（化学工程专业论文）多不饱和脂肪酸甘油酯的合成及超临界co2萃取精制.pdf

摘要 摘要 近几十年来，随着人们生活水平的提高，各种心脑血管疾病呈上升趋势。 能预防这类疾病的功能性保健食品一多不饱和脂肪酸( h 瓜气s ) 引起人们极大 的兴趣。鱼油中含有丰富的多不饱和脂肪酸，其中主要为二十碳五烯酸( e 胍) 和二十二碳六烯酸( d h a ) 。多不饱和脂肪酸作为保健食品已经产业化，但其产 品形式主要为乙酯型和游离脂肪酸型，其品质和安全得不到保证，研究证明甘 油酯型是最好的产品形式。由于天然鱼油中多不饱和脂肪酸甘油酯的含量很低， 只有将富集的多不饱和脂肪酸合成甘油酯才能满足作为保健品的需求。本文重 点对多不饱和脂肪酸甘油酯的合成及其超l 临界c 0 2 萃取精制等方面进行研究。 本文在减压条件，无催化、无溶剂体系中合成多不饱和脂肪酸甘油酯，通 过三因素( 温度a 、时间b 、醇酸比c ) 三水平正交试验，得出多不断月旨肪酸 甘油酯合成的最优条件：温度1 9 0 c 、时间5 h 、醇酸比1 ：1 ，其转化率为8 9 1 2 ； 对反应影响的大小是：温度a 时间b 醇酸比c 。并对多不饱和脂肪酸甘油酯 2 3 8 6 4 0 5 的合成作宏观动力学研究，得出其速率方程为r a 一1 2 8 5 9 6 e 盯c a l 0 7 c 8 u m ， 反应总级数为1 6 l ，表观活化能为2 3 8 6 4 k j r n o l 。进一步通过二次回归正交试验 优化反应条件，建立了多不饱和脂肪酸甘油酯合成的回归模型： y 一0 9 2 0 + 0 0 3 5 x 1 + 0 0 1 8 x 2 - 0 0 2 5 x l x 2 + 0 0 1 8 x 2 x 3 - 0 0 2 z ，通过对模型求极 值得出了最优条件为：温度为1 9 4 2 8 ，时间5 h ，醇酸比0 9 4 ，其转化率为 9 3 0 6 。对回归方程进行验证，通过回归方程得出的回归值与实验值的比较得 出其平均相对误差为3 6 2 ，表明通过二次回归正交设计得出的模型是可行的。 详细考察温度和压力对超临界c 0 2 萃取精制多不饱和脂肪酸甘油酯的影 响。采用程序升压法考察萃取压力和改变精馏柱温度梯度考察萃取温度对超临 界c 0 2 萃取精制甘油酯的影响，并通过分析所得产品以评价精制效果，得出超 临界c 0 2 萃取精制多不饱和脂肪酸甘油酯最佳的操作条件：温度梯度为1 0 ， 操作压力范围为1 5 5 1 7 s m p a ，在此条件下精制的产品色泽清亮透明，酸值 2 0 - - 4 0 m g k o h g ，碘值2 0 ( 0 2 4 0 9 1 2 1 0 0 9 本文首次采用无催化、无溶剂、减压的条件下直接用多不饱和脂肪酸与甘 武汉工程大学硕士学位论文 油脱水合成多不饱和脂肪酸甘油酯，取得了良好的效果；并对超临界c 0 2 萃取 精制多不饱和脂肪酸甘油酯进行研究，取得了较好的精制效果，形成了一套相 对完整的制备多不饱和脂肪酸甘油酯产品的绿色工艺。此项研究对开发功能性 保健食品具有重要的实用价值和潜在的社会效益和经济效益。 关键词：鱼油；多不饱和脂肪酸甘油i i i ；无催化合成；超临界c 0 2 精制 n a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，v a r i o u sc a r d i o v a s c u l a ra n dc e r e b r o v a s c u l a rd i s e a s e sb e c o m e m o r ea n dm o r e g e n e r a la sl i v i n gs t a n d a r d si m p r o v i n g p e o p l ep a yg r e a ti n t e r e s tt o p o l y u n s a t u r a t e df a t t ya c i d s ( p u f a s ) ，af u n c t i o n a lh e a l t hf o o d ，w h i c hc a np r e v e n t t h e s ed i s e a s e s f i s ho i li sr i c hi np u f a s ，w h i c ha r em a i n l ye i c o s a p e n t a e n o i ca c i d ( e p a ) a n dd o c o s a h e x a e n o i ca c i d ( o h a ) p u f a sh a si n d u s t r i a l i z e da l r e a d ya sa f u n c t i o n a lh e a l t hf o o d ，i t sm a i np r o d u c tf o r mo ff i s ho i la r ee t h y le s t e r sa n df a t t y a c i d s ，w h i c hd o n te n s u r et h eq u a l i t ya n ds a f e t yo ff o o d sb yi t s e l f r e s e a r c h e s s h o wt h a tp u f a s g l y c e f i d ei st h eb e s tp r o d u c tf o r mf o raf u n c t i o nh e a l t hf o o d h o w e v e r , t h ec o n t e n to fp u f a sg l y c e r i d ei nn a t u r a lf i s ho i l so nt h el o w , i ti st h e o n l yw a yt h a tt h es y n t h e s i so fp u f a sg l y c e r i d et h o u g h tc o n c e n t r a t i o no fp u f a s , w h i c hc a nm e e tt h ed e m a n d sf o rah e a l t hf o o d t h es y n t h e s i so fp u f a s g l y c e r i d e a n dr e f i n e db ys u p e r c r i t i c a lc 0 2 ( s c - c 0 2 ) e x t r a c t i o nh a v eb e e ni n v e s t i g a t e di n t h i sp a p e r t h es y n t h e s i so fp u f a sg l y c e r i d ei n n o n - c a t a l y z e d ，s o l v e n t - f r e es y s t e m t h r o u g hd e c o m p r e s s i o no p e r a t i o n ，t h ee f f e c t so ff a c t o rs u c ha st e m p e r a t u r e ，t i m e t h eg l y c e r o l f a t t ya c i dr a t i o ( m o l a rr a t i o ) o nt h er e a c t i o nh a v eb e e nd i s c u s s e db y o r t h o g o n a lt e s t t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ec o n v e r s i o nr a t eo fp u f a s c a nr e a c h t o8 9 1 2 w i t ht h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fs y n t h e s i s ：t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r eo f 1 9 0 。c ，t h er e a c t i o nt i m eo f5 h ，g l y c e r o l f a t t ya c i dr a t i oo f1 ：1 ，t h ee f f e c tt ot h e r e a c t i o ni s ：t e m p e r a t u r ea t i m eb g l y c e r o l f a t t ya c i dr a t i oct h em a c r o k i n e t i c so fp u f a sg l y c e r i d es y n t h e s i se s t a b l i s h e dt h er e a c t i o nr a t ee q u a t i o n ： 2 3 8 6 4 0 5 r a = 1 2 8 5 9 6 e 船c ? c ，t h ea c t i v a t i o ne n e r g y 。f r e q u e n c yf a c t o ra n dt o t a l r e a c t i o no r d e rw e r ec a l c u l a t e d , a n dt h e r ev a l u e sw e r e2 3 8 6 4 k j m o l ，1 2 8 5 6 s 1 a n d1 6 1 ，r e s p e c t i v e l y o b t a i nt h eo p t i m u mp r o c e s s i n gc o n d i t i o n ，at h r e e f a c t o r s q u a d r a t i cr e g r e s s i o no r t h o g o n a lm e t h o dw a sa p p l i e dt od e s i g nt h ee x p e r i m e n t , t h e r e g r e s s i o ne q u a t i o n w a s e s t a b l i s h e d ： i ! i 武汉j ：程人学硕士学位论文 y = 0 9 2 0 + 0 0 3 5 x a + 0 0 1 8 砭一o 0 觋+ 0 0 1 8 吻砖一o 0 2 2 ，t h e r e s u l t si n d i c a t e t h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fs y n t h e s i s ：t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r eo f1 9 4 2 8 t h er e a c t i o nt i m eo f5 h ，g l y c e r o l f a t t ya c i dr a t i oo f 0 9 4 ：1 ，t h ec o n v e r s i o nr a t eo f p u f a si s9 3 0 6 c o m p a r e dt h ec a l c u l a t e dv a l u e sw i t he x p e r i m e n tv a l u e s ，t h e r e l a t i v ee r r o ri s3 6 2 ，w h i c hi n d i c a t e st h er e g r e s s i o ne q u a t i o ni sf e a s i b l e t h er e f i n i n go fp u f a sg l y c e r i d eh a sb e e ni n v e s t i g a t e dw i t hs u p e r c r i t i c a l c 0 2f r a c t i o n a t i o na td i f f e r e n tt e m p e r a t u r eg r a d i e n ta n ds t e p - b y s t e pp r e s s u r e i n c r e a s i n gp r o g r a m m i n g t h eo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e db y t h ep h y s i c - c h e m i c a li n d e x e so ff r a c t i o n s ，a n dt h eo p t i m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n s ： t e m p e r a t u r eg r a d i e n t i s i o 。c ，p r e s s u r er a n g e i s1 5 - 1 8 5 m p a u n d e rt h e s e c o n d i t i o n st h ep r o d u c ti sc l e a rt r a n s p a r e n t ，a c i dv a l u ei s2 0 - - 4 0 m g k o h g ，i o d i n e v a l u ei s2 0 0 - 2 4 0 g i j l o o g t h e s y n t h e s i so fp u f a sg l y c e f i d ei nn o n c a t a l y z e d ，s o l v e n t - f r e es y s t e mw a s f i r s tr e s e a r c h e da n da c h i e v e dg o o de f f e c t s t h es u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o no f r e f i n e dp u f a s g l y c e r i d ew a ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d ，a n dg a i n e dab e t t e rr e f i n e d e f f e c t a r e l a t i v e l yc o m p l e t eg r e e nt e c h n o l o g i c a lp r o c e s so fp u f a sg l y c e r i d ew a s f o r m e d t h er e s e a r c hr e s u l t sc o u l db eu s e f u lf o rt h ef u r t h e rs t u d y ，a p p l i c a t i o na n d d e v e l o p m e n to ft h ef i s ho i l k e yw o r d s ：f i s ho i l ；p u f a sg l y c e r i d e ；n o n - c a t a l y z e ds y n t h e s i s ；s u p e r c r i t i c a l c 0 2r e f i n e d i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研 究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 学位萎主差羹萎雹霎圣萎了解我校有关保留、使二：己本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定， 我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密o ，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 ， 不保密瓯 ( 请在以上方框内打“ ) 指导教师签名：易孑务喜 7 垢 未菱月舌对 队 允 日协 砷 7瓦狄日凿肘 名 三i 戳 年 一叫f 沦位 学 第1 章引言 1 1 立题背景和意义 第1 章引言 近几十年来，心脑血管疾病在世界范围内对人类健康的破坏呈逐年上升 趋势。因此，能够预防和治疗此类疾病的新型功能性食品已经在世界范围内 引起了广泛的注意。0 3 3 系列多不饱和脂肪酸( p o l y u n s a t u r a t e df a t t ya c i d s ， p u f a s ) 具有降低血脂、延缓血栓形成，抑制血栓素a 2 生成，防止动脉硬化 发生等作用。而海洋生物特别是海洋鱼类生物中的鱼油富含e p a 署n d h a 等 ( o 3 系多不饱和脂肪酸( 3 p u f a s ) 。 我国海洋资源丰富，2 0 0 0 年，我国主要海洋产业总产值为4 1 3 3 5 0 亿元， 其中作为第一产业的海洋渔业比重过半，占5 4 7 【1 】，从这可以看出，我国 渔业资源丰富，有充足的鱼资源来进行与鱼相关的产品研究与开发；同时， 积极开发利用鱼资源，对调整我国渔业产业结构有着十分重要的意义。 研究者己对海洋鱼油做了大量的有益的探索，其中包括鱼油的提取分 离、生理活性、药理作用、鱼油制剂的制备等。目前鱼油保健品中c o - 3 p u f a s 的存在形式比较单一，主要是乙酯型和游离型；作为食用的3 p u f a s ，在 选择其存在形式时主要考虑能被人体消化和吸收的难易程度以及产品的食 用安全性问题。l a w s o n 等【3 l 幂l l k u o 等【4 l 的研究结果表明，t t - 3 p u f a s 乙酯型在 人体中不仅消化和吸收比较困难，而且可能存在安全隐患；游离型3 p u f a s 易于被人体消化和吸收，但易氧化产生对人体有害的过氧化物，且有酸味， 口感不好，直接作为食用难以被人们接受；而睁3 n j f a s 甘油酯是t o - 3 p u f a s 的天然存在形式，食品安全上并不存在问题，且易被人体消化吸收，因此 t o - 3 p u f a s 的甘油酯型是作为食用的最好的产品形式。但是天然海产鱼中的 e n 矫i d h a 的含量并不稳定，随鱼的种类、地域以及季节的不同而变化， 鱼油中二者的含量在4 - 4 0 之间【2 】，这样不稳定的含量直接作为保健品并 不能满足现代保健生活的要求，目前对鱼油中游离多不饱和脂肪酸的富集研 究较为成熟，能得到较高含量的产品，然而这样的产品并不适合直接作为鱼 油制品。 从上述的说明可以看出，合成多不饱和脂肪酸甘油酯是解决上述问题的 武汉：【：程大学硕士学位论文 关键。国内外有大量的文献关于对多不饱和脂肪酸的富集研究，其工艺和手 段趋于成熟，本文没有对多不饱和脂肪酸富集进行研究；目前对多不饱和脂 肪酸甘油酯合成的研究主要是集中于生物酶法和化学催化法，但这些方法存 在很多不足，生物酶法的酶种类单一且脆弱，反应周期长，并有溶剂残留等， 化学催化法存在反应后处理复杂，对设备和环境都有严重的影响。本文将采 用在减压的条件下，不加催化剂，在无溶剂体系中直接用多不饱f i l l 肪酸与 甘油反应合成多不饱和脂肪酸甘油酯，并对合成的甘油酯用超临界c 0 2 精 制，探索了一条制备多不饱和脂肪酸甘油酯产品的新途径，与酶法和化学法 相比，具有绿色环保、无溶剂残留等优势。 1 2 主要研究内容 1 2 i 多不饱和脂肪酸甘油酯的合成 由于鱼油脂肪酸中富集多烯酸的研究较多，本文没有对鱼油中多烯酸的 富集进行研究，而是重点对甘油酯合成进行考察。本章在减压条件下，在无 催化无溶剂体系中进行多不饱和脂肪酸甘油酯的合成研究，通过正交试验及 二次正交试验考察温度、时间、醇酸比等因素对合成工艺的影响，并在此基 础上进一步研究该过程的宏观动力学。通过这些研究得出多不饱和脂肪酸甘 油酯的合成最优操作条件，为工业化生产提供一定的依据。 1 2 2 合成产物的超临界c 0 2 萃取精制 用超临界c 0 2 萃取精制多不饱和脂肪酸甘油酯，以得n i l 符合油脂类 保健食品要求的产物。本章拟分别采用程序升压法考察萃取压力、改变精馏 柱温度梯度考察萃取温度对超l 临界c q 萃取精制甘油酯的影响，并通过分 析所得产品以评价精制效果，得出超临界c 0 2 萃取精制多不饱和脂肪酸甘 油酯的最优操作条件，为超临界c 0 2 萃取精制甘油酯类产品的工业化提供 一定的物性参数。 2 第2 章文献综述 2 1 鱼油的概述 第2 章文献综述 鱼油是鱼体内的全部油类物质的总称，它包括体油、肝油和脑油。鱼油 是鱼粉加工的副产品，是鱼及其废弃物经蒸、压榨和分离而得到的。鱼油的 主要成分是：甘油三脂、磷甘油醚、类脂、脂溶性维生素以及蛋白质降解物 等。海洋鱼类的鱼体中均未测出汞、砷、铅有毒物质，而钾、铜、铝、镉等 均低于卫生允许值，农药残留量也几乎等于零，因而用鱼及其废弃物加工所 得鱼油用作油脂的质量是可靠的。 根据营养学、生物化学、药理化学研究发现，鱼油中富含的兮3 系列多 不饱和脂肪酸，具有预防和治疗心血管疾病、改善记忆力和益智等功效，故 随着鱼油制品需求的增长，人们对鱼油的开发研究会越来越深入。 2 2 多不饱和脂肪酸的概述 多不饱和脂肪酸是指含有两个或更多个双键的长链脂肪酸。功能性多不 饱和脂肪酸根据结构分为两大类：一类是兮3 系多不饱和脂肪酸，即从碳链 末端甲基起第三个碳原子是双键，主要包括a 。亚麻酸( a 1 n a ) 、二十碳五烯 酸( e p a ) 和- - 十二碳六烯酸( d h a ) ；另一类是( 0 卜6 系多不饱和脂肪酸，即从碳 链末端甲基起第六个碳原子是双键，主要包括亚油酸( l 舢、t 亚麻酸( 3 , - l n a ) 和花生四烯酸( a a ) 等。其中亚油酸和a 一亚麻酸只能从外界摄取在体内不能合 成，因此称为人体的必需脂肪耐5 1 。关于卜6 系列多不饱和脂肪酸的重要性， 早在2 0 世纪5 0 年代就开始研究，自1 9 7 8 年d y e r b e r g t 6 6 1 发表爱斯基摩人尽管摄 入大量的海洋脂类物质【6 】，但冠心病、心肌梗塞、血栓病等疾病发病率却很 低的流行病学新调查以来，关于系列多不饱和脂肪酸的生理调节功能和 保健作用的研究发展迅速。对e p a 和d h a 的研究倍受重视的另一原因是人 们发现d h a 署i e p a 与生命现象密切相关，它们不但在视网膜和大脑的结构 膜起重要作用，而且还是二十碳四烯酸( c 2 0 ：4 舶玳谢生成花生四烯酸( a a ) 的调节者。鱼油中富含的e p a 并i d h a 是1 0 - 3 系多不饱和脂肪酸( t o - 3 p u f a s ) 。 由于含有五个和六个不饱和键的特有结构，使它们对人类健康有特殊的作用 3 武汉t 程大学硕士学位论文 和影响。 2 2 1e p a 和d h a 的结构 e p a 、d h a 都是属于3 p u f a s ，即从末端甲基数起第三个碳原子是双键 的长链p u f a 。e p a 、d h a 的结构如下： e 弘： 飞八八气h d h a ： 2 2 2 多不饱和脂肪酸的来源 2 2 2 1 动植物来源 大多数植物油以亚油酸阻a ) 为其主要的脂肪酸，如玉米胚芽油、棉籽油、 燕麦油、芝麻油、大豆油、红花籽油和葵花籽油等。亚麻酸( l n a ) 的部分来 源为富含多不饱和脂肪酸的植物油和昆虫油，如大豆油、亚麻籽油和低芥酸 菜籽油，以及蚕蛹油等，亚麻酸与亚油酸常存在于同一植物油中，只是不同 种类油中两者相对比例和含量差别很大，其含量也与季节地域相关。某些不 常见的油，如月见草油、琉璃芭油和黑加仑籽油含有较高的丫亚麻酸( g 。 动物性食物，尤其是蛋黄、肉、肝及其他内脏肉中，则含有a a ，e p a 。 a 旷泛分布于动物的中性脂肪中，牛乳脂储脂肪、牛脂肪、血液磷脂、肝 磷脂和脑磷脂中含量约为1 。在高脂鱼及海洋哺乳动物中e p a 、d h a 的含 量最高。如鲜鱼fm e n h a d e n ) 鱼油中e p a 占- 总脂肪酸的1 6 0 3 ，d h a 占 1 0 8 3 f 5 0 l 。 2 2 2 2 微生物发酵 4 第2 章文献综述 与动植物油生产p u f a 相比，微生物油脂的生产有很多优点。比如： 生产周期短；微生物方法生产不受场地、气候、季节的影响；利用不同 的菌种和培养基适合开发功能油脂等。 国外利用产脂内孢霉工业化生产富含亚油酸的油脂。日本培养钝顶螺旋 藻和一种小球藻( c h l o r e l l as p n i - 3 多不饱和 脂肪酸的油脂，它只形成d h a ，而不形成e p a ，从微藻提取的油脂含量达 4 0 以匕。 2 2 2 3 利用生物技术改造植物微生物 近年来，脂肪酸脱饱和遗传操作在植物油基因工程、微生物发酵工程中 取得了相当的进展。w a n gc h u n l i n 等【1 1 】在番茄中表达了酵母9 脂肪酸脱饱和 酶基因。转基因果实中棕榈油酸和亚油酸的含量上升而油酸与硬脂酸的含量 下降。s a k u r a d a n i 等【1 2 】克隆了催化油酸转化为亚油酸的1 2 脂肪酸去饱和酶基 因，并在酵母中表达。s a y a n o v a 等1 1 4 】从晰a g e 的发育种子分离出明旨肪酸脱 饱和酶的c d n a ，并在烟草中实现了表达，转基因烟草植株叶片脂质中大量 积累了中亚麻酸和十八碳四烯酸( c 1 8 ；4 水一1 2 1 5 ) 。r e d d y 掣1 3 1 在烟草中导入 兰藻6 脂肪酸脱饱和酶基因，结果转基因烟草中哥亚麻酸大为积累。 m i c h a e l s o n 掣1 6 l 从高山被孢酶中克隆了a 卿e p a 等生物合成中起关键作用 的5 脂肪酸去饱和酶基因。j e n i n i f e r 等【1 7 】和b c d u d o i n 等【1 a 1 分别将5 脂肪酸去 饱和酶与延伸酶在酵母内共同表达，以c 】8 = 3 和c 1 8 4 为底物获得了a 骄口e p a ， 成功地实现了p u f a 生物合成途径的异源重组。c a h o o n 等f 1 5 】从芜萎中分离克 隆了4 软脂酰a c p 脱饱和酶基因并于烟草中转化，后者合成了占其总脂肪酸 5 的岩芹酸。 武汉工程大学硕十学位论文 2 2 3 多不饱和脂肪酸的生理功能 2 2 3 1 多不饱和脂肪酸的功效 促进脑、视网膜形成和延缓脑的衰老 英国脑营养化学研究所的m i c h a e l 教授在首届国际d h a 学术讨论会上提 出【1 9 】：d h a 可以促进人脑活动，使头脑聪明。后来的研究证实：d h a 是人 脑的主要组成物质之一，约占人脑脂肪的1 0 左右。主要以磷脂的形式存 在于中枢神经系统细胞如大脑突触体细胞和视网膜细胞如视网膜光感受器 细胞的膜磷酯酰乙醇胺中。临床数据表明，血浆中d 瞬量较高的孕妇， 其新生儿的中枢神经系统成熟得较快【2 1 1 。因此，在脑的早期形成过程中，适 时、适量、持续补充人体必需的多不饱和脂肪酸是重要的和必需的。d h a 对维持脑的功能、延缓脑的衰老也起重要作用。日本研究证樊2 2 1 ，d h a 在 一定程度上可以提高脑的柔软性，抑制脑的老化，有益健脑。 抑制血小板凝集，减少血栓的形成 a a f l 皂生物合成前列环素( p g l 2 ) 和血栓素( 1 x a 2 ) ，它们对血液凝固 有完全相反的作用。t x a 2 有促使血小板凝集、收缩血管、升高血压的作用； p g l 2 在血管壁内合成，有强烈的松驰血管、降低血压的作用嘲。一般说来， 二者之间有很好的平衡。但在某些病理条件下，如血管壁破损、或随年龄的 增长血管组织老化，p g l 2 合成减少，就可能导致血栓的形成。e i a 代谢生成 的血栓素( t x a 3 ) 几乎不具有促血小板凝集作用，前列腺环素( p g l 3 ) 则 有力地控制并抑制血小板在血管壁的凝集。因此当增加食物中e p a 的含量， ，a 就能与a a 在血小板、血管壁细胞膜磷脂中竞争| 生地和脂氧酶、环氧酶 作用，抑n a a 的代谢，减少t x a 2 生成，但不抑s j j p g l 2 的生成【2 5 1 。这样， p g l 3 与p g l 2 就能有效地控制并抑制血小板在血管壁的凝集，降低血液粘度以 及细胞聚集指数$ 口nu j 性指数，改善血液流变性，从而降低血栓的形成。 降血脂、预防和治疗动脉粥样硬化 动脉粥样硬化( a s ) 是中老年人的常见病和多发病，也是世界上死亡率最 高的疾病之一。高血脂是致病的重要因素。大量的实验表明：富含e n 卿 d h a 的鱼油能有效地降低血液中的中性脂质、总胆固醇、低密度脂蛋白、 6 第2 章文献综述 极低密度脂蛋白和升高高密度脂蛋白口7 1 。一般认为是通过以下机理进行的： 降低中性脂质的机理可能是通过两种机制进行。一是抑制甘油三酯在肝脏中 的合成；二是抑制甘油三酯的浆脂蛋白的合成和释放。前者可能是主要作用 机制圈。a 和d h a 被消化吸收后，与肝脏分泌的载脂蛋白结合成高密度 脂蛋白( 皿l ) ，与磷脂质结合的多不饱和脂肪酸由于卵磷酯胆固醇酰转换酶 的作用，使接近 玎d i 表面存在的游离胆固醇被脂化，移至脂蛋白的内部，这 样h d l 从末梢组织夺取了多余的胆固醇【矧，h d l 作为受体与胆固醇结合形 成h d i 广c ，而后通过血液循环送入肝细胞中，胆固醇形成胆汁酸排出体外而 被消除【2 8 1 。d h a 降胆固醇的作用较e p a 强 2 3 1 。 抑制肿瘤生长 流行病学调查发现，以海产物为主食的爱斯基摩妇女，因患乳腺癌而死 亡的人非常少。成泽富雄报道【冽：鱼油中d h a 和e l 悛均具有抑制直肠癌的 作用，而且d h a 的抑制效果更强。d u s t i n 等【删发现d h a 能抑制巨噬细胞的激 活及具有杀伤肿瘤细胞的活性。动物实验表明，饱和脂肪酸可刺激癌症发生 的起始阶段，而多不饱和脂肪酸以计量相关的方式作用于促癌生成期，在浓 度为2 0 m g m l 时，嘶n e p a 都能使p c 2 3 细胞生长减少6 5 t 3 1 】。 抗炎、抑制过敏反应。 爱斯基摩人患喘息性气管炎、风湿性关节炎、红斑狼疮等以自身免疫异 常为原因的慢性炎症性疾病的发病率明显低于当地的白种人。大量从海鱼、 海兽中摄取e p a 、d h a 无疑是一个重要的原因。同时实验发现，饲喂e p a 的动物，其实验性炎症的水肿程度降低。其机制包括1 3 2 ：t o - 3 多不饱和脂肪 酸( e p a 、d h a ) 能置换细胞膜磷脂中的花生四烯酸，竞争环氧酶和脂氧合酶 从而减少来源于a a 的炎性介质，减轻炎症反应：伪嵋多不饱和脂肪酸也可通 过改变细胞膜磷脂脂肪酸构成来影响细胞膜流动性，膜上相关信号分子、酶、 受体的功能，从而改变信号传导过程。 2 2 3 2 过多食用多不饱和脂肪酸的害处 e p a 、d 蝴寸维持人体的健康有重要意义，但并不是摄入越多越好。 e 即- 阳d h a 分别含有五个和六个双键，是高度不饱和脂肪酸，易受体内活 性自由基攻击而引发过氧化链式反应，即脂质过氧化作用。其不饱和程度越 7 武汉工程大学硕十学位论文 高，脂质过氧化作用就越强，对细胞膜的损伤也越大。而免疫细胞的功能高 度依赖于正常的膜结构和功能。因此，脂质过氧化作用对免疫细胞膜结构和 功能的损害将对免疫功能造成不利影响。另外，过氧化物能破坏人体中的 d h a 而引起癌变，而氧化产物尤其是丙二醛能使蛋白质交链而使肌肉失去 弹性，黑色素增多，出现老人斑，这是人体老化的重要因素。脂类氧化物还 能使心血管粥状化损坏血管内壁使之变脆，易导致高血压和脑溢血渊。肥胖 病人摄入过多的不饱和脂肪酸易引起胆石症。研究证明血中过氧化脂质的升 高，比胆固醇的升高对动脉粥样硬化的形成危害更大。 而且并不是所有人都可以不受限制地服用e p a 矛1 1 d h a 。对血小板少或 凝血机制有问题的有出血倾向的人及患自身免疫疾患的患者必须慎用；另 外，体内d 姒在增高的同时，a a 含量绝对或相对降低；e p a 也可抑制亚油 酸转化为a a ，而删人和动物生长发育非常重要，所以d h a 添加入婴儿 配方奶时，应同时考虑a a 、e p a 、d h a - 等的适当含量和比例。 中国预防医学科学院营养学家为提高人民的健康水平，提出了“食物金 字塔”模式。位于金字塔最上层的是油脂，而油脂又分为动物脂肪和植物油 脂，一般动物脂肪中含饱和脂肪酸较高，但鱼油例外。联合国世界卫生组织 提出的“膳食目标 中脂肪所占总摄入能量的比率为3 0 。美国心脏学会，食 品和营养委员会以及美国医学会并进一步推荐，膳食中饱和脂肪酸，单不饱 和脂肪酸和多不饱和脂肪酸应各占1 0 。日本研究人员进一步提出：每天平 均摄取2 0 0 - - 5 0 0 mg 的3 系不饱和脂肪酸，冠状动脉性心脏病死亡率减少 3 0 - 5 0 ，相当于每天摄取3 0 9 鱼，即3 系脂肪酸摄取量应当为每天 3 5 ( k - 4 0 ( h ng 。 2 2 3 3 多不饱和脂肪酸的市场概况 2 0 世纪9 0 年代以来，日本以及欧美国家已有纯度9 0 以上的e 闻 d 衅品报道；1 9 9 2 年，日本厚生省批准含量为9 2 的e p a t 乍为新药上市。 目前，许多大的制药公司在积极进行d h a 作为药品的有关申报工作。 在现在的市场上鱼油产品种类繁多，形式多样，归纳有几种： 直接添加嘲口d h a 至食品中，以保健食品的形式推出，如日本生 产的鱼油调味汁，鱼油饮料等； 8 第2 章文献综述 含e p a 、d h a 的原料鱼油或经纯化后的鱼油，通常制成胶囊或液体 鱼油补剂形式出售； 高纯度嘶h d h a 医药品或试剂，这种鱼油产品往往以治疗或科研 为目的； 以强化剂形式强化到食品中，如d h a 强化婴儿配方奶粉； 饲料添加剂，就是将e p a 、d h a 添加到动物饲料中，从而增加动物 体脂肪中的睁3 多不饱和脂肪酸含量，人再通过食用富含c o - 3 多不饱和脂肪酸 的动物间接摄入嘲i i d h a 。 2 2 4 多不饱和脂肪酸的富集方法 在天然产物中，多不饱和脂肪酸是以甘油酯的形式存在，其含量较低， 而且还随种类、季节以及地域的不同而变化。为满足其作为保健品的需求， 需要对天然产物中的多不饱和脂肪酸进行富集，然后再合成甘油酯。下面介 绍是当前的一些富集多不饱和脂肪酸的方法及研究进展。 2 2 4 1 尿素包合法 尿素包合法是利用尿素在一定的温度下形成晶格，而将脂肪酸中饱和 或单不饱和脂肪酸通过范德华力、色散力或静电力包合而形成稳定的包合物 在低温下析出，而多不饱和脂肪酸由于存在多个双键，空间构型弯曲形成的 空间位阻而难以进入晶格，不能与尿素形成稳定的包合物，使得未能被尿素 包合，通过过滤出去析出的包合物而达到纯化多不饱和脂肪酸的目的。此种 方法得到的脂肪酸的收率和纯度都很高，但分离后处理繁琐，溶剂消耗大， 存在溶剂残留等缺陷。 g a m c z m c z a 等【3 3 j 人利用尿素包合通过酶水解或者化学水解得到的脂肪 酸来获得高纯度的沙丁鱼鱼油- 3 p u f a s 。他们先通过化学或酶解的方法得 到的沙丁鱼鱼油中的e p a 牙 d h a ，然后通过尿素包埋的方法进行浓缩，得 到嘶口d h a 的浓度可达n 4 6 2 和4 0 3 。朱世云等1 3 4 1 使用尿素包合法对 大连鱼油中的e n 摒口d 喇行富集，以鱼油甲酯为脲包客体，以甲醇作溶 剂，在脲酯比为1 3 ：1 的条件下进行富集，一次富集产品中e p a + d h a 的浓 9 武汉工程大学硕十学位论文 度和收率分别达到6 0 和9 0 以上。 2 2 4 2 冷冻结晶法 在低温有机溶剂中，脂肪酸由于双键的差别使得溶解度有差异，利用这 种原理而分离除去的脂肪酸中的饱和和低不饱和脂肪酸得到高纯度的多不 饱和脂肪酸。这种方法工艺简单，对设备要求低；但是需要的溶剂量大，产 品有溶剂残留、收率低等缺点。 李和等1 3 5 1 采用低温结晶法，选用丙醇：乙醇p ：l ，v v ) 混合溶剂，经 一次结晶分离，e p a 和d h a 含量由7 - - 1 5 提高到5 0 巧8 ，经两次结晶 分离可达到7 3 - 7 9 。 2 2 4 - 3 金属盐沉淀法 金属盐沉淀法是利用饱和脂肪酸金属盐在有机溶剂中的溶解度小的特 点来进行分离，多采用钠盐或者锂盐丙酮法。此法操作简单，大多工序是在 常温下完成，不需要使用大量的有机溶剂，而且选择性高，成本较低，是分 离鱼油多不饱和脂肪酸的一个比较常用的方法。但金属盐离子的回收比较麻 烦，对环境的污染较大，这是该方法的一大不足。 郑公铭等【蚓采用金属盐沉淀和尿素包合法相结合的方法来富集鱼油中 的e p a 和d h a ，使所得产品中晰i d h a 的总含量达到了8 2 5 7 。唐君等 【明采用乙腈萃取鱼油镁盐，e p a 、d h a 的质量分数可达到7 2 。 2 2 4 4 超临界萃取法 超临界萃取作为一种对环境友好的新兴分离技术在近3 0 年来得到了很 大发展。超临界流体具有接近液体的密度和接近气体黏度的特性，因此具有 良好的溶解能力和扩散能力。采用经过高度压缩的超临界流体作为溶媒进行 萃取，形成超临界负载相，然后降低载气的压力或提高载气的温度，使其溶 解能力降低，萃取物就沉淀出来与载气分离。目前多以超临界c 0 2 作为溶剂。 以c 0 2 为溶剂萃取分离不同油脂或脂肪酸的研究越来越受到人们的青睐。添 加适当的夹带剂可以提高溶剂携带溶质的能力，同时可以降低操作压力，减 少设备投资和操作费用，但如何通过夹带剂改善c o z 对不同脂肪酸或脂肪酸 1 0 第2 章文献综述 酯的选择性尚需进一步的研究。虽然超临界萃取具有良好的应用前景，但是 操作压力大，一次性设备投资费用高，缺乏大规模工业化生产的一些技术参 数等，还需要进一步研究。 吴光红等舰通过白行设计的单釜超亚临界c 0 2 萃取装置来富集鱼油中 的e 闻d h a ，得到e p a 和d h a 的含量接近6 0 。刘伟民等【3 8 】通过在内回 流的填料塔中用超临界c 0 2 分离鱼油e p 断i d h a ，在塔底得到的e p a + d h a 的浓度为8 3 ，回收率达到8 4 ，综合指标为1 6 5 。 2 2 4 5 分子蒸馏法 分子蒸馏技术是一项较新的分离技术，它根据物质在气相中分子运动的 平均自由程的差异，在极高的真空条件下，使液体在远低于其沸点的温度下 分离，特别适合于像深海鱼油类的热敏性及易氧化物质的分离。分子蒸馏法 能根据鱼油中的脂肪酸碳链长度和饱和程度的不同，在高真空条件下进行液 相分离，不仅降低了待分离物的沸点，大大缩短分离时间，还可将鱼油脂肪 酸分成以长碳链不饱和脂肪酸为主的重相和以碳链数目为1 4 ，1 6 ，1 8 脂肪酸 为主的轻相，从而实现包括e n 矫i d h a 为主要成分的重相富集。由于分子 蒸馏法需要极高的真空度，因此对设备要求高，操作费用昂贵，。 傅红等【3 9 】利用三级分子蒸馏，在温度在l 1 0 9 c ，压力小于2 0 p a 时，重相 部分e p a + d h a 的质量分数可以达到吮9 6 。 2 2 4 6 高效液相色谱法 利用e n 矫口d h a 与饱和脂肪酸、低不饱和脂肪酸的极性差异，可使用 高效液相色谱法来进行分离。常用的色谱柱有p a k - 5 0 0 c 1 8 柱、p c ：r i n a p h a c e o d s 柱等，常用乙醇、四氢呋喃等为洗脱液。在日本已有人用大型的制备柱 来进行生产高纯的晰d d h a 。 王学彤等1 4 0 l 采用反相高效液相色谱技术，咖b o n d a p a c k c l 8 作固定相， c h 3 0 w r h f h 2 0 作流动相，对鱼油中的二十碳五烯酸( e p a ) 和二十二碳 六烯酸( d h a ) 进行了分离纯化，制备溶液经减压蒸馏，乙酸乙酯萃取后 所得e p j 卿d h a 质量分数可分别达到9 8 和8 6 以上。周听等1 4 1 j 采用反相高 效液相色谱法分离了鱼油胶丸中的二十碳五烯酸甲酯( m e p a ) 和二十二碳 武汉j j 程大学硕十学位论文 六烯酸甲酯( m d h a ) 考察了流动相对色谱分离的影响及浓缩温度时产品 含量的影响，由该方法制得的m a 和m d h a 的纯度可达9 8 。 尽管用高效液相色谱法能在一定程度上富集长碳链6 0 3 p u f a s ，并将其 浓缩到一定的程度，而且层析载体具有耐久性，柱子可反复利用等优势，但 需使用大量的溶剂且生产能力低，产品过氧化值过高，而且所使用的四氢呋 喃、乙腈等均为有毒的有机溶剂，因此，该方法不适合鱼油浓缩型保健食品 的生产。 2 2 4 7 银离子络合法 银离子与含有烯键的化合物发生反应，生成以烯键化合物为配位的络合 物。利用a g ( e p a ) 络合物和a g ( d h a ) 络合物的稳定性不同，水洗后使用有机 溶剂进行萃取，可分离出含d h a 量很高的产品以及e p a 含量高于d h a 的产 口 廿口。 陶遵威等【4 2 】