分子蒸餾提純α-亞麻酸工藝研究★

郝文來，郝 健

（深圳市誠致生物開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

α-亞麻酸是細胞膜的重要組成成分之一和人體必須脂肪酸之一，可用來預(yù)防和治療一系列與人類身體健康相關(guān)的疾病[1]，因此，它是一種極具保健價值和醫(yī)用價值的天然營養(yǎng)物質(zhì)。α-亞麻酸的用途具體表現(xiàn)在預(yù)防和治療心血管疾病[2]、阻止腫瘤的產(chǎn)生及生長、糖尿病的預(yù)防、防止高血壓疾病、抗擊各種炎癥和過敏反應(yīng)、增強與腦神經(jīng)和眼神經(jīng)相對應(yīng)的學(xué)習(xí)記憶能力和視力等多個方面[3]。

為了得到這種保健和醫(yī)用價值極高的α-亞麻酸，國內(nèi)外眾多科研工作者做了大量工作，研究出了多種提純方法，如分子蒸餾法[4]、β-環(huán)糊精包合法[5]，超臨界CO2萃取法[6]、尿素包合法[7]等。就分子蒸餾法而言，許多研究成果都進行了一定程度的工業(yè)化生產(chǎn)。分子蒸餾法適用范圍廣，如分離提純精油[8]和天然維生素[9]等多種天然物質(zhì)領(lǐng)域、脫除動物脂肪中超量膽固醇等食品領(lǐng)域、脫除聚合物中影響產(chǎn)品質(zhì)量的單體和處理石油精餾后殘渣等化工工業(yè)領(lǐng)域，以及脫除化妝品和藥品領(lǐng)域中某些檢不出的重金屬等。

針對α-亞麻酸的分離提純，使用分子蒸餾法有許多優(yōu)點，如分子蒸餾法作為一種純物理的分離技術(shù)，其工作原理簡單，即在真空條件下利用液態(tài)混合物原料中不同組分的蒸發(fā)速率差異進行各組分分離和提純；提純操作過程均在真空條件下完成，可以避免α-亞麻酸分子中3 個C=C 被氧化，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量；同時，α-亞麻酸的熱敏感性和沸點均較高，而且很容易揮發(fā)，分子蒸餾法則剛好因其真空條件和相對較低的加工溫度使產(chǎn)物不會被破壞等。張運輝[4]通過分子蒸餾法得到α-亞麻酸含量提高將近15%；陳樂清等[10]采用分子蒸餾法分離純化α-亞麻酸甲酯，在最佳工藝條件下得到α-亞麻酸含量提高26.91%；劉金菊[11]等采用分子蒸餾法，將上步得到的麻籽酸甲酯中的α-亞麻酸分離純化，得到產(chǎn)物含量和提取率均高達80%左右。此外，分子蒸餾法還可以聯(lián)合其他提純方法，來達到更好的提純效果[4]。

本研究以亞麻籽油為原料油，對亞麻籽游離脂肪酸的制備操作、使用刮膜式分子蒸餾設(shè)備進行分子蒸餾法提取α-亞麻酸的具體操作進行介紹，然后考察了蒸餾溫度、蒸餾壓力、進料速率、進料溫度等實驗條件下α-亞麻酸的分離提純的質(zhì)量分數(shù)和收率，得到最佳最佳實驗參數(shù)，為工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器（表1、表2）

表1 儀器設(shè)備

表2 試劑藥品

1.2 實驗方法

1.2.1 亞麻籽游離脂肪酸的制備

制備1 mol/L KOH-乙醇溶液，然后按照體積比1∶5 的比例混合亞麻籽油與KOH-乙醇溶液，在80 ℃的恒溫水浴鍋中回流45 min，在冷卻至室溫的混合液中加入一定量的去離子水進行溶解，之后加入石油醚對其中不能皂化的部分萃取除去。將分層后的下層溶液用20%鹽酸溶液進行酸化，調(diào)整溶液pH 至2～3，再次加入石油醚，充分攪拌混合，將完全混合的溶液移至分液漏斗，充分靜置待其分層。分層后，將上層的有機相溶液從分液漏斗的口倒出，對下層的溶劑繼續(xù)使用石油醚連續(xù)萃取至少3 次，將多次的有機相合并待用。用5%的NaCl 水溶液對有機相洗至中性，再加入無水硫酸鈉脫除有機相中所含有的水分，通過55 ℃條件下旋蒸濾液，回收其中的石油醚，最終得到亞麻籽油的混合脂肪酸。

1.2.2 分子蒸餾法提取α-亞麻酸

亞麻籽油混合脂肪酸原料從分子蒸餾裝置進料部進入設(shè)備內(nèi)，通過刮膜裝置將亞麻籽油混合脂肪酸原料均勻鋪設(shè)于裝置內(nèi)蒸發(fā)面板上，通過控溫系統(tǒng)精確控制溫度。亞麻籽原料油在蒸發(fā)面板上經(jīng)過均勻加熱后，輕組分通過中間部位的冷凝氣冷凝成液態(tài)溶液，然后進入收集裝置中，亞麻酸重組分進入重組分收集器。重分子蒸餾器如圖1 所示。

圖1 分子蒸餾器

1.2.3 單因素實驗

參照1.2.2 中的實驗方法，研究了蒸餾溫度、蒸餾壓力、進料速率、進料溫度對α-亞麻酸分離效果的影響。其中，蒸餾溫度設(shè)置為80、90、100、110、120、130、140 ℃；蒸餾壓力設(shè)置0.5、1.0、1.5 Pa；進料速率設(shè)置60、70、80、90、100、110、120、130、140、150 mL/h；進料溫度設(shè)置20、30、40、50、60、70、80、90、100℃；刮膜器轉(zhuǎn)速設(shè)置60、90、120、150、180、210 r/min。

1.3 分析方法

采用安捷倫氣相色譜儀分析α-亞麻酸分離效果。色譜柱及其參數(shù)：色譜柱毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度為250 ℃；柱溫的起始溫度180 ℃，10 ℃/min 升溫至220 ℃，再以8 ℃/min 升溫至250 ℃，保持13 min；檢測器溫度270 ℃；進樣量1 μL，分流比20∶1；載氣為氮氣、氫氣。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒸餾溫度及壓力對α-亞麻酸提取率的影響

進料速率為90 mL/h、進料溫度90 ℃條件下時，不同蒸餾溫度和蒸餾壓力對α-亞麻酸收率及質(zhì)量分數(shù)的影響如圖2 所示。

圖2 不同蒸餾溫度及壓力對α-亞麻酸收率的影響

從圖2 可以看出，在溫度相同的情況下，隨著壓力增加，α-亞麻酸收率增加。壓力影響α-亞麻酸的沸點，增加壓力α-亞麻酸沸點也會增加。換句話說，就是壓力增加減少α-亞麻酸的蒸發(fā)，提高了α亞麻酸的收率。當壓力過高時，溫度越高，α-亞麻酸收率越低。常溫常壓下α-亞麻酸沸點位于230～232 ℃，在溶液屬于重組分，但隨著蒸餾溫度增加，α-亞麻酸與輕組分一并蒸發(fā)去除率增加，從而減少溶液中α-亞麻酸的質(zhì)量，降低α-亞麻酸的收率。

從圖3 中可以看出，溫度增加，α-亞麻酸的質(zhì)量分數(shù)先增加后減小。隨著溫度的增加，溶液中輕組分被大量蒸發(fā)，從而α-亞麻酸的質(zhì)量分數(shù)提高。當溫度進一步增加，結(jié)合圖2 分析，溫度升高，α-亞麻酸的收率減小，溶液中亞麻酸的損失率增加，造成α-亞麻酸的有效質(zhì)量減小，從而溶液中α-亞麻酸的質(zhì)量分數(shù)減小。

圖3 不同蒸餾溫度及壓力對α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)的影響

α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)越大，純度越高，結(jié)合圖2和圖3 分析，蒸餾溫度100～120 ℃、壓力0.5 Pa，α-亞麻酸的分離效果最佳。

2.2 進料速率對α-亞麻酸提取率的影響

蒸餾溫度110 ℃、蒸餾壓力0.5 Pa 時，不同進料速率對α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)的影響如圖4 所示。

圖4 不同進料速率對α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)的影響

圖4 可以看出，隨著進料速率增加，α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)下降，即α-亞麻酸純度不斷降低。因為，進料速率增加，物料在蒸餾裝置中的停留時間縮短，輕組分的蒸發(fā)效率降低，溶液中輕組分增加，從而α-亞麻酸純度降低。因此，在蒸餾過程中進料速率不能太快，也不能太慢。綜合考慮α-亞麻酸純度的影響，α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)維持在76%～82%，進料速率在70～90 mL/h 最佳。

2.3 進料溫度對α-亞麻酸提取率的影響

蒸餾溫度110 ℃、蒸餾有壓力0.5 Pa、進料速率80 mL/h 時，不同進料溫度對α-亞麻酸收率和質(zhì)量分數(shù)的影響如圖5、圖6 所示。

圖6 不同進料溫度對α-亞麻酸收率的影響

如圖5、圖6 所示，隨著進料溫度的增加，α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)增加，收率下降。隨著進料溫度增加，溶液黏度減小，物料在預(yù)熱器中有效蒸發(fā)面積變大，溶液中輕組分蒸發(fā)去除率提高，因而，α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)增加。與此同時，預(yù)熱溫度增加導(dǎo)致α-亞麻酸損失率也增加，收率降低，當預(yù)熱溫度超過80 ℃以后，α-亞麻酸損失率顯著增大，收率大幅度降低。因此，進料預(yù)熱溫度不宜過高，70～80 ℃最佳。

2.4 不同轉(zhuǎn)速對α-亞麻酸提取率的影響

蒸餾溫度110 ℃、蒸餾壓力0.5 Pa、進料速率80 mL/h、進料溫度75 ℃，考察了不同刮膜器速率對α-亞麻酸提取率的影響，如圖7、圖8 所示。

圖7 刮膜器轉(zhuǎn)速對α-亞麻酸收率的影響

圖8 刮膜器轉(zhuǎn)速對α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)的影響

如圖7、圖8 所示，隨著轉(zhuǎn)速提高α-亞麻酸收率明顯增加，當轉(zhuǎn)速超過150 r/min 后，α-亞麻酸收率不再增加。但隨著轉(zhuǎn)速增加，α-亞麻酸質(zhì)量分數(shù)緩慢增加，也就是純度愈來愈高。這是因為，轉(zhuǎn)速增加傳質(zhì)增強，輕組分揮發(fā)較快，當轉(zhuǎn)速過高α-亞麻酸在溶液中的損失率變高，因而與輕組分抵消，收率維持不變，然而因為輕組分的不斷揮發(fā)，α-亞麻酸的純度會增大。因此，綜合考慮轉(zhuǎn)速150 r/min 時，α-亞麻酸分離效果最佳。

3 結(jié)論

1）本文以亞麻籽油為原料油，采用分子蒸餾法，研究了蒸餾溫度、蒸餾壓力、進料速率、進料溫度、刮膜器轉(zhuǎn)速對α-亞麻酸分離效果的影響。

2）研究結(jié)果表明，蒸餾溫度越高和蒸餾壓力不宜過高也不宜過低，100～120 ℃、0.5 Pa 時，α-亞麻酸分離效果最佳；進料速率越大，α-亞麻酸的停留時間越短，越不利于α-亞麻酸的分離，最佳的進料速率在70～90 mL/h；進料溫度越高α-亞麻酸損失率越大，刮膜器轉(zhuǎn)速150 r/min 分離效果最佳，最佳的進料溫度為70～80 ℃。