α-亞麻酸分離純化技術(shù)研究進(jìn)展

唐佳芮，魏 冰，石珊珊

(中糧工科(西安)國(guó)際工程有限公司，西安710082)

α-亞麻酸為全順9,12,15-十八碳三烯酸，屬n-3系不飽和脂肪酸[1]。國(guó)內(nèi)外研究表明，α-亞麻酸作為人體必需脂肪酸，具有降低血脂血壓、改善心血管疾病、提高記憶力、保護(hù)神經(jīng)組織、預(yù)防過(guò)敏性疾病、抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移、延緩衰老等功能[2-4]。

α-亞麻酸以脂肪酸甘三酯的形式存在于植物油脂中，亞麻籽油、牡丹籽油、紫蘇籽油等是制備開(kāi)發(fā)α-亞麻酸產(chǎn)品的理想原料[5]。目前,對(duì)于α-亞麻酸的分離純化方法主要有尿素包合法、低溫冷凍結(jié)晶法、分子蒸餾法、銀離子絡(luò)合法、柱層析法、β-環(huán)糊精包合法、耦合法等[6]。本文就這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)及研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)介紹，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 尿素包合法

尿素包合法是利用尿素分子在結(jié)晶過(guò)程中可與飽和、單不飽和脂肪酸形成包合物，而不易與多不飽和脂肪酸包合的原理，達(dá)到對(duì)多不飽和脂肪酸分離純化的目的。

胡小華等[7]以亞麻籽油為原料，以NaOH為催化劑催化亞麻籽油乙酯化得到粗亞麻酸乙酯，再采用尿素一次包合法富集亞麻酸乙酯，在包合溫度2℃下包合17 h后通過(guò)有機(jī)溶劑萃取工藝和酸法工藝分別回收亞麻酸乙酯，得率分別為15%和11.4%，亞麻酸含量分別為80.57%和86.17%。呂秋楠等[8]以干蠶蛹為原料，采用超聲波技術(shù)提取蠶蛹油，經(jīng)皂化酸解制得混合脂肪酸，再采用尿素包合法分離提純其中的α-亞麻酸。通過(guò)單因素試驗(yàn)確定最優(yōu)的尿素包和條件為脂肪酸質(zhì)量、尿素質(zhì)量與甲醇體積比1∶3∶8，包合溫度0℃，包合時(shí)間12 h，在此條件下進(jìn)行一次包合，α-亞麻酸的含量為37.45%，得率約為30%，二次包合后，α-亞麻酸的含量提高到83.87%，得率為18.26%，而三次包合時(shí)α-亞麻酸的含量和得率反而降低。劉旭等[9]將紫蘇籽油α-亞麻酸乙酯粗品與1 mol/L尿素-乙醇溶液按體積比1∶50混合，于設(shè)定溫度下包合不同時(shí)間，抽濾分離尿素結(jié)晶包合物，采用酸法回收α-亞麻酸乙酯，得到最優(yōu)包合條件為包合溫度-20℃、包合時(shí)間18.5 h，在此條件下α-亞麻酸提取率為77.23%。張海滿(mǎn)等[10-11]研究了尿素包合分離提純亞麻籽油中α-亞麻酸的影響因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨溫度升高α-亞麻酸的純度降低但得率提高；延長(zhǎng)包合時(shí)間，α-亞麻酸的純度提高但得率變化不大；包合次數(shù)增加，α-亞麻酸的純度提高但得率下降，進(jìn)行兩次包合具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；得到最優(yōu)的包和條件為脂肪酸質(zhì)量、尿素質(zhì)量與甲醇體積比 1∶3∶8，包合溫度-10℃，包合時(shí)間15 h，在此條件下α-亞麻酸純度在87%以上。孫蘭萍等[12]采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)對(duì)尿素包合法富集純化杜仲籽油中α-亞麻酸的工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究，得到α-亞麻酸最佳富集工藝條件：尿素與脂肪酸質(zhì)量比3∶1，95%乙醇與脂肪酸質(zhì)量比9∶1，包合溫度-9.0℃，包合時(shí)間17.0 h。在最佳富集條件下，α-亞麻酸純度可達(dá)到82.63%。

尿素包合法是大規(guī)模分離、純化、富集多不飽和脂肪酸的理想方法，其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，尿素價(jià)廉易于回收，適用于工業(yè)化生產(chǎn)；同時(shí)操作溫度低，可確保多不飽和脂肪酸的營(yíng)養(yǎng)成分和生理活性；但尿素包合法單獨(dú)使用時(shí)，難以將不同碳鏈長(zhǎng)度而飽和度相同或相近的脂肪酸分開(kāi)，對(duì)低不飽和脂肪酸去除不徹底，產(chǎn)品純度較低，通常需要與低溫冷凍結(jié)晶法、分子蒸餾法等結(jié)合以進(jìn)一步純化產(chǎn)品[13]。根據(jù)以上研究可以看出，得率與純度呈負(fù)相關(guān),α-亞麻酸含量提高，但得率下降，因此根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品純度、得率及生產(chǎn)成本情況，企業(yè)應(yīng)結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際情況進(jìn)行衡量，以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

2 低溫冷凍結(jié)晶法

在低溫條件下，不同的脂肪酸在有機(jī)溶劑中的溶解度及凝固點(diǎn)不同，一般情況下，溶解度隨碳鏈的增長(zhǎng)而減小，隨雙鍵數(shù)的增加而增加，且溫度越低其表現(xiàn)越顯著。因此，將富含α-亞麻酸的混合脂肪酸溶解在低溫狀態(tài)下的有機(jī)溶劑中，控制冷凍溫度，可達(dá)到富集和純化α-亞麻酸的目的。

王振等[14]采用低溫冷凍結(jié)晶法對(duì)以亞麻籽油為原料制備的α-亞麻酸乙酯進(jìn)行純化，以α-亞麻酸乙酯含量為考察指標(biāo)，利用單因素試驗(yàn)考察了冷凍溫度和冷凍時(shí)間對(duì)α-亞麻酸乙酯的純化效果，結(jié)果表明，最佳的冷凍溫度和冷凍時(shí)間分別為-30℃和20 h，此條件下α-亞麻酸乙酯含量達(dá)到80%以上。進(jìn)一步采用兩種不同的降溫方法純化α-亞麻酸乙酯，一種是直接快速冷凍至目標(biāo)溫度，產(chǎn)率約為72%，一種是以5℃為梯度的梯度降溫法，產(chǎn)率約為76%，發(fā)現(xiàn)梯度降溫可以提高α-亞麻酸乙酯的產(chǎn)率。謝靜[15]對(duì)花椒籽油混合脂肪酸采用冷凍丙酮法分離純化α-亞麻酸，得到最佳的分離純化工藝條件為料液比1∶6、冷凍溫度-30℃、冷凍時(shí)間5 h，在此條件下可將α-亞麻酸含量由33.3%提高到61.5%。雍梁敏等[16]采用二次雙溶劑冷凍結(jié)晶法分離純化橡膠籽油中的α-亞麻酸。以乙腈和丙酮為混合溶劑，在混合溶劑體積與脂肪酸質(zhì)量比18∶1、乙腈與丙酮體積比1.5∶1、冷凍時(shí)間9 h條件下冷凍結(jié)晶，然后于-18℃、7 000 r/min冷凍離心3 min進(jìn)行固液分離，產(chǎn)物中α-亞麻酸含量可達(dá)45.41%。

低溫冷凍結(jié)晶法工藝簡(jiǎn)單、操作方便、分離效率高，α-亞麻酸等營(yíng)養(yǎng)成分不易發(fā)生氧化、聚合、異構(gòu)化等其他反應(yīng)；缺點(diǎn)是對(duì)操作溫度要求嚴(yán)格，能耗高，工業(yè)生產(chǎn)中溫度一般選擇-20～-30℃，但是得到的α-亞麻酸純度不高，這是因?yàn)槔鋬鼋Y(jié)晶法不能將相近碳鏈長(zhǎng)度和不飽和程度的脂肪酸分離，因此若想得到高純度的α-亞麻酸產(chǎn)品，需要與其他方法聯(lián)合使用。

3 分子蒸餾法

分子蒸餾技術(shù)是利用脂肪酸相對(duì)分子質(zhì)量大小及分子平均自由程的差別，使液體在真空等條件下，在遠(yuǎn)低于其沸點(diǎn)的溫度實(shí)現(xiàn)分離的一項(xiàng)特殊的蒸餾技術(shù)[17]。在一定條件下，分子運(yùn)動(dòng)平均自由程較大的飽和脂肪酸首先被蒸出，單不飽和脂肪酸次之，而多不飽和脂肪酸最后被蒸出，通過(guò)多級(jí)分子蒸餾可以有效地將混合脂肪酸中的不同飽和度組分進(jìn)行分離，從而達(dá)到分離純化的目的。

陳樂(lè)清等[18]先將亞麻籽油甲酯化，再采用分子蒸餾法對(duì)其中α-亞麻酸進(jìn)行分離純化，經(jīng)單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面分析，得到提純?chǔ)?亞麻酸的優(yōu)化工藝條件為蒸餾溫度91℃、刮膜轉(zhuǎn)速250 r/min、預(yù)熱溫度60℃、操作壓力1 Pa、進(jìn)料速度57 mL/h，在此條件下α-亞麻酸的含量從53.36%提高至80.27%。張運(yùn)輝[19]利用分子蒸餾法純化亞麻籽油中的α-亞麻酸，在進(jìn)料溫度60℃、進(jìn)料速度90～100 mL/h、刮膜轉(zhuǎn)速150 r/min、操作壓力0.3～1.8 Pa、蒸餾溫度90～105℃下，通過(guò)四級(jí)分子蒸餾，α-亞麻酸的含量由67.5%提高至82.3%。車(chē)懷智等[20]對(duì)亞麻籽油α-亞麻酸乙酯進(jìn)行了分離提純的研究，適宜的分離條件為蒸餾溫度110℃、真空度1.0～1.5 Pa、進(jìn)料溫度60～70℃，經(jīng)過(guò)四級(jí)分子蒸餾，可以將原料中的α-亞麻酸乙酯含量由55.8%提純至59.2%。

分子蒸餾法的蒸餾溫度低、受熱時(shí)間短，適用于分離一些常規(guī)蒸餾不能分離的、熱穩(wěn)定性差的、高相對(duì)分子質(zhì)量、高沸點(diǎn)、高黏度、易氧化、高附加值和具有生物活性的原料，并在食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了工業(yè)化[21]。采用該方法分離純化α-亞麻酸，可有效防止α-亞麻酸受熱氧化分解，保證產(chǎn)品的品質(zhì)及得率。但分子蒸餾法需高真空設(shè)備，設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本較高且生產(chǎn)能力有限。

4 銀離子絡(luò)合法

銀離子絡(luò)合法是根據(jù)銀離子與有機(jī)物中的碳碳雙鍵進(jìn)行可逆的電荷轉(zhuǎn)移配位作用，形成銀離子極性絡(luò)合物，且絡(luò)合作用隨有機(jī)物中雙鍵數(shù)增加而增強(qiáng)。采用該方法分離純化α-亞麻酸，α-亞麻酸與銀離子絡(luò)合形成很穩(wěn)定的親水性絡(luò)合物進(jìn)入水相，而其他飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸則進(jìn)入有機(jī)相，從而達(dá)到分離富集α-亞麻酸的目的。

王遠(yuǎn)等[22]運(yùn)用銀離子絡(luò)合法對(duì)紫蘇籽中的α-亞麻酸進(jìn)行純化，應(yīng)用響應(yīng)面分析得到的最佳工藝條件為：紫蘇籽混合脂肪酸與硝酸銀溶液體積比1∶1，硝酸銀濃度4 mol/L，絡(luò)合時(shí)間2 h，絡(luò)合溫度5℃。在最佳工藝條件下，α-亞麻酸含量為 84.63%。司秉坤等[23]以亞麻籽油為原料，采用硝酸銀絡(luò)合純化α-亞麻酸，對(duì)純化工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，提純?chǔ)?亞麻酸的最佳條件為硝酸銀濃度6 mol/L、絡(luò)合溫度4℃、絡(luò)合時(shí)間3 h，此條件下α-亞麻酸純度可達(dá)97.53%。

銀離子絡(luò)合法操作工藝簡(jiǎn)單、分離效果好、產(chǎn)品純度高，且硝酸銀溶液可以反復(fù)回收利用。但是，該方法僅限于實(shí)驗(yàn)室提取研究，產(chǎn)量小，難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；硝酸銀溶液具有一定的腐蝕性，且價(jià)格昂貴，重金屬污染及殘留的問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。

5 柱層析法

柱層析法是利用脂肪酸極性大小的不同而達(dá)到分離的目的，是目前獲取高純度多不飽和脂肪酸的有效方法之一，可用于生產(chǎn)高含量n-3多不飽和脂肪酸產(chǎn)品。

Guo等[24]通過(guò)硝酸銀-硅膠柱層析法純化亞麻籽油中的α-亞麻酸，通過(guò)條件優(yōu)化，α-亞麻酸含量從61%提高到94.7%。周印羲等[25]采用氯化亞銅-氧化鋁吸附柱對(duì)亞麻籽油中的α-亞麻酸進(jìn)行分離純化，結(jié)果表明，氯化亞銅絡(luò)合吸附柱分離多不飽和脂肪酸乙酯有良好的效果，通過(guò)吸附柱的分離可得到含量高于90%的α-亞麻酸乙酯產(chǎn)品。

柱層析法設(shè)備簡(jiǎn)單、容易操作，分離純化效果好，產(chǎn)品純度高，適用于實(shí)驗(yàn)室操作；但溶劑使用量大，分離時(shí)間較長(zhǎng)，能耗大，洗脫過(guò)程中使用的洗脫劑容易對(duì)產(chǎn)品造成二次污染，吸附柱載體價(jià)格貴、成本高、制備量少，難于進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。

6 β-環(huán)糊精包合法

β-環(huán)糊精是由7個(gè)葡萄糖分子在酶的催化作用下形成的環(huán)形低聚糖化合物，其圓柱形的分子結(jié)構(gòu)中腔為疏水基，外圍含大量的親水性醇羥基，可以對(duì)外來(lái)的疏水性物質(zhì)進(jìn)行選擇性包合，從而達(dá)到分離純化的目的。

林非凡等[26]通過(guò)響應(yīng)面分析法對(duì)β-環(huán)糊精包合法分離亞麻籽油中的α-亞麻酸工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到最佳工藝條件為β-環(huán)糊精與混合脂肪酸+無(wú)水乙醇比例7∶1、包合時(shí)間2.7 h、包合溫度59℃、冷凍時(shí)間14.26 h，此條件下α-亞麻酸的含量可以達(dá)到70.01%。徐麗萍等[27]采用β-環(huán)糊精包合法分離純化亞麻籽油中α-亞麻酸，采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析法確定了β-環(huán)糊精包合法分離純化α-亞麻酸的最佳工藝條件為：包合溫度60℃,包合時(shí)間2.2 h，β-環(huán)糊精與混合脂肪酸+無(wú)水乙醇質(zhì)量比7.14∶1。在最佳條件下，α-亞麻酸含量為71.45%。

β-環(huán)糊精包合法作為分離多不飽和脂肪酸的一種方法，具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、高效等特點(diǎn)，但多用于實(shí)驗(yàn)室，工業(yè)化應(yīng)用有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究。

7 耦合法

單一的α-亞麻酸純化方法存在局限性，很難在得率和純度方面達(dá)到兩全，或者僅適用于實(shí)驗(yàn)室小試，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)?？紤]到成本、能耗、環(huán)保等問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有的單一的分離純化技術(shù)進(jìn)行耦合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，將兩種或兩種以上方法結(jié)合起來(lái)分離純化α-亞麻酸，以提高其得率和純度。

杜小暉[28]對(duì)花椒籽油進(jìn)行甲酯化后，采用先尿素包合后銀離子絡(luò)合對(duì)α-亞麻酸甲酯進(jìn)行純化，研究表明：在混合脂肪酸甲酯與尿素、甲醇質(zhì)量比1∶3∶8，包合溫度-10℃、包合時(shí)間18 h下包合，再在反應(yīng)溫度0℃、絡(luò)合時(shí)間1.5 h下采用45%的硝酸銀溶液(40%甲醇水為溶劑)絡(luò)合，得到的α-亞麻酸純度為82.98%，相比二次包合法(64.2%)，尿素包合法與銀離子絡(luò)合法耦合的α-亞麻酸純度提高，相比單獨(dú)銀離子絡(luò)合法(82.6%)雖然其純度沒(méi)有大幅度提高，但得到等質(zhì)量的α-亞麻酸產(chǎn)品的成本降低，是企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際可行的方法。邱英華等[29]將尿素包合技術(shù)與分子蒸餾技術(shù)結(jié)合，對(duì)蠶蛹油中的α-亞麻酸進(jìn)行了分離純化。在混合脂肪酸、尿素、甲醇比例1∶3∶10，包合溫度0～5℃，包合時(shí)間12 h下對(duì)蠶蛹油混合脂肪酸進(jìn)行尿素包合，之后在蒸餾溫度110℃、蒸餾壓力3.0 Pa、進(jìn)料速度1.5 mL/min、刮膜器轉(zhuǎn)速450 r/min條件下進(jìn)行分子蒸餾，α-亞麻酸純度達(dá)到88.7%；進(jìn)行三級(jí)分子蒸餾后α-亞麻酸純度為86.5%，得率為61.3%，四級(jí)分子蒸餾后α-亞麻酸純度可以達(dá)到91.2%，得率下降至39.3%。鄧小莉等[30]采用低溫冷凍結(jié)晶法和尿素包合法相結(jié)合的方法分離純化紫蘇籽油中的α-亞麻酸。先將紫蘇籽油放于-11～-18℃冰箱中36～48 h，過(guò)濾除去棕櫚酸、硬脂酸等大部分飽和脂肪酸，再在冷凍后粗品與尿素、混合溶劑比例2∶1∶10、冷凍時(shí)間36 h下尿素包合進(jìn)一步分離純化，純化后α-亞麻酸含量從304 mg/mL提高到644 mg/mL。朱小燕等[31]也采用先低溫冷凍結(jié)晶后尿素包合的方法富集亞麻籽油α-亞麻酸乙酯，獲得的α-亞麻酸乙酯純度在89%以上,得率可以達(dá)到60%以上。

3 結(jié)束語(yǔ)

α-亞麻酸具有獨(dú)特的生理活性和功能，可以預(yù)見(jiàn)，α-亞麻酸在人類(lèi)未來(lái)的營(yíng)養(yǎng)、保健、醫(yī)藥等方面將發(fā)揮重要作用。目前，單一的α-亞麻酸分離純化方法因各自的局限性對(duì)于高純度的α-亞麻酸產(chǎn)品的獲得存在難度，兩種或兩種以上分離純化技術(shù)耦合使用進(jìn)行α-亞麻酸的富集純化，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)高純度α-亞麻酸產(chǎn)品，拓展其在食品、醫(yī)藥、保健品等領(lǐng)域的研究將具有廣泛而深遠(yuǎn)的意義。