譜純)、異丙醇(色譜純)、甲醇(色譜純)，購于天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；磷脂酰膽堿標(biāo)準(zhǔn)品，購于美國Sigma公司；混合溶劑，三氯甲烷∶甲醇為2∶1(v∶v)。

1.2 主要儀器

GHP-160恒溫光照培養(yǎng)箱，上海赫田科學(xué)儀器有限公司；DF-101Z集熱式恒溫水浴鍋，山東甄城華魯電熱儀器有限公司；DZF-6050真空干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；Waters e2695高效液相色譜儀，Waters 2424蒸發(fā)光散射檢測器。

1.3 方法

1.3.1 磷脂的萃取

1.3.1.1 丙酮萃取蛋黃磷脂實(shí)驗(yàn)方法

稱取10 g蛋黃粉于燒杯中，加入一定量的無水丙酮進(jìn)行脫油，迅速攪拌均勻。浸提一定時(shí)間，在此期間每10 min攪拌1次。然后利用G3砂芯漏斗進(jìn)行抽濾，將濾液旋蒸回收丙酮，濾餅置于真空干燥箱，在溫度50 ℃，壓力-0.09 MPa下真空干燥5 h，得到干燥的脫油產(chǎn)品，稱重，并對產(chǎn)品中PC含量進(jìn)行檢測，由公式(1)計(jì)算出萃取率。

(1)

式中：Y為PC的萃取率，%；m, m0為原料及產(chǎn)物的質(zhì)量，g；c, c0為原料及產(chǎn)物中PC的含量，%。

1.3.1.2 超聲對萃取效果的影響試驗(yàn)

在料液比為1∶5的條件下，由1.3.1.1中萃取方法，將萃取體系分別超聲5min、10min、15min、20min、25min后，進(jìn)行抽濾、干燥，最終得到不同超聲時(shí)間下的PC萃取率，考察超聲對萃取效果的影響。

1.3.1.3 單因素及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)丙酮萃取磷脂的單因素試驗(yàn)，每個(gè)因素選取5個(gè)水平，萃取溫度：0 ℃、10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃；料液比：1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11；萃取時(shí)間：10min、30min、50min、70min、90min。在不同條件下萃取蛋黃粉中的磷脂，計(jì)算PC的萃取率，考察單因素對萃取效果的影響。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取合適的試驗(yàn)水平，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，得到最佳的萃取溫度、料液比和萃取時(shí)間。

1.3.2 磷脂酰膽堿的檢測

參考《中華人民共和國藥典》2015版第4部中蛋黃卵磷脂檢測方法[9]，利用HPLC-ELCD對磷脂酰膽堿進(jìn)行定性和定量檢測。色譜柱：AlltimaSillica，250mm×4.6mm×5μm；以甲醇-水-冰醋酸-三乙胺(85∶15∶0.45∶0.05)為流動(dòng)相A，以正己烷-異丙醇-流動(dòng)相A(20∶48∶32)為流動(dòng)相B，在25min內(nèi)進(jìn)行梯度洗脫；柱溫為40 ℃；蒸發(fā)光散射檢測器條件：增益200，漂移管溫度為72 ℃，氣體壓力40psi。

精密稱取磷脂酰膽堿標(biāo)準(zhǔn)品15mg，置于50mL容量瓶中，用混合溶劑溶解并定容至刻度，得到磷脂酰膽堿儲(chǔ)備液(0.3mg/mL)。分別精密量取磷脂酰膽堿儲(chǔ)備液1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mL于10mL容量瓶，用混合溶劑定容至刻度，得到濃度分別為0.030、0.045、0.060、0.075、0.090mg/mL的磷脂酰膽堿標(biāo)準(zhǔn)溶液。依照1.3.2中方法分別得到不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液中磷脂酰膽堿對應(yīng)的峰面積。以峰面積的對數(shù)Ln(S)和濃度的對數(shù)Ln(c)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，回歸方程y=1.087 7x+19.237，R2=0.996，在38.4μg/mL至115.2μg/mL線性關(guān)系良好，見圖1。利用外標(biāo)法得到產(chǎn)品中磷脂酰膽堿的含量。

圖1 Ln(S)-Ln(c)標(biāo)準(zhǔn)曲線

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲對萃取效果的影響

超聲波萃取技術(shù)由于其無需高溫，萃取效率高而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，該技術(shù)利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)，增大物料中分子運(yùn)動(dòng)的頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速溶質(zhì)分子進(jìn)入溶劑，提高萃取效率。

然而，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在溶劑萃取法制備磷脂的工藝中的丙酮脫油階段，如果利用超聲波輔助萃取，利于蛋黃粉脫油，但是丙酮不溶物產(chǎn)品中PC含量卻相應(yīng)降低，最終導(dǎo)致PC萃取率不斷降低(如圖2所示)。這是由于超聲波雖然加速了油脂溶于丙酮的速率，但在一定程度上也增加了各種磷脂的溶解度；同時(shí)，隨著超聲時(shí)間的增加，分子熱運(yùn)動(dòng)急速增加，料液溫度也不斷上升。溫度過高不僅將導(dǎo)致產(chǎn)品中磷脂含量減少，也會(huì)加速磷脂的氧化變質(zhì)過程，從而導(dǎo)致產(chǎn)品中PC萃取率急劇降低。因此在單因素和正交試驗(yàn)過程中不進(jìn)行超聲波輔助萃取。

圖2 超聲時(shí)間對萃取效果的影響

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

考察萃取溫度、料液比和萃取時(shí)間對萃取效果的影響，得到了不同條件下PC的萃取率，結(jié)果如圖3～圖5所示。

圖3 萃取溫度對萃取效果的影響

圖3是在料液比為1∶5(v∶v，下同)，萃取時(shí)間為30 min的條件下進(jìn)行一次萃取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考察了萃取溫度對萃取效果的影響。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著萃取溫度的上升，PC的萃取率隨著溫度的升高，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。溫度較低時(shí)，蛋黃粉中的油脂在丙酮中溶解度小，而大量留在產(chǎn)品中，產(chǎn)品質(zhì)量較高，磷脂所占比率相應(yīng)很少[10]；隨著溫度升高，溶質(zhì)的宏觀傳質(zhì)速率增大，蛋黃粉中的油脂在丙酮中溶解度不斷增大，大量油脂被脫除，產(chǎn)品質(zhì)量減小，但產(chǎn)品中磷脂所占比率卻一直增加，最終導(dǎo)致產(chǎn)品中PC含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，并在20 ℃時(shí)PC萃取率達(dá)到最高，在后續(xù)單因素試驗(yàn)中萃取溫度設(shè)定為20 ℃。

圖4 料液比對萃取效果的影響

圖4是在萃取溫度為20 ℃，萃取時(shí)間為30 min的條件下進(jìn)行一次萃取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考察了料液比對萃取效果的影響。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，料液比的增大，有利于除去蛋黃粉中的油脂，增大產(chǎn)品磷脂比率，但料液比超過1∶5之后，過量的丙酮也會(huì)將原料中部分PC萃出，導(dǎo)致PC萃取率整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，并在1∶5時(shí)達(dá)到最高，因此在后續(xù)單因素試驗(yàn)中料液比設(shè)定為1∶5。

圖5 萃取時(shí)間對萃取效果的影響

圖5是在萃取溫度為20℃，料液比為1∶5的條件下進(jìn)行一次萃取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考察了萃取時(shí)間對萃取效果的影響。由圖可見，試驗(yàn)范圍內(nèi)，PC萃取率呈現(xiàn)微弱的先增加后減小趨勢，相對于料液比和萃取溫度，萃取時(shí)間對PC萃取率影響相對較小，在萃取時(shí)間為50 min時(shí)PC萃取率最高。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

通過單因素試驗(yàn)結(jié)果選擇較優(yōu)水平，設(shè)計(jì)以下正交試驗(yàn)表(表1)。

表2 正交試驗(yàn)及極差分析結(jié)果

由表2可以看出因素的主次關(guān)系為：A(溫度)>B(料液比)>C(時(shí)間)，較優(yōu)的萃取條件為：A2B3C3，即萃取溫度20 ℃，料液比1∶7，萃取時(shí)間70 min。由于正交試驗(yàn)中沒有此條件下的的結(jié)果，因此在該最優(yōu)條件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，最后得到PC萃取率為96.955%。

3 結(jié)論

本研究以PC萃取率為指標(biāo)，優(yōu)化了丙酮萃取蛋黃磷脂工藝中料液比、萃取溫度、萃取時(shí)間等參數(shù)，并考察了超聲對PC萃取率的影響。極差分析結(jié)果表明，萃取溫度對PC萃取率影響最大，其次是料液比，而萃取時(shí)間對萃取效果影響較小。同時(shí)，超聲波萃取有利于脫油，但影響了最終PC的萃取率，因此該萃取過程中可不采用超聲波。

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The technology research on the acetone extraction of egg yolklecithin

Kang Shizong1, Gu Keren1, Liu Guohong2, Li Zhao1

1. Henan University of Technology (Zhengzhou 450001)2. COFCO Grain and Oil Industry (Huanggang) Co., Ltd. (Huanggang 438000)

The process of the extraction of egg yolk lecithin with acetone was studied. The effects of time, temperature, solid-liquid ratio and ultrasonic on the extraction rate of phosphatidylcholine were investigated and optimized in orthogonal experiments. The orthogonal test results show that the optimum technological conditions are as follows: without ultrasonic, extraction temperature 20 ℃, solid-liquid ratio 1∶7, extraction time 70 min. Under these conditions, the extraction rate of phosphatidylcholine is 96.955%.

egg yolk powder; phosphatidyl choline; acetone; extraction

2017-03-10

康世宗，男，1991年出生，碩士研究生，主要從事糧油食品以及天然產(chǎn)物開發(fā)方向研究工作。

TS201

A

1672-5026(2017)04-036-04