卵磷脂提取與純化技術(shù)研究進展

劉文倩 廖 泉 趙玲艷 鄧放明

LIU Wen－qian 1，2 LIAO Quan 1，2 ZH AO Ling－yan 1，2 DENG Fang－ming 1，2

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128）

（1.College of Food Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2.Hunan Provincial Key Laboratory of Food Science and Biotechnology，Changsha，Hunan 410128，China）

卵磷脂廣義上指一類不溶于丙酮的磷脂混合物，包括磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、肌醇磷脂、磷脂酸、磷脂酰絲氨酸、及少量甘油三酯和糖脂等；狹義的卵磷脂即指磷脂酰膽堿。

卵磷脂根據(jù)來源分為植物性卵磷脂和動物性卵磷脂。植物性卵磷脂主要來源于植物油脫膠時產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其中以大豆最高，約含2%～3%，其中磷脂酰膽堿約30%。動物性卵磷脂中以蛋黃含量最多，約10%，磷脂酰膽堿含量約70%［1］。卵磷脂根據(jù)制得途徑和磷脂酰膽堿含量又可以分為濃縮卵磷脂、去油卵磷脂、高純度精制卵磷脂和改性卵磷脂。由于卵磷脂結(jié)構(gòu)中同時存在親水的磷酸脂基團和疏水的脂肪酸基團，使其具有很好的表面活性，因此在食品、化妝品和醫(yī)藥業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，可作為乳化劑、黏度調(diào)節(jié)劑和穩(wěn)定劑添加到焙烤食品、巧克力、奶粉、人造黃油、蛋黃醬等食品中［2－4］。

自20世紀(jì)70年代以來，卵磷脂的保健作用及理化功能就得到了反復(fù)的試驗與驗證，尤其是蛋黃卵磷脂和大豆卵磷脂，研究［5］發(fā)現(xiàn)蛋黃卵磷脂相比于大豆卵磷脂飽和脂肪酸比例大，氧化性好且更容易被人體吸收。Nabila Belhaj等［6］通過測定卵磷脂中的脂肪酸組成發(fā)現(xiàn)其含有高比例的長鏈多不飽和脂肪酸（LC－PUFA），尤其是二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），且由卵磷脂酯化得到LC－PUFA與α－生育酚有協(xié)同抗氧化作用。Kullenberg等［7］發(fā)現(xiàn)磷酯酰乙醇胺以及商業(yè)卵磷脂中的天冬酰胺和天冬氨酸可以降低加熱食品中的丙烯酰胺的含量。Thomas A Wilson等［8］以患有高膽固醇血癥的倉鼠和猴子為試驗對象，發(fā)現(xiàn)大豆卵磷脂可以降低血漿脂蛋白和膽固醇含量，進而改善早期動脈粥樣硬化，其效果甚至超過人們所熟知的亞油酸。因此 膳食中適當(dāng)攝入卵磷脂可以緩解一系列人類疾病，如冠狀動脈心臟病、腫瘤和炎癥等。另外 María C.Penci等［9］還通過水解、酯交換、醇解等方法改變磷脂中的親水性和疏水性脂肪酸的比例，從而使改性后的卵磷脂有更為廣闊的用途。徐榕榕等［10］用磷脂酶A2水解蛋黃磷脂后發(fā)現(xiàn)改性后的蛋黃粉的乳化和穩(wěn)定性均優(yōu)于未改性的蛋黃粉，改性蛋黃制作的蛋黃醬可耐高溫，在100℃，30 min的條件下不會破乳。由于卵磷脂的理化性質(zhì)與保健功能與其中所含磷脂單體的組成和含量有直接關(guān)系，因此卵磷脂的制備工藝還需要更加深入研究。另一方面，中國市場上的卵磷脂主要依靠進口，尤其是在醫(yī)藥、保健中所需的高純度（純度大于95%）的精制卵磷脂。因此如何對粗卵磷脂進行精制、提高卵磷脂純度成為當(dāng)前研究的熱點。下面就卵磷脂的分離提取和精制方法現(xiàn)狀進行概述，以期為卵磷脂開發(fā)更為廣闊的市場提供理論基礎(chǔ)。

1 卵磷脂提取方法

1.1 有機溶劑萃取法

有機溶劑萃取卵磷脂的原理是根據(jù)不同物質(zhì)在同種溶劑中溶解度的不同而將卵磷脂與其他物質(zhì)分離，其優(yōu)點是操作簡單、周期短、易于連續(xù)操作和控制，因此成為目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的方法。影響溶劑提取效果的因素有以下幾個方面：

（1）原料前處理。起始原料的狀態(tài)對提取效果有不同程度的影響，Luz E.Palacios等［11］首先將原料蛋黃處理為常態(tài)蛋黃、加熱至熟蛋黃、丙酮脫油蛋黃和不脫油蛋黃，然后用95%的乙醇進行提取。結(jié)果表明，蛋黃加熱前后對卵磷脂的提取率無明顯差異，而先用丙酮脫油的蛋黃較之不脫油的蛋黃提取率低，純度高；推測這是由于在有油的環(huán)境下，磷脂酰乙醇胺會部分溶解，而磷脂酰膽堿不溶解，使得磷脂酰膽堿能更好的被乙醇提取。

（2）溶劑種類。常用的提取卵磷脂的溶劑有甲醇、乙醇、乙醚、正己烷和氯仿等。D.M.Cabezas等［12］采用無水乙醇提取向日葵籽中的卵磷脂，在提取溫度65℃、溶劑與卵磷脂比3∶1（V／m）、提取時間90 min時達到最大提取率57.7%。陳艷輝［13］比較了單一溶劑和混合溶劑的提取效果，發(fā)現(xiàn)二元溶劑氯仿－甲醇、氯仿－乙醇和甲醇－乙醇分別在配比為1∶2，1∶3，1∶4時提取率最佳，分別為98.62%，97.68%，99.65%，均優(yōu)于用單一溶劑（乙醇）提取。

（3）提取條件。提取條件包括溶劑用量、提取時間和溫度等。林慧敏等［14］以鮟鱇魚加工下腳料為原料，先用丙酮脫油，再用乙醇萃取，在提取溫度50℃，乙醇濃度90%，提取時間120 min，料液比1∶10的條件下，平均提取率可以達到2.20%，這對于淡水魚下腳料的深度開發(fā)提供了方向。吳漢東等［15］在提取蛋黃卵磷脂時先向原料中添加0.06%蛋白酶，將蛋白質(zhì)降解成肽類和游離脂肪酸，破壞脂蛋白結(jié)構(gòu)，降低蛋黃黏度，再用95%的乙醇，25℃下提取60 min，卵磷脂最高得率為10.41%。顧明芳等［16］在對鴨蛋黃酶解的同時，連續(xù)萃取上層有機相中的甘油三酯，然后用乙醇提取下層卵磷脂，提取率可達67.7%。S.Manjula等［17］探討了溶劑法在實驗室規(guī)模和工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)上的比較從而為試驗研究走向工業(yè)生產(chǎn)的可行性奠定了基礎(chǔ)，以卵磷脂得率的微小差別（相差0.7%）說明溶劑法在機器化生產(chǎn)線上也有比較理想的效果。同時，為了提高溶劑萃取法的效率，近年來國內(nèi)學(xué)者對于溶劑提取的輔助方法也做了一些探索。

1.1.1 超聲輔助提取法 超聲輔助是利用超聲波的強烈震動加速分子運動，破換細胞壁，使提取物與溶劑分子作用更加強烈從而深入滲透進行有效提取。超聲提取相比不加任何輔助提取來說，時間短、提取率高、且設(shè)備簡單，故有很好的應(yīng)用。但超聲輔助的時間、溫度和功率都要有效控制，因為時間的長短會使卵磷脂氧化和溶劑揮發(fā)，溫度的高低對提取時的分子環(huán)境有影響，溫度低，分子運動緩慢，消耗時間長，溫度高可以破壞脂蛋白的連接結(jié)構(gòu)，但同時黏度增大，也不利于提取。

肖虹等［18］在提取雞蛋中的卵磷脂時，發(fā)現(xiàn)在45℃條件下采用超聲輔助提取30 min，提取效果最佳，卵磷脂的提取率為12.46%。尤秀麗等［19］也證實了超聲的空化效應(yīng)、機械振動、熱效應(yīng)等多重作用可以加速天然活性成分的溶出和強化傳質(zhì)過程，從而能促進卵磷脂的分離。他的試驗結(jié)果表明在超聲功率為200 W，超聲溫度45℃，用85%的乙醇提取30 min，提取率可以達到12.34%。蘇鳳艷等［20］提取白僵蠶粉中的卵磷脂，通過丙酮沉淀，乙醇超聲提取，得到最佳超聲功率為200 W，超聲輔助提取時間40 min，料液比1∶3，卵磷脂的平均提取得率達15.962 mg／g，相比于不輔助超聲的方法提取率增加了2.73倍。

1.1.2 超高壓輔助提取法 超高壓是一種食品加工的新技術(shù)，在超高壓條件下，蛋白質(zhì)變性，酶失活，而如卵磷脂、維生素等小分子化合物可以完整保留，再通過細胞內(nèi)外壓力變化，使有效成分能夠滲透到細胞外的提取液中，達到有效提取的目的。利用超高壓技術(shù)提取生理活性物質(zhì)，提取效率高，溶劑消耗少，操作工藝簡單、安全。

馬挺君等［21，22］通過建立大豆卵磷脂得率與壓力、保壓時間、乙醇濃度和溶劑原料比的回歸方程得到超高壓溶劑提取豆粕卵磷脂的最優(yōu)條件為在280 MPa下保壓5 min，卵磷脂平均得率為10 mg／g，但由于該方法需要在100～1 000 MPa的高壓下進行，因此能耗大，對儀器的氣密要求嚴(yán)。

1.1.3 微波輔助提取法 該方法是將微波輻射與萃取溶劑結(jié)合，對目標(biāo)活性物質(zhì)有效提取分離的方法，提取分離過程周期短、溶劑用量少、選擇性強且提取率高，可以有效克服傳統(tǒng)萃取工藝耗時長、溶劑用量大的不足。

張昆明等［23］比較了傳統(tǒng)單一溶劑、混合溶劑、超聲波輔助、微波輔助及微波－超聲波協(xié)同輔助5種提取方法，試驗結(jié)果表明在微波輻射功率為640 W，輻射60 s的條件下，微波－超聲波輔助提取的得率最高，為9.357%。高夢祥等［24］在采用丙酮沉淀－95%乙醇提取魚鱗中的卵磷脂時以超聲輔助，得到最佳超聲功率為240 W，超聲時間4 min，在此條件下，提取率為23.87 mg／g。說明微波輔助不僅可以明顯縮短提取時間，同時簡化了提取工藝，而且可行性強。

雖然溶劑提取法簡單易操作，可連續(xù)化生產(chǎn)，然而其需要反復(fù)提取、消耗大量有機溶劑，同時不可避免殘留帶來的危險，對于食品行業(yè)存在一定的風(fēng)險。

1.2 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取技術(shù)可以選擇性的提取和分離出食品中的非極性脂肪和少量極性脂肪。其優(yōu)點是不存在有機溶劑的殘留，但是需要高壓環(huán)境，消耗大量能量，成本高，因此不能廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，而且隨著分離過程的進行，卵磷脂的黏度增大，對提取效果和儀器也有一定影響。國外不少學(xué)者不僅優(yōu)化了提取工藝，并通過試驗現(xiàn)象得出了一些規(guī)律和經(jīng)驗。

Heikki Aro等［5］綜合溶劑萃取和超臨界萃取提取卵磷脂，通過優(yōu)化工藝得到超臨界最佳萃取溫度為70℃，萃取壓力為45 MPa，萃取劑流速為0.45 L／min，總萃取時間為6 h，在此條件下，卵磷脂的提取率可以達到72%～99%，其中磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇脂的含量比值為6∶1～7∶1。Jun－Ho Yun等［25］采用響應(yīng)面曲線法研究超臨界萃取溫度、時間和料液比對卵磷脂提取率的影響，雖沒有得到最佳工藝，但試驗結(jié)果反應(yīng)出了如下規(guī)律：① 在一定范圍內(nèi)，提取率隨溫度、時間和料液比的增大而增大；② 在萃取5 min以內(nèi)，提取率沒有顯著性差異；③ 當(dāng)乙醇／卵磷脂 （V／m）的比例高于50 L／kg時，再增加乙醇劑量不會顯著增大提取率。Nielsen等［26］比較了超臨界CO2萃取液態(tài)蛋黃與蛋黃顆粒的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)液態(tài)蛋黃的中性脂脫除率是蛋黃粉顆粒的3倍，這是由于蛋黃粉顆粒細小，CO2在顆粒空隙中通過會產(chǎn)生“柵欄現(xiàn)象”，不利于卵磷脂的富集，因此提取率較低。

在超臨界CO2萃取的過程中還會加以輔助溶劑，這是因為單獨使用CO2只能溶解中性脂肪，而加入夾帶劑則可以溶解磷脂等極性脂肪。并且若使用純CO2萃取卵磷脂，萃取壓力需達到60～100 MPa［27］，而若有夾帶劑乙醇或丙酮，則在62℃，17～20 MPa就可以達到分離目的［28］。分離后得到的中性脂肪和蛋白質(zhì)因為富含營養(yǎng)成分也將成為今后的研究方向。

2 卵磷脂精制方法

2.1 膜分離法

膜分離法的原理是利用卵磷脂在一定溶劑體系中形成反膠束集團，體積增大，因而可以通過膜的阻隔而得到分離。膜技術(shù)由于沒有使用化學(xué)試劑并且節(jié)能，吸引了很多學(xué)者的研究，同時膜抗污染的能力得到了很好的改善，但滲透量和膜的壽命卻仍制約著膜工藝的工業(yè)化。

最早將膜分離應(yīng)用于卵磷脂制取工藝的是美國ADM公司［29］，通過聚已二稀膜截留10～50 kDa的分子，得到的粗制卵磷脂中丙酮不溶物的濃度為90%。無機膜同樣可以阻隔磷脂膠束，F(xiàn)angbo Liu等［30］研究表明，當(dāng)粗卵磷脂與乙烷的料液比為1／3（m／V），選擇5 nm孔徑的無機陶瓷膜，室溫下在0.25 MPa壓強下循環(huán)超濾，卵磷脂的回收率最高可以達到84%，丙酮不溶物為96.32%。S.Manjula等［17］首先將原料溶于9倍體積的正己烷溶液中，然后選用型號為NTGS－2200的無孔疏水聚合膜進行純化，純化過程為批量進樣－間歇超濾－連續(xù)超濾，最后滲透液在45～50℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去正己烷。結(jié)果表明，單次過膜丙酮不溶物從63.2%可以增加到81.0%。劉青松等［31］以70%左右的蛋黃磷脂為原料，采用100～200 nm的無機陶瓷雙膜體系，通過連續(xù)過膜的方法實現(xiàn)卵磷脂的純化。結(jié)果表明，在溫度25℃、溶劑為乙醇－正己烷 （V／V 為75／25）、膜壓力0.1 MPa、料液比為1∶20（m／V）的條件下，提純效果最佳，分離制得的磷脂酰膽堿純度為85%。

然而，不論是聚已二稀膜還是無機陶瓷膜，由于流通性能不高，難以使產(chǎn)品量化生產(chǎn)，同時膜的壽命還受清洗方式的制約，因而現(xiàn)階段膜分離法還僅限于實驗室研究。

2.2 柱層析法

柱層析法又稱柱色譜法，是根據(jù)樣品中各組分在固定相和流動相中分配系數(shù)不同，經(jīng)多次反復(fù)分配將組分分離，再通過洗脫收集樣品，檢測分離效果的一種分離方法。柱層析法又分為吸附柱層析和離子交換柱層析，常使用的吸附劑為硅膠、硅藻土和氧化鋁。錢俊青等［32］以菜籽粉末磷脂為原料，以六號溶劑為吸附介質(zhì)，通過靜態(tài)吸附試驗發(fā)現(xiàn)60～100目硅膠吸附效果最佳，在硅膠、六號溶劑、無水乙醇與卵磷脂濃 縮 樣 品 比 分 別 為 3∶ 1（m／m），18∶ 1（V／m），24∶1（V／m）時，先吸附45 min、再解吸30 min，獲得樣品磷脂酰膽堿純度從45.12%提高到72.45%，回收率為33.67%。韓雪等［33］以粗腦苷脂為原料，用硅膠柱層析分離純化，采用氯仿－甲醇溶劑體系梯度洗脫，洗脫方式為氯仿∶甲醇 （V／V）依次為100∶1，50∶1，100∶3，25∶1，20∶1，15∶1，極性梯度由低到高，通過收集二次柱層析洗脫液，在薄層層析上可明顯的得到磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺等7個斑點，從而分離得到了高純度的卵磷脂。朱驟海等［34］用二價銅離子配體交換樹脂，通過測定不同溶劑體系中樹脂對大豆卵磷脂的吸附量，說明樹脂對磷脂酰乙醇胺、肌醇磷脂等雜質(zhì)有較好的吸附能力，分離后得到的卵磷脂中磷脂酰膽堿純度可達92%。許海丹等［35］進行了不同流動相組成、進樣濃度、流速、溫度等對硅膠柱上磷脂穿透曲線影響的試驗研究，發(fā)現(xiàn)磷脂酰膽堿與硅膠的結(jié)合力要強于磷脂酰乙醇胺，因此在流出曲線中出峰時間腦磷脂早于卵磷脂。司朝勇等［36］分別研究了含水量對硅膠和氧化鋁柱層析法分離磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺效果的影響規(guī)律，首先將粗磷脂溶解于氯仿，然后依次用氯仿－甲醇混和液洗脫，發(fā)現(xiàn)初始硅膠含水量在10%～12%和流動相含水量在0.5%～0.9%時可以實現(xiàn)磷脂酰膽堿與磷脂酰乙醇胺的基線分離，磷脂酰膽堿的回收率可達85%以上，而氧化鋁初始含水量在8%和流動相含水量為0.1%～1.1%時回收率在90%以上。柳葉等［37］探究了氧化鋁柱層析同時分離純化磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺的工藝過程，得到最優(yōu)試驗條件：上樣質(zhì)量濃度為100 g／L，流動相為純甲醇，洗脫劑為氯仿－甲醇 （V／V 為1∶4），流速為1.0～2.5 BV／h，梯度洗脫可得到純度分別為95%和80%的磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺。Rahul D.Jangle等［38］在100～200目的硅膠柱色譜上進行純化，用已睛梯度洗脫，得到的磷脂酰膽堿的純度為95%～98%。Vilas V.Patil等［39］通過靜態(tài)吸附和解吸試驗對陽離子交換樹脂、疏水性樹脂、二氧化硅和氧化鋁4種吸附劑進行篩選，最終確定以100～120目的硅膠為固定相，用乙酸乙酯－甲醇溶劑為流動相，用乙酸乙酯∶甲醇 （V／V）依次為50∶50，35∶65，30∶70，20∶80，10∶90進行梯度洗脫，純化后磷脂酰膽堿含量為84%。

柱層析法操作簡單，分離單體效果突出，制得的產(chǎn)品純度高，但普遍存在洗脫時間過長，溶劑消耗大的問題，而且處理量十分有限，還會引入帶毒性的有機溶劑，因而使其應(yīng)用受到限制。

2.3 無機鹽復(fù)合沉淀法

該方法是利用無機鹽可與磷脂酰膽堿生成沉淀從而分離得到高純度的卵磷脂，常用的無機鹽有ZnCl2、MgCl2、CdCl2、CaCl2、MgSO4等。吳漢東等［40］先用酶解－乙醇法制得粗卵磷脂，然后用CdCl2進一步沉淀純化，通過金屬離子濃度對卵磷脂含磷量的影響得到最優(yōu)CdCl2濃度為40%。吳曉英等［41］使用ZnCl2沉淀法精制卵磷脂，發(fā)現(xiàn)當(dāng)ZnCl2濃度為10%時，純化效果最佳，產(chǎn)品中卵磷脂含量達94.25%，回收率為80%，且薄層層析結(jié)果中只有磷脂酰乙醇胺和磷脂酰膽堿兩個斑點。Vilas V.Patil等［39］首先用丙酮沉淀，然后用0.01～0.04 g／m L的 MgSO4·7 H2O 純化粗卵磷脂，磷脂酰膽堿的含量隨MgSO4濃度的增大呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，且用濃度為0.010 25 g／m L MgSO4重復(fù)沉淀3次時，卵磷脂的純度可以提高到60%。

無機鹽復(fù)合沉淀法成本低，精制得到的產(chǎn)品色澤好，但操作步驟冗多，且容易造成金屬鹽的殘留，也對除雜工藝造成了一定的難度。

2.4 超臨界抗溶劑法

超臨界抗溶劑法是由Gallagher［42］于1989年提出，后來主要應(yīng)用于藥物的造粒和微粉化。該過程是以超臨界流體（supercritical fluid，SCF）作為反萃取劑，利用待分離物質(zhì)在溶劑中溶解度大，而在SCF中溶解度小的性質(zhì)，當(dāng)SCF溶解于溶劑中時，溶液稀釋膨脹，密度下降，短時間內(nèi)造成溶液的過度飽和而使溶質(zhì)析出。Mamata Mukhopadhyay等［43］采用氣體抗溶劑結(jié)晶法制備精制卵磷脂，以超臨界二氧化碳為抗溶劑，正己烷為溶劑，對精制條件進行分析，試驗得出在溫度為25℃，壓強為5.8 MPa的條件下，純化含油率為60%的粗卵磷脂，純度可以提高到98.6%，回收率為78%。María C.Penci等［9］在超臨界萃取技術(shù)后采用該技術(shù)，可以除去超臨界夾帶乙醇流體萃取出的其他物質(zhì)，以提高卵磷脂的純度。超臨界抗溶劑法的特點是耗能少，重復(fù)性好，無有毒溶劑殘留，產(chǎn)品顆粒小且分布均勻，但成本高。

3 結(jié)論與展望

目前世界對卵磷脂的需求量和消費量日益增大，卵磷脂的應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸擴展，展望未來卵磷脂的研究方向，有如下幾個方面：

（1）中國是油脂生產(chǎn)大國，據(jù)統(tǒng)計［44］，磷脂的潛在產(chǎn)量高達13.25萬t／年，并且還在持續(xù)增長，而國內(nèi)的生產(chǎn)能力卻不到1／10。因此發(fā)展一種適用于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的卵磷脂分離提取方法十分必要。同時可以對提取后的卵磷脂的基礎(chǔ)特性進行研究，以指導(dǎo)分離方法的選擇和副產(chǎn)品的深度利用。

（2）高純度精制卵磷脂（磷脂酰膽堿含量大于95%）由于其純度高，乳化性和穩(wěn)定性好，可應(yīng)用于醫(yī)藥和保健食品的開發(fā)。中國在高純度卵磷脂的制備工藝上還較薄弱，因此針對不同來源卵磷脂的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，改進精制方法以獲得優(yōu)質(zhì)的高純卵磷脂產(chǎn)品，具有節(jié)約資源、降低成本、保護環(huán)境的重大意義，也是今后卵磷脂深入開發(fā)的重大研究課題。

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