超聲微波協(xié)同萃取雞蛋卵磷脂的工藝優(yōu)化

張椿，吳昊，2，*，周旋，李娟

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221140；2.中國礦業(yè)大學(xué)化工工程學(xué)院，江蘇徐州 221116）

卵磷脂是一種含磷酸的脂類化合物[1]。目前研究卵磷脂的原材料主要有植物來源的大豆和動(dòng)物來源的禽蛋，其中在雞蛋黃中卵磷脂的含量高達(dá)8%～10%。它不僅具有促進(jìn)脂肪代謝，改善肌肉生長(zhǎng)，預(yù)防心腦血管疾病，治療動(dòng)脈硬化，提高腦活力等生理功能[2-6]，同時(shí)還具有很好的抗氧化力[7-8]和乳化作用[9]。

我國卵磷脂資源豐富，由于工藝研究起步較晚，生產(chǎn)加工技術(shù)存在缺陷，大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)得到粗制品，只能出口到國外，降低了卵磷脂的附加價(jià)值，造成了資源的浪費(fèi)，如何提高卵磷脂的得率和優(yōu)化卵磷脂的生產(chǎn)工藝是當(dāng)前卵磷脂行業(yè)研究的熱點(diǎn)[10-14]。

當(dāng)前文獻(xiàn)中提取雞蛋卵磷脂的方法主要為有機(jī)溶劑萃取法、酶解法、超臨界CO2萃取法等方法[15]。有機(jī)溶劑萃取法應(yīng)用比較普遍，但它會(huì)存在有效成分得率不高、磷脂容易被氧化，且有機(jī)溶劑用量大回收困難等問題，因而逐漸被淘汰；酶解法雖然能提高卵磷脂的得率，但會(huì)引入新的蛋白質(zhì)，給后續(xù)分離帶來困難；超臨界CO2萃取法具有高效、萃取得率高、產(chǎn)物分離較為方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于設(shè)備費(fèi)用昂貴，需要在較高的壓力下進(jìn)行，成本高，因而應(yīng)用受到限制。

超聲波與微波提取法是現(xiàn)階段發(fā)展的新型提取方法。超聲波提取法是運(yùn)用超聲波產(chǎn)生強(qiáng)烈機(jī)械震動(dòng)、空化效應(yīng)和攪拌作用，破壞組織細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使有效活性成分溶出，但是超聲波提取熱效應(yīng)不是很強(qiáng)，很難達(dá)到提取溫度；微波提取法是利用電磁波強(qiáng)大作用穿透提取介質(zhì)，具有快速、節(jié)能、節(jié)約溶劑、污染小等特點(diǎn)，但不適用于對(duì)熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，而且加熱不均。本研究采用超聲波與微波協(xié)同萃取方法能夠彌補(bǔ)各自的缺陷，可以提高卵磷脂的得率[16-17]。本文選擇以超聲微波協(xié)同萃取時(shí)間、乙醇濃度、超聲微波協(xié)同萃取功率、料液比4個(gè)影響因素，采用四因素三水平正交試驗(yàn)優(yōu)化雞蛋卵磷脂工藝參數(shù)，為超聲微波協(xié)同萃取卵磷脂生產(chǎn)提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)和參考。

1　材料與方法

1.1　材料與試劑

雞蛋：徐州家樂福超市；無水乙醇、丙酮（均為分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2　儀器與設(shè)備

超聲微波協(xié)同萃取儀器（CW-2000）：上海新拓分析儀器科技有限公司；電子天平（FA1204B）：上海佑科儀器儀表有限公司；調(diào)溫電熱套（DTZW）：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；電熱真空干燥箱（DZG-6090）：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；循環(huán)水式多用真空泵（SHB-III）：鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（R206D）：上海申生科技有限公司。

1.3　方法

1.3.1　蛋黃的預(yù)處理

將購買的新鮮雞蛋清洗干凈，置于1 000 mL燒杯中，加入600 mL自來水，用調(diào)溫電熱套加熱20 min后冷卻10 min，剝?nèi)サ皻?，去除蛋白，取蛋黃放入干凈的研缽中碾碎并攪拌均勻，取樣稱重待用。

1.3.2　超聲微波協(xié)同萃取工藝

準(zhǔn)確稱取10 g蛋黃放入超聲微波協(xié)同萃取瓶中，加入一定濃度的乙醇溶液，并振蕩搖勻，使蛋黃與乙醇溶液完全接觸。在時(shí)間程序下設(shè)置一定的微波功率與萃取時(shí)間，開超聲開關(guān)（超聲功率50 W頻率40 kHz）進(jìn)行超聲微波協(xié)同萃取。

1.3.3　卵磷脂的處理

萃取結(jié)束，將提取物進(jìn)行真空抽濾，所得濾液轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中濃縮至二分之一體積，加入濃縮液一半體積的丙酮溶液使卵磷脂沉淀，放置15 min后進(jìn)行二次抽濾，取出沉淀物，置于真空干燥箱中溫度40℃，烘干至恒重，即為粗卵磷脂[18]。

1.4　雞蛋卵磷脂得率的計(jì)算

式中：Y為卵磷脂得率，%；m為粗卵磷脂的質(zhì)量，g；M 為蛋黃的質(zhì)量，g。

1.5　工藝優(yōu)化試驗(yàn)

1.5.1　萃取工藝單因素試驗(yàn)

探討超聲微波時(shí)間、功率、乙醇濃度和料液比4個(gè)單因素對(duì)卵磷脂得率的影響，確定單因素的最佳工藝參數(shù)。

1.5.2　萃取工藝正交試驗(yàn)

按照單因素試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了超聲微波時(shí)間、超聲微波功率、乙醇濃度以及料液比四因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)因素水平見表1。

表1　正交試驗(yàn)因素水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

2　結(jié)果與分析

2.1　單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1　超聲微波協(xié)同萃取時(shí)間對(duì)卵磷脂得率的影響

稱取10 g蛋黃，按1∶4（g/mL）的量添加體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液，在超聲微波功率100 W的情況下，探討 10、20、30、40、50 s不同提取時(shí)間對(duì)卵磷脂得率的影響，見圖1。

圖1　提取時(shí)間對(duì)卵磷脂得率的影響Fig.1　Influence of time on lecithin yield

從圖1可以看出，卵磷脂得率隨著時(shí)間的增加逐漸呈上升趨勢(shì)，主要原因就是超聲微波時(shí)間的增加，使得蛋黃在乙醇溶液中的擴(kuò)散速率增強(qiáng)，卵磷脂的溶解度相應(yīng)提高，因此卵磷脂的得率增加；但30 s之后卵磷脂的得率增加趨勢(shì)不再顯著，主要原因是蛋黃卵磷脂在乙醇溶液中隨時(shí)間的延長(zhǎng)使其濃度差變小，相反溶劑中的卵磷脂濃度增大，使卵磷脂分子向溶劑方向的擴(kuò)散速率變小，卵磷脂的得率逐漸達(dá)到了飽和狀態(tài)[19]。另外，超聲微波協(xié)同萃取隨著時(shí)間的增加，溶液溫度進(jìn)一步增加，盡管溶液溫度的升高有利于卵磷脂分子的擴(kuò)散，增加了卵磷脂分子向溶劑中的滲透速率，但由于卵磷脂對(duì)于溫度比較敏感，會(huì)使部分卵磷脂失活，這種因溫度的升高造成了卵磷脂的損失抵消了因溫度升高帶來的卵磷脂滲透速率的增加，致使卵磷脂得率增加緩慢[20]，因此萃取時(shí)間單因素選擇30 s為卵磷脂的最佳提取時(shí)間。

2.1.2　超聲微波協(xié)同萃取功率對(duì)卵磷脂得率的影響

稱取 10 g蛋黃，按照 1∶4（g/mL）的料液比，加入濃度為80%的乙醇溶液，在超聲微波協(xié)同萃取時(shí)間為20 s時(shí)，探討超聲微波功率在 400、500、600、700、800 W不同功率下對(duì)卵磷脂得率的影響，見圖2。

圖2　微波功率對(duì)卵磷脂得率的影響Fig.2　Influence of microwave power on lecithin yield

由圖2能夠觀察到，隨著功率的增加，蛋黃卵磷脂的得率也明顯增加，這是因?yàn)槌曃⒉üβ试酱螽a(chǎn)生的震動(dòng)越強(qiáng)烈，隨之產(chǎn)生了高的熱效應(yīng)和加速度[21]使得卵磷脂的得率增大。在600 W到700 W時(shí)卵磷脂得率增加非常迅速，原因是超聲微波功率的增加會(huì)使得超聲波強(qiáng)度大幅的增加[22]，從而加劇了分子運(yùn)動(dòng)，對(duì)蛋黃的破壞力加強(qiáng)，可以更好的使溶劑滲透到細(xì)胞內(nèi)部[23]，從而使得卵磷脂的得率提高。所以超聲微波提取方法是一種非常高效的提取卵磷脂的方法。但是從試驗(yàn)可以觀察到，超聲微波功率過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致乙醇沸騰非常迅速從而沖出冷凝管，影響試驗(yàn)的進(jìn)行，所以超聲微波功率不宜過大。本試驗(yàn)選擇700 W為最優(yōu)的超聲微波功率。

2.1.3　乙醇濃度對(duì)卵磷脂得率的影響

稱取10 g蛋黃，在超聲微波功率100 W，時(shí)間為40 s時(shí)，按照料液比 1∶4（g/mL）的量，探討 60%、70%、80%、90%、100%不同濃度乙醇溶液對(duì)卵磷脂得率的影響，見圖3。

圖3　乙醇濃度對(duì)卵磷脂得率的影響Fig.3　Influence of ethanol concentration on lecithin yield

由圖3可以觀察到，當(dāng)乙醇濃度增大時(shí)，卵磷脂的得率也隨之增大。在濃度為80%時(shí)，卵磷脂的得率達(dá)到了最大，根據(jù)相似相容原理，乙醇的親水性可以調(diào)節(jié)卵磷脂的親油性[24]，而且乙醇中含有適當(dāng)?shù)乃帜芘c卵磷脂的性質(zhì)越來越接近，這樣既可以提高卵磷脂的溶解度又會(huì)破壞蛋白質(zhì)與脂肪酸的結(jié)合，所以卵磷脂的得率達(dá)到了最大值[24-26]。在80%以后，卵磷脂的得率出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，一方面是由于乙醇體積濃度增大，造成溶液極性小，使得卵磷脂不能完全被提取出來[27]，另一方面90%和100%的乙醇溶液提取出來的粗卵磷脂是沉淀在杯子底部的，很難將其完全取出，造成部分卵磷脂的損失。引起卵磷脂沉于燒杯底部可能是因?yàn)楦邼舛鹊囊掖紩?huì)使卵磷脂中的蛋白質(zhì)沉淀析出所致。因而本試驗(yàn)選取80%為最佳的乙醇濃度。

2.1.4　不同料液比對(duì)卵磷脂得率的影響

稱取10 g蛋黃，加入80%的乙醇溶液，在超聲微波協(xié)同萃取時(shí)間為20 s、功率為100 W時(shí)，探討1∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（g/mL）不同料液比對(duì)卵磷脂得率的影響，見圖4。

通過圖4可以看出，料液比為 1∶1、1∶2、1∶3（g/mL）時(shí)，卵磷脂的得率上升趨勢(shì)緩慢，這是因?yàn)檫^少的料液比會(huì)使得卵磷脂不能完全的溶解[28]，所以卵磷脂的得率增加幅度緩慢。當(dāng)料液比達(dá)到1∶4（g/mL）時(shí)，卵磷脂的得率達(dá)到了最大，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是乙醇溶液用量的增大，促使蛋黃與乙醇充分的溶解，從而增加了接觸面積，提高了卵磷脂的擴(kuò)散速率，因此卵磷脂的得率也相應(yīng)增大[29-30]。但是當(dāng)料液比一直持續(xù)增大時(shí)，卵磷脂的得率增加趨緩，這是因?yàn)樵?∶4（g/mL）之后卵磷脂的溶解能力達(dá)到了飽和狀態(tài)，因此選取1 ∶4（g/mL）的最佳料液比。

圖4　料液比對(duì)卵磷脂得率的影響Fig.4　Influenceof solid-liquid ratio on lecithin yield

2.2　正交試驗(yàn)結(jié)果分析

在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)卵磷脂的得率進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，結(jié)果見表2，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3。

表2　L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2Results and range analysis of L9（34）orthogonal experiment

由表2能夠觀察到，各因素對(duì)卵磷脂得率影響的因素為：料液比＜微波功率＜乙醇濃度＜超聲微波萃取時(shí)間，影響最小的就是料液比，超聲微波萃取時(shí)間影響最大，提取條件的最佳組合為A3B2C1D2，具體來說，超聲波微波協(xié)同萃取卵磷脂的最優(yōu)工藝條件為：料液比1∶4（g/mL），乙醇濃度70%，微波功率700 W和提取時(shí)間40 s。

表3　正交試驗(yàn)方差分析表Table 3　Variance analysis of orthogonal experiment

由表3可知，從F值和F臨界值的比較可以看出，對(duì)卵磷脂得率影響差異顯著的因素是超聲微波萃取時(shí)間，p＜0.05。

2.3　最優(yōu)提取工藝驗(yàn)證

在此最優(yōu)提取條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4　最佳萃取工藝試驗(yàn)結(jié)果Table 4　Test results of the optimum extract process

由表4可以看出，3次平行試驗(yàn)的平均值得率是7.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差是1.36%，表明該工藝數(shù)據(jù)結(jié)果可靠。

3　結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)和正交試驗(yàn)的優(yōu)化，得出超聲波-微波協(xié)同萃取雞蛋卵磷脂的最佳工藝條件為：提取時(shí)間40 s，乙醇濃度70%，超聲微波功率700 W，料液比 1 ∶4（g/mL），在最優(yōu)條件下，雞蛋卵磷脂的得率達(dá)到最大值7.5%。超聲微波協(xié)同萃取卵磷脂較傳統(tǒng)的提取方法具有節(jié)約時(shí)間，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，是目前卵磷脂提取的一種新型方法，為雞蛋的深加工和工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖虹,尚巖巖,邵磊,等.超聲輔助提取雞蛋卵磷脂的工藝研究[J].食品科技,2010,31(8):255-257

[2]李召妍.高純大豆卵磷脂的制備工藝研究[D].青島:中國石油大學(xué),2010:1-5

[3]李揚(yáng),劉靜波,林松毅.高純度蛋黃卵磷脂提取技術(shù)研究[J].食品科學(xué),2006,27(12):851-853

[4]IDE T.Combined effect of sesamin and soybean phospholipid on hepatic fattyacid metabolism in rats[J].Journal of clinical Biochemistry and Nutrition,2014,54(3):210-218

[5]SALVADOR A M,ALONSO DAMIANA,CHOUBERT G,et al.Effect of soybean phospholipids on canthaxamthin lipoproteins transport,digestibility,and deposition in rainbow trout con-corh ynchus mykiss muscle[J].Journal of Agricultural and Food chemistry,2007,55(22):9202-9207

[6]SINK T D,LOCHMANNRT.The effects of soybean lecithin supplement action to a practical diet formulation on Jurenile channel catfish immune activity,and lipid biochemistry[J].Journal of the world Aquaculture society,2014,45(2):163-172

[7]Mohamed Fawzy Ramadan.Quercetin increases antioxidant activity of soy lecithin in a triolein model system[J].LWT-Food Science and Technology,2008,41(4):581-587

[8]顧秋亞,謬靜,余曉斌.植物油和大豆卵磷脂對(duì)三孢布拉酶合成β-胡蘿卜素的影響[J].食品科學(xué),2008,29(12):477-480

[9]Scocca P M.Utilization of lecithin[J].J Am Oil chem Soc,1976,53:428-429

[10]李亞子,徐書景.聚合物和卵磷脂納米膠束遞藥系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報(bào),2017,33(6):32-38

[11]WU Y,WANG T.Soybean lecithin fractionation and functionality[J].Journal of the American Oil Chemists,2003,80(4):319-326

[12]程新偉,梁鵬,孫鶴,等.大黃魚魚卵磷脂酰膽堿的分離純化[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào),2017,46(2):228-233

[13]LU F S H,NIELSEN N S,TIMM-HEINRICH M,et al.Oxidative Stability of Marine phospholipids in the Liposomal From and Their Applications[J].Lipids,2011,46(1):3-23

[14]古再麗努爾·阿爾肯,關(guān)明.卵磷脂及其相關(guān)產(chǎn)品的制備工藝與質(zhì)量分析研究進(jìn)展[J].生命科學(xué)與儀器,2013,11(6):15-22

[15]彭述輝,黃利華,熊波.大豆卵磷脂分離純化工藝的研究進(jìn)展[J].大豆科技,2012(4):29-32

[16]Chan C H,Yusoff R,Ngoh G C,et al.Microwave-assisted extractions of active ingredients from plants-a review[J].Journal of chromatography A,2011,1218(37):6213-6225

[17]劉文倩,廖泉,趙玲艷,等.卵磷脂提取與純化技術(shù)研究進(jìn)展[J].食品與機(jī)械,2014,30(1):267-271

[18]辛秀蘭.現(xiàn)代生物制藥工藝學(xué)[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010:198-199

[19]吳漢東,佟偉.高純度蛋黃卵磷脂的提取工藝研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(14):7537-7538

[20]Maria W,Robert B,Kell M,et al.Effect of phospolipid composition and phase on nanodisc films at the solid-liquid interface as studied by nelltron reflectivity[J].Langmuir,2013,29(9):2871-2880

[21]肖雪梅,王明輝.蛋黃中卵磷脂的提取條件研究[J].江西化工,2016(6):54-57

[22]楊凡,杜靜,周舒,等.超聲波輔助提取橘核油工藝及脂肪酸組成研究[J].中國油脂,2016,41(8):1-4

[23]Bansal VK,Shah Do,Oconnell JP.Influence of alkyl chain length copatibility on icroemulsion structure and solubilization[J].Colloid Interface Sci,1980,75:462-469

[24]孫武,歐陽小艷,陳晶晶.微波輔助提取羅非魚魚鱗卵磷脂的工藝研究[J].食品科技,2014,39(12):161-163

[25]陳文娟,陳麗嬌,曾稍俏.超聲輔助提取大黃魚卵磷脂的工藝研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,40(16):107-110

[26]劉玉蘭,彭明輝,王飛運(yùn),等.芝麻卵磷脂的提取工藝條件研究[J].中國油脂,2014,39(8):78-80

[27]陳文娟,陳麗嬌.大黃魚魚卵磷脂提取及磷脂成分分析[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào),2012,41(4):498-502

[28]黃靜,于素亞.豬肝卵磷脂提取工藝研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,37(1):105-106

[29]李紅,孫小弦,司俊玲,等.大豆卵磷脂的提取工藝研究[J].中國食品添加劑實(shí)驗(yàn)研究,2015(11):49-53

[30]陳艷輝,韋月園,玉觀新,等.乙醇提取鴨蛋黃卵磷脂的工藝研究[J].廣州化工,2011,39(9):75-77