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，可用來預防和治療一系列與人類身體健康相關的疾病[1]，因此，它是一種極具保健價值和醫用價值的天然營養物質。α-亞麻酸的用途具體表現在預防和治療心血管疾病[2]、阻止腫瘤的產生及生長、糖尿病的預防、防止高血壓疾病、抗擊各種炎癥和過敏反應、增強與腦神經和眼神經相對應的學習記憶能力和視力等多個方面[3]。

為了得到這種保健和醫用價值極高的α-亞麻酸，國內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化生產。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]等多種天然物質領域、脫除動物脂肪中超量膽固醇等食品領域、脫除聚合物中影響產品質量的單體和處理石油精餾后殘渣等化工工業領域，以及脫除化妝品和藥品領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點，如分子蒸餾法作為一種純物理的分離技術，其工作原理簡單，即在真空條件下利用液態混合物原料中不同組分的蒸發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，大大提高了產品質量；同時，α-亞麻酸的熱敏感性和沸點均較高，而且很容易揮發，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，得到產物含量和提取率均高達80%左右。此外，分子蒸餾法還可以聯合其他提純方法，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量分數和收率，得到最佳最佳實驗參數，為工業化生產提供技術支撐。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器（表1、表2）

表1 儀器設備

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，對下層的溶劑繼續使用石油醚連續萃取至少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備內，通過刮膜裝置將亞麻籽油混合脂肪酸原料均勻鋪設于裝置內蒸發面板上，通過控溫系統精確控制溫度。亞麻籽原料油在蒸發面板上經過均勻加熱后，輕組分通過中間部位的冷凝氣冷凝成液態溶液，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，蒸餾溫度設置為80、90、100、110、120、130、140 ℃；蒸餾壓力設置0.5、1.0、1.5 Pa；進料速率設置60、70、80、90、100、110、120、130、140、150 mL/h；進料溫度設置20、30、40、50、60、70、80、90、100℃；刮膜器轉速設置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：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-亞麻酸收率及質量分數的影響如圖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，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去除率增加，從而減少溶液中α-亞麻酸的質量，降低α-亞麻酸的收率。

從圖3 中可以看出，溫度增加，α-亞麻酸的質量分數先增加后減小。隨著溫度的增加，溶液中輕組分被大量蒸發，從而α-亞麻酸的質量分數提高。當溫度進一步增加，結合圖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-亞麻酸的有效質量減小，從而溶液中α-亞麻酸的質量分數減小。

圖3 不同蒸餾溫度及壓力對α-亞麻酸質量分數的影響

α-亞麻酸質量分數越大，純度越高，結合圖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-亞麻酸質量分數的影響如圖4 所示。

圖4 不同進料速率對α-亞麻酸質量分數的影響

圖4 可以看出，隨著進料速率增加，α-亞麻酸質量分數下降，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-亞麻酸質量分數維持在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-亞麻酸收率和質量分數的影響如圖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-亞麻酸質量分數增加，收率下降。隨著進料溫度增加，溶液黏度減小，物料在預熱器中有效蒸發面積變大，溶液中輕組分蒸發去除率提高，因而，α-亞麻酸質量分數增加。與此同時，預熱溫度增加導致α-亞麻酸損失率也增加，收率降低，當預熱溫度超過80 ℃以后，α-亞麻酸損失率顯著增大，收率大幅度降低。因此，進料預熱溫度不宜過高，70～80 ℃最佳。

2.4 不同轉速對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 刮膜器轉速對α-亞麻酸收率的影響

圖8 刮膜器轉速對α-亞麻酸質量分數的影響

如圖7、圖8 所示，隨著轉速提高α-亞麻酸收率明顯增加，當轉速超過150 r/min 后，α-亞麻酸收率不再增加。但隨著轉速增加，α-亞麻酸質量分數緩慢增加，也就是純度愈來愈高。這是因為，轉速增加傳質增強，輕組分揮發較快，當轉速過高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，α-亞麻酸的純度會增大。因此，綜合考慮轉速150 r/min 時，α-亞麻酸分離效果最佳。

3 結論

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、刮膜器轉速對α-亞麻酸分離效果的影響。

2）研究結果表明，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，刮膜器轉速150 r/min 分離效果最佳，最佳的進料溫度為70～80 ℃。