用超声波从蚕蛹中提取蚕蛹油的方法 【技术领域】
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及到以蚕蛹为原料采用超声波提取蚕蛹油的方法。
背景技术
天然油脂广泛存在于动植物体内，含在动物体内的有牛油、猪油、羊油等，含在植物体内的有紫苏油、亚麻油、月见草油等。油脂不但是人类赖以生存的主要物质之一，而且也是重要的工业原料，在食品、药品、化妆品、皮革工业等技术领域具有广泛的用途。现在，世界年人均油脂消耗量达11公斤多，而我国只有3.1公斤，是油脂消耗量最低的国家之一。我国油脂资源严重不足，国内豆油、棕榈油、菜籽油三大食用油脂进口量均位列世界第一，进口总量占全球贸易量的18％。因此专家呼吁加大油脂开发、提高油脂提取率，加大油脂产量。
蚕蛹是一种药食两用的资源，是缫丝业的主要副产物，每生产1吨生丝即可生产1.5吨干蚕蛹，我国是桑蚕的主要生产国，国内每年有20万吨以上蚕蛹可供利用，但是由于缺乏深加工技术，基本都用做饲料或肥料，资源利用率低，造成极大的浪费。研究表明，干蚕蛹中含约30％的脂肪，蚕蛹油能水解成各种脂肪酸酯，蚕蛹油中不饱和脂肪酸的含量很高，约为75％，富含人体必需的亚油酸及α-亚麻酸等，其含量约为：油酸33％，α-亚麻酸35％，亚油酸8％，此外还含有1％以上的β-谷甾醇、胆甾醇及菜油甾醇等不皂化物。蚕蛹油营养价值丰富，特别是富含的α-亚麻酸在人体内可转化为二十碳五烯酸，即EPA，也可转化为二十二碳六烯酸，即DHA，具有提高智力、保护视力、延缓衰老、降血脂、降血压、改善肝脏功能及预防心脑血管疾病和抑制老年性痴呆等作用，可开发制成药膳同源保健品。同时大力开发蚕蛹油资源可增加国内油脂利用，缓解油脂供应不足的现状。
食用油脂制取的方法一般有压榨法、有机溶剂浸提法。近年来，超临界二氧化碳萃取法作为一种新的萃取方法已受到广泛重视与研究。关于蚕蛹油的萃取，有机溶剂萃取法成本低、耗能小，但存在萃取时间长及提取率不高的缺点；超临界二氧化碳萃取法提取率高、提取时间短，但对设备要求高、耗能大，且提取时易造成管道堵塞，工业生产成本较高，工艺过程中问题较多；超声波辅助萃取法在蚕蛹油萃取方面还未见报道，超声波可强化萃取分离过程的传质速率和效果，从而有利于油脂的提取。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简便、提取率高、提取时间短、生产成本低的用超声波从蚕蛹中提取蚕蛹油的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是它由下述步骤组成：
1、蚕蛹预处理
将蚕蛹放入鼓风干燥箱内，80～120℃烘干至其含水量为6％～10％，用粉碎机粉碎成粉状，过30～80目筛。
2、超声波提取
蚕蛹粉装入容器内，加入正己烷或石油醚或环己烷提取溶剂，蚕蛹粉与提取溶剂的质量比为1∶3～6，升温至20～50℃，用超声波发生器功率为120～150W的超声波处理30～40分钟，收集提取液。
3、制备蚕蛹油
提取液用3～5层100～250目纱布过滤，收集滤液，用离心机1500～4000转/分钟离心10～30分钟，收集上清液，在减压蒸发器内40～50℃、-0.08MPa减压蒸馏，回收提取溶剂，得蚕蛹油。
4、精炼
所制备的蚕蛹油加热至70℃，加入占蚕蛹油质量O.05％～0.12％的磷酸或柠檬酸，搅拌混合，保持5分钟，进行脱胶；蚕蛹油温度为45℃时，加入质量分数为14％的NaOH或KOH水溶液，添加量为蚕蛹油质量的74.4％，40～60转/分钟搅拌30～40分钟，蚕蛹油温度控制在60～65℃，离心分离油皂，进行脱酸；脱酸后的蚕蛹油中加入占蚕蛹油质量4％的脱色白土，蚕蛹油温度控制在40～42℃，120转/分钟搅拌30分钟，过滤分离脱色白土，得精炼蚕蛹油。
上述的脱色白土，由广州市正通化工有限公司生产。
在本发明的超声波提取步骤2中，蚕蛹粉装入容器内，加入正己烷或石油醚或环己烷提取溶剂，蚕蛹粉与提取溶剂的优选质量比为1∶4～6，优选升温至30～50℃，用超声波发生器优选功率为120～150W的超声波处理30～40分钟，收集提取液。
在本发明的超声波提取步骤2中，蚕蛹粉装入容器内，加入正己烷或石油醚或环己烷提取溶剂，蚕蛹粉与提取溶剂的最佳质量比为1∶4，最佳升温至40℃，用超声波发生器最佳功率为120W的超声波处理30分钟，收集提取液。
本发明与溶剂浸提法相比，采用了超声波提取步骤，提取时间由2小时缩短为30分钟，提取率由81.1％提高到96.3％，产品得率由24.3％提高到28.9％。采用本发明制备的蚕蛹油经检测，不饱和脂肪酸相对含量为74.7％，尤其是α-亚麻酸含量丰富，其中：油酸为37.6％、α-亚麻酸为30.9％、亚油酸为4.5％、棕榈油酸为1.2％、花生四烯酸为0.5％；所制备的蚕蛹油呈现黄色，有油香味，各项指标符合文献报道的蚕蛹油质量标准及GB15306-2004《菜籽油》质量标准，可作为食用油，也可作为保健食品基料。本发明具有工艺步骤简单、提取率高、提取时间短、生产成本低等优点，可用于从蚕蛹中制备蚕蛹油。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
以所用原料蚕蛹粉100g提取蚕蛹油为例所用的其他原料及其提取方法如下：
1、蚕蛹预处理
取蚕蛹放入鼓风干燥箱内，80～120℃烘干至其含水量为6％～10％，用粉碎机粉碎成粉状，过30～80目筛。
2、超声波提取
蚕蛹粉100g装入容器内，加入400g正己烷提取溶剂，蚕蛹粉与提取溶剂的质量比为1∶4，升温至40℃，用超声波发生器功率为120W的超声波处理30分钟，收集提取液。
3、制备蚕蛹油
提取液用3～5层100～250目纱布过滤，收集滤液，用离心机1500～4000转/分钟离心10～30分钟，收集上清液，在减压蒸发器内40～50℃、-0.08MPa减压蒸馏，回收提取溶剂，得蚕蛹油。
4、精炼
所制备的蚕蛹油加热至70℃，加入占蚕蛹油质量0.08％的磷酸，搅拌混合，保持5分钟，进行脱胶；蚕蛹油温度为45℃时，加入质量分数为14％的NaOH水溶液，添加量为蚕蛹油质量的74.4％，40～60转/分钟搅拌30～40分钟，蚕蛹油温度控制在60～65℃，离心分离油皂，进行脱酸；脱酸后的蚕蛹油中加入占蚕蛹油质量4％的脱色白土，蚕蛹油温度控制在40～42℃，120转/分钟搅拌30分钟，过滤分离脱色白土，得精炼蚕蛹油。
实施例2
以所用原料蚕蛹粉100g提取蚕蛹油为例所用的其他原料及其提取方法如下：
在超声波提取步骤2中，蚕蛹粉100g装入容器内，加入300g正己烷提取溶剂，蚕蛹粉与提取溶剂的质量比为1∶3，该步骤的其他步骤与实施例1相同，制备成蚕蛹油。在精炼步骤4中，所制备地蚕蛹油加热至70℃，加入占蚕蛹油质量0.05％的磷酸，搅拌混合，保持5分钟，进行脱胶，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例1相同，制备成精炼蚕蛹油。
实施例3
以所用原料蚕蛹粉100g提取蚕蛹油为例所用的其他原料及其提取方法如下：
在超声波提取步骤2中，蚕蛹粉100g装入容器内，加入600g正己烷提取溶剂，蚕蛹粉与提取溶剂的质量比为1∶6，该步骤的其他步骤与实施例1相同，制备成蚕蛹油。在精炼步骤4中，所制备的蚕蛹油加热至70℃，加入占蚕蛹油质量0.12％的磷酸，搅拌混合，保持5分钟，进行脱胶，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例1相同，制备成精炼蚕蛹油。
实施例4
以所用原料蚕蛹粉100g提取蚕蛹油为例所用的其他原料及其提取方法如下：
在以上的实施例1～3的超声波提取步骤2中，蚕蛹粉100g装入容器内，加入正己烷提取溶剂用石油醚替换，用量与相应的实施例相同，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例1相同，制备成精炼蚕蛹油。
实施例5
以所用原料蚕蛹粉100g提取蚕蛹油为例所用的其他原料及其提取方法如下：
在以上的实施例1～3的超声波提取步骤2中，蚕蛹粉100g装入容器内，加入正己烷提取溶剂用环己烷替换，用量与相应的实施例相同，该步骤的其他步骤与相应的实施例相同。其他步骤与实施例1相同，制备成精炼蚕蛹油。
实施例6
以所用原料蚕蛹粉100g提取蚕蛹油为例所用的其他原料及其提取方法如下：
在以上的实施例1～5的精炼步骤4中，所用的磷酸用等质量的柠檬酸替换，加入质量分数为14％的NaOH水溶液用等质量的质量分数为14％的KOH水溶液替换，40～60转/分钟搅拌30～40分钟，蚕蛹油温度控制在60～65℃，离心分离油皂，进行脱酸，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与相应的实施例相同，制备成精炼蚕蛹油。
实施例7
以所用原料蚕蛹粉100g提取蚕蛹油为例所用的其他原料及其提取方法如下：
在以上的实施例1～6的超声波提取步骤2中，蚕蛹粉100g装入容器内，所用的提取溶剂和用量与相应的实施例相同，蚕蛹粉与提取溶剂升温至50℃，用超声波发生器功率为120W的超声波处理40分钟，收集提取液。其他步骤与相应的实施例相同，制备成精炼蚕蛹油。
实施例8
以所用原料蚕蛹粉100g提取蚕蛹油为例所用的其他原料及其提取方法如下：
在以上的实施例1～6的超声波提取步骤2中，蚕蛹粉100g装入容器内，所用的提取溶剂和用量与相应的实施例相同，蚕蛹粉与提取溶剂升温至20℃，用超声波发生器功率为150W的超声波处理30分钟，收集提取液。其他步骤与相应的实施例相同。制备成精炼蚕蛹油。
为了确定本发明所用原料的最佳配比和工艺步骤，发明人进行了大量的实验室研究试验，每种试验重复三次，实验结果为三次重复试验的平均值，各种试验情况如下：
材料：蚕蛹：购自陕西省安康市。
脂肪酸甲酯标准品：购自沃尔森生物制品有限公司，纯度＞99％。
试剂：正己烷、石油醚、冰乙酸等色谱用试剂为色谱纯，其他试剂均为分析纯。
实验仪器：气相色谱仪，日本岛津生产；FW400A型高速万能粉碎机，北京科伟永兴仪器有限公司生产；LXJ-II型离心机，上海医用仪器分析厂生产；2WAJ型阿贝折射仪，上海光学仪器有限公司生产；KQ型超声波发生器，昆山市超声仪器有限公司生产；BS224S型电子分析天平(精度0.1mg)，北京赛多利斯仪器系统有限公司生产；RE-52AA型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂生产；GZX-9146MBE数显鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂生产；SZY-06型脂肪测定仪，上海贝特仪电设备厂生产。
1、超声波提取溶剂的选择
取粉碎过30～80目筛的蚕蛹粉300g，均分为3份，分别装入容器内，称取环己烷、石油醚、正己烷各400g为提取溶剂加入到容器内，升温至40℃，用超声波发生器功率为120W的超声波处理30分钟，收集提取液，用3～5层100～250目纱布过滤，收集滤液，用离心机1500～4000转/分钟离心10～30分钟，收集上清液，在减压蒸发器内40～50℃、-0.08MPa减压蒸馏，回收提取溶剂，得蚕蛹油。蚕蛹油的得率按下式进行计算：
η＝G2/G1×100 (1)
式中η为蚕蛹油得率(％)，G1为蚕蛹粉的质量(g)，G2为蚕蛹油的质量(g)。
实验和计算结果见表1。
表1提取溶剂对蚕蛹油得率的影响
提取溶剂 得率(％) 环己烷 27.1
提取溶剂 得率(％) 石油醚 28.1 正己烷 28.9
由表1可见，正己烷、石油醚、环己烷为提取溶剂时，蚕蛹油的得率较高，正己烷为提取溶剂，蚕蛹油的得率最高。本发明选择提取溶剂为正己烷或石油醚或环己烷，最佳为正己烷。
2、蚕蛹粉与提取溶剂的质量比对蚕蛹油得率的影响
称取蚕蛹粉500g均分为5份分别装入容器内，以正己烷为提取溶剂，称取正己烷200g、300g、400g、500g、600g分别加入到5个容器内，其他步骤与实验1相同，得蚕蛹油，按公式(1)计算蚕蛹油的得率，实验和计算结果见表2。
表2蚕蛹粉与提取溶剂的质量比对蚕蛹油得率的影响
蚕蛹粉与提取溶剂的质量比 得率(％) 1∶2 14.3 1∶3 22.3 1∶4 28.1 1∶5 28.4 1∶6 28.7
由表2可见，蚕蛹油的得率随蚕蛹粉与提取溶剂的质量比的增加而增加，蚕蛹粉与提取溶剂的质量比1∶3～6均可达到较高提取得率，蚕蛹粉与提取溶剂的质量比大于1∶4时，蚕蛹油得率增加缓慢，考虑到成本因素，本发明选择蚕蛹粉与提取溶剂的质量比1∶3～6，最佳为1∶4。
3、超声波功率对蚕蛹油得率的影响
称取蚕蛹粉500g均分为5份分别装入容器内，以正己烷为提取溶剂，称取正己烷2000g均分为5份分别加入到5个容器内，升温至40℃，用超声波发生器功率分别为30、60、90、120、150W的超声波处理30分钟，其他步骤与实验1相同，得蚕蛹油，按公式(1)计算蚕蛹油的得率，实验和计算结果见表3。
表3超声波功率对蚕蛹油得率的影响
超声波功率(W) 得率(％) 30 23.5
超声波功率(W) 得率(％) 60 25.4 90 26.8 120 28.6 150 27.2
由表3可见，超声波功率为120～150W处理蚕蛹粉和提取溶剂，蚕蛹油得率较高，超声波功率在120W，蚕蛹油得率最高。本发明选择超声波提取功率为120～150W，最佳为120W。
4、超声波处理时间对蚕蛹油得率的影响
称取蚕蛹粉400g均分为4份分别装入容器内，以正己烷为提取溶剂，称取正己烷1600g均分为4份分别加入到4个容器内，升温至超声温度40℃，用超声波发生器功率为120W的超声波分别处理10、20、30、40分钟，其他步骤与实验1相同，得蚕蛹油，按公式(1)计算蚕蛹油的得率，实验和计算结果见表4。
表4超声波处理时间对蚕蛹油得率的影响
超声波处理时间(分钟) 得率(％) 10 25.1 20 25.8 30 28.4 40 26.8
由表4可见，超声波处理30～40分钟，蚕蛹油的得率较高，超声波处理30分钟，蚕蛹油的得率最高。本发明选择超声波处理时间为30～40分钟，最佳为30分钟。
5、提取温度对蚕蛹油得率的影响
称取蚕蛹粉400g均分为4份分别装入容器内，以正己烷为提取溶剂，称取正己烷1600g均分为4份分别加入到4个容器内，升温至20、30、40、50℃。其他步骤与实验1相同，得蚕蛹油，按公式(1)计算蚕蛹油的得率，实验和计算结果见表5。
表5提取温度对蚕蛹油得率的影响
提取温度(℃) 得率(％) 20 25.9
提取温度(℃) 得率(％) 30 26.8 40 28.2 50 27.3
由表5可见，提取温度为20～50℃时，蚕蛹油的得率较高，提取温度为40℃时蚕蛹油的得率最高。本发明选择提取温度为20～50℃，最佳为40℃。
6、超声波提取法制备的蚕蛹油得率及提取率与溶剂法对比
为检验本发明优化结果的可靠性，采用上述优化条件进行了三次重复验证实验，即三次重复验证实验采用超声波处理功率为120W、超声波处理时间为30分钟、提取温度为40℃。
超声波提取的蚕蛹油与溶剂提取法提取蚕蛹油的得率按公式(1)计算，提取率按下式计算：
P(％)＝η/M×100 (2)
式中P为蚕蛹油提取率(％)，η为蚕蛹油得率(％)，M为蚕蛹粉中油脂总含量(％)。
实验和计算结果见表6。
表6溶剂提取法与超声波提取法制备的蚕蛹油比较
提取方法 溶剂提取法 超声波提取法 出油率(得率)(％) 24.3±0.134 28.9±0.156 提取率(％) 81.1±1.035 96.3±1.106
由表6可见，本发明与溶剂提取法相比，本发明提取蚕蛹油的得率由24.33％提高到28.9％，提取率由81.1％提高到96.3％，提取时间由2小时缩短到30分钟。
为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1制备的蚕蛹油进行了测试，各种测试如下：
1、感官检验
色泽：黄色。
气味：油香味。
外观：均匀、无异物及沉淀物。
2、超声波提取法制备的蚕蛹油理化指标与国家标准对比
按照GB/T 5530-2005《动植物油脂 酸值和酸度测定》、GB/T 5532-2008《动植物油脂 碘值的测定》、GB/T5527-1985《植物油脂检验折光指数测定法》、GB5526-1985《植物油脂检验 比重测定法》、进行了蚕蛹油理化指标分析，测定结果及与菜籽油国家标准比较见表7。
表7蚕蛹油质量与菜籽油国家标准比较
指标名称 菜籽油国家标准 文献报道的蚕蛹油 本发明制备的蚕蛹油 外观 淡黄色透明 淡黄色透明 金黄色透明 气味 正常无异味 正常无异味 正常无异味 酸值(mgKOH/g) ≤0.20(一级) ≤0.2 0.2 碘价(gI2/100g) 94～120 130～138 138 比重(20/4℃) 0.910～0.920 0.914～0.918 0.919 折光指数 1.465～1.469 1.4670
由表7可见，采用本发明制备的蚕蛹油与文献报道的蚕蛹油标准以及与菜籽油国家标准中的各项质量指标接近，达到GB1536-2004《菜籽油》质量标准。
3、蚕蛹油脂肪酸成分分析：
采用本发明实施例1制备的蚕蛹油用气相色谱法对脂肪酸组成进行了分析。色谱条件：PEG-20M毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；柱温：195℃恒温，保持50分钟；进样方式为无分流进样，进样量为1μL；载气为Ne，流速30mL/min；进样口温度225℃；FID检测器温度300℃。
试验结果见表8。
表8蚕蛹油脂肪酸组成
脂肪酸 含量(％) 棕榈酸(C16:0) 21.8 棕榈油酸(C16:1) 1.2 硬脂酸(C18:0) 2.4 油酸(C18:1) 37.6 亚油酸(C18:2) 4.5 亚麻酸(C18:3) 30.9 花生四稀酸(C20:4) 0.5 其他 1.1
由表8可见，不饱和脂肪酸相对含量为74.7％，可见蚕蛹油含有大量多不饱和脂肪酸，营养价值丰富。
由以上试验研究表明，本发明与现有蚕蛹油提取方法相比，蚕蛹油提取率明显提高，提取时问大大缩短，工艺过程简单、稳定，适于工业化生产。采用本发明所提取蚕蛹油产品呈现黄色，具有蚕蛹油特有油香味，由于蚕蛹油目前无国家质量标准，与菜籽油等食用油对比，各项指标符合GB1536-2004《菜籽油》质量标准，脂肪酸组成分析显示富含多不饱和脂肪酸，尤其是α-亚麻酸含量丰富，是一种具有较高营养价值的营养保健油脂。