分子蒸餾法純化文冠果油

關(guān)鍵詞：文冠果油；分子蒸餾；神經(jīng)酸；油脂純化

0 引言

順式-15-二十四碳烯酸，通稱神經(jīng)酸，是大腦神經(jīng)元和軸突的基本構(gòu)成元素，人體無法自我合成，只能依靠外部攝取。作為大腦發(fā)育和保養(yǎng)的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素，它能增強(qiáng)記憶力，并能穿越血腦屏障，有助于受損神經(jīng)纖維的恢復(fù)和新生，同時(shí)促進(jìn)神經(jīng)纖維的自我增殖和分裂，對(duì)維護(hù)大腦神經(jīng)功能和防止老化有重大作用。此外，神經(jīng)酸對(duì)心血管系統(tǒng)及自身免疫性疾病的治療表現(xiàn)出優(yōu)良的效果。

文冠果因其耐寒、耐旱等特性，成為我國(guó)特有的高質(zhì)油料資源，具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＮ墓诠N子含油率31%～35%，文冠果油中不飽和脂肪酸含量達(dá)94%，特別是神經(jīng)酸含量2.7%～4.4%，因此在加工過程中提高神經(jīng)酸的濃度顯得至關(guān)重要[1-3]。

分子蒸餾是一種在極低壓力（≤0.1Pa）的超高真空中進(jìn)行的加熱分離方法，適用于處理對(duì)溫度敏感和易氧化的物質(zhì)，常用于油脂的脫酸、脫臭和凈化過程[4-13]。目前，利用分子蒸餾技術(shù)提煉文冠果油的技術(shù)尚未見報(bào)道。本研究以脫色后的文冠果油為試驗(yàn)材料，通過考察重組分神經(jīng)酸含量等參數(shù)，探討蒸餾溫度、進(jìn)料速率和刮膜器轉(zhuǎn)速等因素對(duì)文冠果油純化的影響，旨在探索該技術(shù)替代傳統(tǒng)蒸汽蒸餾制得神經(jīng)酸含量更高的文冠果油的可能性。

1 材料與方法

1.1 原料、試劑

脫色文冠果油（神經(jīng)酸含量2.54%），遼寧文冠實(shí)業(yè)開發(fā)有限公司；神經(jīng)酸甲酯，優(yōu)級(jí)純；化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器、設(shè)備

JA5003N型電子分析天平，北京東南儀誠(chéng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司；101-1-BS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；IE-4816型氣相色譜?質(zhì)譜聯(lián)用儀，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院代測(cè)；KY010型分子蒸餾試驗(yàn)臺(tái)，中機(jī)康元糧油裝備（北京）有限公司；W201B型恒溫水浴鍋，上海申順生物科技有限公司；DW-30L818BP型冰箱，青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司。

1.3 單因素試驗(yàn)

分子蒸餾試驗(yàn)臺(tái)操作流程如圖1所示，首先系統(tǒng)通入冷卻水，并檢查管路閥門開關(guān)狀態(tài)是否正確；而后打開冰機(jī)，使冷卻水達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，以保證其余設(shè)備工作中不會(huì)因發(fā)熱出現(xiàn)故障；隨后打開加熱器，預(yù)熱導(dǎo)熱油；可同時(shí)啟動(dòng)真空機(jī)組，當(dāng)旋片泵壓力達(dá)1000Pa時(shí)打開羅茨泵，當(dāng)羅茨泵壓力達(dá)10Pa時(shí)打開擴(kuò)散泵，待壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的0.1Pa后，將物料由進(jìn)料斗加入，經(jīng)過分料盤均勻地進(jìn)入加熱段，電機(jī)通過傳動(dòng)軸與刮膜器連接，帶動(dòng)刮膜器轉(zhuǎn)動(dòng)將物料均勻布膜，輕組分蒸發(fā)，接觸內(nèi)置冷凝器后餾出至輕組分罐，重組分沿著壁面收至重組分罐。

于0.1Pa的系統(tǒng)壓力下操作分子蒸餾裝置，預(yù)熱原料至50°C，冷凝水溫度保持在10°C，使用300.00g文冠果油。試驗(yàn)探究了蒸餾溫度（250、255、260、265和270°C）、進(jìn)料速率（600、900、1200、1500和1800g/h）及刮膜器轉(zhuǎn)速（200、250、300、350和400r/min）的變化對(duì)文冠果油脫臭和純化效果的作用。通過分子蒸餾處理前后的對(duì)比分析，著重關(guān)注重組分神經(jīng)酸含量。

1.4 分析方法

1.4.1 混合脂肪酸制備

取一定量文冠果油，融入2%的氫氧化鈉甲醇混合液，將此溶液置于帶磨口的燒瓶，接上回流冷凝裝置，在80°C水浴條件下進(jìn)行皂化回流，直至看不到油滴的存在。自然冷卻至室溫后，加入正庚烷并進(jìn)行振蕩，接著逐步引入飽和氯化鈉水溶液。靜置一段時(shí)間，使得溶液分層。將上層的正庚烷提取液轉(zhuǎn)移至試管，添加無水硫酸鈉后再次搖勻。靜置后，汲取上層溶液至進(jìn)樣瓶中，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步的分析測(cè)定[13-15]。

1.4.2 脂肪酸甲酯化

量取0.1mL文冠果油脂肪酸，而后加入3mL1%的硫酸?甲醇溶液，70°C下通過水浴加熱1h，隨后加入2mL的正己烷混合，再加入適量蒸餾水，待完全分層后取上清液，用正己烷再洗1次，合并上清液[13-15]。

1.4.3 氣相色譜法分析神經(jīng)酸含量

采用IE-4816型氣相色譜儀。柱載氣為氮?dú)猓V柱毛細(xì)管規(guī)格100m×0.25mm×0.2μm，進(jìn)樣口溫度270°C，檢測(cè)器溫度280°C，進(jìn)樣量1.0μL。程序升溫條件：起始100°C，而后以10°C/min升溫至180°C，保持6min，再以1°C/min升溫至200°C，保持20min，再以4°C/min升溫至230°C，保持10.5min[13-15]。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒸餾溫度

在蒸餾操作中，溫度控制至關(guān)重要。試驗(yàn)在設(shè)定的系統(tǒng)壓力0.1Pa、進(jìn)料速度900g/h及刮膜器速度300r/min條件下，研究不同蒸餾溫度對(duì)重組分神經(jīng)酸含量的作用，結(jié)果如圖2所示。

分子蒸餾是依賴于分子的平均自由程的不同來實(shí)現(xiàn)輕重組分分離的。這個(gè)自由程與蒸餾溫度直接相關(guān)，即溫度越高，能蒸發(fā)出的輕組分越多，分離效果更佳。由圖2可知，隨著蒸餾溫度的提高，重組分中的神經(jīng)酸含量起初有所增長(zhǎng)，然后降低，試驗(yàn)結(jié)果中重組分的神經(jīng)酸含量差異也證實(shí)了這一理論。255°C以上，更高的溫度導(dǎo)致神經(jīng)酸更易隨輕組分一起蒸發(fā)，損失率隨之增大。綜合考慮，蒸餾溫度正交試驗(yàn)水平選擇250、255和260°C。

2.2 進(jìn)料速率

在系統(tǒng)壓力0.1Pa、蒸餾溫度255°C、刮膜器速度300r/min和單級(jí)蒸餾條件下，進(jìn)料速率對(duì)重組分神經(jīng)酸含量的影響如圖3所示。

由圖3可知，隨著進(jìn)料速率的增加，重組分的神經(jīng)酸含量呈先增后降的趨勢(shì)。在低進(jìn)料速率情況下，文冠果油在加熱壁面的滯留時(shí)間過長(zhǎng)，受熱時(shí)間過長(zhǎng)，使得神經(jīng)酸傾向于與低分子量組分一起揮發(fā)，故重組分中神經(jīng)酸的含量低。此外，進(jìn)料速度過慢會(huì)導(dǎo)致無效布膜，減少加熱面的利用率，不利于分離，對(duì)設(shè)備和蒸餾過程都有負(fù)面影響。當(dāng)進(jìn)料速率為900g/h時(shí)，達(dá)到最佳狀態(tài)。進(jìn)一步提高進(jìn)料速率，會(huì)使文冠果油加熱時(shí)間減少，從而影響有效蒸餾，分離效果變得不充分。因此，通過綜合評(píng)估，進(jìn)料速率正交試驗(yàn)水平選擇600、900和1200g/h。

2.3 刮膜器轉(zhuǎn)速

在系統(tǒng)壓力0.1Pa、蒸餾溫度255°C和進(jìn)料速率900g/h條件下，刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)重組分神經(jīng)酸含量的影響如圖4所示。

由圖4可知，刮膜器轉(zhuǎn)速的增加顯著改變了重組分部分的神經(jīng)酸含量。隨著轉(zhuǎn)速的提升，文冠果油在蒸發(fā)面上能得到更均勻的液膜，使得熱量和物質(zhì)的傳遞更為充分，沸點(diǎn)低的雜質(zhì)得以有效去除，從而使重組分中的神經(jīng)酸含量增加，蒸發(fā)效率逐漸增強(qiáng)。然而，當(dāng)刮膜器轉(zhuǎn)速超過350r/min，繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致輕組分增多且神經(jīng)酸含量上升，原料可能未經(jīng)充分蒸發(fā)就被拋出，造成文冠果油的損失。因此，綜合考量，刮膜器轉(zhuǎn)速正交試驗(yàn)水平選擇250、300和350r/min。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.4.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用3因素3水平正交試驗(yàn)法，分別以蒸餾溫度A、進(jìn)料速率B、刮膜器轉(zhuǎn)速C為變量，并以重組分神經(jīng)酸含量作為主要綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示，試驗(yàn)方案及結(jié)果如表2所示。

由表2可知，極差R指出A>B>C，即主次順序?yàn)檎麴s溫度>進(jìn)料速率>刮膜器轉(zhuǎn)速；蒸餾溫度的K2>K3>K1，選擇A2為最優(yōu)水平；進(jìn)料速率的K2>K1>K3，選擇B2為最優(yōu)水平；刮膜器轉(zhuǎn)速的K3>K2>K1，故選擇C3為最優(yōu)水平。

2.4.2 正交最優(yōu)條件驗(yàn)證

KGZSbjVtG2OkPXs+zE1pLg==由表3可知，以重組分神經(jīng)酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，蒸餾溫度對(duì)重組分神經(jīng)酸含量有顯著影響，根據(jù)F值大小影響程度排序均為FA>FB>FC，尋找主次順序?yàn)锳、B、C即蒸餾溫度>進(jìn)料速率>刮膜器轉(zhuǎn)速，主次順序與極差分析相同，確定的最佳參數(shù)與極差分析結(jié)果相同。故選定最適宜的3項(xiàng)參數(shù)搭配，即A2B2C3配置方案，蒸餾溫度設(shè)定在255°C、進(jìn)料速率為900g/h和刮膜器轉(zhuǎn)速維持350r/min。

2.5 產(chǎn)品對(duì)比

本研究在0.1Pa壓力環(huán)境下，采用蒸餾溫度255°C、進(jìn)料速率900g/h和刮膜器速度350r/min，分子蒸餾1次。相比常規(guī)的脫臭操作通常設(shè)定在230～270°C的溫度區(qū)間、壓力維持在0.27～0.40kPa，并持續(xù)3～8h。分子蒸餾工藝在壓力和時(shí)間上均表現(xiàn)出更低的條件。表4列出了脫色文冠果油分ruPHo6wKdv11lh9MwZjnlA==別經(jīng)分子蒸餾與傳統(tǒng)脫臭工藝（為遼寧文冠實(shí)業(yè)開發(fā)有限公司采用同一批脫色文冠果油經(jīng)傳統(tǒng)脫臭制得的產(chǎn)品）所得產(chǎn)品之間的比較。

由表4可知，利用分子蒸餾的低溫高壓特性，能有效去除絕大部分自由脂肪酸和甾醇，使得文冠果油的酸值低于常規(guī)脫臭工藝，同時(shí)也能去除一部分低沸點(diǎn)的低碳甘油三酯，提高神經(jīng)酸的含量。因此，分子蒸餾技術(shù)有潛力替代傳統(tǒng)的蒸汽脫臭方法，為文冠果油的純化提供更優(yōu)方案。

3 結(jié)束語

通過分子蒸餾對(duì)文冠果油神經(jīng)酸含量影響的研究，可以得到以下結(jié)論。

（1）采用刮膜式分子蒸餾裝置對(duì)文冠果油實(shí)施精煉操作，探究了蒸餾溫度、進(jìn)料速度和刮膜器速度對(duì)產(chǎn)物中的神經(jīng)酸濃度的影響。在壓力0.1Pa、蒸餾溫度255°C、進(jìn)料速率900g/h及刮膜器轉(zhuǎn)速350r/min條件下，脫色文冠果油經(jīng)分子蒸餾處理，神經(jīng)酸的含量可達(dá)3.37%，并且其他的品質(zhì)指標(biāo)也比傳統(tǒng)蒸汽蒸餾脫臭法所制得的產(chǎn)品更優(yōu)。這表明，分子蒸餾法可作為替代手段，用于文冠果油的高效純化過程。

（2）適當(dāng)?shù)恼婵斩取囟葪l件下，使用分子蒸餾法不僅可以實(shí)現(xiàn)脫臭，也可以除去部分低沸點(diǎn)的單甘脂、甘油二酯等組分，使得文冠果油的神經(jīng)酸含量得到提升。

（3）可以通過控制蒸餾條件，多級(jí)分子蒸餾得到不含神經(jīng)酸、神經(jīng)酸含量低、神經(jīng)酸含量高等多級(jí)文冠果油產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)其高值化利用。