無水乙醇萃取海洋魚油中膽固醇的參數優化

張敏

（豐益〈上海〉生物技術研發中心有限公司，上海 200137）

無水乙醇萃取海洋魚油中膽固醇的參數優化

張敏

（豐益〈上海〉生物技術研發中心有限公司，上海 200137）

目的優化無水乙醇萃取海洋魚油中膽固醇的工藝參數，達到控制海洋魚油中膽固醇含量的目的，為實際生產提供參考。方法通過研究無水乙醇萃取海洋魚油中膽固醇的典型方法——液液萃取過程，考察了理論級數較多的過程下，采用萃取效率公式模擬推導出理論萃取效率隨萃取比例和次數變化的趨勢，并根據優選的萃取工藝，考察了萃取溫度和時間對膽固醇萃取效率的影響。結果優化的萃取工藝條件為：V（油）：V（乙醇）=1∶3，萃取溫度30℃，萃取時間20min左右，萃取次數2次。結論該理論模擬的方法簡單，快速，避免了大量重復性實驗，為實際萃取效率和實際生產提供了參考。

無水乙醇；海洋魚油；膽固醇；液液萃取

魚油中富含二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）等ω-3系多不飽和脂肪酸，DHA和EPA已知的并得到臨床驗證的生理功能包括：預防和治療心血管疾病，抗腫瘤，健腦益智，保護視力和抗炎作用，等等［1］。因此魚油是一種重要的功能性油脂。但是，魚油中膽固醇含量較高，據報道，海洋魚油中膽固醇的含量為500～800mg/100g［2］。眾所周知，膽固醇是導致心血管疾病和冠心病的罪魁禍首，所以為了滿足人們對健康的要求，有效去除魚油中的膽固醇是非常必要的。

膽固醇是血漿的重要組成成分。血膽固醇含量過高時，會在血管壁上沉積，引起動脈硬化，引發冠心病。雖然人體可以自身合成膽固醇，但人體內的膽固醇絕大部分是來自膳食。當膽固醇的攝入量偏高時，就會使血漿膽固醇濃度過高而引發各種心腦血管疾病。大量實驗表明，控制膽固醇的攝入量就能有效防止血漿膽固醇濃度過高，這就使各種低（無）膽固醇食品應運而生，而且在全世界范圍內快速發展，潛力很大。營養學家建議成人每天的膽固醇攝入量應低于300mg，對心血管疾病患者，應低于200mg。尤其2008年，衛生部通知印發《食品營養標簽管理規范》中對膽固醇的含量要求做了限制。所以，脫除或降低高膽固醇食品中的膽固醇含量是市場所需。

脫除食品中膽固醇的有效方法主要有短程分子蒸餾法［3］、超臨界二氧化碳萃取法［4］、酶法、β-環狀糊精包埋法［5］等，前三種方法的設備及材料成本較高，實際應用中受到限制。脫除魚油中膽固醇方面的研究相對較少。

溶劑萃取法去除膽固醇研究最早，原理是在液液萃取過程中，一個液態溶液（水相或有機相）中的一個或多個組分（溶質）被萃取進第二個液態溶液（有機相或水相）。而上述兩個溶液是不相互溶或僅僅部分互溶的。所以，萃取過程是溶質在兩個液相之間重新分配的過程，即通過相際傳遞來達到分離和提純的目的［6］。由于膽固醇是一種脂溶性物質，因此在脫除食品中膽固醇的研究中，有機溶劑萃取是首選的一種方法。采用過的有機溶劑有正己烷-異丙醇［7］、石油醚-甲醇［8］等。但相比來說，無水乙醇是安全系數最高的溶劑。對于海洋魚油中膽固醇的萃取看似比較單純，實際上海洋魚油組分的復雜性與差異性決定了不是單一物質的作用，而是很多組分共同作用的結果，直觀得到的分配系數僅僅是極性不同的物質綜合作用的結果。采用公式計算出的分配系數，只能為萃取效率提供參考，還需要根據實際情況驗證和調整萃取工藝條件。

本研究以海洋魚油為原料，以無水乙醇作為萃取劑，在避免大量重復性實驗的前提下，通過液液萃取效率公式探索無水乙醇與海洋魚油的萃取比例和次數與理論萃取效率的關系，并且在優選的條件下，考察了實際萃取溫度和時間對萃取效率的影響，從而達到控制海洋魚油中膽固醇的目的，為實際萃取效率和實際生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

精制海洋魚油，實驗室自制，膽固醇初始含量8285mg/kg。無水乙醇，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

GC氣相色譜儀，儀器型號Agilent 6890，火焰離子化檢測器，Agilent公司；磁力加熱臺，型號C-MAG HS 7，德國IKA公司；離心機，型號GRⅡ，日本日立公司；旋轉蒸發儀，型號R206，申生科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

取50mL海洋魚油，常溫下添加體積比1：1的無水乙醇，萃取10min，靜置分液，取上層油相繼續添加體積比1：1的無水乙醇，重復以上操作。取第3次和第6次的油相，分別旋轉蒸發，去除殘留的無水乙醇，檢測其中的膽固醇含量。

1.3.2 膽固醇含量的測定

GB/T9695.24-2008，采用外標氣相色譜法。

2 結果與分析

2.1 最佳萃取次數和比例的確定

利用無水乙醇萃取海洋魚油中的膽固醇是一個典型的液液萃取過程。其中，萃取體系中魚油為原料液相，無水乙醇為萃取劑相，被萃取物質A為膽固醇。則萃取效率可用公式（1）、（2）計算。

其中，E為萃取效率，%；D為分配比，也稱分配系數；CA總（乙醇）為被萃取物A在萃取劑無水乙醇相中的濃度；CA總（油）為被萃取物A在原料液魚油相中的濃度；V（油）為油相的體積；V（乙醇）為無水乙醇的體積。

當一次萃取的效率不達要求，可采用多次萃取的方法來提高萃取效率，見公式（3）。

在萃取體積比V（油）：V（乙醇）=1：1的條件下，萃取次數n=3和n=6的結果如表1所示。

表1 萃取次數n=3和n=6下的實際萃取效率

由表1可知，無水乙醇萃取海洋魚油中的膽固醇的分配系數D值較小，表示膽固醇不易進入無水乙醇相。并且D值不是常數，說明影響它的因素較多。采用實驗室模擬實驗，成本低，而對理論級數較多的過程而言，工作量較大，并且實驗操作要求高。因此利用公式模擬推導不同萃取比例和次數下的理論萃取效率，并驗證其擬合度是一個快捷方便的做法。

本實驗取D=0.17，依據公式（3）推測出無水乙醇萃取海洋魚油中的膽固醇的比例和次數與理論萃取效率的關系，然后根據萃取效率和原料、操作成本優化出最佳比例和次數，見表2。

從表2可以看出，理論值與實際值在P〈0.1水平上，無顯著性差異。由于無水乙醇萃取海洋魚油中的膽固醇的分配系數D值較小，n越小，V（乙醇）占的比例越大，溶劑耗量也越大。n=1時，V（油）：V（乙醇）=1：10下，理論萃取效率才能達到60%以上。n=2時，只需V（油）：V（乙醇）=1：3理論萃取效率就接近60%。當n=6時，只需V（油）：V（乙醇）=1：1，理論萃取效率就大于60%，說明單次萃取溶劑用量越大，萃取次數越低，而單次萃取溶劑用量越小，所需的萃取次數越高。但萃取次數增加，勢必造成油脂得率降低。考慮到實際生產中需要綜合衡量溶劑耗量和油脂得率之間的關系，優選的萃取次數和溶劑比例為n=2，V（油）：V（乙醇）=1：3。

2.2 萃取溫度的優化

在上述的優選條件n=2，V（油）：V（乙醇）=1：3下，每次萃取時間10min，進一步優化萃取溫度。由于無水乙醇的沸點是78.5℃，所以萃取溫度宜在其沸點以下。結果見圖1。

由圖1（見下頁）可以看出，隨著溫度升高，萃取效率呈下降趨勢，但下降趨勢不顯著。原因可能是隨著溫度升高，無水乙醇對膽固醇和海洋魚油的溶解能力均有所增加，但由于后兩者在無水乙醇中的分配系數不同，導致兩者隨著溫度升高，在無水乙醇中的分布發生了變化。由圖1中的趨勢可以看出，隨著溫度升高，膽固醇在無水乙醇中的分配系數略有降低，導致萃取效率降低。但總體來說，溫度對萃取體系影響不大。因此實際生產中，考慮到高溫生產成本高，及高溫時油在無水乙醇中溶解度增加，導致油的得率降低的實際情況，宜選擇30℃作為萃取溫度。

表2 不同萃取次數和比例下的理論萃取效率

2.3 萃取時間的優化

在優選條件n=2，V（油）：V（乙醇）=1：3，萃取溫度30℃下，優化萃取時間。結果見圖2（見下頁）。

圖1 萃取效率隨萃取溫度的變化趨勢

圖2 萃取效率隨萃取時間的變化趨勢

由圖2可以看出，萃取的前5min內，膽固醇的脫除率直線上升，隨著萃取時間的延長，尤其在10min后，膽固醇脫除率趨于平衡，說明萃取效率基本保持穩定，無水乙醇對膽固醇的萃取在短時間內就可以達到平衡。實際實驗中，為了保證萃取充分平衡，宜選擇20min左右。

綜上所述，優化的萃取工藝條件為：V（油）：V（乙醇）=1：3，萃取溫度30℃，萃取時間20min左右，萃取次數n=2。

3 結論

通過實驗室模擬實驗，有效降低了理論級數較多的過程的實驗成本和工作量。通過研究無水乙醇萃取海洋魚油中的膽固醇的典型的液液萃取過程，有效地優化了在理論級數較多的過程下，采用萃取效率公式模擬推導出理論萃取效率隨萃取比例和次數變化的趨勢，并優化了萃取溫度和時間對膽固醇萃取效率的影響，為實際萃取效率和實際生產提供了參考。

［1］William CE.Importance of n-3 fatty acids in health and disease［J］.AmJ Clin Nutr，2000，71（suppl）：171S-175S.

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［3］Armand O，Teshima SI，Kanazawa W，et al.A New Short-path Distillation SystemApplied tothe Reducation ofCholesterol in Butter and Lard［J］.J.Am.Oil Chem.Soc.，1994，71（6）：609-613.

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［6］鄧修，吳俊生.化工分離工程［M］.北京：科學出版社，2000：192-205.

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Conditions Optimization of Cholesterol Extraction from Fish Oil with Absolute Alcohol

ZHANG Min
（Wilmar〈Shanghai〉Biotechnology Research&Development Center Co.，Ltd，Shanghai 200137，China）

ObjectiveIn order to control the cholesterol content in fish oil and provide a reference for practical production，the cholesterol extraction process with absolute alcohol from fish oil was investigated.MethodsBased on the extraction efficiency formula，the changing trends of extraction efficiency with the ratio and numbers of extraction during series process were researched.And according to the optimal extraction process，the influences of extracting temperature and time on the cholesterol extraction efficiency were inspected.ResultsThe optimized extraction process is that the volume ratio of fish oil and absolute alcohol is 1∶3，the extraction temperature is 30℃，the extraction time is 20 minutes and two times of extraction.ConclusionThe method is simple and quick，and avoiding plenty of repeatable experiments，which could provide

for practical extraction efficiency and production.

Absolute alcohol；fish oil；cholesterol；liquid-liquid extraction

TS207.3

A

1008-1038（2016）10-0021-04

2015-11-20

張敏（1983—），女，中級工程師，主要研究方向為油脂的加工工藝