美洲大蠊油脂的提取及性质分析

袁东强 何 钊 孙 龙 李 娴 赵 敏 冯 颖

(中国林业科学研究院 资源昆虫研究所1，昆明 650224)

(国家林业局资源昆虫培育与利用重点实验室2，昆明 650224)

美洲大蠊油脂的提取及性质分析

袁东强1,2何 钊1,2孙 龙2李 娴2赵 敏2冯 颖1,2

(中国林业科学研究院 资源昆虫研究所1，昆明 650224)

(国家林业局资源昆虫培育与利用重点实验室2，昆明 650224)

为确定美洲大蠊成虫油脂的提取方法、性质及脂肪酸构成，为其利用奠定基础，采用响应曲面对超声波-微波提取美洲大蠊油脂条件进行优化，分析了油脂的热力学性质、脂肪酸构成及理化指标。结果表明，美洲大蠊成虫油脂超声波-微波法提取的最佳条件是时间5 min，液料比10∶1，超声波功率321.35 W，微波功率179.84 W，温度50.07 ℃，理论得率为31.00%，实际得率为30.65%。GC-MS检测到13种脂肪酸，棕榈酸、油酸、亚油酸为主要成分，占总脂肪酸的77.02%，含量分别为70.47、36.49、81.38 mg/g。不饱和脂肪酸含量高，占总脂肪酸的71.49%。油脂RGB颜色的饱和度(HIS)S为0.67，偏黄色，油脂的碘值为128.11g/100 g、酸值为8.73 mg/g、过氧化值为1.10 mmol/kg、皂化值为407.17 mg/g、熔点为3.56 ℃，结晶点为-36.37 ℃。油脂品质较好，可以作为潜在的食用油脂来源。

美洲大蠊 油脂 GC-MS 理化性质 脂肪酸 DSC

美洲大蠊(PeriplanetaamericanaL)属昆虫纲，蜚蠊目，蜚蠊科，俗称蟑螂，是一种传统药用昆虫。全球共记录蜚蠊目昆虫5 147种，中国约有250种左右，分为8科20属。蜚蠊大多数营野栖生活，少数栖室内，在我国分布广泛[1]，常见的主要是美洲大蠊、澳洲大蠊、褐斑大蠊、日本大蠊和德国小蠊等。在我国，蜚蠊作为药用最早记载于《神农本草经》，主要用于治疗淤血、症坚、寒热、下气等，民间还用来治疗腹胀腹泻及小儿因缺钙引起的形瘦神疲等[2]。现代药理学研究表明，美洲大蠊具有抗癌、抗炎、消肿镇痛、强心升压、增强免疫等作用。近年来，以美洲大蠊为原料已经开发出了很多药物，如康复新、心脉隆注射液、肝龙胶囊等，主要用于治疗创伤、心血管病及肿瘤等[3-5]。美洲大蠊的药用开发促进了人工饲养技术的进步，人工养殖技术已有多项专利[6-7]，人工饲养技术成熟，且已经实现规模化养殖。人工养殖采用通风、能透光的具有多缝隙的分层养殖架，熟食喂养，在成虫交配产卵高峰期后1个月，通过升高温度，进行整批捕杀。人工饲养条件下，美洲大蠊繁殖速度快，成活率高，养殖周期短，成本低廉，药效成分含量高。目前对美洲大蠊研究主要涉及体内活性物质醇提物、乙酸乙酯提取物、抗菌肽、激素类、药效药理等药用方面，还有学者对其营养价值、安全性、饲用等进行了研究[8]。但对其油脂的研究比较零散，没有形成一套有效的体系，多集中在脂肪酸组成分析及脂溶性成分的研究等，缺少对油脂理化性质及脂肪酸成分定量分析的研究。从目前已报道的研究结果看，美洲大蠊油脂的含量及脂肪酸组成研究结果并不一致[9-11]。昆虫体内富含油脂，具有多种功能。昆虫油脂提取和分析是其功能研究的基础，常用的油脂提取方法有索氏法、溶剂浸提法、水酶法、超声波协同微波以及超临界流体法等，其中超声波协同微波提取方法具有提取效率高、时间短的特点，被认为是很好的油脂提取法[12-14]。所以本试验主要从超声波协同微波提取方法、油脂的性质、脂肪酸构成及含量等方面对美洲大蠊油脂进行研究，为其合理开发和利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

美洲大蠊成虫：祥云市弥渡县双树村美洲大蠊养殖场，粉碎备用。异辛烷(色谱纯)，三氟化硼甲醇溶液，24种脂肪酸甲酯化标准品：Sigma公司。

1.2 方法

1.2.1 油脂超声波-微波法提取及曲面响应优化

以石油醚为溶剂，称取10 g虫粉样品，单因素试验研究料液比1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14，超声波功率100、200、300、400、500 W，微波功率100、200、300、400、500 W，时间5、10、15、20、25 min，温度20、30、40、50、60 ℃等5个因素对提取率的影响。提取液过滤后用旋转蒸发器旋蒸，再放在37 ℃烘箱2 h得到油脂，称重。然后以超声波功率、微波功率和温度等3个因素进行响应曲面优化，得到最佳提取条件，并进行验证试验。

1.2.2 油脂脂肪酸成分分析

甲酯化：准确称取油样250 mg于50 mL的烧瓶中，加入5 mL的氢氧化钠甲醇溶液，60 ℃水浴回流直至油滴消失，每30～60 s缓慢摇动烧瓶，以防止氢氧化钠形成固态附着在瓶壁上。冷却至室温后加入5 mL的三氟化硼甲醇溶液，继续水浴煮沸3 min，从冷凝器顶部加入5 mL异辛烷，取下冷凝器，拿出烧瓶，立即加入20 mL饱和氯化钠溶液，塞住烧瓶猛烈振摇30 s，继续加入氯化钠溶液至烧瓶颈部，静置分层。吸取上层异辛烷溶液，用0.45 μm的有机滤膜过滤，4 ℃保存备用。

GC-MS条件：色谱柱：TR-5MS柱(30 m×0.25 mm，25 μm)，升温程序：初温100 ℃，保持3 min，3 ℃/min升温到250 ℃恒温10 min，载气为He，流速为1.0 mL/min，进样量为2 μL，分流比50∶1，进样口温度250 ℃。电子轰击(EI)离子源，电子能量70 eV，接口温度250 ℃，离子源温度250 ℃，扫描质量范围40～450m/z，全扫描方式。

1.2.3 油脂理化性质分析

参照GB/T 5530—2005、GB/T 5534—2008、GB/T 5532—2008、GB/T 5538—2005中的方法，测定油脂的酸值、皂化值、碘值和过氧化值。RGB色差仪测定油脂的色泽，利用HIS颜色模型进行饱和值品质分析，对RGB色差坐标进行转化：I=(R+G+B)/3，S=1-[min(R，G，B)]/I，当饱和值S=0时；表示为白色，S=1时，表示为黑色。

1.2.4 油脂的热力学

称取5 mg油脂置于坩埚内并压盖，精确到0.1 mg。DSC升温程序为开始温度33 ℃，以5 ℃/min升温到80 ℃，恒温5 min，从80 ℃以5 ℃/min降温到-60 ℃，恒温5 min，然后在以5 ℃/min升温到80 ℃。降温过程采用液氮降温。

1.3 数据处理

试验重复3次进行，数据处理采用Design-Expert 8.0、Excel 2010和SPSS 17.0软件处理。

式中：A为美洲大蠊油脂的质量/g；B为样品质量/g。

2 结果与分析

2.1 油脂提取结果

2.1.1 单因素试验结果

超声波-微波法单因素试验结果见图1，方差分析显示，5个因素对油脂得率的影响均较显著，在超声波功率300 W，微波功率200 W，时间5 min，温度50 ℃时油脂提取率均达到最大，在时间因素中，油脂的得率和提取时间呈负相关，随着时间的延长，油脂的得率逐渐下降，这可能是时间较长时，超声波和微波破坏了油脂，造成提取率下降。

2.1.2 响应曲面优化试验结果

根据单因素试验的结果，固定时间5 min和料液比1∶10，选取超声波功率300 W、温度50 ℃和微波功率200 W为中心点，设计响应曲面试验，试验因素和水平及结果见表1。

图1 超微波协同微波对油脂得率的影响

标准序运行序X1温度/℃X2超声波功率/WX3微波功率/℃响应值Y得率/%1515030020031.29826030030029.41436040020029.67246020020027.79154020020028.87965020010028.53374040020029.16584030010029.631495030020032.297104030030029.9311115020030027.4613125030020031.766136030010030.1210145040010029.8812155040030030.35

图2是根据回归方程所绘制的响应曲面分析图和等高线图。通过分析得到的优化条件为：超声波功率321.35 W，微波功率179.84 W，温度50.07 ℃，理论得率为31.00%，根据优化条件进行3次验证试验，实际平均得率为30.65%，与理论值基本相符，证明该模型得出的提取参数可行，具有实用价值。

表2 回归方程显著性检验

图2 超声波微波法油脂得率的响应曲面与等值线

2.2 油脂脂肪酸成分分析结果

2.2.1 脂肪酸定性分析

美洲大蠊油脂GC-MS分析的化学成分质谱图见图3，用计算机谱图库检索，结果与NIST标准图库及脂肪酸标准品图谱进行比对，采用面积归一法定性，结果见表3。美洲大蠊油脂中共检测到13种脂肪酸，主要为棕榈酸、油酸和亚油酸，质量分数分别为17.83%、45.16%和20.24%，占总脂肪酸质量的77.02%，并含有少量的棕榈油酸、硬脂酸和二十二碳二烯酸，质量分数分别为1.28%、4.04%和4.53%。不饱和脂肪酸质量分数高，占总脂肪酸的71.49%，不饱和脂肪酸又以油酸和亚油酸为主，占不饱和脂肪酸质量的91.48%。脂肪酸中还含有少量的自然界非常罕见并且具有重要生理功能的奇数碳脂肪酸十五碳酸。

图3 美洲大蠊脂肪酸甲酯总离子流图

序号保留时间/min脂肪酸名称质量分数/%113.93肉豆蔻酸(14∶0)0.45219.51棕榈油酸(16∶1Δ9c)1.28320.33棕榈酸(16∶0)17.83421.77十五碳酸(15∶0)3.49526.55cis-亚油酸(18∶2Δ9c,12c)14.04626.92油酸(18∶1Δ9c)45.16727.79硬脂酸(18∶0)4.04828.49trans-亚油酸(18∶2Δ9t,12c)6.20932.78花生四烯酸(20∶4Δ5c,8c,11c,14c)0.101035.54花生酸(20∶0)0.181142.00芥酸(22∶1Δ13c)0.991244.68山嵛酸(22∶0)1.701348.21二十二碳二烯酸4.53

2.2.2 脂肪酸定量分析

相同GC-MS条件下，分析了24种脂肪酸甲酯标准品，总离子流图见图4，利用脂肪酸标准品的峰面积作图，绘制标准曲线，结合图3中的结果，得到肉豆蔻酸、棕榈油酸、棕榈酸、亚油酸、油酸、硬脂酸、花生四烯酸、花生酸、山嵛酸等9种脂肪酸的定量结果(表4)，其中，含量最高的是棕榈酸、油酸和亚油酸3种，其含量分别为70.47、36.49、81.38 mg/g。

图4 24种脂肪酸甲酯标准品总离子流色谱图

序号保留时间脂肪酸名称脂肪酸含量/mg·g-1113.93肉豆蔻酸2.90219.51棕榈油酸6.13320.33棕榈酸70.47426.55亚油酸81.38526.92油酸36.49627.79硬脂酸18.75732.78花生四烯酸2.14835.54花生酸3.45944.68山嵛酸6.85

2.3 油脂理化性质分析

美洲大蠊油脂理化性质测定结果见表5，超声波-微波法提取油脂颜色的饱和度S值为0.67，颜色为浅黄色。油脂的碘值较高，为128.11 gI/100 g，表明油脂中不饱和脂肪酸含量较高，油脂的酸值和过氧化值较低，表明油脂中游离脂肪酸的含量较低，皂化值非常高，表明油脂中含有较多的不皂化物质，和去污能力有一定关系。

表5 油脂的理化性质分析结果

2.4 油脂热力学分析结果

油脂的差示扫描量热DSC热力学分析(图5)表明，美洲大蠊油脂的熔点3.56 ℃，结晶点-36.37 ℃。

图5 超微波油脂DSC热力学曲线

3 讨论与结论

美洲大蠊成虫油脂超声波-微波法最佳提取条件为：超声波功率321.35 W，微波功率179.84 W，温度50.07 ℃，理论得率为31.00%，实际得率为30.65%。在此条件下提取的美洲大蠊成虫油脂中共检测出13种脂肪酸成分，其中以棕榈酸、油酸和亚油酸3种脂肪酸为主，占总脂肪酸含量的77.02%，含量分别为70.47、36.49、81.38 mg/g。不饱和脂肪酸含量高，占总脂肪酸含量的71.49%，油酸和亚油酸占不饱和脂肪酸含量的91.48%。油脂饱和度(HIS)S为0.67，为浅黄色，碘值为128.11gI/100 g、酸值为8.73 mgKOH/g、过氧化值为1.10 mmol/kg、皂化值为407.17 mgKOH/g，油脂的熔点为3.56 ℃，结晶点-36.37 ℃。油脂品质较好，可能作为潜在的食用油脂来源。

本研究采用超声波-微波法提取到的美洲大蠊体内油脂质量分数在30%以上，高于周琼等[10]报道为17%，GC-MS共鉴定出13种脂肪酸成分，也多于其报道的7种脂肪酸，这可能与提取方法和样品的来源不同有关，有试验发现饲养方法以及饲养条件会对昆虫油脂的含量和构成产生影响[8]。美洲大蠊油脂的油酸、棕榈酸和棕榈油酸含量较高，与黄粉虫，蜣螂油脂体内含有15%甚至更低的报道具有较大差异[15-17]。酸值表示油脂中游离脂肪酸的含量，主要用来衡量食用油脂品质的好坏，酸值越高说明油脂中游离脂肪酸含量越高，油的品质越差[18]，饮食中不能含有较高的游离脂肪酸。本文油脂的酸值为8.73 mgKOH/g，低于已经报道的食用油脂如棕榈油的酸值(19.3 mgKOH/g)[19]，达到食用油脂标准。前人研究认为，昆虫油脂如家蚕蛹、家蝇幼虫和家蟋成虫的饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的比例比较接近当今营养学推荐的人体最佳食用脂肪酸标准，脂肪酸组成合理，可作为天然优质食用油[20-22]，从本文的分析结果看，美洲大蠊成虫油脂性质类似，具有潜在的开发利用价值。

棕榈酸、棕榈油酸、油酸和亚油酸都是重要的脂肪酸，棕榈油酸是主要的单不饱和脂肪酸之一，血清胆固醇甲酯中棕榈油酸的含量影响到肝脂库中的碳转化为脂肪酸[23]，与人体肥胖具有显著的相关性，但具体的机制并不清楚[24]。棕榈酸和棕榈油酸与人体糖尿病也有密切关系，棕榈酸具有较强的促胰岛素效应[25]，对β-细胞的翻转和功能具有明显的影响，能够在β-细胞中通过葡萄糖介导的细胞凋亡途径调控胰岛素水平[26]，同时棕榈酸能够增加人体总脂蛋白和低密度脂蛋白水平，增加心血管疾病的风险，所以饮食中应控制棕榈酸的含量[27]。油酸主要来源于橄榄，其含量高低是评价食用油脂的重要指标，同时油酸和亚油酸的含量高低对人体健康具有重要作用，长期摄入富含油酸的食品，可以降血压、减少高血压的风险，能够同时在体内和细胞中通过分子水平调控G蛋白偶联信号，进而调控血压[28-30]。奇数碳脂肪酸在大多数的哺乳动物组织中很罕见，在反刍动物中，奇数碳脂肪酸氧化提供的能量相当于他们所需能量的25%。在皮下脂肪组织和血清中奇数碳脂肪酸水平已经被人类用来作为反刍动物脂肪摄入的指标，研究证实奇数碳脂肪酸在体内和体外都具有抗肿瘤活性[31-33]，本研究发现，美洲大蠊中棕榈酸，棕榈油酸、油酸和亚油酸4种脂肪酸含量非常高，所以美洲大蠊中脂肪酸具有潜在药物开发价值。

志谢：本研究由国家林业局“西南特色昆虫资源及经济树种种资资源收集保存与良种繁育基地建设”项目资助。

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Periplaneta Americana Fat Extraction and Properties Analysis

Yuan Dongqiang1,2He Zhao1,2Sun Long2Li Xian2Zhao Min2Feng Ying1,2

(Research Institute of Resource Insects CAF1，Kunming 650224)(Key Laboratory of Cultivation and Utilization of Resource Insects2，State Forestry Administration，Kunming 650224)

The extract method and properties ofPeriplanetaAmericanafat had been researched in the paper to lay the foundation for utilization.The ultrasonic wave-microwave extraction conditions ofPeriplanetaAmericanafat were optimized by Response Surface Methodology(RSM).The thermodynamic，physicochemical property and the composition of fatty acid of the fat were evaluated.The results showed that the optimum condition of ultrasonic wave-microwave extraction were as follows：extraction time of 5 min，the ratio of extraction solvent to material of 10∶1，ultrasonic power of 321.35 W，microwave power of 179.84 W，extraction temperature at 50.07 ℃.The theoretical extraction yield could be 31.00%and the actual extraction yield could be 30.65%on the optimum condition.13 kinds of fatty acid were detected by GC-MS.Palmitic acid，oleic acid and linoleic acid were the major compositions to occupy 77.02% of the total fatty acid content.The contents of three fatty acids were 70.47 mg/g，36.49 mg/g，and 1.38 mg/g，respectively. The hue-saturation-intensity value of fat was 0.67；the iodine value，acid value，peroxide value and saponification value of the fat were 128.11 g/100g，8.73 mg/g，1.10 mmol/kg，and 407.17 mg/g.The meilting point and crystallization point of the fat were 3.56 ℃ and-36.37 ℃ respectively.The quality of the fat was fine，could be applied as the potential sources of edible fat.

PeriplanetaAmericana，fat，GC-MS，Physical and Chemical Properties，fatty acid，DSC

Q547

A

1003-0174(2016)03-0084-07

2014-07-14

袁东强，男，1989年出生，硕士，昆虫生理生化

冯颖，女，1960年出生，研究员，食药用昆虫