子任務(wù)三　多不飽和脂肪酸的制備工藝

多不飽和脂肪酸是食品工業(yè)中大量使用的功能性食品基料，除了從植物油中可提取亞油酸、亞麻酸等以外，還可以采用微生物發(fā)酵法來提取γ－亞麻酸和花生四烯酸等多不飽和脂肪酸。此外，對(duì)深海魚油中的多不飽和脂肪酸進(jìn)行提取并進(jìn)行純化，可得到富含EPA、DHA的精制魚油，作為功能性食品的基料使用。

一、高純度共軛亞油酸的制備

共軛亞油酸(CLA)是人和動(dòng)物不可缺少的脂肪酸之一，卻是自身無法合成的一種具有顯著藥理作用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的物質(zhì)，對(duì)人體健康大有益處。許多研究表明，共軛亞油酸具有抗腫瘤、抗氧化、抗突變、抗菌、降低人體膽固醇、提高免疫力、防治糖尿病及促進(jìn)生長(zhǎng)等多種重要生理功能。

(一)原料

市售紅花籽油。

(二)提取工藝

以紅花油(亞油酸含量80%左右)為原料，先采用皂化、酸化等步驟提取紅花油脂肪酸。然后通過尿素包合法純化紅花油脂肪酸獲得高純度的亞油酸，最后進(jìn)行亞油酸的共軛化來制備共軛亞油酸。提取工藝如下。

(三)工藝要點(diǎn)

1.皂化制備紅花籽油脂肪酸

稱取紅花籽油樣品100g于圓底燒瓶中，加入400mL 4%的NaOH－乙醇溶液，在72℃下回流皂化3h。皂化完全后，冷卻至室溫，用少量石油醚萃取不皂化物，棄去醚層，以除去不皂化物。水層用10%鹽酸酸化，用石油醚萃取兩次并水洗至中性。萃取液用無水硫酸鈉干燥、濃縮，即得到紅花籽油脂肪酸混合物，其中亞油酸的含量為80%左右。

2.脂肪酸的尿素包合純化

將尿素加入50mL乙醇中，加熱回流，待尿素全部溶解后，加入脂肪酸，搖勻，水浴回流40min，然后將樣品在一定的降溫曲線下冷卻結(jié)晶，取出后快速抽濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)出大部分溶劑，石油醚萃取脂肪酸，并用飽和食鹽水洗滌尿素2～3次，上層有機(jī)相經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，加入無水硫酸鈉脫水，即得高純度的脂肪酸。

3.堿法異構(gòu)化

堿法異構(gòu)法的實(shí)質(zhì)屬于碳負(fù)離子歷程，其反應(yīng)機(jī)理是:催化劑(堿)奪取亞油酸具有戊碳二烯結(jié)構(gòu)的烯丙位上的氫，生成碳負(fù)離子;碳負(fù)離子重新排列生成較為穩(wěn)定的共軛結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)共軛化。本實(shí)驗(yàn)中，將一定量的溶劑及氫氧化鉀置于反應(yīng)器中，加熱至80℃攪拌，待堿完全溶解后通入氮?dú)?0min排空反應(yīng)器中空氣。加入原料并進(jìn)行攪拌，迅速加熱到所需反應(yīng)溫度使其反應(yīng)一定時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，繼續(xù)攪拌。待冷卻至室溫后加入鹽酸中和，調(diào)節(jié)pH值至3左右。將反應(yīng)混合物轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，加入正己烷萃取兩次，合并正己烷相并用飽和食鹽水水洗，收集正己烷相，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸去溶劑，得到共軛亞油酸產(chǎn)品。

通過此法，先采用皂化、酸化等步驟提取紅花油脂肪酸，然后通過尿素包合法純化紅花油脂肪酸可獲得純度為99.42%的亞油酸。最后進(jìn)行亞油酸的共軛化制備共軛亞油酸，產(chǎn)物中共軛亞油酸的純度為97.22%，收率為32.08%，其中活性異構(gòu)體c9，t11－CLA和t10，c12－CLA的含量分別為45.14%和49.12%，兩種活性異構(gòu)體的含量接近1∶1，符合中國(guó)衛(wèi)生部對(duì)共軛亞油酸作為新資源食品的質(zhì)量要求。

二、DHA魚油的精制和純化

利用魚油在甲醇、乙醇、己烷等有機(jī)溶劑中的可溶特性，將海產(chǎn)魚切碎后，利用有機(jī)溶劑萃取可制得粗魚油，再經(jīng)脫膠、脫酸、脫色及脫臭等進(jìn)一步精加工后，即制得精制魚油。

(一)原料

沙丁魚、金槍魚等海水魚中DHA含量高達(dá)25%以上，是提取DHA的理想原料。海產(chǎn)魚眼窩脂肪中DHA含量最高(25%～40%)，故一般從魚的頭部取出眼窩脂肪，以此為原料制備DHA。此外，魚類加工的下腳料也是主要原料之一，但要求無腐爛、無雜質(zhì)。

(二)提取工藝

海產(chǎn)魚→切碎→萃取→油層分離→脫膠→脫酸→脫色→脫臭→魚油→DHA與EPA的純化

(三)工藝要點(diǎn)

1.切碎

用切碎機(jī)將原料切成2～3cm的小塊，然后用絞肉機(jī)進(jìn)行細(xì)化。

2.萃取、分離

細(xì)化后的魚糜送入萃取罐，加入3～4倍質(zhì)量的有機(jī)溶劑，浸提1～2h，而后取出并盡量瀝干溶有魚油的萃取液，被萃取的物料應(yīng)通過分子蒸餾除盡殘余的有機(jī)溶劑，收集浸出液，分離出粗魚油。

3.魚油脫膠

粗制魚油中加入適量軟化水，并充分?jǐn)嚢?，使魚油中既帶有親水基團(tuán)又帶有親油非極性基團(tuán)的磷脂吸水膨脹并相互聚合形成膠團(tuán)，從油中沉降析出，經(jīng)過濾后除去水化油腳即達(dá)到脫膠的目的。

4.魚油脫酸

脫膠后的魚油升溫至40℃～45℃，噴入濃度為12g/L(50%)的燒堿溶液并充分?jǐn)嚢瑁蠹訜嶂?5℃，繼續(xù)攪拌15min，靜置分層后吸取上清液，于105℃下脫水，即完成脫除油中游離脂肪酸的目的。

5.魚油脫色

脫色分為常壓脫色和減壓脫色兩種，常壓操作易發(fā)生油脂的熱氧化，而減壓操作(壓力為6.7～8kPa，即真空度為93.3～94.7kPa)可防止油脂氧化。將魚油加熱至75℃～80℃，加入適量的干燥的酸性白土，并不斷攪拌使吸附劑在油中分布均勻，利于色素與酸性白土充分接觸并被吸附。脫色后在沒有過濾完以前，攪拌不能停止，以防吸附劑沉淀，然后用壓榨機(jī)分離油脂。

6.魚油脫臭

脫色后的魚油泵入真空脫臭罐，在93kPa(700mmHg)的真空度下進(jìn)行脫臭處理，除去魚油中存在的自然或加工過程中生成的醛類、酮類、過氧化物等臭味成分。精煉處理后得到淡黃色的魚油。

7.DHA的純化

采用低溫溶劑分離法進(jìn)行純化。魚油中加入7倍體積的95%丙酮溶劑溶解，過濾，先于－20℃低溫靜置過夜，濾去未結(jié)晶的飽和脂肪酸及低度不飽和脂肪酸，再于－40℃低溫靜置過夜并再次過濾后，即可得到多不飽和脂肪酸DHA。

三、超臨界CO₂萃取法純化DHA、EPA

超臨界流體萃取(SFE)技術(shù)是以超臨界狀態(tài)下的流體(如CO₂)作為溶劑，利用該狀態(tài)流體所具有的高滲透能力萃取分離混合物的過程。超臨界CO₂萃取技術(shù)不僅具有低溫、節(jié)能、污染少等優(yōu)點(diǎn)，而且具有高度的選擇性，能有效地保持多不飽和脂肪酸(如DHA、EPA)的生理活性。

(一)原料

富含DHA、EPA的魚油。

(二)提取工藝

魚油→乙酯化→CO₂萃取→精餾→分離→純化DHA、EPA

(三)工藝要點(diǎn)

1.酯化

將魚油醇解甲酯或乙酯化后，用尿素復(fù)合結(jié)晶法將魚油中的飽和度較小的脂肪酸除去，可提高DHA和EPA的濃度。

2.CO₂萃取

打開鋼瓶，CO₂經(jīng)過濾、冷凝后，由高壓計(jì)量泵加壓至設(shè)定壓力，再預(yù)熱至工作溫度。設(shè)定萃取溫度為35℃～40℃，這可最大限度將魚油乙酯萃取出來。

3.精餾與分離

精餾塔精餾壓力設(shè)定為11～15MPa，精餾溫度為40℃～85℃，頂端溫度為85℃，柱底溫度為40℃，與萃取溫度相近，保持較高的柱頂溫度可使魚油乙酯析出回落，提高回流比，增大了選擇性，并可降低能耗。

4.純化DHA、EPA

將魚油乙酯引入萃取罐，打開CO₂鋼瓶，超臨界CO₂攜帶著魚油乙酯進(jìn)入精餾柱。溶有魚油脂肪酸乙酯的超臨界CO₂在沿精餾柱上升過程中，溫度逐漸升高，超臨界CO₂的密度逐步降低。由于魚油乙酯在超臨界CO₂相中分配系數(shù)的差異，碳鏈較長(zhǎng)的重質(zhì)成分的溶解度比碳鏈較短的輕質(zhì)成分的溶解度下降得更快。重質(zhì)成分不斷從超臨界流體析出，形成回流，回流液與上升組分進(jìn)行熱量與質(zhì)量交換，結(jié)果使重質(zhì)組分不斷落下而富集。輕質(zhì)組分不斷上升而導(dǎo)出精餾柱。魚油乙酯按相對(duì)分子質(zhì)量差異，即按碳鏈長(zhǎng)度得到分離。在較低壓力下，餾分較輕的C₁₄、C₁₆脂肪酸首先得到富集，隨著壓力的升高，低碳成分逐漸減少，中碳成分C₁₈、C₂₀脂肪酸相繼被萃取出來，最后的餾分主要是最重的C₂₂、C₂₄脂肪酸。利用超臨界CO₂萃取法可將魚油中EPA和DHA提純至90%以上。

四、分子蒸餾法純化魚油DHA、EPA

分子蒸餾是一種在高真空度下進(jìn)行的新型分離技術(shù)，它根據(jù)分子平均自由程的差別進(jìn)行分離，具有操作溫度低、不易氧化、無污染、分離迅速等優(yōu)點(diǎn)，特別適合高沸點(diǎn)、熱敏性及易氧化物系的分離，在油脂工業(yè)中已得到越來越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)魚油中的脂肪酸碳鏈長(zhǎng)度和飽和程度的不同，通過分子蒸餾，可在高真空條件下進(jìn)行液相分離，不僅降低了待分離物的沸點(diǎn)，大大縮短分離時(shí)間，還可將魚油分成以長(zhǎng)碳鏈不飽和脂肪酸為主的重相和以C₁₄、C₁₆和C₁₈等低碳鏈脂肪酸為主的輕相分離，從而實(shí)現(xiàn)包括DHA和EPA為主要成分的重相富集。

(一)原料

魚油(或海狗油等)

(二)工藝路線

油脂→酯化→分子蒸餾→純化DHA、EPA

(三)工藝要點(diǎn)

1.酯化

進(jìn)行分子蒸餾前，通常將脂肪酸酯化(如甲酯化或乙酯化)后再進(jìn)行蒸餾，因?yàn)橹舅狨サ姆悬c(diǎn)較相應(yīng)的游離脂肪酸沸點(diǎn)低，而且脂肪酸酯有沸點(diǎn)間隔可以拉開。稱取一定量的甲醇(或乙醇)于燒瓶中，加入適量NaOH，振蕩使其溶解。待NaOH完全溶解后，加入魚油(或海狗油)，在60℃～70℃下回流攪拌反應(yīng)數(shù)小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將樣品置于分液漏斗中靜置分層，除去底部甘油，分兩次加入適量蒸餾水洗滌，靜置樣品分層后，取上層即可。

2.分子蒸餾

分子蒸餾具有操作溫度低、蒸餾壓強(qiáng)低、物料受熱時(shí)間短、冷凝迅速等特點(diǎn)，在較低的絕對(duì)壓強(qiáng)下(如0.1Pa)，大大降低了物料的沸點(diǎn)，避免了熱敏性物料的氧化損失。將魚油甲酯(或乙酯)在不同溫度和壓力下，分別進(jìn)行一級(jí)分子蒸餾、二級(jí)分子蒸餾和三級(jí)分子蒸餾，采用多級(jí)串聯(lián)萃取工藝，可以在各級(jí)得到不同純度的DHA、EPA魚油甲酯(或乙酯)。