低溫溶劑分提與分子蒸餾復(fù)合法富集沙棘果油棕櫚油酸的工藝研究

李 偉，李保國，周盛敏，姜元榮

(1.上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093； 2.豐益(上海)生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司，上海 200137)

沙棘果油中含有豐富的棕櫚油酸，含量達(dá)到30%左右[1-2]。研究表明,棕櫚油酸在抗炎、抗癌以及治療糖尿病、代謝綜合征等方面具有明顯的效果，使得其在保健、食品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[3-5]。因此，研究沙棘果油中棕櫚油酸的純化工藝具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

飽和度不同的脂肪酸熔點(diǎn)存在明顯差異。在低溫條件下，具有較高熔點(diǎn)的長鏈飽和脂肪酸易結(jié)晶，長鏈多不飽和脂肪酸則保持液態(tài)，因此可以利用低溫溶劑分提法分離兩者的混合物[6]。低溫溶劑分提法操作過程簡單，使用的溶劑可回收利用，在低溫環(huán)境下不飽和脂肪酸不易被氧化，適用于工業(yè)化生產(chǎn)[7]。

分子蒸餾是一種高效的液-液不平衡分離技術(shù)，依據(jù)物料組分中不同分子平均自由程的差異進(jìn)行分離[8]。因其操作過程中所需真空度較高，溫度較低，物料受熱時(shí)間較短，不需要任何溶劑，因此更適用于高沸點(diǎn)、高熱敏性、低揮發(fā)性物料的分離純化，且能夠保留物料原有屬性[9-10]。

近年來研究者多采用尿素包合法、超臨界CO2萃取法、分子蒸餾法和尿素包合-分子蒸餾復(fù)合法純化沙棘果油中的棕櫚油酸[2，11-12]。目前,對(duì)低溫溶劑分提法富集沙棘果油中棕櫚油酸的研究未見報(bào)道。本文結(jié)合低溫溶劑分提法及分子蒸餾的優(yōu)點(diǎn)，采用低溫溶劑分提法富集沙棘果油棕櫚油酸后采用分子蒸餾富集，考察分子蒸餾工藝中蒸餾溫度、進(jìn)料速度、刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)富集效果的影響，確定低溫溶劑分提與分子蒸餾復(fù)合法富集沙棘果油棕櫚油酸的最優(yōu)工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

壓榨沙棘果油，艾康生物技術(shù)有限公司。正己烷(色譜純)，德國Merker公司；丙酮、無水硫酸鈉、氫氧化鉀、硫酸等均為分析純。

HH-4數(shù)顯恒溫磁力攪拌水浴鍋；ML104/02電子天平、FE20型pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；R06 B2旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；X3管式離心機(jī)、揮發(fā)性物質(zhì)精餾濃縮裝置，賽默飛世爾科技公司；KDL-5短程分子蒸餾，德國UIC有限公司；Agilent 7890A型氣相色譜儀，美國安捷倫科技有限公司；HD2015W電動(dòng)攪拌機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 沙棘果油混合脂肪酸的制備

取100 g壓榨沙棘果油，加入70 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)40% KOH溶液，在75℃下皂化2 h。向皂化液中加入80 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的硫酸溶液在75℃下酸解至明顯分層。將溶液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，靜置分層，取上層脂肪酸層加入75℃熱水水洗至溶液呈中性，5 000 r/min離心10 min，取上層液加入適量無水硫酸鈉脫水處理，得混合脂肪酸，按下式計(jì)算混合脂肪酸得率。

1.2.2 低溫溶劑分提法富集沙棘果油棕櫚油酸

將混合脂肪酸與正己烷-丙酮(體積比1∶1)混合溶劑按體積比1∶1混合，混勻后置于20℃的揮發(fā)性物質(zhì)精餾濃縮裝置中平衡30 min。平衡后將儀器溫度設(shè)置為-5℃，待溫度達(dá)到-5℃時(shí)開始計(jì)時(shí)，12 h后取出，迅速減壓抽濾，旋蒸除去濾液中殘留的溶劑，得低溫溶劑分提混合脂肪酸，測(cè)定棕櫚油酸含量。

1.2.3 分子蒸餾法富集沙棘果油棕櫚油酸

取低溫溶劑分提混合脂肪酸置于KDL-5短程分子蒸餾裝置中，設(shè)定適宜的蒸餾溫度、進(jìn)料速度、刮膜器轉(zhuǎn)速進(jìn)行分子蒸餾，記錄輕相的質(zhì)量，根據(jù)下式計(jì)算輕相得率，并檢測(cè)棕櫚油酸的含量。

式中：m為輕相質(zhì)量，g；M為低溫溶劑分提混合脂肪酸質(zhì)量，g。

1.2.4 棕櫚油酸含量的測(cè)定

根據(jù)GB 5009.168—2016中三氟化硼法進(jìn)行甲酯化，采用氣相色譜儀檢測(cè)。氣相色譜條件：CP-Sil 88熔融石英毛細(xì)管色譜柱(50 m×250 μm×504 μm)；氫火焰離子化檢測(cè)器溫度280℃；升溫程序?yàn)槠鹗紲囟?0℃，以10℃/min升至120℃，保持2 min，以5℃/min升至180℃，再以2℃/min升至206℃，再以25℃/min升至230℃，保持5 min；載氣為H2，恒壓模式下壓力1.02×105Pa；進(jìn)樣口溫度250℃，進(jìn)樣量0.2 μL；分流比75∶1。采用峰面積歸一化法定量。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫溶劑分提法富集沙棘果油棕櫚油酸

沙棘果油經(jīng)1.2.1方法水解，采用1.2.2方法進(jìn)行低溫溶劑分提富集，測(cè)得的低溫溶劑分提混合脂肪酸的脂肪酸組成如表1所示。

表1 沙棘果油、混合脂肪酸、低溫溶劑分提混合脂肪酸的脂肪酸組成 %

注：“ND”代表未檢出。

由表1可知，低溫溶劑分提法將沙棘果油中的棕櫚油酸含量從30.74%提高到42.05%，產(chǎn)品得率為50%。低溫溶劑分提混合脂肪酸中棕櫚酸含量明顯降低，十七烷酸、十七碳一烯酸及硬脂酸含量未檢出，油酸含量升高，亞油酸及亞麻酸含量幾乎不變。

2.2 分子蒸餾富集沙棘果油棕櫚油酸工藝條件優(yōu)化

2.2.1 蒸餾溫度對(duì)富集沙棘果油棕櫚油酸的影響

以低溫溶劑分提混合脂肪酸為原料，在進(jìn)料速度1 mL/min、刮膜器轉(zhuǎn)速220 r/min、真空度5 Pa條件下，考察蒸餾溫度對(duì)棕櫚油酸分子蒸餾富集效果的影響。結(jié)果如圖1所示。

圖1 蒸餾溫度對(duì)富集沙棘果油棕櫚油酸的影響

由圖1可知，隨著蒸餾溫度的升高，分子蒸餾輕相中棕櫚油酸含量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，輕相得率呈現(xiàn)一直上升的趨勢(shì)。當(dāng)蒸餾溫度為95℃時(shí)棕櫚油酸含量達(dá)到最大值，為65.43%，此時(shí)輕相得率為13.19%。

經(jīng)過低溫溶劑分提，混合脂肪酸中主要是不飽和脂肪酸。根據(jù)分子蒸餾原理，要實(shí)現(xiàn)棕櫚油酸在輕相中的富集，應(yīng)該使分子平均自由程大于蒸發(fā)面到冷凝面之間的距離[13]。溫度較低時(shí)，棕櫚油酸不足以到達(dá)冷凝面，而隨著溫度過高，部分相對(duì)分子質(zhì)量較大的脂肪酸隨著棕櫚油酸一起到達(dá)冷凝面，所以輕相得率一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但輕相中棕櫚油酸含量降低[14]。綜合考慮，蒸餾溫度選擇95℃。

2.2.2 進(jìn)料速度對(duì)富集沙棘果油棕櫚油酸的影響

以低溫溶劑分提混合脂肪酸為原料，在蒸餾溫度95℃、刮膜器轉(zhuǎn)速220 r/min、真空度5 Pa的條件下，考察進(jìn)料速度對(duì)棕櫚油酸分子蒸餾富集效果的影響。結(jié)果如圖2所示。

圖2 進(jìn)料速度對(duì)富集沙棘果油棕櫚油酸的影響

由圖2可知，隨著進(jìn)料速度的增加，分子蒸餾輕相中棕櫚油酸含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而輕相得率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。進(jìn)料速度影響分子間的傳熱效率，進(jìn)料速度越大，混合脂肪酸停留在蒸發(fā)面上的時(shí)間越短，受熱時(shí)間相對(duì)縮短，熱量不足，導(dǎo)致輕相難以逸出，得率下降[15]，同時(shí)使進(jìn)入重相中的相對(duì)分子質(zhì)量大的物質(zhì)增加，使輕相中棕櫚油酸含量升高，但進(jìn)料速度過大，由于熱量不足，導(dǎo)致棕櫚油酸難以逸出留在重相中，導(dǎo)致輕相中棕櫚油酸含量降低[16]。綜合考慮，進(jìn)料速度選擇1 mL/min。

2.2.3 刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)富集沙棘果油棕櫚油酸的影響

以低溫溶劑分提混合脂肪酸為原料，在蒸餾溫度95℃、進(jìn)料速度1 mL/min、真空度5 Pa的條件下，考察刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)棕櫚油酸分子蒸餾富集效果的影響。結(jié)果如圖3所示。

圖3 刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)富集沙棘果油棕櫚油酸的影響

由圖3可知，隨著刮膜器轉(zhuǎn)速的增大，分子蒸餾輕相中棕櫚油酸含量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，輕相得率呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。當(dāng)刮膜器轉(zhuǎn)速為220 r/min時(shí)輕相中棕櫚油酸含量達(dá)到最大值，為65.43%，此時(shí)輕相得率為13.19%。隨著刮膜器轉(zhuǎn)速的增大，形成液膜的厚度越小，物料受熱面積越大，傳熱越快，物料蒸餾更充分，大量組分進(jìn)入輕相[17]。但當(dāng)刮膜器轉(zhuǎn)速超過一定范圍時(shí)，部分混合脂肪酸未形成液膜直接與冷凝壁面接觸，使得輕相中棕櫚油酸含量降低[18]。綜合考慮，刮膜器轉(zhuǎn)速選擇220 r/min。

2.3 沙棘果油棕櫚油酸得率提高方法探索

為提高輕相得率，試驗(yàn)將收集到的重相在上述最優(yōu)條件(真空度5 Pa、蒸餾溫度95℃、刮膜器轉(zhuǎn)速220 r/min、進(jìn)料速度1 mL/min)下，再次進(jìn)行分子蒸餾，收集輕相，將其與第一次分子蒸餾收集到的輕相合并作為一級(jí)分子蒸餾輕相。將一級(jí)分子蒸餾輕相在相同條件下進(jìn)行二次分子蒸餾，收集輕組分作為二級(jí)分子蒸餾輕相，經(jīng)計(jì)算輕相得率為30.90%，較13.19%明顯提高，且輕相中棕櫚油酸含量從65.43%提高到72.56%(見表2)。將二級(jí)分子蒸餾輕相按照1.2.2再次進(jìn)行低溫溶劑分提，測(cè)定二次低溫溶劑分提后的脂肪酸組成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二次低溫溶劑分提后，棕櫚油酸含量可達(dá)78.30%(見表2)。該二次復(fù)合方法比尿素包合-分子蒸餾復(fù)合法[19]富集的棕櫚油酸含量提高11.86%，比分子蒸餾法[2]富集的棕櫚油酸含量提高50.9%。

表2 低溫溶劑分提與分子蒸餾復(fù)合法富集沙棘果油棕櫚油酸產(chǎn)品脂肪酸組成及含量 %

注：“ND”代表未檢出。

3 結(jié) 論

為提高從沙棘果油中富集的棕櫚油酸含量，采用低溫溶劑分提與分子蒸餾復(fù)合法富集沙棘果油棕櫚油酸。沙棘果油經(jīng)水解后，采用低溫溶劑分提法進(jìn)行分提(正己烷-丙酮(體積比1∶1)與粗制混合脂肪酸體積比1∶1，分提溫度-5℃，分提時(shí)間12 h)后，再經(jīng)分子蒸餾富集。采用單因素試驗(yàn)對(duì)分子蒸餾條件進(jìn)行優(yōu)化，得到的分子蒸餾最佳工藝條件為真空度5 Pa、蒸餾溫度95℃、進(jìn)料速度1 mL/min、刮膜器轉(zhuǎn)速220 r/min，在此工藝條件下進(jìn)行二次分子蒸餾，輕相得率為30.90%，棕櫚油酸含量達(dá)到72.56%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，二次分子蒸餾產(chǎn)物再次經(jīng)低溫溶劑分提可將棕櫚油酸含量提高到78.30%。低溫溶劑分提與分子蒸餾復(fù)合法是富集沙棘果油棕櫚油酸的一種有效方法，可為工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。