作者：

孔 凡1，黄宏飞1，杨 晨1，雷芬芬1、2、3 ，何东平1、2、3 ，郑竟成1、2、3 ，（1.武汉轻工大学 食品科学与工程学院，2.国家粮食局粮油资源综合开发工程技术研究中心3.大宗粮油精深加工教育部重点实验室）

摘要：

以黑水虻幼虫为原料,分别采用压榨法、浸出法以及亚临界丁烷萃取法提取黑水虻油,采用单因素实验和正交实验优化了压榨和浸出制油的工艺条件,并比较3种方法的提油率、黑水虻油的理化性质和脂肪酸组成。结果表明:压榨法提取黑水虻油的最佳工艺参数为蒸炒温度 140℃、蒸炒时间 30 min、黑水虻幼虫粉水分含量5%,在此条件下提油率为54.10%;漫出法提取黑水虻油的最佳工艺参数为浸出温度60 ℃、浸出时间5h、料液比 1:5,在此条件下提油率为78.95%。3 种提取方法中,浸出法的提油率最高,亚临界丁烷萃取法的次之;亚临界丁烷萃取法所得的黑水虻油的酸值和过氧化值最低,浸出法所得的黑水虻油的水分含量最低,压榨法的水分含量最高;3 种提取方法的黑水虻油脂肪酸组成变化不大,黑水虻油饱和脂肪酸中月桂酸含量最高,为 16%~20%,不饱和脂肪酸中亚油酸和油酸含量较高，分别约为 22%和20%。

关键词:黑水虻油:压榨:浸出:亚临界丁烷萃取:品质比较

中图分类号:S965.112;S965.117文献标识码:A文章编号:1003-7969(2021)06-0015-06

昆虫是世界上种类最多、生物量巨大、繁殖速度快、食物转化率高、产业化率最低的生物种群,是尚未充分开发的可再生性的生物资源。随着工业的发展,国内外对脂肪酸的需求与日俱增,现有的供应远不能满足工业发展要求,人们在昆虫上看到了巨大的潜力,目前对于昆虫油脂的研究也越来越多。

果水虻( Hermetia illucens..),又名亮斑扁角水虻,是昆虫纲双翅目水虻科昆虫,原产于美洲,19 世纪传人我国,如今已广泛分布于我国湖北、湖南、东、广西、贵州等省份。黑水虻是腐食昆虫,在处理动物堆肥和其他有机垃圾中起着至关重要的作用是典型的环境昆虫。在黑水虻的四个生长阶段中幼虫阶段的黑水虻适用于多种领域,尤其是农业废物的处理!。黑水虻幼虫含油量很高,可达 15%~49%。与其他昆虫相比,黑水虻幼虫不会积聚农药或霉菌毒素,且黑水虻幼虫油脂中不饱和脂肪酸含量较高。Li 等”研究表明,不同的喂养物会改变黑水虻油的脂肪酸组成,黑水虻油饱和脂肪酸中月桂酸含量最高。在人体中,月桂酸甘油酯具有抗病毒和抗菌的作用。黑水虻油中的不饱和脂肪酸主要是油酸和亚油酸,具有较高的营养价值。黑水虻油的豆蔻酸可应用于洗涤用品中。随着黑水虹在我国的养育基地逐渐增多,作为一个富含优质油脂的昆虫,探究其生产工艺,进一步发展黑水虻加工产业,寻求高附加值的产品,有着重要意义本研究通过正交实验分析,以提油率为指标,确定了压榨法和浸出法提取黑水虻油的最佳工艺,并对压榨法、浸出法、亚临界丁烷萃取法提取的黑水虻油的品质进行了分析比较,以期为提高黑水虻油提取效率,提高黑水虻资源的综合利用能力提供参考。

1.1实验材料

黑水虻幼虫(干虫),武汉天基生态能源有限公司;浓硫酸、盐酸,平煤公司;硼酸溶液,上海硼砂厂;85% 硝酸、正已烷,科密欧公司;乙醚、无水乙醇、甲醇、氢氧化钠、硫代硫酸钠,国药集团化学试剂有限!公司。

LYF501 型家用压榨机,TDZ5-WS 离心机,RE52CS 旋转蒸发仪,KDN-04A自动凯氏定氨仪，粉碎机,马弗炉,Agilent 7890A-5975C 气质联用仪,亚临界萃取装置。

1.2 实验方法

1.2.1 压榨法提取黑水虻油

称取 定量黑水虻幼虫(干虫),用清水浸泡清洗后置于80℃烘箱中干燥至 定水分含量,在定温度下蒸炒定时间后,于压榨机中压,过滤得到黑水虻油。

1.2.2 浸出法提取黑水虻油

称取 定量黑水虻幼虫(干虫),用清水浸泡清洗后置于 80℃烘箱中干燥至水分含量为5%,粉碎后用滤纸包好,置于浸出罐,加入适量正已烷在 定温度下静置浸出 定时间,旋转蒸发除去正已烷,得黑水虻油。

1.2.3 亚临界丁烷萃取法提取黑水虻油

称取 定量黑水虻幼虫(干虫),用清水浸泡清洗后置于80℃烘箱中干燥至水分含量为5%,粉碎，置于亚临界萃取装置中,设置萃取条件为萃取温度45℃、萃取次数4 次、每次萃取时间 40 min、萃取压力 0.5 MPa。萃取完成后采用减压蒸发除去溶剂，得黑水虻油。该提取在河南省亚临界生物技术有限公司完成。

1.2.4 提油率计算

提油率(x)按式(1)计算

x=m/(mxc)x100%(1)

式中:m,为提取的黑水虻油质量,g;m为黑水虻幼虫(干虫)原料的质量,g;c为黑水虻幼虫(干虫)原料的干基含油量(通过索氏抽提法测得),%。

1.2.5 黑水虻幼虫(干虫)理化指标检测

水分含量测定,参照 GB 5009.3-2016;粗脂肪含量测定,参照 GB 5009.6-2016;粗蛋白质含量测定,参照 GB 5009.5-2016;灰分的测定,参照 GB5009.4-2016.

1.2.6 黑水虻油理化指标检测

酸值测定,参照 GB 5009.229-2016;过氧化值测定,参照 GB 5009.227-2016;水分及挥发物含量测定,参照 GB 5009.236-2016.

1.2.7 黑水虻油脂肪酸组成分析

甲酯化:取0.2~0.3g黑水虻油加人2m0.5 mol/L KOH-CH,0H 溶液,在60℃水浴中振荡30 min,加人2 mL 50% BF:-CH,0H 溶液,60℃水浴下振荡保温3 min,之后趁热加人2 m 饱和 NaCl溶液;加人3mL 正已烷萃取,混匀后取上层有机相,待气相色谱-质谱分析。

气相色谱条件:HP-FFAP 弹性石英毛细管色谱柱(30 mm x0.25 mm x0.25 μm);升温程序为60℃ 保持 3 min,以 6℃/min 升温到 180℃,保持3 min,再以 6℃/min 升温到 210℃,保持5 min;载气为高纯 He,流速 1.0 m[/min;进样量1 μL;分流比 20:1;进样口温度 250℃，压力 88 kPa;传输线温度 230℃。

质谱条件:E 离子源;电子能量 70 eV;离子源温度 230℃,四级杆温度 150 ℃;剂延迟 14 min,扫描范围(m/z)50~500。

利用质谱数据库检索结果，结合相关参考文献，对黑水虻油脂肪酸组成进行分析，采用峰面积归 化法进行定量分析。

1.2.8 数据处理

采用 Excel 2016 软件对正交实验结果进行分析并作图。

2.1 黑水虻幼虫(千虫)的理化指标(见表1)

从表1可以看出,黑水虻幼虫(干虫)粗脂肪含量达37.2%,是 种潜在的优良油料资源。黑水虻幼虫(干虫)粗蛋白质含量高达45.6%,是一种优质的蛋白质来源。因此,黑水虻幼虫在饲料、食品等行业有广阔的应用前景。

2.2 压榨法提取黑水虻油的单因素实验

2.2.1 蒸炒温度对提油率的影响

在黑水虻幼虫粉水分含量5%,蒸炒温度分别为110、120、130、140、150℃下蒸炒 30 min 后压榨制油,考察蒸炒温度对提油率的影响,结果见图1。由图1可知,随着蒸炒温度的升高,提油率先升高后降低,当蒸炒温度达到 140℃时,提油率最高,蒸炒温度超过 140℃时,提油率稍微降低。这是因为蒸炒可以破坏黑水虻的细胞结构,使蛋白质变性,油脂黏度和表面张力降低,有利于油脂溶出,但蒸炒温度过高会使油料水分含量下降,过于干燥的油料可塑性较低,不利于油脂的溶出,导致提油率降低。

2.2.2 蒸炒时间对提油率的影响

将水分含量5%的黑水虻幼虫粉在蒸炒温度150℃下分别蒸炒10、20、30、40、50 min 后压榨制油,考察蒸炒时间对提油率的影响,结果见图 2。

由图2 可知,随着蒸炒时间的延长,提油率呈上升趋势,当蒸炒时间超过 30 min 时,提油率略有降低。这是因为蒸炒时间延长,改善了黑水虻细胞膜的通透性,使得提油率上升,但蒸炒时间过长,油料的水分含量减小,不利于油脂的提取。

2.2.3 黑水虻幼虫粉水分含量对提油率的影响

分别将水分含量为 3%、4%、5%、6%、7% 的黑水虻幼虫粉在蒸炒温度 150 ℃下蒸炒 30 min 后压榨制油,考察黑水虻幼虫粉水分含量对提油率的影响结果见图3。

由图3可知,随着黑水虻幼虫粉水分含量的增加,提油率上升,在水分含量为5%时,提油率最高当水分含量由 5%上升到7%时,提油率下降。这是因为水分含量过高或过低时,原料入榨没有合适的可塑性与弹性,压榨时饼难以成型,油路堵塞不易流出,从而导致提油率下降。

2.3 压榨法提取黑水虻油的正交实验

根据单因素实验结果,选取蒸炒温度(A)、蒸炒时间(B)、黑水虻幼虫粉水分含量(C)为自变量,设计三因素三水平正交实验,压法正交实验因素水平见表2,正交实验结果与分析见表3.

由表3可知,3个因素对提油率影响的主次关系为C(黑水虻幼虫粉水分含量)>A(蒸炒温度)>B(蒸炒时间),最优方案为A,B,C,,即黑水虻幼虫粉水分含量 5%、蒸炒温度 140 ℃、蒸炒时间 30 min在最优方案下进行3次平行实验,平均提油率为54.1%

2.4 浸出法提取黑水虻油的单因素实验

2.4.1 浸出温度对提油率的影响在黑水虻幼虫粉水分含量5%,料液比1:4,浸出温度分别为 20、30、40、50、60℃条件下浸出 4 h.考察浸出温度对提油率的影响,结果见图4。

由图4 可知,随着浸出温度的升高,提油率先上升后稍微下降。当浸出温度由 20℃升到 30℃时提油率迅速上升,当浸出温度由 30℃升到 50℃时提油率缓慢上升,当浸出温度为50℃时,提油率最高,当浸出温度超过 50℃时,提油率略有下降。这是因为随着温度的升高,溶剂挥发速度也会加快,在50℃后,正已烷更容易挥发,导致对油脂的萃取不够完全,使提油率下降。

2.4.2浸出时间对提油率的影响

在黑水虻幼虫粉水分含量5%,料液比1:4,浸出温度 40 ℃条件下分别浸出2、3、4、5、6 h,考察浸出时间对提油率的影响,结果见图5

由图5 可知,随着浸出时间的延长,提油率先上升,之后基本保持稳定。当浸出时间由2h延长到4h时,提油率随着浸出时间的延长而增加,浸出时间为4h时,提油率最高,再延长浸出时间提油率几乎不再增加。浸出时正已烷先浸润黑水虻幼虫,进入黑水虻幼虫组织内部,黑水虻幼虫中的油脂随着正己烷的扩散运动而渗透到黑水虻细胞外,从而实现黑水虻中油脂的提取。提取初始,正已烷中含油率低,油脂从黑水虻中扩散到正已烷的扩散速率大,随着浸出时间的延长,黑水虻幼虫组织中的油脂含量减少,而混合油中油脂含量增加,黑水虻中油脂扩散达到平衡,此时,再延长浸出时间,提油率增加很少。

2.4.3 料液比对提油率的影响

在黑水虻幼虫粉水分含量5%,浸出时间 4 h.浸出温度 40℃,料液比分别为 1:2、1:3、1:4、1:51:6条件下浸出,考察料液比对提油率的影响,结果见图 6。

由图6可知,随着料液比的增加,提油率先快速增加,后缓慢增加,当料液比由 1:2 提高到 1:5 时,提油率提高的速度较快,在料液比达到1:5后,提油率增加的速度变缓。溶剂用量小时，不能完全提取出黑水虻中的油脂,当溶剂用量达到一定程度时,黑水虻中大部分油脂被提取出来,再增加溶剂用量对提取油脂的帮助不大。

2.5浸出法提取黑水虻油的正交实验

根据单因素实验结果,选取浸出时间(A)、浸出温度(B)、料液比(C)为自变量,设计三因素三水平正交实验,浸出法正交实验因素水平见表4,正交实验结果与分析见表5。

由表5可看出,3个因素对提油率影响的主次顺序为 A(浸出时间)>C(料液比)>B(浸出温度),最优方案为 A,B,C,,即浸出时间5 h、浸出温度50℃、料液比 1:5。在最优方案下进行3 次平行实验,平均提油率为 77.1%,低于正交表中 A,B,C,的提油率(78.95%)。因此,选择 AB,C,为最优方案,即浸出时间 5 h、浸出温度 60℃、料液比 1:5。

2.6 不同方法提取黑水虻油的提油率比较

按照 1.2.3 采用亚临界丁烷法萃取黑水虻油，提油率为68.08%。3种方法的提油率对比结果见图7。

由图7可知,3种提油方法中浸出法的提油率最高,压榨法的提油率最低，

2.7 不同方法提取的黑水虻油理化性质的比较(见表6)

由表6可看出,压榨法和浸出法提取的黑水虹油酸值(KOH)相差不大,亚临界丁烷萃取法的最低(2.74 mg/g)。在过氧化值方面,浸出法的过氧化值最高(1.62 mmol/kg),压榨法的次之,亚临界丁烷萃取法的最低。亚临界丁烷萃取法提取的黑水虻油酸值和过氧化值低于压榨法和浸出法,可能是因为亚临界萃取过程中很少会溶人氧气,这与骞李鸽等!3]的研究结果一致。浸出法和亚临界丁烷萃取法都是利用溶剂对油脂进行浸出,而压榨法是采用机械压力将油脂从油料中挤压出来,所以压榨法提取的黑水虻油水分及挥发物含量最高(2.47%)。

2.8 不同方法提取的黑水虻油脂肪酸组成比较(见表7)

由表7可知,3 种方法提取的黑水虻油脂肪酸组成基本相同,说明不同提取方法对黑水虻油脂肪酸组成影响不大。黑水虻油中饱和脂肪酸主要是月桂酸和软脂酸。月桂酸在人体中可转化为月桂酸甘油酯,具有抗病毒和抗菌的作用;同时月桂酸可以用于制备液体洗涤剂,添加月桂酸的液体洗涤剂具有刺激性弱、起泡性强和去渍性强的优点。黑水虻油中不饱和脂肪酸主要为亚油酸和油酸,同时还含有定量的 ARA 和 EPA。

以黑水虻的提油率为指标,采用单因素实验和正交实验对压榨法和浸出法的提取工艺进行了优化,并对压榨法、浸出法和亚临界丁烷萃取法提取的黑水虻油品质进行比较。结果表明:压法提取黑水虻油的最佳工艺参数为蒸炒温度 140℃、蒸炒时间 30 min、黑水虻幼虫粉水分含量 5%,在此条件下提油率为 54.10%;浸出法提取黑水虻油的最佳工艺参数为浸出温度 60℃、浸出时间5 h、料液比 1:5.在此条件下提油率为78.95%;3种提取方法中,浸出法的提油率最高,亚临界丁烷萃取法次之;压榨法所得的黑水虻油水分含量和酸值最高;浸出法所得的黑水虻油水分含量最低,过氧化值最高;亚临界丁烷萃取法所得的黑水虻油的酸值和过氧化值最低;3种提取方法的黑水虻油脂肪酸组成差异不明显,黑水虻油中饱和脂肪酸主要是月桂酸,含量为16%20%,不饱和脂肪酸主要是油酸和亚油酸,含量分别约为 20%和 22%。