甲醇溶液中酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸

程 婷，楊國(guó)龍，畢艷蘭

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

甲醇溶液中酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸

程 婷，楊國(guó)龍*，畢艷蘭

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

以亞麻籽油為原料，采用酒石酸輔助尿素包合法富集其中的α-亞麻酸。研究了尿素/混合脂肪酸（mixed fatty acids，MFAs）、甲醇/MFAs、結(jié)晶溫度和結(jié)晶時(shí)間對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響；比較了甲醇體系中酒石酸輔助尿素包合法與傳統(tǒng)尿素包合法富集α-亞麻酸產(chǎn)品中α-亞麻酸的純度與回收率。研究發(fā)現(xiàn)，包合過(guò)程中的被包合順序依次為：棕櫚酸 ≈ 硬脂酸 > 油酸 >> 亞油酸 > α-亞麻酸；酒石酸/尿素為 1∶3(n/n)、尿素/MFAs為 2.5∶1（m/m）、甲醇/MFAs為 10∶1（V/m），結(jié)晶溫度-8 ℃、結(jié)晶 8 h時(shí)，富集產(chǎn)品中 α-亞麻酸含量為 78.6%，α-亞麻酸的回收率為60.9%。

酒石酸；尿素包合；富集；α-亞麻酸；甲醇

0 前言

α-亞麻酸是人體必需脂肪酸，對(duì)人類營(yíng)養(yǎng)和疾病預(yù)防具有重要意義，在食品、藥品、保健品、化妝品行業(yè)有廣泛的應(yīng)用[1]。關(guān)于α-亞麻酸富集方法的研究有很多[2-11]，尿素包合法以尿素獨(dú)特的四方晶型，在與脂肪酸共溶于溶劑重新結(jié)晶時(shí)，可以包裹直鏈的脂肪酸形成六方晶體，而不飽和酸由于其雙鍵使分子的體積增大，因此不易被尿素包裹，雙鍵越多越不易包合，從而可以對(duì)飽和酸和不飽和酸進(jìn)行分離[4]。尿素包合法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本較低等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于α-亞麻酸等多不飽和酸的富集[2-11]；尿素包合過(guò)程中的因素，如尿素用量、溶劑種類和用量、結(jié)晶溫度、結(jié)晶時(shí)間都會(huì)影響富集的效果。尿素包合法純化亞麻籽油中α-亞麻酸的研究很多，但存在收率不高的問(wèn)題。

酒石酸是一種含有多個(gè)羥基的短碳鏈羧酸，易與尿素以氫鍵聯(lián)結(jié)[12-13]，也常用作緩凝劑[14]。已有研究發(fā)現(xiàn)酒石酸可以在尿素包合的過(guò)程中與尿素結(jié)合，輔助尿素包合脂肪酸，影響尿素包合物的結(jié)構(gòu)，從而改善包合的效果[15]。作者以亞麻籽油為原料，研究了酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的工藝，在提高α-亞麻酸純度的同時(shí)，提高其回收率；并且研究了富集過(guò)程中各種脂肪酸在包內(nèi)和包外的分配規(guī)律，為α-亞麻酸的實(shí)際生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷榨亞麻籽油：呼和浩特市蒙谷香生物科技有限公司；酒石酸（>99.5%）：阿拉?。ㄉ虾＃┰噭┯邢薰?；尿素、甲醇：分析純，天津科密歐試劑廠。脂肪酸組成：棕櫚酸（C16:0）6.0%、硬脂酸（C18:0）4.5%、油酸（C18:1）21.1%、亞油酸（C18:2）13.7%、α-亞麻酸（C18:3）54.7%。

1.2 主要儀器

90-1型恒溫磁力攪拌器：上海滬西分析儀器有限公司；Agilent 6890N氣相色譜儀：美國(guó)Agilent公司；F25-ME型高低溫循環(huán)器：德國(guó)Julabo公司；RV10型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：德國(guó)IKA集團(tuán)。

1.3 方法

1.3.1 混合脂肪酸的制備

稱取200 g亞麻籽油加入到400 mL 0.2 g/mL NaOH-95%乙醇溶液中，于80℃水浴中皂化回流4 h，然后加入100 mL石油醚繼續(xù)回流30 min。離心分離除去石油醚層，下層皂用6 mol/L鹽酸溶液酸解至pH為2左右。經(jīng)水洗，無(wú)水硫酸鈉除水，減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑后得混合脂肪酸（mixed fatty acids,MFAs）[6]。

1.3.2 α-亞麻酸的純化

(1)尿素包合法參照李桂華等[2]的方法進(jìn)行。

(2)酒石酸輔助尿素包合法：將酒石酸與尿素按一定比例溶于甲醇溶液中，待兩者完全溶解后將20 g MFAs加入其中，于60℃下加熱回流2 h。而后將混合液靜置冷至室溫，然后于更低溫度下養(yǎng)晶。一段時(shí)間后取出迅速減壓抽濾，得到固相（酒石酸-尿素-脂肪酸）和液相（以α-亞麻酸為主的不飽和脂肪酸）。

向液相中加入適量飽和食鹽水和石油醚于分液漏斗中分層，棄去下層水相，取上層有機(jī)相用去離子水洗至中性，經(jīng)無(wú)水硫酸鈉脫水后，減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除出有機(jī)溶劑，即得到富含α-亞麻酸的產(chǎn)品。

取固相溶于熱飽和食鹽水中，待完全溶解后，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，并加適量石油醚，靜置分層，除去下層水相，反復(fù)洗滌，至水洗液呈中性。向有機(jī)相加入無(wú)水硫酸鈉脫水，然后減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，即得未包合的脂肪酸產(chǎn)品。

式中：C為產(chǎn)品中某脂肪酸的含量，%；C0為原料中某脂肪酸的含量，%；m為產(chǎn)品質(zhì)量，g；m0為原料質(zhì)量，g。

1.3.3 脂肪酸組成分析

脂肪酸經(jīng)BF3甲酯化后，用氣相色譜分析樣品的脂肪酸組成[12]。色譜柱：BPX-70（30 m×250 μm×0.25 μm，澳大利亞SGE公司）；進(jìn)樣口溫度：210℃；柱溫：190 ℃；載氣：N2；流速：1.2 mL/min；檢測(cè)器溫度，300℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 尿素/MFAs對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響

以甲醇為溶劑，酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸過(guò)程中，包合體系液相中脂肪酸的組成及回收率如圖1-A、圖1-B所示，隨著尿素/MFAs（U/MFAs，m/m，下同）從1∶1 增至 3∶1，液相中飽和脂肪酸（硬脂酸、棕櫚酸）含量和回收率均逐步減小，到U/MFAs為3∶1時(shí)飽和脂肪酸的含量和回收率趨近于 0。U/MFAs由 1∶1 增加到 3∶1，油酸的含量緩慢下降，由18.5%降到2.6%，但油酸回收率卻快速下降，由73%降到5.3%。亞油酸的含量隨U/MFAs增加變化不明顯，在20%左右，亞油酸回收率明顯降低，由96.9%降低到54.1%。當(dāng)U/MFAs由1∶1增加到3∶1時(shí)，α-亞麻酸的含量呈逐漸上升趨勢(shì)，從60.9%提高到78.5%，α-亞麻酸回收率逐漸下降，從92.9%下降至61.4%。

林非凡等[7]采用尿素包合法提高α-亞麻酸的含量，在 MFAs∶尿素∶無(wú)水乙醇=1∶3∶7(m/m/V)條件下，包合溫度和時(shí)間分別為-20℃、30 h時(shí)，得到α-亞麻酸含量為93.3%的產(chǎn)物，但沒(méi)有給出α-亞麻酸的回收率。韓丹丹[9]研究得到最佳工藝為結(jié)晶溫度-20 ℃，MFAs:尿素:乙醇為 1∶1.5∶9(m/m/V)，結(jié)晶時(shí)間12 h，得到α-亞麻酸回收率為5.6%，α-亞麻酸含量從52.8%提高到76.3%。

固相包合物中脂肪酸組成及回收率如圖1-C、圖1-D所示。當(dāng) U/MFAs由1∶1增加到3∶1的過(guò)程中，硬脂酸和棕櫚酸的含量緩慢降低，分別由16.1%、26.3%降低到6.6%、10.3%；硬脂酸和棕櫚酸的回收率逐漸上升，在U/MFAs為2∶1以后基本趨于平穩(wěn)，分別達(dá)到81.9%和97%左右。油酸的含量先稍有增加（38.7%～42.2%）又下降（42.2%～34.8%），油酸的回收率也呈現(xiàn)先增加（26.5%～82.5%）后下降（82.5%～48%）的趨勢(shì)；亞油酸的含量由4.2%增加到10.9%，亞油酸回收率由4.4%增加到 44.9%。α-亞麻酸的含量由 13%增加到35.9%，α-亞麻酸回收率由3.4%增加到36.8%。隨著尿素用量的增加，棕櫚酸、硬脂酸和油酸的回收率會(huì)達(dá)到平衡，而亞油酸和α-亞麻酸的回收率則一直在增加（圖 1-D），這說(shuō)明當(dāng)尿素用量增加到一定值后，再增加尿素用量對(duì)飽和酸來(lái)說(shuō)沒(méi)有影響，只會(huì)使更多的不飽和脂肪酸進(jìn)入包合物，從而使液相脂肪中不飽和脂肪酸的回收率下降（圖 1-C），但其含量并沒(méi)有顯著的變化（圖 1-D）。

U/MFAs在 1∶1 至 3∶1 內(nèi)，相同 U/MFAs時(shí)，固相包合物中各脂肪酸回收率順序?yàn)樽貦八帷钟仓?>油酸 >>亞油酸 >α-亞麻酸（圖 1-D），這說(shuō)明在包合過(guò)程中棕櫚酸和硬脂酸最容易被包合，其次是油酸，亞油酸和α-亞麻酸不容易被包合，比較而言α-亞麻酸最難被包合。

2.2 甲醇/MFAs對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響（圖2）

液相非包合物中脂肪酸組成主要為油酸、亞油酸、α-亞麻酸（圖2-A），硬脂酸和棕櫚酸的含量不超過(guò)1%。液相非包合物中亞油酸和α-亞麻酸含量分別為70%和20%左右，隨著甲醇/MFAs（V/m，下同）從 9∶1增至 13∶1，其含量略有降低；油酸的含量隨甲醇/MFAs的增加而略有增加。α-亞麻酸和亞油酸的回收率隨甲醇/MFAs的增加沒(méi)有明顯變化，均在80%左右，但甲醇/MFAs由 9∶1增加到13∶1時(shí)，油酸的回收率由25%左右增加到約37%。這主要是由于隨著甲醇/MFAs的增加，溶劑的量不斷增大，尿素、脂肪酸、酒石酸在溶劑中分散得更加充分，使得尿素、脂肪酸的碰撞幾率加大，包合長(zhǎng)碳鏈飽和酸的選擇性增加，油酸、亞油酸、α-亞麻酸在液相非包合物中被富集。

圖1 尿素/MFAs對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響Fig.1 The effects of urea to MFAs ratio on αlinolenic acid(α-LA)

圖2 甲醇/MFAs對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響Fig.2 The effects of methanol to MFAs ratio on αlinolenic acid(α-LA)

2.3 結(jié)晶溫度對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響

在酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸時(shí)，溫度對(duì)液相非包合物中脂肪酸組成和各脂肪酸回收率的影響如圖3所示。隨著結(jié)晶溫度的升高，棕櫚酸、硬脂酸和油酸的含量略有增加，而亞油酸和α-亞麻酸的含量略有降低（圖3-A）；棕櫚酸和硬脂酸的回收率緩慢增加，油酸的回收率快速增加，亞油酸和α-亞麻酸的回收率先略有增加而后略有降低。當(dāng)結(jié)晶溫度為-16℃時(shí)，液相非包合物中α-亞麻酸的含量達(dá)極大值72.2%，亞油酸的含量為17.4%，油酸的含量為最小值8.7%，亞油酸和油酸的回收率都為極小值（分別為82.1%和26.6%）；硬脂酸和棕櫚酸的含量和回收率都小于1%。在結(jié)晶溫度為16℃時(shí)，液相非包合中硬脂酸和棕櫚酸的回收率仍較高，分別高達(dá)8.4%和29.5%。

圖3 結(jié)晶溫度對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響Fig.3 The effects of crystallization temperature on α-linolenic acid(α-LA)

2.4 結(jié)晶時(shí)間對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響

尿素包合反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過(guò)程，在酒石酸的輔助作用下，結(jié)晶時(shí)間超過(guò)8 h后，包合反應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡已基本形成，液相非包合物中各脂肪酸的含量基本維持不變（圖4-A）；棕櫚酸和硬脂酸的含量在1%以下，油酸、亞油酸和α-亞麻酸的含量分別為10%、17%和70%左右。棕櫚酸、硬脂酸和油酸的回收率也基本維持不變，而亞油酸和α-亞麻酸的回收率略有降低（圖4-B）。棕櫚酸和硬脂酸回收率分別在8%和3%以下，油酸的回收率為30%左右，亞油酸的回收率為75%～80%，α-亞麻酸的回收率為80%～82%。傳統(tǒng)尿素包合法富集α-亞麻酸時(shí)，包合時(shí)間都在12 h以上[2,7,9]，而本研究中包合時(shí)間為8 h，比傳統(tǒng)尿素包合法的包合時(shí)間大大縮短，提高了效率。

圖4 結(jié)晶時(shí)間對(duì)酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸的影響Fig.4 The effects of crystallization time on αlinolenic acid(α-LA)

2.5 酒石酸輔助尿素包合法與傳統(tǒng)尿素包合法富集α-亞麻酸的比較

由圖 5可知，采用傳統(tǒng)尿素包合法富集α-亞麻酸時(shí)，產(chǎn)品中的α-亞麻酸的含量為80.2%，回收收率為41.4%。酒石酸輔助尿素包合法純化得到的α-亞麻酸產(chǎn)品中，α-亞麻酸的含量為78.6%，回收率為60.9%；與傳統(tǒng)尿素包合法相比，α-亞麻酸的含量略有降低，但回收率大大提高。

如圖6所示，傳統(tǒng)尿素包合法形成的包合物晶體平均長(zhǎng)度為1～2 mm，酒石酸-尿素-脂肪酸包合物晶體平均長(zhǎng)度達(dá)0.7 cm，最長(zhǎng)的可達(dá)1.5 cm，晶體尺寸遠(yuǎn)大于尿素-脂肪酸晶體。這與陳素琴等[15]在研究酒石酸輔助尿素包合法純化紅花籽油時(shí)的結(jié)果相似。大晶體聚集時(shí)形成的空隙大于小晶體間的空隙，過(guò)濾時(shí)，包合物晶體與未包合物液體更容易分離，使得酒石酸-尿素-脂肪酸晶體吸附目標(biāo)不飽和脂肪酸的量大大降低，故可以在得到高純度α-亞麻酸的同時(shí)，大大提高其回收率。

圖5 傳統(tǒng)尿素包合法與酒石酸輔助尿素包合法對(duì)α-亞麻酸富集效果的對(duì)比Fig.5 Comparison of traditional urea fractionation and tartaric acid-assisted urea fractionation on enrichment of α-LA

圖6 尿素-脂肪酸晶體與酒石酸-尿素-脂肪酸晶體Fig.6 UIC crystal and tartaric acid-assisted UIC crystal

3 結(jié)論

酒石酸輔助尿素包合法富集脂肪酸過(guò)程中，各脂肪酸包合的優(yōu)先順序依次為：棕櫚酸 ≈ 硬脂酸>油酸 >>亞油酸 >α-亞麻酸。在酒石酸/尿素比為 1∶3（n/n），尿素/脂肪酸比為 2.5∶1（m/m），甲醇/脂肪酸比為 10∶1（V/m），結(jié)晶溫度-8 ℃，結(jié)晶 8 h時(shí)，富集產(chǎn)品中α-亞麻酸含量為78.6%，α-亞麻酸的回收率為60.9%。采用此法能夠縮短尿素包合的時(shí)間，并能提高α-亞麻酸的回收率。

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ENRICHMENT OF α-LINONEIC ACID BY TATARIC ACID-ASSISTED UREA FRACTIONATION IN METHANOL

CHENG Ting，YANG Guolong，BI Yanlan
（School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China）

Tartaric acid is a short carbon chain carboxylic acid with multi-hydroxyl group，which is easy to link with urea with hydrogen bond.It has been found that tartaric acid can assist the inclusion of fatty acids with urea in inclusion process，so as to improve the effect of inclusion.The present study was to investigate the enrichment of α-linolenic acid （α-LA）from linseed oil by tartaric acid-assisted urea fractionation.The effects of ratio of urea and mixed fatty acids （MFAs），ratio of methanol and FAs，crystallization temperature and time on the enrichment of α-LA by the tartaric acid-assisted urea fractionation were studied.The purity and yield of α-LA in the enriched products obtained by the tartaric acid-assisted urea fractionation and traditional urea fractionation in methanol were compared.The results showed that the order of the fatty acids involved in the inclusion complex was palmitic acid≈ stearic acid>oleic acid>>linoleic acid>α-LA.Under the optimum conditions of tartaric acid-to-urea ratio of 1∶3 （n/n），urea-to-MFAs ratio of 2.5∶1 （m/m），methanol-to-MFAs ratio of 10∶1（V/m），crystallization temperature of-8 ℃ and crystallization time of 8 h，the purity and yield of α-LA in the enriched product were 78.6%and 60.9%，respectively.

tartaric acid；urea-fractionation；enrichment；α-linolenic acid；methanol

TS225.1

B

1673-2383(2017)03-0012-06

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170621.1050.006.html

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2017-6-21 10:50:22

2016-11-21

河南省高等學(xué)校青年骨干教師資助計(jì)劃項(xiàng)目（2011GGJS-079）

程婷（1990—），女，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)橹|(zhì)分離技術(shù)。

*通信作者