何珊珊 吳婧婧 李燕飛 蔣玉蓮 韋博尤
(廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)技術(shù)推廣總站,南寧 530007)
2018年全國(guó)蠶繭收購(gòu)量為65.8萬t,較2017年增長(zhǎng)4.5%[1],蠶繭主要用于繅制生絲,剩下大量的副產(chǎn)物蠶蛹,而現(xiàn)行家蠶品種繭層率約為21.0%以上[2],故蛹體約占鮮繭重量的75.0%左右,為生產(chǎn)蠶蛹油產(chǎn)品提供了豐富的原料資源。蠶蛹油就是利用絲廠繅絲的副產(chǎn)物蠶蛹,通過各項(xiàng)提取工藝提取出來的一種混合物,屬于高級(jí)脂肪酸甘油脂,外觀呈黃至紅色的透明的油狀液體,通過精煉提純后的蠶蛹油呈淡黃色,有天然蠶蛹的腥味。
蠶蛹油以新鮮的或絲廠繅絲的副產(chǎn)物蠶蛹作為原料,經(jīng)工藝除雜、晾曬烘干等,采取壓榨法、浸出法或萃取法制取毛油、然后脫膠和脫酸,微濾除雜、脫色、脫味、脂化,最后通過分子蒸餾精煉而成,鮮蛹約含8.0%的蛹油,烘干后的蠶蛹約有25.0%~30.0%的蛹油,有關(guān)學(xué)者對(duì)蠶蛹油的含量、主要功效和提取工藝開展了研究,發(fā)現(xiàn)蠶蛹油成分因蠶品種不同而略有差異,不同提取工藝出油率、油品也不同。本文通過研究蠶蛹油的主要成分、提取方法與開發(fā)應(yīng)用,并對(duì)蠶蛹油產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題進(jìn)行了探索研究,旨在為蠶蛹油的生產(chǎn)和進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用提供參考和理論支撐。
蠶蛹含有大量的蛋白質(zhì)和脂肪,其中脂肪約占30.0%,主要成分為飽和與不飽和脂肪酸的甘油酯,含有十二烷酸(月桂酸)、十四烷酸(豆蔻酸)、十六烷酸(軟脂酸)、十八烷酸(硬脂酸)、二十烷酸(花生酸)、二十二烷酸(山萮酸)、十六烯酸(棕櫚烯酸)、十八烯酸(油酸)、十八二烯酸(亞油酸)、十八三烯酸(亞麻油酸)、十七烷酸、二十烯酸,以及少量甘油酯的分解產(chǎn)物和少量蛋白質(zhì)、磷酸、糖類、色素等[3],其中油酸和亞麻酸占不飽和脂肪酸75.0%以上[4]。
史馨怡等[5]通過對(duì)4個(gè)不同品種的家蠶在不同季節(jié)的生長(zhǎng)情況分析,發(fā)現(xiàn)相同品種的蠶蛹夏蠶油脂含量高于秋蠶;陸春霞等[6]對(duì)廣西蠶區(qū)蠶繭生產(chǎn)中的現(xiàn)行家蠶品種的蠶蛹油脂肪酸組成及含量進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)家蠶品種兩廣二號(hào)、桂蠶N2和桂蠶2號(hào)的蠶蛹油脂肪酸組分分別有12種、10種和11種,其中以油酸的含量最高,顯示蠶蛹油脂肪酸組分因蠶品種的不同而存在一定的差異(表1)。
表1 不同家蠶品種蠶蛹油中油酸、亞油酸和亞麻酸的相對(duì)含量[5-6]
大量研究表明油酸、亞油酸和亞麻酸等多種人體必需的不飽和脂肪酸,具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;其中亞麻酸和亞油酸這兩種脂肪酸是人體自身不能合成的,必須從體外攝入。
1.2.1 油酸
油酸是一種單不飽和脂肪酸,是游離脂肪酸中最主要的脂肪酸。近來研究表明,油酸在代謝綜合癥的發(fā)生和發(fā)展中起著重要的作用[7]。油酸具備降低體內(nèi)的低密度膽固醇的功能,并且還具有預(yù)防動(dòng)脈硬化的效果。富含油酸的飲食能有效抑制平滑肌細(xì)胞DNA的合成, 而且能降低低密度脂蛋白(Low Density Lipoprotein,LDL)的水平,并抑制其氧化修飾[8]。
1.2.2 亞油酸
研究發(fā)現(xiàn)膽固醇必須與亞油酸結(jié)合,才能在體內(nèi)進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和代謝,在沒有亞油酸的環(huán)境下,膽固醇會(huì)和一些飽和脂肪酸結(jié)合,因而容易發(fā)生代謝障礙。膽固醇在血管壁上沉積下來,形成動(dòng)脈粥樣硬化,引發(fā)人體心腦血管性疾??;因此亞油酸能降低血液膽固醇,可預(yù)防或減少心腦血管病的發(fā)病,但亞油酸在人體內(nèi)由于自身無法合成或合成很少,必須從外部食物中獲得,是人體必需的一種脂肪酸[9]。亞油酸也是維持生命的重要物質(zhì),能在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成γ-亞麻酸、DH-γ亞麻酸和花生四烯酸,然后合成前列腺素,可有效治療血管疾病、預(yù)防心肌梗死,亞油酸同時(shí)還能與膽固醇酷化,降低體內(nèi)血清、肝臟及血液膽固醇,防止動(dòng)脈粥樣硬化和動(dòng)脈血栓的形成[4]。因此利用蠶蛹提取的蠶蛹油可用于醫(yī)學(xué)類保健品等。
1.2.3 α-亞麻酸
α-亞麻酸是ω-3系列多烯脂肪酸PUFA,含有3個(gè)雙鍵,是細(xì)胞的主要成分。由于地區(qū)不同、生活習(xí)慣不同,人體所能攝取的ω-3脂肪酸的量也不同的,所以對(duì)α-亞麻酸的需求量也是不一樣,但它們具有人體不可缺少的生理活性,是人體必需脂肪酸之一,也是人體內(nèi)合成二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸的前體。α-亞麻酸可通過碳鏈延長(zhǎng)或脫氧反應(yīng),生成活性物質(zhì),如生成二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸。而二十碳五烯是三系前列腺素的前體物質(zhì),在環(huán)氧化酶和脂氧化酶的作用下生成很多種活性物質(zhì),二十二碳六烯酸是大腦、神經(jīng)、視網(wǎng)膜等組織的主要結(jié)構(gòu)物質(zhì)。故α-亞麻酸具有增長(zhǎng)智力、保護(hù)視力、延緩衰老等多種功能,α-亞麻酸資源數(shù)量少,能夠攝取到的食物種類也少,利用蠶蛹油提取α-亞麻酸可以作為填補(bǔ),廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和保健食品領(lǐng)域[10]。
大量研究也表明蠶蛹油具有降血脂、降血糖、抗氧化、改善記憶作用等功效,在應(yīng)用上可作生物制藥、制表面活性劑、制肥皂、增塑劑等[11],利用蠶蛹油水解副產(chǎn)物甘油作為原料,開發(fā)具有高附加值的咖啡酸單甘酯[12],開發(fā)前景十分廣闊。
由于目前市場(chǎng)上的蠶蛹油仍屬于新型產(chǎn)品,因此尚未形成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可以參照蠶蛹油生產(chǎn)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品檢測(cè)(表2)。
表2 南通福爾生物制品有限公司“天蠶寶”蠶蛹油檢測(cè)指標(biāo)[13]
蛹體通過蒸煮一定時(shí)間后進(jìn)入比較原始的壓榨機(jī)中進(jìn)行壓榨,即可得到蛹油,蛹粕可往復(fù)循環(huán)壓榨,根據(jù)蠶蛹前期處理情況可分為生榨法、熱榨法、煮沸壓榨法;該工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng),易保持油的特有風(fēng)味,但提取蛹油得率很低;由于機(jī)械壓榨時(shí)操作溫度高達(dá)140℃左右,使得蠶蛹蛋白容易變性,影響脫脂蛹粉的再利用,也使蠶蛹油中的不飽和脂肪酸容易發(fā)生氧化酸敗,影響油品的品質(zhì),目前已經(jīng)不再使用[14]。
利用有機(jī)溶劑溶解油脂提取蠶蛹油,通過液體濕潤(rùn)、物體滲透、分子擴(kuò)散等方法,將蠶蛹料中的蛹油提取出來,最后通過分離混合油而取得毛油的過程,可以根據(jù)有機(jī)溶劑不同分成相應(yīng)的蠶蛹油提取工藝,主要有石油醚提取法和正己烷浸提法。
2.2.1 正己烷浸提法
張麗麗[15]對(duì)正己烷浸提取蠶蛹油的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,設(shè)置最佳料液質(zhì)量濃度1∶6 g/mL(即按1g蠶蛹粉加入6 mL正己烷溶劑的料液質(zhì)量比),最佳的提取溫度為40℃,振蕩速率160r/min,提取時(shí)間3 h,蠶蛹油的出油率可達(dá)到26.0%。
2.2.2 石油醚提取法
利用石油醚有機(jī)溶劑提取蠶蛹油,主要步驟為先用粉碎機(jī)粉碎一定量的干蠶蛹,再按一定比例加入石油醚,然后放到水浴設(shè)備中恒溫一定時(shí)間,在這過程中藥攪拌,使蠶蛹粉與溶劑充分接觸;冷卻至室溫,真空抽濾,濾液在一定溫度下減壓蒸餾,回收石油醚,即得蠶蛹油。張郁松[16]稱取200g干蠶蛹,用粉碎機(jī)粉碎,按物料比1∶3 g/mL加入石油醚有機(jī)溶劑,在65℃恒溫水浴中回流提取8h,冷卻至室溫,真空抽濾,濾液在60℃下減壓蒸餾,回收石油醚,提取蛹油得率達(dá)25.6%。
超臨界CO2流體萃取技術(shù)是一種最新萃取技術(shù),主要是用超臨界流體CO2對(duì)蠶蛹粉所合成進(jìn)行萃取和分離,需要超臨界CO2萃取裝置和CO2純度99.9%。蠶蛹粉碎粒度、含水量、萃取時(shí)間、CO2流量、萃取壓力、萃取溫度等因素影響著蠶蛹粉萃取的得率和效果。張郁松[16]設(shè)置萃取壓力為 25MPa,溫度45℃,CO2流量為8kg/h,萃取時(shí)間2.5h,蛹油得率達(dá)29.0%,所提蠶蛹油的脂肪酸組成和含量相近。
索氏抽提法是從固體物質(zhì)萃取化合物的一種方法,需要索氏抽提裝置(提取室)。先將蠶蛹用粉碎機(jī)粉碎并磨成粉狀,再用濾紙包住固體粉末,放在提取室中,然后通過目標(biāo)物質(zhì)的性質(zhì)選擇相似的溶劑,最后利用溶劑回流和虹吸原理,純?nèi)軇┹腿」腆w物質(zhì),萃取效率較高,萃取劑是循環(huán)利用的,又名連續(xù)提取法。張迎慶[17]采用石油醚∶丙酮=1∶1(v/v)混合液作為提取溶劑,按料液比1∶3(w/v),提取溫度60℃、提取時(shí)間2h,蠶蛹油提取率(粗蛹油重/蠶蛹重×30.0%)可達(dá)85.1%。索氏抽提法目前只適用于實(shí)驗(yàn)室研究,還沒有工業(yè)化相關(guān)設(shè)備。
微波萃取法是一種利用有機(jī)溶劑提取法和微波相結(jié)合的新型萃取技術(shù)。通常是以水分子作為極性分子,水分子在微波電磁場(chǎng)的作用下的劇烈運(yùn)動(dòng),摩擦產(chǎn)生熱量;而微波對(duì)各種有機(jī)溶劑如正己烷等非極性溶劑影響較小,再通過溶劑萃取法的后部分操作分離即可得到蠶蛹油。陳穎娣等[18]按固液比1∶4把蠶蛹粉加入正己烷溶劑中,連接好回流裝置,通過設(shè)置功率595W微波50s后過濾,然后減壓蒸餾回收溶劑,將得到的油脂在真空干燥器內(nèi)干燥至恒溫,得到蠶蛹油,蠶蛹油提取率可達(dá)28.1%;該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作時(shí)間短、成本低廉、無污染等特點(diǎn)。
水酶法是利用非油成分對(duì)油和水的親和力差異及油水比重不同將非油成分和油分離;在蠶蛹粉碎研磨后加水,以水作為分解相,相關(guān)的酶(如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶等)在此相中進(jìn)行水解,使油脂從油料固體粒子中滲出;并利用非油成分對(duì)油和水的親和力及比重差異,將非油成分和油成分分離。張道平等[19]用水酶法提取蠶蛹中的油脂,設(shè)置酶解溫度50℃,酶解體系pH8.5,加酶量2.0%(酶、蛹粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)),提取4h后蠶蛹油提取率可達(dá)23.6%。
超聲波輔助水酶法是一種利用超聲波輔助水酶法提取蠶蛹油的方法,將蠶蛹粉碎研磨后加蒸餾水制成懸浮液,加入蛋白酶后置于超聲清洗機(jī)的水浴中進(jìn)行酶解,經(jīng)過一定時(shí)間后在離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行離心,收集上清液中油層,最后脫水后,得到黃色透亮的蠶蛹油;該法具有操作簡(jiǎn)單,油脂提取率高,易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。賈俊強(qiáng)等[20]采用中性蛋白酶水解法提取蠶蛹油同時(shí)利用超聲波作為輔助手段,最優(yōu)工藝條件為:底物質(zhì)量濃度68.2g/L、超聲功率121.6 W、加酶量2849.4U/g,蠶蛹油提取率=提取的蠶蛹油質(zhì)量/蠶蛹總脂肪質(zhì)量×100%。蠶蛹油提取率可達(dá)(90.2±0.7)%。
由于蠶蛹油中的α-亞麻酸麻酸含量高達(dá)71.5%,且其藥用價(jià)值顯著,因此將蠶蛹油中的α-亞麻酸麻酸分離并富集以后,可以應(yīng)用于醫(yī)藥和保健品領(lǐng)域。α-亞麻酸麻酸的富集方法也有多種多樣包括尿素包合法、銀離子絡(luò)合提取法、冷凍結(jié)晶法和分子蒸餾法。
尿素包合法是根據(jù)脂肪酸不飽和度和碳鏈長(zhǎng)度的不同進(jìn)行分離、提純脂肪酸的常用方法。當(dāng)尿素在有機(jī)溶劑中遇到有直鏈的脂肪酸、酯、醇等有機(jī)物時(shí),尿素分子就會(huì)通過強(qiáng)大的氫鍵在有機(jī)物的周圍形成尿素包合物;由于不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸與尿素形成的包合物性質(zhì)穩(wěn)定性不同將亞麻酸與直鏈飽和脂肪酸以及它們的一、二烯酸分離。呂秋楠等[22]配制脂肪酸(m)、尿素(m)、甲醇(v)比例為1∶3∶8的脂肪酸混合物,在0℃、12h條件下經(jīng)過2次包合,α-亞麻酸含量由初始的37.5%提高到83.9%,收率(產(chǎn)物質(zhì)量/混合脂肪酸質(zhì)量×100%)為18.3%。
銀離子絡(luò)合法是根據(jù)銀離子與碳雙鍵形成的極性絡(luò)合物的絡(luò)合作用力的不同達(dá)到分離的目的。蔣艷忠等[23]采用硝酸銀絡(luò)合法從蠶蛹油中富集α-亞麻酸,發(fā)現(xiàn)在2mol/L的AgNO3、40.0%甲醇-水溶液、0℃的絡(luò)合條件下,α-亞麻酸收率達(dá)50.0%,純度達(dá)99.0%。
冷凍結(jié)晶法是根據(jù)飽和脂肪酸在室溫下通常呈固態(tài),在室溫或低于室溫時(shí)結(jié)晶。通過脂肪酸或其衍生物在不同溫度下的凝固點(diǎn)和溶解度的差異進(jìn)行富集純化,分離飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸。張迎慶等[24]用10倍于蠶蛹油體積的0.5mol/L KOH乙醇溶液進(jìn)行皂化2h,在-30℃冷凍6h,將蠶蛹油中不飽和脂肪酸冷凍結(jié)晶,將不飽和脂肪酸從母液中分離出來,不飽和脂肪酸的提取率可達(dá)47.0%。
分子蒸餾法是利用脂肪酸相對(duì)分子質(zhì)量大小和分子平均自由程的差別的差異,使液體在遠(yuǎn)低于其沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行的精細(xì)分離的方法。王寶剛[25]開展蠶蛹油分子蒸餾脫酸生產(chǎn)工藝研究,通過兩級(jí)分子蒸餾脫除,取得較好脫酸效果,保護(hù)原油營(yíng)養(yǎng)成分不受破壞,但該方法對(duì)設(shè)備的要求比較高。
蠶蛹油的開發(fā)利用大部分仍停留于實(shí)驗(yàn)室階段,生產(chǎn)應(yīng)用方面較少。蠶蛹油的開發(fā)作為桑蠶副產(chǎn)物蠶蛹綜合利用的一個(gè)小分支,蠶蛹主要用于直接食用或飼料加工等,沒用在生物活性物質(zhì)提取范圍很少,而蠶蛹油的研究主要在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證其攻效,探索最優(yōu)的提取工藝流程、參數(shù)方面,制成深層次產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用的實(shí)體如藥用保健品等尚少。
國(guó)內(nèi)相關(guān)提取技術(shù)和設(shè)備不完善,使蠶蛹油的一些性能尚達(dá)不到要求。蠶蛹油提取技術(shù)主要有機(jī)溶劑提取法、超臨界流體萃取法、索氏提取和微波萃取等。不同提取技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn),如有機(jī)溶劑浸出法具有出油率較高,蛋白質(zhì)不變性等特點(diǎn),但溶劑殘留較高;而超臨界CO2萃取法的設(shè)備要求高,但是萃取的油脂不會(huì)有溶劑殘留問題,對(duì)環(huán)境無污染,油脂收率最高。
品質(zhì)不同的蠶蛹提取的油品也不同,特別是繅絲后的蠶蛹制油,蠶蛹異味較重。通常情況下,繅絲副產(chǎn)物蠶蛹留置時(shí)間越長(zhǎng),溫度越高,蠶蛹酸敗越嚴(yán)重,不良蛹的油品低于正常蛹。
蠶蛹油主要功效宣傳力度不夠,相關(guān)開發(fā)企業(yè)不足,蠶蛹油的有效利用率還很低。蠶蛹油含有的亞麻酸對(duì)人體具有很高的利用價(jià)值,因直接被食用而容易被人們忽略,從而缺少市場(chǎng)開發(fā)導(dǎo)向,企業(yè)研究開發(fā)動(dòng)力不足。
相關(guān)部門對(duì)蠶蛹油市場(chǎng)開展調(diào)研,加大蠶蛹油作為醫(yī)藥和保健品的宣傳力度。相關(guān)研究表明蠶蛹油具有降血脂、降血糖、抗氧化、改善記憶作用等功效,其所含有的α-亞麻酸具有人體不可缺少的生理活性,是人體必需脂肪酸之一;在應(yīng)用上也可作生物制藥、制表面活性劑、制肥皂、增塑劑等,相關(guān)政府部門根據(jù)這些功效對(duì)相關(guān)群體進(jìn)行調(diào)研,發(fā)放資料,同時(shí)擴(kuò)寬對(duì)已形成實(shí)體的蠶蛹油產(chǎn)品的營(yíng)銷渠道,使蠶蛹油的攻效深入人心。
政府出臺(tái)相關(guān)政策以吸引有關(guān)企業(yè)對(duì)蠶蛹油產(chǎn)品的研發(fā)。蠶蛹油研究與開發(fā)的領(lǐng)域主要包括有進(jìn)行蠶蛹油脂高效抗氧化技術(shù)研究,開發(fā)氧化穩(wěn)定性更好的蠶蛹油脂產(chǎn)品。以蠶蛹油為原料,對(duì)科學(xué)利用蠶蛹油中的不飽和脂肪酸和甘油進(jìn)行了新的嘗試,實(shí)現(xiàn)蠶蛹油組分的高效、高值化綜合利用;深入開展蠶蛹資源的綜合利用研究,大大拓展蠶蛹在食品、醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用空間。
通過科研技術(shù)集成,開展多元化育種,培育生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蠶蛹油的桑蠶品種。相關(guān)企業(yè)、單位根據(jù)不同品種、不同季節(jié)蠶蛹油各有效組分的差異,收集相應(yīng)品種、時(shí)期的蠶蛹生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蠶蛹油,生產(chǎn)蠶蛹油的蠶蛹儲(chǔ)藏的最佳條件為相對(duì)濕度是70.0%~80.0%,在夏秋季高溫期間,及時(shí)烘干繅絲蠶蛹可明顯減少蛹油的酸敗?;蛘吲嘤m合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蠶蛹油的新品種,陸春霞等發(fā)現(xiàn)家蠶品種桂蠶N2的蠶蛹油中α-亞麻酸的相對(duì)含量最高,為29.1%,該品種的蠶蛹油更適合加工蛹油保健產(chǎn)品。
科研機(jī)構(gòu)繼續(xù)加大對(duì)蠶蛹油的研發(fā)力度。進(jìn)一步加強(qiáng)蠶蛹營(yíng)養(yǎng)和活性成分的加工利用,將蠶蛹營(yíng)養(yǎng)和活性成分中的降血糖、降血脂、抗氧化、抗癌等功能充分應(yīng)用于食品加工、醫(yī)藥生產(chǎn)等行業(yè),并圍繞蠶蛹不斷挖掘新用途、開發(fā)新產(chǎn)品,往高品質(zhì)、精細(xì)化、健康化方向發(fā)展,把蠶蛹加工利用打造成為蠶產(chǎn)業(yè)中深度連接上下游產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)。。
利用繅絲蠶蛹獲取的蛹油制備生物柴油是生物能源開發(fā)的一條新途徑[26]。在自然資源普遍短缺的當(dāng)代,若真正實(shí)現(xiàn)對(duì)蠶蛹營(yíng)養(yǎng)成分科學(xué)地綜合開發(fā),不僅可以防止自然資源的浪費(fèi),還能產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)給現(xiàn)有的蠶業(yè)發(fā)展指出了一條新路。
蠶蛹油的深加工技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)的研究仍處于初級(jí)階段,還有很多方面值得深入研究,才能為蠶蛹油產(chǎn)業(yè)的規(guī)?;l(fā)展提供理論與技術(shù)支撐;相信在不久的將來,蠶蛹油產(chǎn)業(yè)將會(huì)呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢(shì),可用于食品、醫(yī)藥、工業(yè)等領(lǐng)域,為蠶桑資源的高效利用提供新途徑。