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超聲波對輔助蠶蛹脫脂工藝

[導讀]脫脂是蠶蛹精制過程中的重要環節,脫脂過程中保持蠶蛹蛋白的活性十分必要。

  蠶蛹(Silkworm pupa)為蠶蛾科昆蟲家蠶蛾的蛹,蛹中隨產地和品種不同含有59.9%-66.2% 的蛋白質,28.9%-33.1% 的粗油脂,以及多種維生素和鐵、鋅、硒微量元素。作為被衛生部列為“食品新資源”中唯一的昆蟲類食品源,蠶蛹中蛋白不但含有人體必需的18 種氨基酸,而且必需氨基酸含量高達42.2%,必需氨基酸與非必需氨基酸質量比為0.73∶1,營養價值極高。更難得的是,蠶蛹蛋白及其降解多肽具有促進肝細胞再生,提高免疫機能,降血壓、抗氧化、抗疲勞等生物學功效。我國是蠶蛹資源大國,每年繅絲副產品所得干蛹高達70 萬t 以上,占世界蠶蛹總產量的80% 以上。目前蠶蛹除極少部分被食用和入藥外,因為蛹腥味和深加工技術落后導致絕大部分被用作飼料和肥料,資源利用率和附加值極低。蠶蛹蛋白具有制成食品、營養保健品、藥品等方面的廣闊應用前景,但要消除其不利因素走近人們生活,就需要對蠶蛹進行精制和深加工,因蠶蛹脂肪含量高,并帶有強烈異味,蠶蛹脫脂就成為精制過程中最重要的環節。通過脫脂結合其他工藝處理可以得到純凈的、無腥臭味的蠶蛹蛋白,為其后續深加工和工業應用奠定基礎。在現有的蠶蛹脫脂研究方法中,機械壓榨法由于脫脂率低、勞動強度大、餅粕蛋白易變性等缺點已被多數研究者放棄;超臨界CO2 萃取和亞臨界萃取法則由于設備昂貴和批處理量小等缺陷,無法適應工業化大生產的要求;溶劑浸出法因其操作簡單、處理量大、脫脂率高等特點受到了眾多研究者的青睞而迅速發展和不斷完善,蠶蛹蛋白工業化生產和應用已現曙光。經科學研究得出蠶蛹最佳脫脂工藝為:干蠶蛹與環己烷的質量比為1∶1.5,浸出溫度80℃,保溫時間6 h 條件下一次浸出殘油率為8.8%,經6 次浸出可得殘油率低于2% 的蠶蛹。但目前在蠶蛹蛋白脫脂的研究中,多采用高溫、長時、強極性或毒性溶劑浸提或極大的液料比來獲得較高的脫脂。高溫長時間的脫脂工藝會使生成的蠶蛹蛋白蛹臭味濃,顏色較深,需要進一步采用有機溶劑或者臭氧脫色脫臭,而且會造成蛋白的變性,對其加工特性(如起泡性,溶解性等)造成不同程度的影響;強極性溶劑對蛋白質的吸附力強,溶劑殘留問題難以解決;較大的料液比在一定程度上會增加生產造成的占地規模、能耗、廢水處理等成本,不利于蠶蛹蛋白的工業化生產。超聲波的強烈振動和空化效應,可以加速天然生物質成分的溶出和浸出,超聲輔助提取具有提取溫度較低,物質活性不易被破壞,提取時間短,產率高等優點。本實驗以繅絲蠶蛹為原料,選擇在常溫下易揮發、對人體友好的溶劑脫脂體系,研究超聲處理對蠶蛹蛋白脫脂的影響,通過單因素分析及響應面優化建立常溫下超聲輔助蠶蛹脫脂工藝條件,以期為蠶蛹活性蛋白的工業化生產提供一定的實驗依據。

材料與方法

材料

  蠶蛹由湖北省農科院蠶業研究所提供,研究中主要試劑正已烷、石油醚Ⅰ類、四氫呋喃、乙酸乙酯、丙酮、無水乙醚、無水乙醇均為分析純。

儀器:JP-300A 型高速多功能粉粹機(永康市久品工貿有限公司);BSA224S-CW 型電子天平(賽多利斯科學儀器有限公司);101-2AB 型電熱恒溫干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司);DZF-6020 型電熱真空干燥箱(上海市精宏儀器有限公司);3K30 型臺式冷凍離心機(德國sigma 公司);SCIENTZ-IID 型超聲波細胞粉碎機(寧波新芝科技有限公司);SHZ-88 型恒溫水浴振蕩器(江蘇省金壇市醫療儀器廠);RE52-3型旋轉蒸發儀(上海滬西分析儀器廠)。

方法

  蠶蛹前處理 手工去除繅絲蠶蛹的蛹皮和腺體,用稀鹽酸浸泡中和堿性表面雜質,用水反復清洗至pH 呈中性。得到的去雜濕蛹置于電熱真空干燥箱中60℃干燥,粉碎,過60 目篩,蛹粉收集備用。

   蠶蛹索氏提取脫脂 取一定量蠶蛹粉(置于濾紙包中)與待選脫脂溶劑按照液固比10 mL/g 混合,采用索氏提取法進行脫脂處理,注意提取器中濾紙包應低于虹吸管的高度,提取時間為2 h,提取液經離心后旋轉蒸發回收溶劑,得粗蛹油。

  蠶蛹超聲輔助脫脂 將蠶蛹粉與脫脂溶劑按不同液固比混合并振搖3 min 后,在40℃下對蠶蛹粉超聲脫脂若干時間。脫脂結束后10 000 r/min 離心分離得脫脂液和脫脂蛹粉,脫脂液經旋轉蒸發,并真空干燥去除殘余溶劑得粗蛹油;脫脂蛹粉于60℃干燥去除殘余溶劑得粗蛹蛋白。

  單因素實驗和響應面優化實驗 確定脫脂溶劑后,以液固比、超聲時間、超聲功率為考察因子,以蠶蛹脫脂率作為考核指標進行單因素實驗設計;并在單因素實驗基礎上,采用Box-Behnken 設計原對上述3 個因子進行響應面優化實驗。

  脫脂率計算 蠶蛹中總脂肪質量的測定可采用索氏抽提法,具體方法可參照GB/T 14772-2008《食品中粗脂肪的測定》。脫脂率(%)= 提取的蠶蛹油質量/ 蠶蛹總脂肪質量×100%

  數據處理 每個樣品平行測定3 次,實驗數據采用Excel、SPSS 及Design Expert 7.1.3 等軟件進行統計分析。

結果

脫脂溶劑體系的選擇及確定

  脫脂溶劑體系是影響蠶蛹脫脂率及脫脂蠶蛹溶劑殘留的關鍵因素,本研究利用索氏提取法考察了油脂提取過程中使用率較高的7 種溶劑(正已烷、石油醚Ⅰ類、四氫呋喃、乙酸乙酯、丙酮、無水乙醚、無水乙醇)在40℃下對蠶蛹粗油脂的脫除能力。,待選溶劑在常溫下均有較好的蠶蛹粗油脂脫除能力,其中高極性溶劑中丙酮的脫脂效果最好,低極性溶劑中石油醚(Ⅰ類)脫脂效果較佳。高極性溶劑油脂脫除效率普遍高于低極性溶劑,這與蠶蛹粗油脂中不飽和脂肪酸和極性物質含量較高有關,符合相似相溶原理。根據對蛹油的感官評價結果,可以得知高極性溶劑脫脂過程中還將部分非油脂極性物質如蛹臭味物質一同浸出。














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