高含量多不饱和脂肪酸油脂的制备方法与流程

1.本发明涉及微生物油脂纯化和合成技术领域，更具体地，涉及一种高含量多不饱和脂肪酸油脂的制备方法。


背景技术：

2.ω-3、ω-6等多不饱和脂肪酸如二十碳五烯酸(epa，c20：5n-3)、二十二碳六烯酸(dha)、二十碳四烯酸(aa)等在营养学和医学上具有重要的生理意义，例如epa可以促进大脑发育、改善大脑功能、促进循环系统的健康，还对类风湿性关节炎、高血压、糖尿病等疾病的防治有积极作用。
3.藻类目前已经作为主要的提取多不饱和脂肪酸的原材料之一，目前关于提取上的一个问题在于，部分藻类脂质中含有大量叶绿素成分，使得藻油呈现棕色或深绿色，采用普通吸附方式如活性炭、白土、硅胶从结果来看可以部分的去除叶绿素，但依然有少量叶绿素溶于油脂内，使得油脂依然呈现绿色；若是增加吸附剂的用量则会造成更大的成本负担。另外，藻类中含有大量的磷脂、糖脂，采用普通的吸附和蒸馏工艺对藻油进行叶绿素的去除以及油脂提纯时，往往会面临原料过于黏稠难以操作，进而无法实现纯化目的。由于高含量的二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸等在保健食品和药品领域都具备较高的价值，所以需要开发一种能够在工业上有效去除叶绿素并提纯藻油的方法，并得到高含量的多不饱和脂肪酸酯尤其是多不饱和脂肪酸甘油酯。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的在于提供一种去除藻类微生物油脂中叶绿素的方法，该方法包括如下步骤：
5.1)将低级一元醇酯化藻油与酸溶液反应，得到第一油脂；
6.2)将所述步骤1)的第一油脂与碱反应，得到第二油脂；
7.3)使用活性炭和/或白土对所述步骤2)的第二油脂进行进一步脱色，收集脱色油。
8.本发明仅仅通过上述简单的反应步骤(特定顺序：先与酸溶液反应、再与碱反应，再使用活性炭和/或白土进行脱色)就可以有效的去除低级一元醇酯化藻油中残留的大部分叶绿素，其中至少80％以上的叶绿素可以被有效的去除。
9.本发明的低级一元醇酯化藻油是通过藻类微生物油脂通过化学法或是酶法同低级一元醇转酯得到。其中，藻类微生物油脂是通过微藻的培养收集得到的，所述微藻由于能进行光合作用所以提取物中包含大量的叶绿素，叶绿素的含量超过2％，涉及的微藻可以是蓝藻、绿藻、金藻和红藻，其典型的藻类有微拟球藻、螺旋藻、小球藻等，其油脂可以使用本领域中常用的方法从藻粉或藻泥中得到，在本发明的实施例中以微拟球藻为例详述本发明。
10.其中，低级一元醇为本领域所熟知的碳原子小于6个的一元醇类，其典型的醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇等，在本发明的实施例中以乙醇为例详述本发明。
11.其中，化学法和酶法均是本领域中常规的方法，典型的化学法例如向藻油中加入低级一元醇和硫酸，在80℃左右进行转酯化反应，使用乙烷和水对反应后的混合物进行充分萃取，收集己烷相，水洗至ph为中性，得到低级一元醇酯化藻油。酶法为向藻油中加入乙醇和脂肪酶，在35～65℃下反应4～24h得到低级一元醇酯化藻油，在该体系中优选加入500～2000ppm的皂。得到的低级一元醇酯化藻油虽然将部分脂肪酸转为乙酯，一定程度上提高了流动性解决了原料黏稠难以处理的问题，但是总体仍然为乙酯、糖脂和磷脂的粘稠混合物，其中糖脂的含量约在8～20wt％，磷脂的含量约为3～10wt％，若按现有公开的技术进行后续纯化处理，该粘稠混合物依然会给后续处理步骤带来较大的困难。
12.在本发明一个优选实施方式中，还包括蒸馏步骤，该蒸馏步骤可以在步骤1)前，也可以在脱色步骤3)后，目的是提高低级一元醇酯化藻油中多不饱和脂肪酸的含量，并去除叶绿素。通过研究表明，将该蒸馏步骤置于脱色步骤3)后效果更好，即该方法还包括步骤4)，将步骤3)得到的脱色油进行蒸馏，收集不饱和脂肪酸烷基酯。经此步骤之后，叶绿素能够去除95％以上，甚至可以达到99％的去除率，并且可以得到纯度较高的多不饱和脂肪酸。蒸馏条件根据本领域技术技术人员的常规经验可得到，根据不同设备、方法进行选择，通常的蒸馏条件范围为压力为10～100pa，蒸馏温度为100～200℃。其中，典型的不饱和脂肪酸包括二十碳五烯酸、二十碳四烯酸、二十二碳六烯酸、二十二碳六烯酸、十八碳二烯酸、十八碳三烯酸、十八碳四烯酸中的一种或几种。
13.在本发明一个优选实施方式中，不饱和脂肪酸烷基酯为脂肪酸乙酯，蒸馏的条件为：在50～80pa条件下，收集160～190℃温度段的馏分，即为富含多不饱和脂肪酸的乙酯油。
14.在本发明一个优选实施方式中，步骤1)中，所述酸溶液中酸的用量为低级一元醇酯化藻油重量的1.5～5wt％。所述酸溶液的质量分数优选为50～70％。该步骤1)中的反应温度优选为70～90℃，反应时间优选为60～200min。在该反应中，为了提高去除叶绿素的效果，优选先将低级一元醇酯化藻油与酸溶液反应30～60min，再加入纯水反应30min～140min。其中，纯水的加入量优选为低级一元醇酯化藻油的4～5wt％。反应结束后，收集上层，得到第一油脂。其中，酸溶液中的酸可以为本领域中常用的酸，包括但不限于盐酸、柠檬酸等，优选为食品可用且对设备无腐蚀影响的柠檬酸。酸溶液可以为酸水溶液。
15.在本发明一个优选实施方式中，步骤2)中，碱的用量以中和所述乙酯油中游离的脂肪酸和步骤1)中第一油脂的酸价为准。步骤2)中反应温度优选为50～60℃。反应时间与碱的用量相关，只要将乙酯油中游离的脂肪酸和步骤1)中未反应完的酸中和完即可。步骤2)中，第一油脂与碱反应结束后，可以经过离心或是过滤，分离杂质，得到第二油脂。碱可以使用本领域中常用的碱，包括但不限于，氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇钠、乙醇钾、甲醇钠、乙醇钠、固体碱等。其中，在该步骤中，碱为碱的水溶液，质量分数优选为20～40wt％。
16.在本发明一个优选实施方式中，步骤3)中，所述活性炭和白土的用量分别为所述低级一元醇酯化藻油重量的5～10％。优选的是，步骤3)中依次使用活性炭和白土所述第二油脂进行脱色，收集脱色油，脱色反应的温度优选为50～70℃，反应时间优选为60～120min。在步骤3)中，具体为在50～70℃，先加入按配比的活性炭，反应30～60min后，再继续加入按配比的白土，反应30～60min，过滤得到脱色油。
17.在上述步骤1)、2)和3)中，可以在搅拌下进行，搅拌的速度优选为100～500rpm。
18.在本发明一个优选实施方式中，为了使得叶绿素的去除效果更好，还包括向步骤1)的反应体系、步骤2)的反应体系、步骤3)的脱色步骤或步骤4)的蒸馏过程中加入有机溶剂如正己烷、乙醇、丙酮、丁烷、乙酸乙酯、甲醇、异丙醇、乙醇、正己烷等一种或多种溶剂，优选为乙醇。其中，有机溶剂的加入量优选为低级一元醇酯化藻油重量的100～200wt％。进一步优选的是，在步骤1)的反应体系中加入上述有机溶剂。
19.在本发明一个优选实施方式中，所述方法由如下步骤组成：
20.1)将低级一元醇酯化藻油与酸溶液反应，得到第一油脂；
21.2)将所述第一油脂与碱反应，得到第二油脂；
22.3)使用活性炭和/或白土对所述第二油脂进行脱色，收集脱色油；
23.4)将所述脱色油进行蒸馏，收集不饱和脂肪酸烷基酯。
24.其中所述不饱和脂肪酸包括二十碳五烯酸、二十碳四烯酸、二十二碳六烯酸、二十二碳六烯酸、十八碳二烯酸、十八碳三烯酸、十八碳四烯酸中的一种或几种。
25.该优选实施方式通过上述简单的反应步骤(先与酸溶液反应、再与碱反应，再使用活性炭和/或白土进行脱色、梯度蒸馏)就可以有效的去除低级一元醇酯化藻油中残留的叶绿素，优选95％以上的叶绿素可以被有效的去除。
26.本发明另一目的在于提供一种从藻类微生物油脂中富集多不饱和脂肪酸甘油酯的方法，该方法可以直接得到高纯的甘三酯，含量达到90％。其中，本发明中所述的多不饱和脂肪酸包括多不饱和脂肪酸为ω-3脂肪酸、ω-6脂肪酸，其典型的脂肪酸包括二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸、花生四烯酸、亚麻酸、亚油酸或十八碳四烯酸中的一种或多种。
27.该方法包括如下步骤：将上述方法得到的不饱和脂肪酸烷基酯与甘油进行酯交换，再进行分子蒸馏后即得。具体为：将上述方法得到的不饱和脂肪酸烷基酯与甘油在酶的作用下进行酯交换后，在小于100pa压力、温度为150～180℃下，分子蒸馏除去杂质，无水乙醇洗脱后即得。
28.在本发明一个优选实施方式中，酶为脂肪酶。酶的用量为所述轻相乙酯油重量的1～5％。其中，甘油的用量为所述轻相乙酯油重量的4～5倍。所述酯交换的温度为35～65℃，时间为4～24h。在该反应中，为了提高交换率，进一步提高富集方法，优选的是可以加入碱，碱的用量以控制体系中含皂量在100～2000ppm范围内。其中，碱可以为氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇钠、乙醇钾、甲醇钠、乙醇钠、固体碱等。
29.在小于100pa压力、温度为150～180℃下，分子蒸馏除去杂质(游离脂肪酸、单、双甘酯)，收集底物甘油和多不饱和脂肪酸甘油酯，使用1～5倍的无水乙醇进行洗脱，甘油溶于乙醇，收集得到多不饱和脂肪酸甘油酯。
30.本发明提供的方法通过特定顺序且简单的反应步骤可以有效的去除微生物油脂的叶绿素(至少80％以上的叶绿素可以被有效的去除)，该方法收率高，成本低，易工业化。本发明提供的从藻类微生物油脂中富集多不饱和脂肪酸甘油酯的方法可以直接得到高纯的甘三酯，含量可以得到90％以上，过程简单，操作简单，易工业化生产，成本低，应用范围广，解决了市场需求。由本发明得到的产品应用领域广，可以用于食用油、保健品、婴幼儿食品以及医药产品中。
附图说明
31.图1中从左到右依次为实施例1的粗ee油(低级一元醇酯化藻油)、实施例3中步骤2得到的第二油脂、实施例3中步骤3得到的脱色油、实施例3中步骤4得到的不饱和脂肪酸乙酯油；
32.图2中从左到右依次为实施例4和实施例3得到的不饱和脂肪酸乙酯油；
33.图3中从左到右依次为实施例3和对比例1得到的不饱和脂肪酸乙酯油。
具体实施方式
34.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例，用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。
35.实施例1
36.从微拟球藻中提取粗藻油并使用化学法进行转酯：
37.(1)取干燥微拟球藻粉25g，混合在250g的乙醇中，于80℃搅拌30min以提取脂质，分离菌渣后，采用乙醇重复提取菌渣，合并滤液后得到深绿色含脂液体(即粗藻油)，脱溶。
38.(2)向该粗藻油中加入50ml乙醇、4ml100％硫酸，于80℃进行6小时的酯交换反应。将反应产物倒入分液漏斗，并加入40ml己烷和水(1:1)，收集包含反应生成的脂肪酸乙酯的己烷相，并水洗4至5次直至ph变成中性，蒸出己烷即得到粗ee，即本发明中所称的低级一元醇酯化藻油,该粗藻油中磷脂含量为8.75％，糖脂含量为14.62％，乙酯为61.24％，叶绿素含量为4.02％。
39.实施例2
40.将粗藻油使用酶法进行转酯：
41.取实施例1中步骤(1)得到的粗藻油100g与100g95％乙醇或无水乙醇，脂肪酶用量5g，加入氢氧化钠控制皂用量在500ppm，搅拌300r,反应温度55℃，反应时间12小时。反应完毕后，负压脱溶除去残留乙醇，得到粗ee，即本发明中所称的低级一元醇酯化藻油。
42.实施例3
43.本实施例提供了一种去除低级一元醇酯化藻油中叶绿素的方法，包括如下步骤：
44.1、将100g实施例1中得到的粗ee油和100g乙醇混合升温到80℃回流，加2.5g柠檬酸，定容到5ml的水溶液，300r搅拌30min，再继续加5g的纯水反应30min。离心或过滤收集上层清油(即第一油脂)，乙酯油采用乙醚定容并在667nm处采用分光光度计法检测叶绿素含量2.5％，测酸价为8.9。
45.2、将步骤1中的第一油脂，在50℃，300r搅拌，加入5.4g氢氧化钠，定容18ml纯水中，反应60min。经过离心或过滤，分离除去皂及部分叶绿素，得到第二油脂，第二油脂中检测叶绿素1.4％。
46.3、在50℃下，向步骤2中得到的第二油脂中加入活性炭(其中，活性炭的加入量为第二油脂的5％，w/v)，反应30min，再继续加白土(其中，白土的加入量为第二油脂的5％，w/v)反应30min，吸附叶绿素及皂等杂质，过滤得到脱色油，检测叶绿素0.8％。
47.4、取上述脱色油500g，抽负压到50pa,升温到185℃蒸馏，收集轻相乙酯油，即不饱和脂肪酸乙酯油，此时，得到的不饱和脂肪酸乙酯油颜色澄清,检测叶绿素0.01％。
48.实施例4
49.本实施例提供了一种去除低级一元醇酯化藻油中叶绿素的方法，包括如下步骤：
50.1、将100g实施例1中得到的粗ee油升温到80℃回流，加2.5g柠檬酸，定容到5ml的水溶液，300r搅拌30min，再继续加5g的纯水反应30min。离心或过滤收集上层清油(第一油脂)，乙酯油检测叶绿素含量3.0％，测酸价为8.9。
51.2、将步骤1中第一油脂，在50℃，300r搅拌，加入5.405g氢氧化钠，定容18ml纯水中，反应60min。经过离心或过滤，分离除去皂及部分叶绿素，得到第二油脂，第二油脂中检测叶绿素2.0％。
52.3、在50℃下，向步骤2中得到的第二油脂中加入活性炭(其中，活性炭的加入量为第二油脂的5％，w/v)，反应30min，再继续加白土(其中，白土的加入量为第二油脂的5％，w/v)反应30min，吸附叶绿素及皂等杂质，过滤得到脱色油，检测叶绿素1.5％。
53.4、取上述脱色油500g，抽负压到50pa,先升温到145℃蒸馏，保温蒸馏1小时，至无轻相流出；再继续升温到185℃蒸馏，收集轻相乙酯油，即不饱和脂肪酸乙酯油，此时得到的不饱和脂肪酸乙酯油颜色澄清,检测叶绿素0.20％。测epa含量80.2％，aa含量9.5％。
54.实施例5
55.本实施例提供了一种从藻类微生物油脂中富集多不饱和脂肪酸甘油酯的方法，包括如下步骤：
56.1、取100g实施例3中步骤4得到的不饱和脂肪酸乙酯油，加400g甘油在tlim酶作用下，随机酯交换，其中：酶用量占总底物重量5％，添加25g酶，反应温度65℃。反应时间8小时，收集产物。其中在反应前将混合物加少量的氢氧化钠以控制产生500ppm的皂和水，底物含水量为0.1％。
57.2、将上述反应体系进行分子蒸馏，负压压力30pa，温度185℃，除去游离脂肪酸、单、双甘酯(可回收利用)，收集底物甘油和甘三酯。再加2倍的无水乙醇进行洗脱，甘油溶于乙醇，收集各组分(甘油回收重复利用)。将收集的甘三酯进行脱溶，得到甘三酯中，检测不饱和脂肪含量得到，epa含量82.3％，aa含量10.5％，未检出叶绿素含量。得到的甘三酯色泽黄光y＝5.2，红光r＝0.5，达到油脂国家标准。
58.实施例6
59.本实施例提供了一种从藻类微生物油脂中富集多不饱和脂肪酸甘油酯的方法，包括如下步骤：
60.1、取100g实施例3中步骤4得到的不饱和脂肪酸乙酯油，加400g甘油在tlim酶作用下，随机酯交换，其中：酶用量占总底物重量5％，添加25g酶，反应温度65℃。反应时间8小时。
61.2、将上述反应体系进行分子蒸馏，负压压力30pa，温度185℃，除去游离脂肪酸、单、双甘酯(可回收利用)，收集底物甘油和甘三酯。再加2倍的无水乙醇进行洗脱，甘油溶于乙醇，收集各组分(甘油回收重复利用)。将收集的甘三酯进行脱溶，得到甘三酯，检测不饱和脂肪酸测epa含量75.5％，aa含量6.8％。得到的甘三酯色泽黄光y＝3.5，红光r＝0.4，达到油脂国家标准。
62.对比例1
63.本对比例提供了一种去除低级一元醇酯化藻油中叶绿素的方法，包括如下步骤：
64.1、将100g实施例1中得到的粗ee油和100g乙醇混合，在50℃，300r搅拌，加5g活性
炭，反应30min，再继续加5g白土反应30min。过滤得到脱色油，检测叶绿素2.8％。
65.2、将脱色油进一步进行蒸馏，取上述工艺得到的油500g，抽负压到50pa,先升温到135℃蒸馏，保温蒸馏1小时，无轻相流出，单独收集轻相1(该温度主要蒸馏饱和脂肪酸乙酯c12-c18)；再继续升温到165℃蒸馏，收集不饱和脂肪酸乙酯油(c20、c22等多不饱和脂肪酸，dha、epa、aa)，同时去除叶绿素，收集轻相乙酯油，即不饱和脂肪酸乙酯油，该轻相乙酯油颜色澄清,检测叶绿素0.43％。测epa含量81.6％，aa含量9.3％。
66.对比例2
67.本对比例提供了一种从藻类微生物油脂中富集多不饱和脂肪酸甘油酯的方法，包括如下步骤：
68.1、取100g实施例3中步骤4得到的不饱和脂肪酸乙酯油，加400g甘油搅拌300r，反应温度65℃。反应时间8小时。其中在反应前将混合物加少量氢氧化钠控制皂含量在500ppm，加水使底物含水量为0.1％-0.2％。
69.2、将上述反应体系进行分子蒸馏，负压压力30pa，温度185℃，除去游离脂肪酸、单、双甘酯(可回收利用)，收集底物甘油和甘三酯。再加2倍的无水乙醇进行洗脱，甘油溶于乙醇，收集各组分(甘油回收重复利用)。乙醇洗脱后，未收集到甘三酯。
70.对比例3
71.本对比例提供了一种去除低级一元醇酯化藻油中叶绿素的方法，包括如下步骤：
72.1、将100g实施例1中得到的粗ee油和100g乙醇混合升温到50℃，加入活性炭(其中，活性炭的加入量为低级一元醇酯化藻油的5％，w/v)，反应30min，再继续加白土(其中，白土的加入量为低级一元醇酯化藻油的5％，w/v)反应30min，吸附叶绿素等杂质，过滤得到第三油脂，其中叶绿素含量为3.1％。
73.2、将步骤1中的第三油脂升温至80℃后加2.5g柠檬酸，300r搅拌30min，再继续加5g的纯水反应30min。离心收集上层乙酯油。
74.3、将步骤2中的上层乙酯油，在50℃，300r搅拌，加入5.4g氢氧化钠，定容18ml纯水中，反应60min。经过离心或过滤，分离除去皂及部分叶绿素，得到第四油脂，第四油脂中检测叶绿素1.1％。
75.4、取上述第四油脂500g，抽负压到50pa,先升温到135℃蒸馏，保温蒸馏1小时，至无轻相流出；再继续升温到185℃蒸馏，收集轻相乙酯油，即不饱和脂肪酸乙酯油，此时，得到的不饱和脂肪酸乙酯油检测叶绿素0.32％。
76.各实施例和对比例得到的产品纯度对比如下表所示：
[0077][0078]
从图1中可以看出藻油的颜色按照步骤处理叶绿素在逐渐减少，最后达到一个令人满意的去除效果。图2中可以看出有机溶剂的加入能够有效提高处理效果，图3中可以看出采用了本方法的处理方式与现有技术中叶绿素的处理方式油脂色泽有明显差异。
[0079]
本发明实施例中采用的微拟球藻作为列举对象，旨在体现本发明的目的与效果，事实上，此方法对于藻油的处理具有普遍适应性，并不存在特异性，对于本领域技术人员采用本发明宗旨在其他诸如小球藻、螺旋藻上实施本方法并没有任何障碍。本实施例中的微拟球藻含有大量的不饱和脂肪酸epa(二十碳五烯酸)与ara(二十碳四烯酸)，其他藻类根据种类不同可能包含dha(二十二碳六烯酸)或亚油酸、亚麻酸均不影响本发明方法的实施。另外，本发明实施例为了食品安全目的采用乙醇与粗藻油进行酯化，但为了其他目的进行其他低级一元醇的酯化也不影响本发明目的的实现。
[0080]
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。