分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法与流程

本发明涉及南极磷虾磷脂的制备方法，特别是一种分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法。

背景技术：

南极磷虾(euphausiasuperba)是南大洋南极海域所发现的磷虾一种。它是目前地球上海洋生物最大聚集的动物之一，也是至今发现分解蛋白质最强的酶生产者。南极磷虾中油的含量占其干重的15％左右，南极磷虾幼体脂肪酸总含量最高，其不饱和脂肪酸是目前自然界中唯一以磷脂型态结合ω-3(epa、dha)和多样性超强抗氧化物(磷脂型虾青素astaxanthin)的分子结构，而饱和脂肪酸含量较低，在不饱和脂肪酸中，含有人体必需脂肪酸的亚油酸的比例较大，是一种食用安全、营养价值较高的虾类。研究表明，南极磷虾磷脂在预防心血管疾病、促进大脑发育、延缓衰老、缓解痛风和类风湿关节炎吲等方面具有显著功效。

现阶段南极磷虾磷脂的提取技术主要有超临界萃取法、超声波和微波酶辅助提取法、有机溶剂萃取法、酶水解结合溶剂法等。如边晶晶等用正己烷和异丙醇溶剂提取了南美白对虾虾头中的油脂；崔益玮等用氯仿和甲醇提取了南极磷虾粗脂，并用丙酮纯化。虽然溶剂提取法分离的效率较高，便于连续操作，但磷虾磷脂的提取率较低，操作步骤繁琐，而且残留的有机溶剂的含量易超标，并且有些有机溶剂具有较高毒性，这些原因都使此方法的使用受到限制。陈文娟采用蛋白酶水解结合溶剂法提取大黄鱼的鱼卵磷脂，结果表明酶水解法的提取率比溶剂法和超声波法高。超临界萃取法和超声波酶辅助提取法等生产成本较高，使用的设备较为昂贵。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法；采用本发明能分离纯化或得的磷脂型epa和dha总含量高(≥30％)的南极磷虾磷脂。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法，包括以下步骤：

a、南极磷虾样品处理：

将南极磷虾制成虾糜后干燥，再粉碎，得南极磷虾粉；

b、酶解体系用溶液制备：

先将磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液和咪唑类离子液体均匀混合，然后加入甲醇，再振荡均匀混合，得酶解体系用溶液；

咪唑类离子液体：甲醇＝1:1～2.5体积比(优选1:1～2.5，最佳1：2)；

咪唑类离子液体：磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液＝0.18～0.22:1(优选0.2：1)；

c、催化反应：

在酶解体系用溶液中加入α-淀粉酶(300±30u/mg)、胰蛋白酶(2500±250u/mg)均匀混合后再加入南极磷虾粉，形成酶解体系；所述α-淀粉酶：南极磷虾粉＝0.8～1.0％的质量比(优选0.9％)，胰蛋白酶：南极磷虾粉＝1.4～1.6％的质量比(优选1.5％)，南极磷虾粉与酶解体系用溶液中的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液的料液比为1g/3～7ml(优选1g/5ml)；

将所述酶解体系置于摇床中以120～200rpm的振幅、45±0.5℃的温度恒温震荡酶解反应110～130min(优选120min)，酶解反应过程中控制酶解体系的ph值为8.0；

酶解反应结束后，冷却至室温，得酶解液；

d、萃取分离磷虾油：

向步骤c所得的全部酶解液中加入1,2-二氯甲烷，先振荡(使酶解液与1,2-二氯甲烷相混合)，然后离心，取下清液旋转蒸发至近干(即，直至不再有溶剂流出)，得南极磷虾油；向南极磷虾油加入4±0.5℃预冷的丙酮，析出物为南极磷虾磷脂(高含量磷脂型epa和dha的南极磷虾磷脂)。

作为本发明的分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法的改进：

所述步骤b中的咪唑类离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([bmim]pf6)。

作为本发明的分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法的进一步改进，步骤d中：

1,2-二氯甲烷：步骤c中的酶解体系用溶液中所含的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液＝1.9～2.0:1的体积比(优选1.92：1)；

丙酮：步骤c中的南极磷虾粉＝0.9～1.1：1的质量比(优选1：1)。

作为本发明的分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法的进一步改进，步骤d中：离心为于9000～12000rpm转速离心10±2min，旋转蒸发的温度为60±5℃。

作为本发明的分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法的进一步改进，步骤a为：将南极磷虾粉碎成虾糜后，于真空干燥箱(0.06mpa)内50±5℃干燥8±0.5h，然后粉碎至能过60目的筛，得南极磷虾粉。

作为本发明的分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法的进一步改进：步骤b中的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液的制备方法为：将浓度为0.2mol/l磷酸氢二钠水溶液与浓度为0.2mol/l的磷酸二氢钠水溶液按照947：53的体积比混合而得。

作为本发明的分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法的进一步改进：步骤c中，设定的酶解时间到达后，将酶解反应所得物置于100℃沸水中水浴5min，从而结束酶解反应。

在本发明中：

1、通过α-淀粉酶、胰蛋白酶这两种酶的复合使用，解决了其各自酶解反应条件的兼容性；通过酶解淀粉和蛋白，释放键合和包裹的磷脂分子，提高提取率。

2、离子液体与酶结合提取南极磷虾磷脂，离子液体既能作为生物催化介质，提高酶的活性及酶解产物的得率，稳定酶/底物的过渡态，降低反应活化能，使酶表现出较高的催化活性；同时也能作为萃取介质，减少传统的有机溶剂的使用，提高萃取率和选择性。

3、建立了缓冲液-离子液体[bmim]pf6-甲醇的反应体系，适用于南极磷虾介质高蛋白高ω-3磷脂的特性，显著提高磷虾磷脂中磷脂型epa和dha的含量。

与现有技术的溶剂直接萃取法比较，本发明通过α-淀粉酶和胰蛋白酶的作用，酶解蛋白质等大分子，释放了与其结合和被其包裹的磷脂；同时以[bmim]pf6-甲醇为生物催化介质，在最优条件下降低了酶解反应活化能，提高了提取效率；得到的南极磷虾磷脂中磷脂型epa和dha的含量高于传统技术的提取物。

综上所述，本发明针对南极磷虾物料中大量蛋白质对磷脂形成包裹，同时两者键合形成脂蛋白，使常规溶剂萃取法提取效率较低的特性，开发酶催化反应技术，以[bmim]pf6-甲醇为生物催化介质，在最优条件下降低酶解反应活化能，提高了提取效率，使得到的南极磷虾磷脂中磷脂型epa和dha的含量高于传统技术提取物。

在发明过程中，对南极磷虾磷脂的提取进行了如下的实验：

影响南极磷虾磷脂中磷脂型epa和dha的含量的因素较多，包括[bmim]pf6和甲醇的体积比、α-淀粉酶和胰蛋白酶的量等因素，通过一系列实验研究了不同参数的影响。

1.[bmim]pf6和甲醇的比例对提取效果的影响：

[bmim]pf6和甲醇是酶催化反应的重要介质，也是影响磷脂型epa和dha的提取效率的重要因素，通过调节不同[bmim]pf6和甲醇的比例研究其对提取效率的影响。实验共研究了[bmim]pf6和甲醇体积比为2：1、3：2、1：1、2：3、1：2五种比例的介质，结果见图1。随着甲醇比例的增加，磷脂型epa和dha的含量逐渐提高，前期上升趋势较为明显，后期趋势逐渐平缓，考虑到甲醇含量过高会导致环境等一系列问题，最终选取[bmim]pf6和甲醇体积比为1：2。

2.α-淀粉酶和胰蛋白酶的量对提取效果的影响：

α-淀粉酶添加量对磷脂型epa和dha的提取效果的影响见图2。磷脂中磷脂型epa和dha的含量随着α-淀粉酶的添加量增加而提高，当α-淀粉酶添加量为0.9％时达到最高38.1％。当进一步提高α-淀粉酶添加量时，磷脂型epa和dha的含量不再提高，而是趋于平缓，因此α-淀粉酶的添加量为0.9％。

胰蛋白酶添加量对磷脂型epa和dha的提取效果的影响见图3。随着胰蛋白酶的添加量的增加，所提取的南极磷虾磷脂中磷脂型epa和dha的含量逐渐提高，且在胰蛋白酶的添加量为1.5％时达到最高。因此，胰蛋白酶的添加量确定为1.5％。

3.酶解反应条件优化：

首先通过单因素分析，优化温度、ph、时间三因素对磷脂型epa和dha含量的影响，所得结果见图4-6，温度、ph、时间三因素均呈现出先升高后降低的趋势，所得最优条件为温度45℃、ph值为8、时间120min。

本发明还通过响应面分析温度、ph、时间这三因素相互之间的相关性，从而确定最佳值。通过调节这三因素的值设计17种组合，并开展实验，得到对应的响应值如表1。

表1、响应面方案设计和实验结果

以南极磷虾磷脂中的磷脂型dha和epa总和为响应值进行二次多元回归拟合，得南极磷虾磷脂提取率对温度、ph、时间三个因素的回归方程为：

磷脂型dha和epa总和＝37.08+0.41×a+0.15×b+0.51×c-4.53×a×b-2.85×a×c+0.32×b×c-2.42×a²-7.39×b²-3.76×c²

对该二次多元回归拟合模型进行方差分析和显著性检验，结果如表2。

表2、回归方程参数方差分析表

由方差分析表可以看出，模型p<0.0001，证明模型极其显著，失拟项p＝0.0692>0.05不显著，证明模型拟合较好。三个因素间相互作用的响应面与等高线图见图7。

为确定最佳工艺条件，在因素水平内以磷脂型dha和epa总和为指标，对响应面进行分析得最佳工艺组合为：温度45.36℃，ph为7.99，时间121.19min，磷脂型epa和dha总和的预测值为38.6％。为了便于实际操作，实际条件调整温度45℃，ph＝8，时间120min为最佳。

4.南极磷虾磷脂中的脂质成分分析：

乙酯化：称取0.1g磷脂样品(南极磷虾磷脂)于具塞试管中，加入2ml0.5mol/l的naoh-ch3oh溶液，充分摇匀，65℃水浴加热30min，取出后自然冷却，再加入2ml15％bf3-ch3oh溶液，充分摇匀，65℃水浴加热3min，取出后自然冷却，加入2ml正己烷提取，同时加入2ml饱和nacl溶液水洗，静止分层，取上层清液并加入1/10体积的无水na2so4去除溶液中痕量的水，将处理好的上层清液过有机相滤膜后用气相色谱仪进行脂肪酸相对含量测定。

气相色谱检测条件：hp-88氰丙基色谱柱(30m×0.25mm,0.20μm)；载气：h2；不分流进样；进样量1μl；检测温度220℃；程序升温：起始柱温设定为70℃，以15℃/min升至120℃，保持1min，再以5℃/min升至175℃，保持10min；最后以5℃/min升至220℃，保持5min。

经测定，最佳工艺参数下所得的南极磷虾磷脂中脂肪酸成分见表3。

表3南极磷虾磷脂中脂肪酸组分及含量(质量％)

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1缓冲液与甲醇的比例对提取效果的影响；

图2α-淀粉酶添加量对磷脂型epa和dha的提取效果的影响；

图3胰蛋白酶添加量对磷脂型epa和dha的提取效果的影响；

图4酶反应温度对提取效果的单因素分析；

图5酶解液ph条件对提取效果的单因素分析；

图6酶催化时间对提取效果的单因素分析；

图7酶催化反应温度、ph和时间的响应面及等高线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1、一种分离纯化高含量南极磷虾磷脂的方法，依次进行以下步骤：

a、南极磷虾样品处理：

使用斩拌机以3000rpm将5kg南极磷虾粉碎后得到南极磷虾糜，于真空干燥箱内50℃、0.06mpa下干燥8h，得到南极磷虾干1.78kg，经粉碎机200rpm粉碎10min后得到过60目筛的南极磷虾粉；

b、酶解体系用溶液制备：

向容器中加入47.35ml磷酸氢二钠水溶液(0.2mol/l)和2.65ml磷酸二氢钠水溶液(0.2mol/l)，振荡混合均匀后得到磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液50ml，继续加入10ml离子液体咪唑类离子液体----1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([bmim]pf6)，混合均匀后再加入20ml甲醇，再次振荡均匀混合，得酶解体系用溶液；

c、催化反应：

在步骤b所得的在酶解体系用溶液中加入0.09g的α-淀粉酶(300u/mg)和0.15g的胰蛋白酶(2500u/mg)，充分分散溶解后再加入10g南极磷虾粉，形成酶解体系。

将酶解体系置于摇床中以200rpm恒温震荡反应，反应时间为120min，温度45℃，体系ph值为8.0(可通过浓度为0.1mol/l的磷酸、浓度为0.1mol/l的氢氧化钠，对整个反应过程中酶解体系进行调节，从而确保整个反应过程中体系的ph值为8.0)。设定的酶解时间到达后，将酶解反应所得物置于100℃沸水中水浴5min，从而结束酶解反应；取出后冷却至室温；得酶解液。

d、萃取分离磷虾磷脂：

向步骤c所得的全部酶解液中加入96ml的1,2-二氯甲烷，先振荡10min，从而使酶解液与1,2-二氯甲烷相混合；然后以12000rpm转速离心10min，取下清液并转移至旋转蒸发仪，以200rpm的转速于60℃旋转蒸发，直至近干(不再有溶剂流出)，得到南极磷虾油；向南极磷虾油加入4℃预冷的丙酮10g后，析出物为高含量磷脂型epa和dha的南极磷虾磷脂(1.67g)。

经检测，所得南极磷虾磷脂中磷脂型epa和dha总和为38.6％。

对比例1-1、将实施例1的酶解体系用溶液中的离子液体[bmim]pf6与磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液的体积比例由0.2改成0.1；步骤c中α-淀粉酶、胰蛋白酶、南极磷虾粉、[bmim]pf6的用量保持不变；其余等同于实施例1。

对比例1-2、将实施例1的酶解体系用溶液中的离子液体[bmim]pf6与磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液的体积比例由0.2改成0.3；步骤c中α-淀粉酶、胰蛋白酶、南极磷虾粉、[bmim]pf6的用量保持不变；其余等同于实施例1。

对比例2-1、将实施例1步骤c中南极磷虾粉与磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液的料液比由1g：5ml改为1g：3ml；其余等同于实施例1。

对比例2-2、将实施例1步骤c中南极磷虾粉与磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液的料液比积比例由1g：5ml改为1g：7ml；其余等同于实施例1。

对比例3-1、将实施例1步骤c中的“0.09g的α-淀粉酶和0.15g的胰蛋白酶”改成“0.06g的α-淀粉酶和0.225g的胰蛋白酶”，其余等同于实施例1。

对比例3-2、将实施例1步骤c中的“0.09g的α-淀粉酶和0.15g的胰蛋白酶”改成“0.135g的α-淀粉酶和0.1g的胰蛋白酶”，其余等同于实施例1。

对比例4-1、将咪唑类离子液体由[bmim]pf6改成[bmim]bf4，体积用量不变；其余等同于实施例1。

对比例4-2、将咪唑类离子液体由[bmim]pf6改成[bmim]br，体积用量不变；其余等同于实施例1。

上述对比例与实施例1的对比，如表4所述。

表4

上述对比例实验结果均无法达到实验例中高磷脂型epa和dha含量南极磷虾磷脂的提取效果。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。