自然界中脂肪酸大多以甘油酯形式存在，天然存在的游離脂肪酸較少。大豆油、菜籽油等很多植物油水解都會(huì )產(chǎn)生混合脂肪酸；原料不同，生成的混合脂肪酸中各組分的含量也會(huì )有差異。這些混合脂肪酸中，有很多經(jīng)濟價(jià)值較高的成分，特別是不飽和脂肪酸，例如油酸、亞油酸可用于生產(chǎn)環(huán)氧基增塑劑;α－亞麻酸是人體必需脂肪酸，被廣泛用于醫藥、保健品等領(lǐng)域。若能將混合脂肪酸中具有高附加值的組分單獨分離出來(lái)加以利用，具有重要的經(jīng)濟意義。

 

目前，常規的分離脂肪酸的方法有減壓精餾法、溶劑萃取法、尿素包合法、低溫結晶法等，但這些常規分離方法均存在分離純度不高、溶劑消耗量大等問(wèn)題。為解決傳統技術(shù)存在的問(wèn)題，近年來(lái)，許多科研工作者開(kāi)發(fā)了多種新型分離技術(shù)，如高速逆流色譜法、分子蒸餾法、超臨界CO2萃取法、脂肪酶輔助法等。

 

文章將重點(diǎn)綜述這些新型的脂肪酸分離技術(shù)的研究進(jìn)展，同時(shí)指明今后脂肪酸分離技術(shù)的發(fā)展方向。

 

一、傳統分離技術(shù)

 

傳統分離飽和脂肪酸及不飽和脂肪酸的技術(shù)主要包括減壓精餾法、溶劑萃取法、低溫結晶法、尿素包合法、吸附分離法等，詳細對比見(jiàn)下表1。

傳統分離方法大多操作簡(jiǎn)單、成本低，但由于脂肪酸的熱敏性及脂肪酸組成的復雜性，傳統分離方法存在一定的局限性?；谶@些問(wèn)題，一些新型的分離技術(shù)不斷地發(fā)展起來(lái)，如高速逆流色譜法(HSCCC)、分子蒸餾法、超臨界CO2萃取法和脂肪酶輔助法等。

 

二、新型分離技術(shù)

 

1.高速逆流色譜法

 

高速逆流色譜是一種液液分配色譜，其固定相和流動(dòng)相均為液體，因此不會(huì )產(chǎn)生固體載體所造成的吸附損耗問(wèn)題。有研究顯示對HSCCC分離純化的葡萄籽油成分進(jìn)行了分離研究，得到了純度為99%以上的亞油酸。

 

利用HSCCC和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分離提純亞歷山大藻油脂肪酸。首先將得到的藻油進(jìn)行酯交換，然后利用HSCCC進(jìn)行分離。結果表明，在未分級樣品中HSCCC能夠分離提純出20種含量較高的脂肪酸，如豆蔻酸、油酸、棕櫚酸和α－亞麻酸等。

 

利用高速逆流色譜分離的關(guān)鍵是尋找良好的溶劑系統，使待分離的物質(zhì)在兩相中的分配系數為0.5～2。有研究顯示，選擇正己烷－乙腈溶劑系統(體積比1∶1)對共軛亞油酸進(jìn)行分離。下相為固定相，上相為流動(dòng)相。操作條件為溫度35℃、流速4mL/min、轉速860r/min，固定相的保留率為72.8%。

 

采用HSCCC與蒸發(fā)光檢測器聯(lián)用技術(shù)分離純化微小小球藻Chlorella minutissima中的EPA。采用乙腈－正庚－乙酸－甲醇(體積比5∶4∶1∶1)的兩相溶劑系統進(jìn)行分離。最佳的分離條件為轉速913r/min、流速3．0mL/min、分離溫度21℃，EPA的純度達到90%以上。Li等研究通過(guò)HSCCC從酯交換魚(yú)油中分離純化十六碳四烯酸甲酯，采用正己烷－甲醇－水(體積比350∶175∶2)的溶劑系統進(jìn)行分離純化。發(fā)現魚(yú)油中大多數脂肪酸為多不飽和脂肪酸，HSCCC可以很好地分離十六碳四烯酸甲酯，其中15～18min中脂肪酸甲酯的分離純度高達78%。

 

HSCCC具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單和易于放大的優(yōu)點(diǎn)。相比于其他的色譜分離方法，HSCCC由于采用液體溶劑作固定相，在目標成分的高純度分離純化和制備方面有巨大的優(yōu)勢。但HSCCC技術(shù)需要經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗，才可以篩選出合適的溶劑系統，溶劑消耗量大，靈敏度不高。在分析化學(xué)的基礎上，人們進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)出了pH區帶精制逆流色譜等技術(shù)，pH區帶精制逆流色譜具有進(jìn)樣量高、分離純化后所得的物質(zhì)純度高以及溶劑系統較容易優(yōu)化的特點(diǎn)?？傊?，隨著(zhù)液相色譜理論研究的不斷深入以及技術(shù)的不斷發(fā)展，HSCCC在脂肪酸等生物大分子的分離純化領(lǐng)域將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

 

2.分子蒸餾法

 

分子蒸餾法利用混合物組分的分子運動(dòng)平均自由程的不同進(jìn)行分離，使液體在遠低于其沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行蒸餾的精餾分離方法。

 

對高碳脂肪酸芥酸的分子蒸餾工藝技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現，當進(jìn)料速率100g/h、蒸餾溫度210℃、系統壓強8Pa、預熱溫度80℃、刮膜轉速85r/min時(shí)，其分子蒸餾效果達到最佳。有研究采用分子蒸餾技術(shù)對芥酸進(jìn)行了分離提純，在優(yōu)化小試工藝的基礎上，得到了中試條件下芥酸收率52%，純度高達90%以上?？蒲腥藛T采用響應面法分析了核桃毛油中游離脂肪酸的蒸餾條件。實(shí)驗預測酸值(KOH)為0.3619mg/g，通過(guò)實(shí)驗驗證酸值(KOH)為0.39mg/g，且維生素E含量基本未變化，可達到一級核桃油標準對酸值的要求，產(chǎn)品純度較高。

 

林文等分別采用甲酯化－分子蒸餾法及直接分子蒸餾法去除米糠毛油中的游離脂肪酸。前者產(chǎn)品酸值(KOH)0.14mg/g，谷維素總回收率為98.4%，后者產(chǎn)品酸值(KOH)0.44mg/g，谷維素回收率91.6%。兩種方法對比，前者雖然步驟較多，但蒸餾溫度低，谷維素損失少，因此更具有優(yōu)勢。呂宗瑩等采用刮膜式分子蒸餾裝置對C22－三酸二丁一甲酯進(jìn)行提純。在蒸餾壓力40Pa、蒸餾溫度120℃下進(jìn)行分子蒸餾，得到C22－三酸二丁一甲酯的含量可達95.6%，收率為85.0%。采用該裝置提純C22－三酸二丁一甲酯，蒸餾溫度低，產(chǎn)品不易被氧化。王昌祿等采用分子蒸餾技術(shù)純化亞油酸，在蒸餾溫度180℃、蒸餾壓力0.3Pa、進(jìn)料速率60mL/h、刮膜器轉速300r/min的條件下得到亞油酸的純度為91.6%，四級分子蒸餾后亞油酸純度為93.5%，單級收率從92.67%降低至49.45%。分子蒸餾法屬于物理過(guò)程，操作溫度低且受熱時(shí)間短，可有效防止多不飽和脂肪酸受熱氧化分解，對熱敏性脂肪酸的分離具有天然的優(yōu)勢。但是分子蒸餾需要高真空設備，能耗相對較高，生產(chǎn)成本高，且難以分離相對分子質(zhì)量相近的脂肪酸，應用具有一定的局限性。

 

3.超臨界CO2萃取法

 

超臨界CO2技術(shù)具有選擇性專(zhuān)一、容易分離、無(wú)溶劑殘留和化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)。

 

因為其操作條件溫和，不影響萃取物的性質(zhì)，對產(chǎn)品和環(huán)境均無(wú)污染，從而成為近幾年研究的熱點(diǎn)。在臨界點(diǎn)附近，溫度或者壓力的微小變化都會(huì )引起溶解度的很大變化，因此了解超臨界CO2萃取過(guò)程中的相變情況以及相平衡基礎研究，有助于其工藝條件的選擇，在一定程度上可以促進(jìn)超臨界CO2萃取技術(shù)的工業(yè)化發(fā)展。

 

陳穎娣對超臨界CO2與脂肪酸乙酯體系的相平衡進(jìn)行了研究。研究表明，不飽和脂肪酸的碳鏈長(cháng)短、雙鍵數目越接近，其分配系數越接近。采用修正的Chrastil方程驗證實(shí)驗結果，得到脂肪酸乙酯在超臨界CO2中溶解度的關(guān)聯(lián)式，該式預測的溶解度與實(shí)測值相對誤差為3.69%。

 

López等研究利用超臨界CO2萃取法從節旋藻油中提取亞麻酸。在60℃和35MPa的條件下，得到純度35.5%的亞麻酸。

 

段一凡等考察了超臨界CO2萃取茶葉籽不飽和脂肪酸的工藝條件，發(fā)現萃取壓力對茶葉籽不飽和脂肪酸萃取收率影響最顯著(zhù)。同時(shí)萃取壓力并非越高越好，而是在25MPa左右的收率最高，說(shuō)明高萃取壓力會(huì )使產(chǎn)物中雜質(zhì)增加，反而使收率有所降低。當CO2流量20～30kg/h、萃取壓力25MPa、萃取溫度45℃、分離溫度55℃、萃取時(shí)間165min時(shí)，不飽和脂肪酸收率為8.77%，不飽和脂肪酸純度為80.3%。

 

張小偉利用超臨界CO2萃取法萃取核桃中油酸，核桃油酸的萃取率可達54.24%，萃取率高，無(wú)雜質(zhì)殘留。與其他提取方法相比，超臨界CO2萃取技術(shù)工藝先進(jìn)、技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現萃取、分離二合一。

 

楊亦文等研究了超臨界流體萃取分離DHA－EE和EPA－EE的純度，以極性相反的C18柱和硅膠柱為固定相，發(fā)現硅膠柱得到的產(chǎn)品(EPA+DHA)純度更高，而C18柱更有利于DHA－EE和EPA－EE的分離，且隨著(zhù)進(jìn)樣量的增加，硅膠柱分離效果下降，說(shuō)明硅膠柱分離能力有限，最終提出了把C18柱和硅膠柱與超臨界流體萃取結合起來(lái)的分離方案，可以很好地分離EPA與DHA。CO2無(wú)污染、價(jià)格低廉、資源充足，同時(shí)其臨界溫度(臨界溫度31.3℃，臨界壓力7.374MPa)低且是化學(xué)惰性的物質(zhì)，是一種很好的萃取溶劑，因此常常選擇CO2為萃取劑，用來(lái)分離熱敏物質(zhì)和易氧化物質(zhì)。但超臨界CO2萃取法很難將相對分子質(zhì)量相近的脂肪酸及其單烯、二烯酸分開(kāi)。另外，抽提器壓力很高，需要經(jīng)常進(jìn)行高壓泵和回收設備的養護，成本較高。

 

4.脂肪酶輔助法

 

脂肪酶輔助法主要是根據脂肪酶的專(zhuān)一性、位置選擇性或?；x擇性，經(jīng)過(guò)

 

水解、酯交換和酯化反應等得到高濃度的脂肪酸，再輔助其他分離純化技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的分離富集。

 

飽和及低不飽和的脂肪酸的直鏈結構不存在位阻作用或位阻較低，較易被水解。脂肪酶水解法是在酶的作用下，將甘油酯上飽和及低不飽和脂肪酸水解下來(lái)，從而提高甘油酯中多不飽和脂肪酸(EPA和DHA)的含量。

 

Pan等利用畢赤酵母全細胞催化魚(yú)油選擇性水解，富集得到EPA和DHA含量分別為24.1%和30.9%。Ｒupani等采用4種市售的脂肪酶(褶皺假絲酵母脂肪酶、洋蔥假單胞菌脂肪酶、熒光假單胞菌脂肪酶和米黑根毛霉脂肪酶)水解亞麻籽油提取α－亞麻酸。發(fā)現只有褶皺假絲酵母脂肪酶能選擇性地水解亞麻籽油，得到富集的α－亞麻酸。脂肪酶水解法工藝簡(jiǎn)單，得到的產(chǎn)物為多種甘油酯的混合物。

 

Valverde在脂肪酶Lipozyme TL IM添加量為20%、35℃、異丁醇溶劑體系中反應10h，金槍魚(yú)油中的DHA含量從22%增至69%，回收率達到70%;而用脂肪酶QLG、異丁醇溶劑體系中20℃反應48h，得到EPA含量為38.6%，回收率為

 

81.6%。

 

李金章等以脂肪酶K催化魚(yú)油與乙酯型魚(yú)油反應，在底物摩爾比2∶1、酶添加量6%、反應溫度40℃條件下反應18h，得到的甘油酯型魚(yú)油中EPA與DHA的總含量為45.6%。

 

Hong等利用脂肪酶LipozymeＲMIM催化魚(yú)油游離脂肪酸與乙醇在填充床反應器中進(jìn)行反應，在反應溫度20℃、初始水含量1.0%、游離脂肪酸與乙醇摩爾比1:5的條件下反應1.5h，得到DHA含量為70%的游離脂肪酸，收率為87.0%。

 

Miranda等用Novozym435脂肪酶催化魚(yú)油與甘油反應，獲得EPA和DHA含量分別為11.3%、69.7%，收率為50%。脂肪酶輔助法反應條件溫和，產(chǎn)品質(zhì)量穩定，是一種有發(fā)展前景的脂肪酸分離方法。但該法反應環(huán)境相對復雜，反應方向較難控制，產(chǎn)物一般為多種甘油酯的混合物，而天然魚(yú)油是甘油三酯型。因此，需要結合其他分離純化技術(shù)，對酯化產(chǎn)物進(jìn)行分離，以獲得高純度的EPA和DHA甘油三酯。

 

綜上所述，對幾種脂肪酸的新型分離技術(shù)進(jìn)行了匯總，從表2可以看出，幾種新型分離方法均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。同時(shí)高速逆流色譜法、分子蒸餾法、脂肪酶輔助法均處于實(shí)驗室階段，超臨界CO2萃取法技術(shù)水平達到工業(yè)應用。

因此，脂肪酸作為一種重要的工業(yè)原料和油脂化工的基礎原料，市場(chǎng)需求量增長(cháng)迅速，對產(chǎn)品純度要求更高?；旌现舅岬姆蛛x提純技術(shù)是制約其發(fā)展的重要因素，其分離技術(shù)研究的關(guān)鍵是提高分離效率和產(chǎn)品純度，以實(shí)現放大和工業(yè)化。

 

傳統的分離技術(shù)因為不飽和脂肪酸損失大、收率低，脂肪酸分離不完全等問(wèn)題，在應用過(guò)程中受到限制。新型分離技術(shù)高速逆流色譜法具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是溶劑消耗量大，靈敏度低;分子蒸餾法蒸餾溫度低且受熱時(shí)間短，可有效防止多不飽和脂肪酸受熱氧化分解，但難以分離相對分子質(zhì)量相近的脂肪酸，應用時(shí)存在一定的局限性;超臨界CO2萃取法適用于熱敏物質(zhì)和易氧化物質(zhì)的分離，但設備投資大、處理量小，限制了其放大生產(chǎn);脂肪酶輔助法反應條件溫和，產(chǎn)品質(zhì)量穩定，是一種具有廣泛應用前景的新型分離技術(shù)。

 

因此，各種分離方法均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，在實(shí)際的脂肪酸分離純化生產(chǎn)過(guò)程中，應根據原料組成、分離目的合理選擇分離方法，或優(yōu)化組合兩種或多種分離方法使用。

 

今后，脂肪酸分離技術(shù)的發(fā)展方向，主要是對新型分離技術(shù)的研究，重點(diǎn)在開(kāi)發(fā)新的脂肪酶以及探索脂肪酶結合其他分離技術(shù)進(jìn)行脂肪酸的深度分離純化。