陈乐清，林 文，丁朝中，王志祥

（中国药科大学制药工程教研室，江苏南京210009）

α-亚麻酸（全顺-9，12，15-十八碳三烯酸）属ω-3系列不饱和脂肪酸，是人体构成细胞膜和生物酶的基础物质，具有抑制血栓形成，抑制癌症的发生及转移，延缓衰老等作用[1]。α-亚麻酸还能在体内转化成为对人体生长发育有重要作用的DHA（二十二碳六烯酸）及EPA（二十二碳五烯酸）[2]。α-亚麻酸是人体每天都需要的营养物质，但无法通过人体合成，必须依靠膳食获得。据报道[3]，我国膳食中普遍缺乏α-亚麻酸，日摄入量不足世界卫生组织推荐量的一半。目前我国正在积极推广α-亚麻酸，市场上出现了大量含α-亚麻酸的保健品和药品。α-亚麻酸主要以甘油三酯的形式存在于亚麻籽、沙棘籽等油料种子中。但甘油三酯中的脂肪酸除α-亚麻酸外，还可能是亚油酸或油酸等[4]，因此需将α-亚麻酸从甘油三酯中解离出来。目前解离的方法主要有皂化法、甲酯化法、乙酯化法等。皂化法得到的游离α-亚麻酸极易氧化变质，不便保存。乙酯化法在分子蒸馏提纯α-亚麻酸中广泛应用，但该法蒸馏温度较高，通常在110℃以上[5]。目前文献报道的甲酯化法主要是应用在硝酸银络合法提纯中，但硝酸银络合法存在银离子残留[6]。采用甲酯化法作为分子蒸馏技术提纯α-亚麻酸的前处理方法，使蒸馏温度降低至90℃左右，降低了能耗，也减少了α-亚麻酸的氧化分解。甲酯化结合分子蒸馏技术得到的亚麻酸甲酯不但可以制成α-亚麻酸酯脂肪乳静脉注射剂[7]；还可通过加氢反应得到亚麻醇，成为合成表面活性剂的重要中间体[8]。本实验利用甲酯化和分子蒸馏相结合的方法，得到α-亚麻酸质量分数高达80.27%的产品。据文献报道[3]，目前国内工业化生产的α-亚麻酸产品质量分数大多在70%左右，因此，工艺的研究成果对α-亚麻酸的工业化生产具有一定的借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

亚麻籽油 大同市华建油脂有限公司；α-亚麻酸甲酯标准品、α-亚麻酸乙酯标准品 美国Nuchekprep公司；甲醇、石油醚、氢氧化钠、无水硫酸钠等 均为分析纯；正己烷 色谱纯。

PB-10 pH计 德国Sartorius公司；GC2010气相色谱仪 日本岛津公司；KLD-5分子蒸馏设备 德国UIC公司。

1.2 实验方法

1.2.1 亚麻籽油的理化性质测定 酸价测定方法：GB/T 5530-2005；水分测定：GB/T 5528-2008；试剂配制：QB/T 2739-2005。α-亚麻酸质量分数测定：GB/T 17376-2008、GB/T 17377-2008。

1.2.2 亚麻籽油甲酯化 往250mL三颈瓶中加入50g亚麻籽油，将其置于60℃的恒温水浴锅上，开动搅拌器，通入氮气。瓶内温度稳定后，加入溶有0.4g的NaOH的甲醇溶液20g，反应1h后取出，再加入2mL冰醋酸破乳剂，分层后去除水相。有机相用60℃水洗涤至中性再经无水硫酸钠脱水处理，即得α-亚麻酸甲酯粗产品。

1.2.3 单因素实验 在冷凝面温度5℃、操作压力1Pa、进料时间30min的条件下，依次研究蒸馏温度（进料速度51mL/h、刮膜转速500r/min，预热温度80℃）、刮膜转速（进料速度51mL/h、蒸馏温度88℃、预热温度80℃）、预热温度（进料速度51mL/h、蒸馏温度88℃、刮膜转速300r/min）、进料速度（预热温度60℃、蒸馏温度88℃、刮膜转速300r/min）对蒸馏效果的影响，确定分子蒸馏操作参数的范围。

1.2.4 Box-Behnken设计优化实验 在单因素实验的基础上，采用Box-Behnken设计优化法，选取蒸馏温度、进料速度、刮膜转速三因素，以α-亚麻酸甲酯质量分数为指标，利用Design Expert 7.0.1软件对数据进行处理分析，筛选出分子蒸馏纯化α-亚麻酸甲酯优化工艺条件，并对该条件进行验证。因素水平见表1。

表1 响应曲面因素水平表Table 1 Factors and levels table of response surface design

1.3 分析方法

1.3.1 色谱条件 色谱柱：Rtx-Wax毛细管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；载气：氮气；进样口温度：250℃；柱温：195℃；检测器温度：230℃；分流比：40；载气速度：1.53mL/min，氢气：40mL/min，空气：400mL/min；进样量：1μL。

1.3.2 α-亚麻酸甲酯的质量分数和提取率测定[9]将α-亚麻酸甲酯标准品和α-亚麻酸乙酯标准品分别配制成1mg/mL的正己烷溶液，各取1mL混合后，取样进气相色谱分析，按下式求取相对质量校正因子。

式中，f为相对质量校正因子；A（i）为样品的峰面积；A（s）为内标物峰面积。

将脂肪酸甲酯粗品和轻组分中样品分别配成2mg/mL的正己烷溶液，各取1mL上述溶液与1mL的α-亚麻酸乙酯内标溶液（1mg/mL）混合，取样进气相色谱分析。α-亚麻酸甲酯质量分数和提取率按下式计算：

式中，f为相对质量校正因子；A（I）为粗品峰面积；A（i）为轻组分样品峰面积；A（s）为内标物峰面积；m（l）为轻组分质量（g）；m（h）为重组分质量（g）。

2 结果与讨论

2.1 亚麻籽油理化性质测定结果

测得亚麻籽油酸价为0.58mg KOH/g，水分质量分数为0.068%，α-亚麻酸的质量分数为53.36%。油中游离的脂肪酸和水分含量极低，皂化副反应的影响可以忽略[10]。

2.2 单因素实验

2.2.1 蒸馏温度对纯化效果的影响 蒸馏温度对轻组分中α-亚麻酸甲酯的质量分数和提取率的影响，如图1所示。

图1 蒸馏温度对纯化效果的影响Fig.1 Effect of distillation temperature on the purification result

由图1可知，轻组分中α-亚麻酸甲酯的质量分数随着温度升高先增大后减小，在88℃达到最大值，这是因为随着温度的升高，轻组分不断逸出；但随着温度继续升高，亚油酸甲酯、油酸甲酯等重组分也会被蒸出，从而使质量分数降低。α-亚麻酸甲酯的提取率随着温度升高一直呈现上升趋势。温度越高，从原料中蒸出的α-亚麻酸甲酯量就越多，使其提取率越来越高。因此，综合比较，蒸馏温度选择在85～91℃较适合。

2.2.2 刮膜转速对纯化效果的影响 刮膜转速对轻组分中α-亚麻酸甲酯的质量分数和提取率的影响，如图2所示。

图2 刮膜转速对纯化效果的影响Fig.2 Effect of agitating speed on the purification result

由图2可知，轻组分中α-亚麻酸甲酯的质量分数和提取率均随着刮膜转速的提高先增大后减小，在300r/min时达到最大值。在低转速时，转速提高，引起液膜湍动加强，对流传热速度也随之增大，传热的改善使得更多轻组分逸出。但是随着转速进一步的提高，热量传递越多，重组分逸出也越多，加上料液被甩到冷凝管上几率加大，导致质量分数和提取率下降。因此，刮膜转速选择在300r/min附近比较适合。

2.2.3 预热温度对纯化效果的影响 预热温度对轻组分中α-亚麻酸甲酯的质量分数和提取率的影响，如图3所示。

图3 预热温度对纯化效果的影响Fig.3 Effect of preheat temperature on the purification result

由图3可知，轻组分中α-亚麻酸甲酯的质量分数和提取率的曲线都比较平缓，说明预热温度对纯化效果影响较小。这是因为进料速度很慢，料液刚到达加热壁面就立刻被加热到与壁面相同的温度，因此预热温度的差异对实验效果影响较小。从图3可知，预热温度选择在60～68℃比较适合。

2.2.4 进料速度对纯化效果的影响 进料速度对轻组分中α-亚麻酸甲酯的质量分数和提取率的影响，如图4所示。

图4 加料速度对纯化效果的影响Fig.4 Effect of feeding rate on the purification result

由图4可知，轻组分中α-亚麻酸甲酯的质量分数和提取率随着进料速度的增加先增大，质量分数在45～57mL/h时趋于稳定；随着进料速度加大，质量分数和提取率开始下降，这是由加热器传热量与α-亚麻酸甲酯汽化热之间平衡所决定的。在低流量时，加热器传热量大于α-亚麻酸甲酯汽化热，多余热量用于重组分蒸出；在进料速度为45～57mL/h时，两者达到平衡，质量分数处于平稳状态；随着进料速度加大，加热器已不能够提供足够的热量供α-亚麻酸甲酯挥发，因此质量分数和提取率开始降低。因此，综合比较，进料速度选择在45～57mL/h比较适合。

2.3 响应曲面实验

2.3.1 数学模型建立 根据Box-Benhnken中心组合实验设计原理，依据单因素实验结果，以蒸馏温度、刮膜器转速和进料速度作为主要因素，设计三因素三水平响应曲面分析实验。实验结果见表2。

表2 响应曲面实验及结果Table 2 Experiment and result of response surface design

应用Design Expert 7.0.1软件对数据进行拟合，得到线性回归方程为：Y=74.62+0.54×A+2.23×B-3.19×C。

对该模型进行显著性检验，方差分析结果见表3，分析得到该模型的p＜0.05，表明回归模型显著；失拟项p=0.6957，不显著，表明该模型拟合程度良好；其中蒸馏温度、刮膜转速一次项均显著。

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance for regression equation

2.3.2 优化与验证 通过软件优化，得到分子蒸馏纯化α-亚麻酸甲酯优化工艺条件为进料速度57mL/h、蒸馏温度91℃、刮膜转速250r/min，模型预测α-亚麻酸甲酯质量分数的最大值为80.6%。在此实验条件下，进行三次验证实验，得到α-亚麻酸甲酯质量分数分别为80.43%、79.6%、80.79%，平均值为80.27%；提取率分别为76.50%、74.15%、77.96%，平均值为76.20%。此结果与模型的预测值相近，说明建立的模型能较好地反映实际的纯化过程。

3 结论

本实验使用双重的浓缩技术，首先采用甲酯化技术将α-亚麻酸从甘油三酯中解离出来，接着采用分子蒸馏技术进一步纯化其中的α-亚麻酸。通过研究，得到分子蒸馏纯化α-亚麻酸优化工艺条件：进料速度57mL/h、蒸馏温度91℃、刮膜转速250r/min。该工艺显著降低蒸馏的温度，减少能量消耗和产品氧化变质率；并且使α-亚麻酸质量分数提升到了80.27%，与目前工业化生产70%的α-亚麻酸相比，有了显著提高。

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