专利名称：一种基于分子蒸馏的尿素包络法制备α-亚麻酸的方法
技术领域：
本发明涉油脂加工领域，具体为一种基于分子蒸馏的尿素包络法制备纯化α-亚麻酸的方法。
背景技术：
α -亚麻酸(a -LNA)的重要植物原料之一为苏子。苏子有紫苏和白苏两种类型，是现在已知的植物中α -亚麻酸含量最高的物种，含油量在45% 50%，其中α -亚麻酸含量在60%左右。实验表明，α-亚麻酸具有多种生理功能。例如保护心脏、肝脏，预防心脑血管疾病，提高记忆力，延缓衰老，预防中风，增强繁殖能力等。 因此对α-亚麻酸的提取纯化研究可为α-亚麻酸的活性研究及应用奠定基础。α -亚麻酸是含有十八个碳原子、三个双键的直链脂肪酸，属于ω -3多不饱和脂肪酸系列。由于其高度的不饱和性，因而在高温条件下易发生氧化反应；在碱性条件下易发生双键位置及构型的异构化反应，形成共轭多烯酸。所以为了有效保护α-亚麻酸的生理活性，制备α-亚麻酸工艺条件的选择显得尤为重要。α-亚麻酸的制备包含两大过程，首先是由原料油脂水解制备混和脂肪酸，再进一步提取纯化得亚麻酸。在制备混合脂肪酸的过程中，国内外通常采用传统的皂化、酸解等方法，由于反应条件剧烈，多不饱和脂肪酸会发生氧化、聚合、异构化，势必影响α-亚麻酸功能特性。随酶工程技术的发展，应用酶法水解油脂的研究逐渐增多，国内外均有报道。对于α-亚麻酸纯化方法，目前主要有银离子络合法、柱色谱法、冷冻结晶法、超临界流体提取法等，但这些方法存在诸如溶剂残留、纯度不高、收率低、纯化周期长、环境污染、对设备要求高等缺点。分子蒸馏法是指在高真空条件下，液体组分在低于沸点的温度下逸出液面。由于轻分子的平均自由程大于重分子平均自由程，且蒸发速度快，从而使混合物中的轻分子不断逸出而实现轻重分子分离的目的。分子蒸馏的特点在于真空度高、蒸馏温度低于常规的真空蒸馏且物料受热时间短，有利于保护α-亚麻酸的生理活性，不用有机溶剂，环境污染小。利用分子量大小来分离脂肪酸，可以分离碳原子数目不同的脂肪酸，但对碳原子数相同饱和度不同的脂肪酸则难以分离。而尿素包络法是依据分子饱和度分离的方法。尿素的结晶呈四方体，当与直链脂肪酸共存时变为六面体晶体。直链饱和脂肪酸最容易进入六面体晶体的管道内，而形成尿素包络物。而不饱和脂肪酸中的双键越多，越难进入晶体的管道内，双键使分子体积增大，较难形成尿素包络物。根据这个性质，可以将高不饱和脂肪酸与饱和及低不饱和脂肪酸分开，达到分离α -亚麻酸的目的。本发明针对α -亚麻酸的结构和性质设计了纯化α -亚麻酸的试验方案，即采用生物水解方法(脂肪酶水解法)，并结合分子蒸馏和尿素包络法等技术对植物油中α -亚麻酸进行分离提纯。首先是采用脂肪酶水解原料油脂，并充分去除酶解液中的甘油和水分，获得浓缩的混和脂肪酸；在进一步的提取纯化α -亚麻酸过程中，应用了分子蒸馏技术和尿素包络法。酶水解、分子蒸馏和尿素包络法三种条件相对温和的工艺相结合，可有效防止α-亚麻酸的双键不被氧化，从而保护了 α-亚麻酸的功能特性；同时，通过分子蒸馏的过程，混合脂肪酸中大量低分子量的轻组分被分离出去，脂肪酸浓缩液中α -亚麻酸含量高，则在尿素包络试验中消耗较少的试剂获得高效包络效果，使α-亚麻酸得到有效纯化的同时，减少了污染，达到了节能减排的目的。对于α-亚麻酸的纯化，单一采用尿素包络法或β -环糊精包合法的占大多数，采用分子蒸馏法纯化工艺鲜有报道，尤其是分子蒸馏和尿素包络法相结合技术的使用，未见有文献报道。因此，提供一种基于分子蒸馏的尿素包络法制备α -亚麻酸的方法，已经是一个亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于分子蒸馏的尿素包络法制备α-亚麻酸的方法。通过试验对植物油的酶水解条件以及尿素包络纯化α-亚麻酸的 实验条件进行优化，选取富含α-亚麻酸的紫苏油为原料制备α-亚麻酸，其基本步骤为 原料的选择，脂肪酶水解制备混合脂肪酸，并充分去除酶水解物中的甘油和水分，分子蒸馏法分离出轻相组分以初步纯化混合脂肪酸，然后使用尿素包络法进一步纯化亚麻酸，特别对脂肪酶的水解条件和尿素包络条件进行了系统研究，得到本
发明内容
本发明的目的是这样实现的
一种基于分子蒸馏的尿素包络法制备纯化α -亚麻酸的方法，包括以下步骤
(1)原料的选择选取富含α-亚麻酸的紫苏油为原料，市售紫苏油直接使用；
(2)脂肪酶水解制备混合脂肪酸酶解液紫苏油的水解条件如下，物料比例(紫苏油脂肪酶水)为25:1:50( m:m:V)，水解温度设置为45°C，水解时间6 h ；
(3)酶解液中甘油及水分的充分去除首先利用分液漏斗分离出水相；油相中加入30°C温水缓慢摇晃后静置，分液漏斗第二次分离；5000r/min、(TC条件下离心5分钟，经旋转蒸发脱除水分；
(4)分子蒸馏法初步纯化混合脂肪酸将上步得到的混合脂肪酸使用分子蒸懼法分离浓缩，弃去轻相组分蒸懼条件为刮板转速20r/min,加热板温度112°C,压力8mtorr ；
(5)尿素包络法进一步提取纯化α-亚麻酸包络溶剂为甲醇或乙醇；包络条件为包络比例为1:6:2、1:8:1、1:8:2、1:8:3或1:10:2，包络温度为-10。C 30。C，包络时间为2 12h ；
在尿素包络法纯化α-亚麻酸的步骤中，甲醇溶剂的包络效果好于乙醇。在尿素包络法纯化α -亚麻酸的步骤中，最优的包络条件为包络比例为1:8:2,包络温度为0° C，包络时间为4h。综上，本发明中制备方法最优的方案为
以紫苏油为原料，物料比例(紫苏油脂肪酶水)为25:1:50( m:m:V)，在45°C温度下水解6h，酶解液经充分去除甘油和水分后得浓缩混合脂肪酸，其酸价约为140，收率78% ；在刮板转速20r/min、加热板温度112°C、压力8mtorr的蒸懼条件下进行分子蒸懼浓缩(一或两次)，得到的混合脂肪酸酸价为200左右；在尿素包络法单因素实验的基础上，设计响应面分析试验，数据分析显示三个单因素对结果的交互影响不大，确定的最佳反应条件为包络温度0°c,包络时间4 h,包络比例脂肪酸甲醇尿素(m:V:m)为1:8:2时。在最佳条件下三次验证试验，得到产品的α-亚麻酸平均含量为82. 70% (即α-亚麻酸含量由55. 34%提高到 82. 70%),收率为 52. 2%。有益效果
第一，酶法水解油料及分子蒸馏法纯化的条件温和，可有效防止α -亚麻酸的双键不被氧化，从而保护了 α-亚麻酸的生理活性；
第二，通过分子蒸馏的过程，混合脂肪酸中大量低分子量的轻组分被分离出去，初步纯化的脂肪酸浓缩液中α-亚麻酸含量高，尿素包络试验用量少，使α-亚麻酸得到有效纯化的同时，减少了污染，达到了节能环保的目的。第三，制备α -亚麻酸两大步骤中首先是纯净混合脂肪酸的制备，然后进行α -亚麻酸的提取纯化。国内外通常采用传统的皂化、酸解等方法制备混合脂肪酸，由于反应条件剧烈，对多不饱和脂肪酸会发生氧化、聚合、异构化，势必影响α-亚麻酸功能特性；随酶工 程技术的发展，应用酶法水解油脂的研究逐渐增多，国内外均有报道。对于α-亚麻酸的纯化，单一采用尿素包络法或β_环糊精包合法的占大多数，采用分子蒸馏法的纯化工艺鲜有报道，尤其是分子蒸馏和尿素包络法相结合技术的使用，未见有文献报道。
具体实施例方式下面结合具体实施例，对本发明作进一步的说明
本发明所使用的材料为紫苏油(市购)；脂肪酶(广州明远公司)；氢氧化钾溶液；石油醚(沸程60-90°C，开封化学试剂总厂)；乙醇(95%，天津市福晨化学试剂厂);无水硫酸钠(天津市科密欧化学试剂有限公司)；尿素(分析纯，洛阳化学试剂厂)；三氟化硼乙醚(国药集团化学试剂有限公司)；甲醇(分析纯，洛阳市化学试剂厂)；正庚烷(天津科密欧化学试剂有限公司)；氯化钠(分析纯，宿州化学试剂厂)。本发明使用的设备包括水浴恒温振荡器SHA-C (金坛市华锋仪器有限公司);低温恒温反应浴DF-10L/40 (河南智威科技发展有限公司)；旋转蒸发器RE-52A (上海亚荣生化仪器厂)；循环水式真空泵SHZ-DUII)(巩义市予华仪器有限责任公司)；气相色谱仪9790(FULI);氢气发生器GHL-300 (北京汇佳);空气发生器(北京汇佳);分子蒸馏仪Wiped-FilmHybrid Still System (美国 POPE 公司)。本发明中涉及到的酸价测定方法采用GB/T 5530-2005 :称取约O. 423g均匀的混和脂肪酸于锥形瓶中，加入乙醚-乙醇(2:1)混合溶剂50mL，摇动使其溶解；加三滴酚酞指示剂，用约O. lmol/L氢氧化钾溶液滴至微红色,且30秒不褪色,记下消耗的氢氧化钾溶液体积V (mL)。酸价(mgKOH/g油)=VXcX56. 1/m式中V(mL)为所用氢氧化钾标准溶液的体积；c(mol/L)为所用氢氧化钾标准溶液的准确浓度；m(g)为试样的质量；56. I (g/mol)为氢氧化钾的摩尔质量。本发明所涉及到的分子蒸馏法初步纯化α -亚麻酸采用的蒸馏条件为刮板转速20r/min ;加热板温度112°C ;压力8mtorr。仪器正常工作后开始进料，进料的速度不易太快，否则会分离不完全。分离完后弃去轻相组分，如果分离不完全则进行第二次操作。本发明所涉及到的包络试验方法为准确称取酶解后的混合脂肪酸，按不同的包络比例依次加入脂肪酸、甲醇或乙醇(95%)、尿素，温度为75°C下加热回流并不断振荡至溶液透明澄清，以使尿素溶解并与脂肪酸及溶剂均匀充分混合；冷却至室温后，选择不同温度及时间进行包络反应；包络反应完成后取出，迅速抽滤，液相为富含亚麻酸的混合脂肪酸。为洗去混入的少量尿素，在液相中加入少许水后，用两倍体积石油醚萃取；重复水洗2-3次，收集石油醚层，在35°C下减压蒸馏除去溶剂(回收再利用)，得到混合脂肪酸，称重并计算收率(收率为尿素包络后混和脂肪酸的质量/尿素包络前混和脂肪酸的质量)。本发明所涉及的气相色谱分析操作过程为取大约350 mg油样放入50 mL烧瓶中，加入7 mL三氟化硼甲醇溶液，加入一粒沸石加热回流2分钟，从冷凝管上端加入3. 5 mL正庚烷再回流一分钟。撤离火源，取出烧瓶，向烧瓶中加入一定量的氯化钠饱和溶液，轻轻上下颠倒数次后，静置分层。从烧瓶内的上层液中取出约2mL溶液转移到磨口试管中，加入适量无水硫酸钠以除去微量水分，得到甲酯化试样以备气相色谱分析。气相色谱条件为进样量0. 2μ L ;柱箱温度190°C ;采用FID (氢离子火焰)检测器，检测温度250°C ;辅助I温度250°C ;载气氮气压力O. 5MPa ;氢气压力为O. IMPa ;空气压力为O. 13MPa。本发明的实现包括以下步骤
步骤I原料处理
市售紫苏油直接使用。步骤2脂肪酶水解制备混合脂肪酸
取IOOg的紫苏油，4g脂肪酶，200 mL水于500 mL具塞锥形瓶中。封口后放入水浴恒温振荡器，温度设置为45°C。6 h后取出，分液漏斗分离弃去水相，于油相中加入30°C温水缓慢摇晃后静置，分液漏斗第二次分离出水相，油相在5000r/min、(TC条件下离心5分钟，经旋转蒸发脱除水分的浓缩混合脂肪酸采用GB/T 5530-2005测定酸价。酶水解温度为45°C，其中m (紫苏油)m (脂肪酶)V (H2O)为25:1:50，制备得到的混合脂肪酸酸价约为140，收率78%。步骤3分子蒸馏法初步纯化混合脂肪酸
蒸懼条件刮板转速20r/min ;加热板温度112°C ;压力8mtorr。仪器正常工作后开始进料，进料的速度不易太快否则会分离不完全。分离完后收集轻相产品。采用分子蒸馏浓缩后，得到的混合脂肪酸酸价为200左右；本步骤得混合脂肪酸经气相色谱分析，其α -亚麻酸的含量大约为55. 34%，其气相色谱出峰时间为19 min ;亚油酸的含量为10. 6%，油酸含量为19. 3%，棕榈酸含量为9. 7%。步骤4尿素包络法纯化 包络溶剂的选择
根据参考资料设计实验温度为_6°C，脂肪酸甲醇或乙醇(95%):尿素(m/V/m)为1:8:2 (以下简称包络比)。实验设计如表I:
表I实验设计条件
权利要求
1.一种基于分子蒸馏的尿素包络法制备纯化α-亚麻酸的方法，包括以下步骤 (1)原料的选择原料为富含α-亚麻酸的紫苏油，市售紫苏油直接使用； (2)脂肪酶水解制备混合脂肪酸酶解液紫苏油的水解条件如下，物料比例(紫苏油脂肪酶水)为25:1:50( m:m:V)，水解温度设置为45°C，水解时间6 h ； (3)酶解液中甘油及水分的充分去除首先利用分液漏斗分离出水相；油相中加入30°C温水缓慢摇晃后静置，分液漏斗第二次分离；5000r/min、(TC条件下离心5分钟，经旋转蒸发脱除水分； (4)分子蒸馏法初步纯化混合脂肪酸将上步得到的混合脂肪酸利用分子蒸馏法分离浓缩，弃去轻相组分蒸懼条件为刮板转速20r/min,加热板温度112°C,压力8mtorr ； (5)尿素包络法进一步提取纯化α-亚麻酸包络溶剂为甲醇或乙醇；包络条件如下，包络比例即脂肪酸(m，g):甲醇(V，1^):尿素(111，g)为 1:6:2、1:8:1、1:8:2、1:8:3 或1:10:2，包络温度为-10° (Γ30° C，包络时间为2 12h。
2.根据权利要求I所述的一种基于分子蒸馏的尿素包络法制备纯化α-亚麻酸的方法，其特征在于在尿素包络法纯化脂肪酸的步骤中，最佳包络溶剂为甲醇。
3.根据权利要求I所述的一种基于分子蒸馏的尿素包络法制备纯化α-亚麻酸的方法，其特征在于在尿素包络法纯化脂肪酸的步骤中，包络条件为包络比例为1:8:2，包络温度为0° C，包络时间为4 h。
全文摘要
本发明公开了一种以紫苏油为原料结合分子蒸馏与尿素包络法提取纯化α-亚麻酸的方法，属于油脂精深加工和综合利用技术领域。本发明提供的方法如下以市售紫苏油为原料，加入脂肪酶水解，得到混合脂肪酸，再经分子蒸馏技术对混合脂肪酸进行初步纯化，然后利用尿素包络法进一步纯化，并经石油醚萃取、减压蒸馏等操作得到α-亚麻酸产品。在我国华北、华中、西北等地区，富含多不饱和脂肪酸的油料资源非常丰富，该方法运用于这些油料资源的精深加工，不仅能提供优质的多不饱和脂肪酸产品，同时提高了油料作物的经济附加值。
文档编号C07C51/44GK102864189SQ20111045243
公开日2013年1月9日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者金华丽, 张华军, 李雪琴, 许春江, 韩小贤, 渠春玲, 卫敏, 谷克仁 申请人:河南工业大学