助晶劑輔助尿素富集百香果籽亞油酸

摘要：以百香果籽油為原料，通過(guò)酒石酸輔助尿素包合富集純化亞油酸。采用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)研究了酒石酸與尿素比例、尿素與乙醇比例、脂肪酸與尿素比例、包合溫度和包合時(shí)間對(duì)尿素包合富集亞油酸的純度與收率的影響。研究結(jié)果表明，在酒石酸與尿素質(zhì)量比1∶5、混合脂肪酸與尿素質(zhì)量比1∶2、尿素與乙醇質(zhì)量比1∶7、包合溫度5 ℃、包合時(shí)間12 h的工藝條件下，可將百香果籽油的亞油酸含量從68.13%提高到96.61%，收率為78.00%。

關(guān)鍵詞：百香果籽油；亞油酸；尿素包合法；酒石酸

中圖分類號(hào)：TS225 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240418

基金項(xiàng)目：貴港市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（貴科攻1829011）。

Enrichment of linoleic acid from passion fruit seeds by crystallization aid assisted urea encapsulation method

Wen Jingjie， Liao Dankui

（ Guangxi University， School of Chemistry and Chemical Engineering， Nanning， Guangxi 530000 ）

Abstract： Linoleic acid was enriched by tartaric acid-assisted urea adduction fractionation from passion fruit seed oil. Single factor and orthogonal experiments were used to study the effects of the ratio of tartaric acid to urea， urea to ethanol， fatty acid to urea， adduction temperature， and adduction time on the purity and yield of linoleic acid during urea inclusion. When the process conditions are tartaric acid to urea ratio of 1：5 （g/g）， mixed fatty acids to urea ratio of 1：2 （g/g）， urea to ethanol ratio of 1：7 （g/g）， the encapsulation time of 12 h， and the encapsulation temperature of 5 ℃， the linoleic acid content of passion fruit seed oil can be increased from 68.13% to 96.61%， with a yield of 78.00%.

Key words： passion fruit seed oil； linoleic acid； urea encapsulation method； tartaric acid

百香果是一種源自南美洲的多年生草本蔓生攀援植物，廣泛分布于世界的熱帶和亞熱帶地區(qū)。全球百香果的總產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)t，其中至少40%的百香果被用于果汁制造業(yè)[1]，生產(chǎn)后的果籽利用率低，對(duì)自然環(huán)境造成很大負(fù)擔(dān)。百香果籽約占其果實(shí)質(zhì)量的11%，而且果籽含油率高達(dá)26%[2]。百香果籽油中含有大量的人體必需脂肪酸，其中不飽和脂肪酸比例較高（>80%），類似于核桃油等[3]，以亞油酸和油酸為主。

亞油酸（linoleic acid，LA）是一種營(yíng)養(yǎng)中必需的脂肪酸，它參與人體代謝調(diào)節(jié)、降低低密度脂蛋白，同時(shí)其具有抗氧化、抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)[4-5]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)亞油酸的分離技術(shù)主要有尿素包合、分子蒸餾、β-環(huán)糊精包合等。其中，尿素包合工藝的條件溫和、成本可控，故而成為目前亞油酸純化的主要途徑之一。Lv等[6]使用尿素包合從接骨木籽油中富集亞油酸，將亞油酸從50.56%純度提高到92.12%，得率為65.81%。但該法仍然存在結(jié)晶時(shí)間較長(zhǎng)、效率不高等問(wèn)題。酒石酸分子上含有羥基結(jié)構(gòu)，能與含氨基的尿素通過(guò)氫鍵鍵合形成規(guī)整的三維氫鍵結(jié)構(gòu)，并構(gòu)成絡(luò)合物的主體框架[7]。當(dāng)酒石酸和尿素結(jié)合時(shí)，可以預(yù)先調(diào)節(jié)其配比，從而影響其絡(luò)合物晶體結(jié)構(gòu)和外觀形貌，輔助尿素包合脂肪酸。采用此法對(duì)α-亞麻酸提純、異硬脂酸分離[8-9]，均已有研究并取得較好的實(shí)驗(yàn)效果。本研究擬以酒石酸輔助尿素包合法富集百香果籽油中的亞油酸，旨在提高亞油酸產(chǎn)品純度以及收率。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

百香果籽：廣西平南縣萬(wàn)家香食品有限公司；石油醚、無(wú)水乙醇（均為分析純）：成都市科隆化學(xué)品有限公司；正庚烷、氫氧化鉀、無(wú)水硫酸鈉、尿素（均為分析純）：廣東光華科技股份有限公司；酒石酸（分析純）：成都市科龍化工試劑廠；三氟化硼甲醇溶液：上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

FW135型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；RE52CS型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；GC600型氣相色譜儀：珀金埃爾默股份有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 百香果籽油提取

將清洗潔凈的干燥百香果籽打碎后過(guò)篩制成粉末，取20.0 g裝入圓底燒瓶?jī)?nèi)，加入240 mL石油醚，60 ℃加熱回流8 h。提取液過(guò)濾后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收溶劑，得百香果籽油。

1.3.2 亞油酸純化

利用堿法酯化反應(yīng)水解百香果籽油，得到百香果籽油混合脂肪酸。

將混合脂肪酸、酒石酸、尿素和無(wú)水乙醇按一定的設(shè)計(jì)比例溶解混合，在65 ℃水浴加熱回流3 h，待尿素和酒石酸全部溶解后，置于低溫環(huán)境下包合，到達(dá)包合時(shí)間，取出快速減壓抽濾。濾液蒸去乙醇后，加入少量的蒸餾水溶解，石油醚萃取3次，蒸餾水洗滌2次，無(wú)水硫酸鈉吸水后，用旋蒸儀器回收溶劑，得百香果籽油純化亞油酸。

分別利用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)研究酒石酸與尿素比例等對(duì)尿素包合有影響的因素對(duì)亞油酸純度和收率的影響。純化產(chǎn)物采用GC分析，分別按式（1）和式（2）計(jì)算提純后亞油酸純度及收率。

1.3.4 正交實(shí)驗(yàn)分析

按正交實(shí)驗(yàn)因素水平表（表1）得到純度與收率結(jié)果，將結(jié)果按由大及小的順序排序，而后將純度與收率的排序相加得到次序評(píng)分總合。以評(píng)分總合為總指標(biāo)計(jì)算極差與方差，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 亞油酸純化工藝優(yōu)化

2.1.1 酒石酸與尿素質(zhì)量比對(duì)亞油酸純度及收率的影響

尿素晶體為四方晶系，但其分子中含有的氨基可以與含有多個(gè)羥基的酒石酸以非共價(jià)鍵弱相互作用力鍵合，包裹脂肪酸螺旋生長(zhǎng)而形成六方晶系。結(jié)晶后容易形成針狀結(jié)構(gòu)，從而減少了空隙間吸附不飽和脂肪酸的概率[11]，提升尿素純化亞油酸的效率。由圖1（a）可知，酒石酸與尿素質(zhì)量比為1∶5，此時(shí)包合效果最好。純化后亞油酸純度最高提升至92.19%，此時(shí)收率為74.58%。說(shuō)明加入酒石酸能有效輔助尿素包合，并提升亞油酸的純度與收率。確定酒石酸與尿素比為1：5。

2.1.2 混合脂肪酸與尿素質(zhì)量比對(duì)亞油酸純度及收率的影響

尿素包合過(guò)程是脂肪酸與固定比例的尿素分子結(jié)合為晶體的過(guò)程。尿素投加量較少時(shí)，不同的脂肪酸按其平衡常數(shù)與酒石酸—尿素分子競(jìng)爭(zhēng)性絡(luò)合成晶體，飽和直鏈脂肪酸優(yōu)先與尿素分子結(jié)合。尿素投加量增大，被包合的飽和脂肪酸越來(lái)越多，使得濾液中不飽和脂肪酸的比例逐漸提高，直到大部分飽和脂肪酸被完全包合；尿素過(guò)量后會(huì)包合多不飽和脂肪酸，亞油酸的收率下降。由圖1（b）可知，混合脂肪酸與尿素質(zhì)量比為1∶2時(shí)，亞油酸含量93.59%，收率為75.09%。故而選擇混合脂肪酸與尿素比為1：2。

2.1.3 尿素與乙醇質(zhì)量比對(duì)亞油酸純度及收率的影響

乙醇在晶體的結(jié)晶過(guò)程時(shí)，提供了熱量傳遞和物質(zhì)傳輸?shù)膱?chǎng)所。隨著溶劑用量增加，尿素、酒石酸、脂肪酸等分子在其中充分分散，酒石酸—尿素對(duì)脂肪酸包合的選擇性提高，有利于富集目標(biāo)分子，提高分離效果。由圖1（c）可知，包合的收率表現(xiàn)為整體上升，在尿素與乙醇質(zhì)量比1∶5時(shí)，亞油酸純度達(dá)到最高，為95.32%，收率為75.87%。但乙醇作為一種極性溶劑，過(guò)量會(huì)抑制尿素與脂肪酸分子之間氫鍵的形成，阻礙尿素包合脂肪酸的進(jìn)程，導(dǎo)致一些飽和脂肪酸留存于混合液中，降低分離純化的效果?？紤]溶劑成本，選擇尿素與乙醇質(zhì)量比為1∶5。

2.1.4 包合溫度對(duì)亞油酸純度及收率的影響

由圖1（d）可知，隨著包合溫度升高，亞油酸純度呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)。包合溫度低于-5℃時(shí)，脂肪酸容易凝固成小結(jié)晶，尿素與酒石酸、脂肪酸之間也更易形成氫鍵而迅速團(tuán)聚，晶核沒(méi)有時(shí)間生長(zhǎng)，易形成細(xì)小、均一的結(jié)晶。此時(shí)的包合過(guò)程速度較快，選擇性不強(qiáng)，不利于分離與純化，此時(shí)亞油酸純度和收率均不高。溫度為5 ℃時(shí)，條件適宜，酒石酸—尿素晶體依照選擇性與混合脂肪酸中的飽和脂肪酸緩慢包合結(jié)晶，生成規(guī)律的晶核，形成規(guī)則且有縫隙的晶體。因此更多的亞油酸留存在濾液中而被分離，此時(shí)純度達(dá)到最高為 95.76%，收率為76.19%。溫度過(guò)高時(shí)，較高的溫度使得分子間的運(yùn)動(dòng)變得劇烈，不利于尿素與脂肪酸的氫鍵作用，形成的結(jié)晶不穩(wěn)定，影響亞油酸的純度和產(chǎn)率。同時(shí)低溫環(huán)境有利于油脂等化合物不受空氣氧化[12]，所以選擇在5 ℃下進(jìn)行包合最佳。

2.1.5 包合時(shí)間對(duì)亞油酸純度及收率的影響

由圖1（e）可知，在包合12 h時(shí)亞油酸純度達(dá)到最高，為95.83%，收率為76.23%。隨著包合時(shí)間的延長(zhǎng)，尿素與酒石酸分子逐漸形成有序的晶體結(jié)構(gòu)，尿素晶體有選擇性地將飽和脂肪酸包合起來(lái)。繼續(xù)延長(zhǎng)包合時(shí)間，部分酒石酸—尿素晶體容易吸附乙醇中的亞油酸分子，使得濾液中少量亞油酸不能被很好的分離，導(dǎo)致亞油酸的收率下降。因此，確定最佳包合時(shí)間為12 h。

2.1.6 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇了單因素最優(yōu)值作為中間范圍（見(jiàn)表1），選擇正交表格L16（5⁴）進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)并得出相應(yīng)結(jié)果（見(jiàn)表2）。

通過(guò)表2的極差分析判斷各因素對(duì)尿素包合富集百香果果籽油脂亞油酸的純度和收率的綜合影響，其影響程度排序?yàn)椋夯旌现舅崤c尿素質(zhì)量比>酒石酸與尿素質(zhì)量比>尿素與乙醇質(zhì)量比>包合溫度>包合時(shí)間。對(duì)純度和收率進(jìn)行次序評(píng)分，以次序評(píng)分總和為指標(biāo)，對(duì)純度和收率同時(shí)考察，最優(yōu)方案（A2B2C3D2E3）為酒石酸與尿素質(zhì)量比1∶5、混合脂肪酸與尿素質(zhì)量比1∶2、尿素與乙醇質(zhì)量比1∶7、包合溫度5 ℃、包合時(shí)間12 h，且通過(guò)表3方差分析酒石酸與尿素比例的F值為9.54、脂肪與尿素比例的F值為13.91，均大于F臨界值，判斷有顯著性影響。百香果籽油中脂肪酸氣相色譜圖見(jiàn)圖2（a），脂肪酸甲酯的保留時(shí)間和含量分別為肉豆蔻酸甲酯：7.646 min，0.75%；棕櫚酸甲酯：7.764 min，16.27%；亞麻酸甲酯：8.160 min，0.34%；亞油酸甲酯：9.014 min，68.13%；異油酸甲酯：9.200 min，1.97%；油酸甲酯：9.551 min，9.02%；硬脂酸甲酯：9.670 min，3.52%。經(jīng)過(guò)酒石酸輔助尿素包合后如圖2（b）所示，棕櫚酸甲酯保留時(shí)間為7.766 min，含量為0.51%；亞油酸甲酯保留時(shí)間為8.988 min，含量為96.61%；油酸甲酯保留時(shí)間為9.539 min，含量為2.87%。為保證正交分析所得結(jié)果的可靠性，在上述最佳包合條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，分別得到亞油酸純度96.55%，收率78.13%；純度96.61%，收率78.00%；純度96.69%，收率77.80%。其結(jié)果與單因素結(jié)果有略微的出入，說(shuō)明各因素之間有一定的交互作用，協(xié)同影響尿素包合過(guò)程中亞油酸的純度與收率。

最終亞油酸純度可達(dá)（96.61±0.05）%，由圖2中包合前后的脂肪酸氣相色譜圖可以看出，使用該法后大部分不需保留的飽和脂肪酸均被除去，亞油酸含量從68.13%提高到96.61%，此時(shí)收率為（78.00±0.13）%，說(shuō)明該法成功有效。

3 結(jié) 論

本文采用酒石酸輔助尿素包合法純化百香果籽油中亞油酸，在單因素的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化了百香果籽油中亞油酸的純化工藝。結(jié)果表明，酒石酸輔助尿素包合純化百香果籽油中亞油酸的最佳工藝條件為酒石酸與尿素質(zhì)量比1∶5、混合脂肪酸與尿素質(zhì)量比1∶2、尿素與乙醇質(zhì)量比1∶7、包合溫度為5 ℃、包合時(shí)間為12 h，在此條件下可將百香果籽油中亞油酸濃度提高到96.61%，收率達(dá)到78.00%。利用多羥基的酒石酸對(duì)低溫尿素包合進(jìn)行輔助，可以提高尿素包合的效率，且純化效果良好，進(jìn)一步增強(qiáng)了尿素包合法的純化能力，這有利于降低工業(yè)成本并提高產(chǎn)品的產(chǎn)率。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] REIS C C， MAMEDE A， SOARES A， et al. Production of lipids and natural antioxidants from passion fruit seeds[J]. Grasas y Aceites， 2020， 71（4）： e385.

[2] RAMAIYA S D， BUJANG J S， ZAKARIA M H. Physicochemical， fatty acid and antioxidant properties of passion fruit （Passiflora species） seed oil[J]. Pakistan Journal of Nutrition， 2019， 18（5）： 421-429.

[3] 梁燕理，鐘文權(quán). 廣西主要木本油料脂肪酸組成及氧化穩(wěn)定性研究 [J]. 糧食科技與經(jīng)濟(jì)， 2020， 45（11）： 135-137.

[4] ZHANG J Y， KOTHAPALLI K S D， BRENNA J T. Desaturase and elongase-limiting endogenous long-chain polyunsaturated fatty acid biosynthesis[J]. Current Opinion in Clinical Nutrition Metabolic Care， 2016， 19（2）： 103-110.

[5] LV H J， REN D Y， YAN W， et al. Linoleic acid inhibits lactobacillus activity by destroying cell membrane and affecting normal metabolism[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture， 2020， 100（5）： 2057-2064.

[6] LV H， CHEN S S， XU X， et al. Isolation of linoleic acid from Sambucus williamsii seed oil extracted by high pressure fluid and its antioxidant， antiglycemic， hypolipidemic activities[J]. International Journal of Food Engineering， 2015， 11（3）： 383-391.

[7] HU Z Q， LIU J G， SHEN L， et al. Separation of 4-aminobenzoic acid by cocrystallization： Crystal structure of the complex of 4-aminobenzoic acid with （2 R， 3 R）-tartaric acid[J]. Journal of Chemical Crystallography， 2002， 32： 525-529.

[8] 程婷， 楊國(guó)龍， 畢艷蘭. 甲醇溶液中酒石酸輔助尿素包合法富集α-亞麻酸[J]. 河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2017， 38（3）： 12-17.

[9] 董青， 陳礪，嚴(yán)宗誠(chéng). 酒石酸輔助尿素包合法分離異硬脂酸[J]. 中國(guó)油脂， 2019， 44（5）： 108-113.

[10] 劉佩珊，牟燕，馬安德，等. 氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定血漿中31種游離脂肪酸含量[J]. 分析測(cè)試學(xué)報(bào)， 2020， 39（8）： 1000-1005.

[11] DHAS S A M B， SURESH M， BHAGAVANNARAYANA G， et al. Growth and characterization of l-tartaric acid， an nlo material[J]. Journal of Crystal Growth， 2007， 309（1）： 48-52.

[12] 呂俊梅. 溫度及氧氣對(duì)青刺果油貯藏品質(zhì)的影響[J]. 糧食科技與經(jīng)濟(jì)， 2024， 49（2）： 117-120.