尿素循環(huán)包絡濃縮魚油中EPA和DHA

吳 昊， 張 春 枝， 吳 文 忠,2

( 1.大連工業(yè)大學 生物工程學院， 遼寧 大連 116034;2.大連醫(yī)諾生物有限公司， 遼寧 大連 116600 )

0 引 言

魚油富含多不飽和脂肪酸EPA與DHA，具有降低人體內血清膽固醇及低密度脂蛋白含量、防治心血管病和抗炎、抗癌等特殊功效[1]；DHA還具有健腦益智、提高視力的功效[2]。因此，EPA和DHA的濃縮分離也就成為國內外研究的熱點[3]。尿素包絡魚油的基本原理為：尿素晶體一般是以正方晶形存在，但是如果尿素溶液和某些直鏈分子(如直鏈飽和脂肪酸及其酯類)同時存在時，將會形成內含直鏈分子的六方柱包合物結構而結晶析出。由于不飽和脂肪酸順式雙鏈數(shù)目增加，而使分子形狀彎曲，造成體積增大而不易與尿素形成此類包合物[4]。尿素包絡法的特點是操作簡單、選擇性強、成本低。本實驗對傳統(tǒng)的尿素包絡法進行優(yōu)化，旨在研究尿素的可循環(huán)性，將使用過的尿素回收再利用，對魚油進行高效濃縮，提高EPA與DHA的含量即提高產品收率。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

魚油，加拿大海洋營養(yǎng)保健品公司(ONC)生產，EPA和DHA的總質量分數(shù)為56%；尿素，遼寧華錦通達化工股份有限公司生產，總氮質量分數(shù)≥46.3%；無水甲醇、正己烷，分析純；真空蒸餾裝置；氣相色譜儀。

1.2 方 法

1.2.1 第一次尿素包絡

將魚油、尿素和無水甲醇按一定的比例加入到三口燒瓶中，攪拌，水浴加熱到60～65 ℃，反應30 min。自然冷卻至室溫，待30 min后再進行真空抽濾。旋轉蒸發(fā)脫去甲醇，水洗2～3次，計算收率，測定EPA、DHA質量分數(shù)。

1.2.2 第二次尿素包絡

在第一次尿素包絡的最佳比例下，將尿素和無水甲醇按一定的比例加入濾液中，攪拌，水浴加熱到60～65 ℃，反應30 min。自然冷卻至室溫，待30 min后再進行真空抽濾。旋轉蒸發(fā)脫去甲醇，水洗2～3次，計算收率，測定EPA、DHA質量分數(shù)。

1.2.3 尿素的循環(huán)利用

按照兩次包絡的最佳比例，將第二次包絡后的尿素投入到新實驗中進行第一次包絡反應。反應后，依最佳比例添加新尿素進行二次包絡，并分別計算兩次包絡的收率及質量分數(shù)。

1.2.4 EPA、DHA質量分數(shù)的計算及測定

W=m1/m2

式中，W為包絡后產品的收率；m1為EPA與DHA的質量；m2為被測產品的質量。

采用氣相色譜法[5]測定EPA與DHA的質量分數(shù)。取1 mL濾液放入試管中，加入2 mL的正己烷，使其混合均勻，加入10 mL的去離子水，振蕩洗滌，取上層溶液進行分析。

色譜條件：色譜柱，F(xiàn)FAP毛細管色譜柱；柱溫，205 ℃，汽化室、檢測器260 ℃；載氣(氮氣)，柱前壓，103.425 kPa；體積流量，15 mL/min；空氣體積流量，300 mL/min；氫氣體積流量，30 mL/min。

1.2.5 產品收率的計算

V=n1/n2

式中，V為包絡后產品的收率；n1為包絡反應后魚油的質量；n2為包絡反應前魚油的質量。

1.2.6 尿素的使用和回收

將尿素按一定的比例加入到魚油及甲醇的混合液中，反應完畢后抽濾待用。尿素循環(huán)使用時將第二次包絡后回收的尿素作為反應物重新加入到反應液中。

2 結果與討論

2.1 第一次尿素包絡最佳比例的確定

選用不同的尿素比例進行反應，反應的收率及EPA與DHA的質量分數(shù)見表1。由表1可以看出，EPA和DHA的質量分數(shù)是隨著尿素量的增加而增加，而收率是隨著尿素量的減少而減少。所以為了既獲得較高含量的EPA和DHA又要有較高的收率，選取魚油、尿素、甲醇的質量比為1∶0.7∶1.4作為第一次包絡的最佳比例，EPA和DHA的質量分數(shù)為69.024%，收率為60%。

表1 第一次尿素包絡尿素比例對EPA和DHA質量分數(shù)的影響Tab.1 Effect of urea on content of EPA and DHA on the first urea inclusion

2.2 第二次尿素包絡最佳比例的確定

第一次包絡后的產物中仍有少量甲醇存在，所以第二次包絡時可以相應減少甲醇的量。選用不同的魚油與尿素比例進行反應，反應的收率及EPA和DHA的質量分數(shù)見表2。由于EPA和DHA的質量分數(shù)是隨著尿素量的增加而增加的，而收率是隨著尿素量的減少而減少的，為了既獲得較高含量的EPA和DHA又要有較高的收率，選取魚油、尿素、甲醇的質量比為1∶0.7∶1.2作為第二次包絡的最佳比例，EPA和DHA的質量分數(shù)為80.5%，收率為42%。

表2 第二次尿素包絡尿素比例對EPA和DHA質量分數(shù)的影響>Tab.2 Effect of urea on content of EPA and DHA on the second urea inclusion

用氣相色譜檢測原料魚油與包絡兩次后濾液中的EPA和DHA質量分數(shù)，結果見圖1、2。

圖1 原料魚油的GC色譜圖Fig.1 GC chromatogram of raw fish oil

圖2 兩次包絡后魚油的GC色譜圖Fig.2 GC chromatogram of fish oil after the second urea inclusion

由圖1、2可以看出，EPA和DHA的含量有了很大的提高。這說明魚油中的飽和脂肪酸被有效地包絡到尿素中。

2.3 尿素循環(huán)使用時新、舊尿素最佳比例的確定

在反應過程中，尿素也會包絡少量的不飽和脂肪酸EPA和DHA，會對產物的收率有所影響。通過對尿素的循環(huán)使用以達到將尿素中包絡的EPA和DHA釋放出來的目的，從而提高產物的收率。將80 g魚油按1∶0.7∶1.4的比例與尿素和甲醇反應，所需尿素質量為56 g，按新、舊尿素的不同量進行第一次包絡，反應后按1∶0.7∶1.2進行第二次包絡。新、舊尿素的質量、EPA和DHA的質量分數(shù)及收率見表3。

表3 尿素循環(huán)中新、舊尿素質量對EPA和DHA質量分數(shù)的影響Tab.3 Effect of new and old urea on content of EPA and DHA on the urea circulation

由表3可以看出，隨著新尿素質量的增加，EPA和DHA的質量分數(shù)是增加的，收率卻是減少的；而當新尿素量為8 g時，EPA和DHA的質量分數(shù)及收率基本趨于穩(wěn)定。所以確定新尿素與舊尿素最佳的質量為8和48 g，EPA和DHA的質量分數(shù)為75.004%及收率為68%。

由上述實驗可以看出，這種高效富集EPA和DHA的方法是利用尿素溶液與飽和脂肪酸相結合而不與不飽和脂肪酸結合的特點來進行的。隨著尿素使用量的增加，EPA和DHA的含量也隨之升高，但由于尿素在反應中也包絡了少量的飽和脂肪酸，使EPA和DHA的含量在升高的同時，降低了EPA和DHA的收率。所以本實驗對尿素所占比例進行優(yōu)化，確定EPA和DHA含量與收率俱佳的尿素比例。為了將尿素包絡的飽和脂肪酸釋放出來，采取尿素循環(huán)利用，從而在獲得較高純度的EPA和DHA產品的同時，既提高了收率又節(jié)省了原料，解決了傳統(tǒng)尿素包絡僅能獲得高含量的產品而尿素不再利用，收率偏低的問題。

3 結 論

利用尿素溶液與飽和脂肪酸及其酯類相結合的特點，使用尿素對魚油進行濃縮。實驗確定最佳工藝條件為：第一次包絡魚油、尿素、甲醇的最佳質量比為1∶0.7∶1.4，第二次包絡魚油、尿素、甲醇的最佳質量比為1∶0.7∶1.2，在80 g魚油中，循環(huán)使用的新、舊尿素質量為8和48 g，使EPA和DHA的總質量分數(shù)由原來的56%提高到75%，收率可達68%。與傳統(tǒng)的尿素包絡方法相比，對尿素進行了循環(huán)利用，不僅高效地獲得純度較高的EPA和DHA產品、提高了收率，還節(jié)約了原料，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產。

[1] MCLENNAN P, HOWE P, ABEYWARDENA M, et al. The cardiovascular protective role of docosahexaenoic acid[J]. European Journal of Pharmacology, 1996, 300(1/2):83-89.

[2] 李彥杰,劉雄,闞健全,等. 魚油微膠囊技術研究[J]. 糧食與油脂, 2004(4):3-5.

[3] 唐君,張春枝,吳文忠. 一種魚油中EPA和DHA富集的新方法[J]. 大連工業(yè)大學學報, 2008, 27(2):102-104.

(TANG Jun, ZHANG Chun-zhi, WU Wen-zhong. A new method for extracting EPA and DHA from fish oil[J]. Journal of Dalian Polytechnic University, 2008, 27(2):102-104.)

[4] 汪秋安. DHA和EPA的開發(fā)與應用[J]. 糧油食品科技, 1998(3):16-17.

[5] 李波,楊景賢,韓麗,等. 魚油類保健品中不飽和脂肪酸的氣相色譜及質譜檢測研究[J]. 上海預防醫(yī)學, 2004, 16(5):211-214.