王培燕　黄元波

摘要：介绍了尿素包合法的基本原理，主要阐述了尿素包合法与其它方法相结合在脂肪酸分离中的应用研究进展，所结合的具体方法有：分子蒸馏技术、二次包合分离法、硝酸银溶液络合萃取法、梯度冷却法、溶剂结晶法、分级分离法、超声波分离法、洒石酸辅助分离法、超临界二氧化碳流体萃取法。

关键词：混合脂肪酸；不饱和脂肪酸；尿素包合法；分离

中图分类号：TQ644

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）20018604

1引言

大豆油、葵花籽油、橡胶籽油等很多植物油水解都可以产生混合脂肪酸（FFAs），因原料不同，所产生的FFAs中各种成分的含量也会有所差异。这些混合脂肪酸中，有许多高经济价值、高营养价值的成分[1]，如饱和脂肪酸肉豆蔻酸主要是生产表面活性剂、消泡剂、增香剂的原料，还可用于配制各种食用香料，棕榈酸又称软脂酸可用于润滑剂、涂料、油墨和增塑剂中；硬脂酸广泛用于食品和化妆品工业；以及不饱和脂肪酸如油酸（C18-1）、亚油酸（C18-2）、亚麻酸（C18-3）是动物食物中不可缺少的营养素；另外，α-亚麻酸还是世界营养学界所公认的人体必需的脂肪酸[2]，是构成人体组织细胞的主要成分，在体内能合成、代谢，转化为机体必需的生命活性因子DHA和EPA。如若能将这些成分单独提取出来，将更好利用其经济价值和营养价值。

这些FFAs可以游离脂肪酸的形式来分离，也可以以脂肪酸酯（如脂肪酸甲酯）的形式来分离，具体要看目标产品要以什么形式加以利用、原料如何处理更加方便[3]。隨着生物柴油（脂肪酸甲酯）[4]的用途越来越广泛，且与游离脂肪酸相比对设备腐蚀性小、热稳定性好而且检测操作简单，因此，越来越多的FFAs是以脂肪酸甲酯的形式来分离的，分离方法有很多种，笔者着重介绍尿素包合法与不同方法结合在近5年的研究进展。

2尿素包合法基本原理

尿素包合法（如图3）是根据不饱和度的差异来实现分离的，其分离原理主要是尿素的结晶成四方体，然后当利用尿素溶解在有机溶剂中，遇脂肪化合物，尿素分子间以氢键结合形成6面体结构（如图1，2）。直链饱和脂肪酸或单不饱和脂肪酸的直径小于形成的6面体的自由体积，在结晶的过程中饱和脂肪酸或单不饱和脂肪酸就可以进入到晶胞内，被包合在晶胞内，然后形成尿素包合物析出，进而将饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸与多不饱和脂肪酸分离开[5]。通过与其它方法相结合起来使用，取长补短，优势互补。

3尿素包合法与其它方法的结合应用

3.1分子蒸馏技术[6]

分子精馏技术是一种在高真空下操作的蒸馏方法，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。根据FFA中不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，分子流从加热面直接到冷凝器表面，从而达到分离的效果。

张海祥等[7]的文章用的尿素包合法是富集蚕蛹，亚麻酸的有效方法，在最优工艺条件下α-亚麻酸纯度达70.28%。随着科学技术的发展，提纯α-亚麻酸的技术不断成熟，尿素包合法常与其他提纯方法联用，以提高α-亚麻酸的纯度和回收率。邱英华[8]也采用尿素包合法与分子蒸馏技术相结合的方法，对蚕蛹毛油中α-亚麻酸进行提纯，最终α-亚麻酸的纯度可达91.2%。

2012年林文[9]等联合尿素包合法与分子蒸馏技术对乙酯化鱼油中的EPA和DHA进行提纯。尿素包合选择试验条件为脲酯比2∶1、醇脲比4∶1、结晶温度0 ℃及包合时间1h进行试验，得到EPA及DHA总纯度为63.5%的产品，回收率为48.5%。分子蒸馏试验中选择在蒸馏温度90 ℃、预热温度40 ℃、内冷温度15 ℃、刮膜器转速360 r/min、进料速率2 mL/min及真空度0.1 Pa的条件下对乙酯化鱼油进行二次提纯，产品中EPA及DHA总纯度提高为78.9%，回收率提高为49%。

牛春祥[10]等采用分子蒸馏技术对米糠油进行脱酸试验，并将脱离出来的游离脂肪酸进行了尿素包合试验，分离富集其中的不饱和脂肪酸。在单因素试验的基础上进行正交试验设计，分析得到最佳包合条件为：脂肪酸∶尿素为1∶1.5，尿素∶95%乙醇为1∶7，包合温度为-10 ℃，包合时间为16 h，此时不饱和脂肪酸含量为96.2%。主要影响因素为尿脂比，包合时间影响作用最小，经分离得到的不饱和脂肪酸主要为油酸和亚油酸，两者比例为1∶1左右。

2013年马传国[11]对高酸价米糠油制备的富含甘二酯的油脂，采用分子蒸馏和尿素包合法分离纯化。在操作压力为6.0 Pa时，一级分子蒸馏工艺单因素最佳工艺为蒸馏温度为163 ℃，流速为2.0 mL/min。尿素包合时问18 h，包合温度21 ℃，尿素∶乙醇（m∶v）1∶5。采用分子蒸馏和尿素包合联用，产品中甘二酯纯度达87.44%，甘三酯10.89%，满足甘二酯油脂要求。

2014年庞敏[12]等采用分子蒸馏进行高酸值稻米油脱酸研究，并初步对所脱除不饱和脂肪酸进行分离富集。以Box-Behnken响应曲面试验设计，得到分子蒸馏脱酸最优条件及二次响应面模型，最优条件为温度208 ℃、滴速2.05mL/min、转速183r/min，此时所得稻米油酸值为1.01 mg/gKOH；比较分子蒸馏脱酸前后稻米油中主要营养物质维生素E的变化，发现分子蒸馏各因素对维生素E含量影响不显著，在所优化的尿素包合法各因素条件下，即脂肪酸∶尿素为1∶1.5，尿素∶95%乙醇为1∶7，包合时间为16 h，包合温度为-10 ℃时，所分离富集的多不饱和脂肪酸含量可达96.2%。

3.2二次包合分离法

晁文[13]等通过尿素包合提取红花籽油亚油酸的试验，研究皂化温度、酸解浓度、包合次数对红花籽油亚油酸提取率的影响。结果表明：提取最佳工艺参数为皂化温度80 ℃、酸解浓度30%和包合次数3次，亚油酸提取率为86.7%，纯度达到93%。endprint

2013年陶川东[14]研究了尿素包合法分离麻疯树籽油脂肪酸甲酯中饱和脂肪酸甲酯和不饱和脂肪酸甲酯的工艺条件。经一次尿素包合后不饱和样品中不饱和脂肪酸甲酯相对含量从原料中的75.88%增加到95.95%；饱和样品中饱和脂肪酸甲酯的相对含量从原料中的23.85%增加到65.73%；二次包合后得到不饱和样品中不饱和脂肪酸甲酯的相对含量增加到98.92%。

2014年曲晓宇等[15]以脂肪酸-尿素-甲醇（1∶3∶10，w/w/v），包合温度-10 ℃，包合时间为18 h为包合条件，经一次包合后，不饱和脂肪酸纯度达到84.08%，二次包合后纯度达95.70%。

综上，这几种油脂经二次包合后，不饱和脂肪酸的纯度提高10%以上。

但不适用所有的油脂分离，张郁松[16]在采用尿素包埋法对猕猴桃籽油中亚麻酸进行分离纯化时发现随着脲包次数的增加液相中脂肪酸得率逐渐减小且降幅较大，而且随着脲包次数的增加液相中脂肪酸的碘值逐渐增大但是增幅不大综合这两个因素认为脲包次数以1次为好。因此用二次及多次包合法来提高不饱和脂肪酸得率和纯度并不适用所有的油脂分离提纯。

3.3硝酸银溶液络合萃取法[13]

陈新新[17]采用尿素包合法与硝酸银溶液络合萃取法相结合的技术，优化紫苏油中α-亚麻酸提纯技术，最终α-亚麻酸纯度99.08%，回收率达到39.24%。

3.4梯度冷却法

古海波[18]等研究通过梯度冷却尿素夹杂物，优化了从粗紫苏油中浓缩α-亚油酸的生产。在尿脂比为3，溶剂与脂肪酸的比例为7，反应温度为348 K，结晶时间为690 min的条件下，获得最大量的α-亚油酸（91.5%）。

王车礼等[19]采用梯度冷却尿素包合法来分离废弃油脂生物柴油中的饱和脂肪酸甲酯与不饱和脂肪酸甲酯，在降温速率为 1 ℃/min、最终结晶温度为10 ℃的条件下，得到了纯度为94.8%的不饱和脂肪酸甲酯，收率为 83.8%。该法大大缩短了冷却结晶的时间，仅1 h 左右。

王惠惠[20]分别采用单因素实验以及正交实验设计条件，用尿素包合法分离生物柴油中棕榈酸甲酯，考虑降温速率最终确定梯度降温速率为7 ℃/h时，包合效率最高。

3.5溶剂结晶法

白希[21]采用溶剂结晶法和尿素包合法相结合分离来富集伽师瓜籽油中的亚油酸，可得到纯度为99.53%的亚油酸，产率为50.86%。

2016年安腾奇[22]等以24度精炼棕榈油水解脂肪酸为原料，通过使用溶剂结晶和尿素包合法进行分离提纯制备较高纯度的油酸。通过对实验条件的优化，得到溶剂结晶的最佳条件为：m（无水乙醇）∶m（混合脂肪酸）=2∶1，结晶温度-10 ℃，结晶时间10 h；尿素包合的最佳条件为：m（原料酸）∶m（尿素）∶m（无水乙醇）=1∶2∶10，包合温度10 ℃，包合时间6 h。通过溶剂结晶和尿素包合法得到了含量为87.56%的高纯油酸产物，油酸产物的总得率为38.65%。

3.6分级分离法[23]

BM Abdullah，J Salimon[24]使用脲络合物分级分离从局部麻风树/ I种子油获得的游离脂肪酸混合物中的亚油酸（LA）。在这项研究中，检查影响尿素复杂分馏的因素，如尿素与游离脂肪酸的比例，结晶温度和结晶时间的变化，以获得最佳条件使用响应面法（D-最佳设计）。在最佳条件下，LA的百分比为92.81%，在脲/ 混合脂肪酸（FFAs）比（w/w）为5下尿素不包合物（NUCFs）7.8的产率百分比为5，结晶温度为-10 ℃，结晶时间为24 h。

3.7超声波分离法

冯棋琴[25]利用超声波提高得率，经研究结果表明，超声功率280 W，温度40 ℃，时间20 min，KOH-甲醇∶油（mL∶g）为7.5∶1，甲酯化率为92.36%；洗脱剂（乙酸乙酯/石油醚）6%～7%共160 mL，上样量20～40 mg/g（样品/硅胶），流速15～25 d/min，上样溶度2%～4%，所得样品纯度96.53%，得率67.88%；其他条件保持不变，换为梯度洗脱：洗脱剂（乙酸乙脂/石油醚）3%，3.5%，4%，5%，6%各40 mL时，所收集样品纯度为97.33%，得率为70.05%。

2011年韩玉玺[26]采用超声波辅助提取γ一亚麻酸（GLA），通过研究得出，对GLA产量影响程度从大到小依次顺序为液料比、超声波处理时间和超声功率，在单因素基础上采用二次旋转组合设计响应面分析，得出最佳提取工艺为：超声时间40 min，液料比为8∶1，超声波频率366 KHz，最优得率为899.26 mg/L。尿素包合法纯化GLA的研究，实验得到最佳包合条件为：尿素∶脂肪酸为4∶1（W/W）、脂肪酸∶乙醇为1∶12（W/W）、包合温度为-25 ℃和包合时间为12 h，微生物油脂中GLA含量为47.1%。

2014年刘文倩[27]通过超声辅助蛋白酶法提取虾黄脂肪，脂肪酶水解虾黄脂肪制备脂肪酸，最后采用尿素包合法对克氏原螯虾虾黄多不饱和脂肪酸进行富集研究。采用超声辅助蛋白酶法提取虾黄中的脂肪，通过单因素试验和响应曲面分析优化，得到提取的最佳工艺条件为：水料比为3∶1、添加0.6%的复合蛋白酶、在温度52 ℃下、用150W的超声波处理125min，虾黄脂肪的提取率可以达到77.86%，是优化前的1.43倍。

2015年曲兴源[28]通過响应面法优化超声波提取紫菜中脂肪酸的工艺，采用气相色谱法测定紫菜中8种重要脂肪酸的含量，再利用尿素包合法富集纯化EPA-DHA。结论运用响应面法优化渤海紫菜粗脂肪的最佳工艺参数为正已烷[29]：乙酸乙酯比例13∶10、超声提取时间26 min、水浴时间60 min、水浴温度60 ℃条件下，获得渤海紫菜粗脂肪百分含量最高为7.36%。经尿素包合法富集纯化获得EPA和DHA的含量分别为45.27%和46.19%的EPA-DHA油。endprint

3.8酒石酸辅助法

陈素琴等[30]比较了95%乙醇体系中酒石酸辅助尿素包合法与传统尿素包合法富集亚油酸产品中亚油酸的含量与收率；研究了尿素/脂肪酸比、95%乙醇/脂肪酸比、结晶温度以及结晶时间对酒石酸辅助尿素包合纯化红花籽油中亚油酸的影响。得到最佳富集亚油酸条件为：尿素/脂肪酸比（g·g-1）为2∶1、95%乙醇/脂肪酸比（mL/g）为8.5∶1、结晶温度-8 ℃、结晶3 h时，即可富集到含量为90.4%的亚油酸产品，收率为82.0%。

3.9超临界二氧化碳流体萃取法[31]

曲晓宇等[15]通过超临界二氧化碳流体萃取法（super critical fluid extraction technology-CO2，SFE-CO2）提取东北柞蚕蛹油，采用尿素包合法对蚕蛹油混合脂肪酸进行纯化。结果SFE-CO2萃取东北柞蚕蛹干粉中蛹油的萃取率为17.93%（w/w），不饱和脂肪酸油酸、亚油酸和α-亚麻酸占混合脂肪酸含量为22.73%。以脂肪酸-尿素-甲醇（1∶3∶10，w/w/v），包合温度-10 ℃，包合时间为18 h为包合条件，经一次包合后，不饱和脂肪酸纯度达到84.08%，二次包合后纯度达95.70%。

此外随着生活水平的提高，更多的油脂进入到日常生活中，但有些发展还是缓慢的，需要继续关注。

4结语

根据不同脂肪酸的性质，有时需要将其它方法与尿素包合法叠加使用，例如文中所述的梯度降温、溶剂结晶、与络合萃取结合等等，不管是改变参数还是多种方法结合，每种脂肪酸的得率和纯度都在上升，为提取不饱和脂肪酸提供便径。同样也期待有新的分离方法能有更好的效果。

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Development of Urea|inclusion Separation of Mixed Fatty Acids

Wang Peiyan1，2， Huang Yuanbo1，2

（1. Yunnan Provincial International Joint Research Center for Bioenergy； Yunnan Provincial Engineering Laboratory for Highly-Efficient Utilization of Biomass； Yunnan Provincial University Key Laboratory for Biomass Chemical Refinery & Synthesis， Southwest Forestry University， Kunming，Yunnan， 650224， China；2. School of Materials Science & Engineering， Southwest Forestry University， Kunming， Yunnan， 650224， China）

Abstract： This paper introduced the basic principle of urea inclusion method. It also describedthe application of urea inclusion method combined with other methods in the separation of fatty acids. The combination of methods are as follows： molecular distillation technology， secondary inclusion separation method， complexation extraction of silver nitrate solution， gradient cooling method， solvent crystallization method， fractionation method， ultrasonic separation method， tartaric acid assisted separation method and supercritical carbon dioxide fluid extraction.

Key words： mixed fatty acids； unsaturated fatty acids； urea inclusion method； separationendprint