CN103396310B

CN103396310B - 一种从微藻油或鱼油中分离纯化二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的方法

Info

Publication number: CN103396310B
Application number: CN201310319421.6A
Authority: CN
Inventors: 任其龙; 邢华斌; 张肖; 杨启炜; 苏宝根; 张治国; 鲍宗必; 杨亦文
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: CN103396310A

Abstract

本发明公开了一种从微藻油或鱼油中分离纯化二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的方法，该方法以非极性溶剂为原料溶剂，以极性溶剂、离子液体、由离子液体-极性有机溶剂组成的二元混合溶剂为萃取剂，采用分馏萃取技术从含有不同饱和度的脂肪酸酯的微藻油或鱼油中分离制备得到高纯度二十碳五烯酸酯（EPA酯）和二十二碳六烯酸酯（DHA酯），该方法操作简单、分离效率高、溶剂消耗少、产品纯度高、收率高、易于工业化生产等。

Description

一种从微藻油或鱼油中分离纯化二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的方法

技术领域

本发明涉及化工分离技术领域，具体设计一种从微藻油或鱼油中分离纯化二十碳五烯酸酯（EPA酯）和二十二碳六烯酸酯（DHA酯）的方法。

背景技术

二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）均属于ω-3族不饱和脂肪酸，为人体必需的脂肪酸。微藻，属含有叶绿素的浮游海洋微生物，可以“吃”二氧化碳，通过光合作用生产油脂，其油脂中含有丰富的多烯酸脂肪酸。此外，深海鱼含有大量的高价值的高不饱和脂肪酸，尤其是EPA和DHA。微藻油和鱼油均是制备高纯EPA酯和DHA酯的主要原料。

EPA和DHA对人的身体健康起到至关重要的作用，具有多种生理功效。EPA具有“血管清道夫”的美称，其主要作用于心血管系统，具有降血脂、血压和胆固醇，预防动脉硬化；减少血栓形成，预防心脑血管疾病；预防老年痴呆；抗癌、抑制肿瘤；防治糖尿病、抗炎症、延缓衰老等作用。而DHA，俗称“脑黄金”，能够通过血脑屏障，进入大脑，作用于神经系统，DHA除了具有EPA的所有生理功效以外，DHA还具有以保护视网膜、改善视力、促进婴幼儿智力发育、提高记忆力等作用。

经过初提取之后的甲酯型微藻油或乙酯型鱼油中，EPA酯和DHA酯与其他低不饱和度及饱和脂肪酸酯共同存在，想要获得高纯度的EPA酯和DHA酯，需要采取适当的分离方法，将EPA酯和DHA酯与其他脂肪酸酯分开。由于脂肪酸酯的结构和物化性质均较为相似，将EPA酯和DHA酯从酯型微藻油或鱼油中分离，得到高纯度EPA酯和DHA酯的难度较大。专利和文献报道的分离方法主要有低温结晶法、分子蒸馏法、尿素包合法、超临界流体萃取法、AgNO₃络合法、吸附法等。

CN200910159368.1公开了一种从双鞭甲藻发酵液中提取DHA的方法，发酵液经处理得到粗藻油，然后粗藻油经5级连续分子蒸馏，得到DHA含量为40%-50%的产品，产品纯度相对较低。

专利CN1263145公开了采用尿素包合法从粗鱼油中富集生产富含多烯酸酯的精制鱼油，此工艺可以得到EPA酯和DHA酯总含量大于等于75%的产品。CN200810052840.7与CN201210247842.8公开了一种采用尿素包合法从微藻油中分离制备二十二碳五烯酸和二十二碳六烯酸混合脂肪酸的方法，此工艺的成本较低，适合工业化应用，但该法（尿素包合法）消耗大量的有机溶剂和尿素，产品纯度相对较低。

专利CN1478875A公开了一种采用AgNO₃水溶液法对鱼油酯化产品的分离的技术，可以制备EPA酯+DHA酯总含量大于95%和DHA酯含量大于95%的产品。但此法会将重金属Ag带入产品中，且AgNO₃价格昂贵，不适合工业化生产。

CN200810052839.4公开了一种采用银离子柱色谱法分离制备高纯二十二碳五烯酸甲酯和二十二碳六烯酸甲酯，此法虽然可以得到较高纯度的二十二碳五烯酸甲酯和二十二碳六烯酸甲酯，但使用了昂贵的银，且处理量较小，溶剂消耗量较大，易造成银的流失及产品的重金属污染。

CN1634852A公开了一种利用超临界流体色谱技术分离制备高纯EPA酯和DHA酯的方法，得到纯度大于90%的EPA酯和DHA酯产品，但其处理量相当小，设备成本较高。JP09263787采用液液萃取的方法分离制备高度不饱和脂肪酸酯，该法使用乙腈-水混合物为萃取剂，但由于脂肪酸酯的高度疏水性，导致其萃取容量和收率均很低。

为了获得纯度较高的EPA酯和DHA酯，2种或2种以上的分离方法的联合使用也是经常使用的方法。CN102285880A公开了一种半制备/制备型高效液相色谱-质谱联用技术分离制备EPA酯和DHA酯，得到初读大于99%的EPA酯和DHA酯。此法虽然可以得到高纯度EPA酯和DHA酯的分离选择性较好，但处理量较小，成本较高，而且较多使用四氢呋喃或乙腈等毒性较大的溶剂。CN1986515A公开了一种采用超临界萃取法与低温结晶法相结合的技术直接富集甲鱼油中的ω-3不饱和脂肪酸，得到的甲鱼油提取物中EPA和DHA的总含量为25%-30%。JP09157684A报道了采用超临界萃取法与色谱分离法的耦合技术分离制备高纯度的高不饱和脂肪酸酯，此耦合技术虽然可以得到高纯度的单品，但是色谱法的处理量较小，且消耗大量的有机溶剂。

发明内容

本发明提供了一种从微藻油或鱼油中分离纯化二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的方法。制备工艺简单，产品收率和纯度高，成本低。

一种从微藻油或鱼油中分离纯化二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的方法，包括以下步骤：

（1）将酯型微藻油或酯型鱼油溶于非极性溶剂配制原料液，以极性溶剂或离子液体或离子液体-极性溶剂组成的二元混合溶剂为萃取剂，以与原料溶液相同的溶剂为洗涤剂，进行分馏萃取，收集萃取液；

（2）将所述萃取液经所述非极性溶剂反萃取，将反萃液经真空浓缩、水洗并干燥后得二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的混合物。所述的分馏萃取分为萃取段和洗涤段，萃取剂从萃取段第一级进入分馏萃取体系，原料液从萃取段最后一级进入分馏萃取体系，洗涤剂从洗涤段第一级进入分馏萃取体系，在萃取段的最后一级与原料液混合，一起进入萃取段，萃取相与洗涤相进行多级逆流接触。从洗涤段第一级流出富含二十碳五烯酸酯（EPA酯）和二十二碳六烯酸酯（DHA酯）的萃取液，收集萃取液；从萃取段第一级流出富含低不饱和及饱和脂肪酸酯的萃余液，收集萃余液。

对于分馏萃取而言，其创新核心和技术难点在于萃取剂的设计和优选。萃取剂必须能够识别EPA酯和DHA酯与其他脂肪酸酯的微小的结构性差异，实现选择性的萃取分离，同时萃取剂还需对脂肪酸酯具有较高的萃取容量。然而，由于脂肪酸酯是一类脂类化合物，结构上缺乏极性基团，因而在极性萃取剂中的溶解度较低，从而导致萃取剂的萃取容量较低，不利于大规模应用。

离子液体是由阴阳离子组成的室温或接近室温下为液态的物质，是一类绿色的新型分离介质。离子液体的阴阳离子结构可调，可以针对目标化合物和杂质的结构和性质上的微小差异，通过设计离子液体的阴阳离子结构以调节离子液体与溶质的相互作用方式和强度，达到特定的分离效果。本发明设计的离子液体萃取剂具有较高萃取容量、且选择性高。

大部分离子液体粘度较低，可以直接用于萃取。某些离子液体的粘度较大，很难直接用于萃取。研究发现向离子液体中加入二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙腈、甲醇等极性溶剂，组成离子液体-极性溶剂复合萃取剂，同样具有较高的分离选择性和萃取容量，同时粘度较低。

所述的离子液体由阳离子M⁺和阴离子N^-两部分构成：

所述的阳离子M⁺为具有单个或多个取代基的胆碱阳离子、具有单个或多个取代基咪唑阳离子、具有单个或多个取代基吡啶型阳离子、具有单个或多个取代基季胺阳离子和具有单个或多个取代基苯并咪唑阳离子中的一种；所述的取代基为碳原子数为1～8的烷基，当取代基有多个时，各取代基可以相同也可以不相同。

阴离子N^-为碳原子数为1-18的脂肪酸根、硫氰酸根、二氰胺根、三氰甲烷根、四氰硼酸根、卤素离子、四氟硼酸根和苯酚中的一种。

所述的阴离子N^-为碳原子数为1～18的脂肪酸根、硫氰酸根、二氰胺根、三氰甲烷根、四氰硼酸根、卤素离子、四氟硼酸根和苯酚中的一种。

优选碳原子数为1-18的脂肪酸根作为离子液体的阴离子，此类离子液体由于具有长的非极性碳链，对EPA酯和DHA酯具有很高的萃取容量。

所述的非极性溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷和石油醚中的一种。

所述的强极性溶剂为碳原子个数为1～4的一元醇、碳原子个数为1～4的多元醇、糠醛、乙腈、二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、环丁砜中的一种。

所述的二元混合溶剂中离子液体的质量分数为5～70%。当使用二元混合溶剂为萃取剂并与非极性有机溶剂组成两相萃取体系，可显著提高萃取体系对EPA酯和DHA酯的分离选择性，特别地，当使用的离子液体粘度较大时，有效降低两相体系的传质阻力，提高萃取效率，有利于大规模工业生产。

所述的酯型微藻油为甲酯型，酯型微藻油中二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的总质量分数为5%～50%；所述的酯型鱼油为乙酯型，酯型鱼油中二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的总质量分数为5%～80%。

所述的原料液中脂肪酸酯的总浓度优选为10～200g/L，进一步优选为20～150g/L。

若原料液中脂肪酸酯的总浓度过高，原料液的粘度太大，不利于萃取传质过程，而且会降低分离选择性；若原料液中脂肪酸酯的浓度过低，则具有原料处理量小、溶剂消耗大、工艺经济性降低等缺点。

所述分馏萃取的温度为20～40℃。如果温度过低，两相传质速率降低，达到萃取平衡所需时间较长，不利于生产操作；如果温度过高，溶剂挥发严重，且多不饱和脂肪酸酯为热敏性物质，在高温下极易氧化，并降低萃取的分配系数和选择性。

所述原料液、萃取剂、洗涤剂流比为0.2～0.8:0.3～0.8:0.8～3。

反萃液的真空浓缩、水洗、干燥步骤为常规操作。

所述的分馏萃取过程中使用的萃取装置为填料塔、筛板塔、转盘塔、混合澄清槽、离心萃取器等常见的萃取装置。

一次分离过程中，原料液溶剂、洗涤剂和反萃时的萃取剂均为相同溶剂。

本发明采用气相色谱（GC）分析，具体的GC分析条件为：CP7489（100m x2.5mm ID，膜厚0.2μm），FID检测器，进样器温度250℃，检测器温度280℃，柱温采用程序升温：初始温度为80℃，保持4min，以10℃/min的升温速率升至220℃，保持30min。载气为N₂，流速1ml/min，分流比为50。

本发明中收率和纯度的计算方法如下:

收率=产物中EPA酯和DHA酯的质量/原料中EPA酯和DHA酯的质量×100%；

绝对纯度=产物中的EPA酯和DHA酯的质量/产物的总质量×100%；

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明采用极性溶剂-非极性溶剂、离子液体-非极性溶剂、离子液体与极性溶剂的二元混合溶剂-非极性溶剂萃取体系，对结构相似的各种脂肪酸酯具有较高的选择性分离能力，且萃取容量大。

2.本发明采用分馏萃取技术，具有操作简便、流程简单、收率高、产品纯度高，另外还具有处理量大、易于工业化应用的优点。

3.本发明方法采用优化的条件，EPA酯+DHA酯的纯度可达到90-99%，EPA酯+DHA酯的回收率可达到90%以上。

4.本发明方法使用的离子液体萃取剂具有稳定性高、不易燃不易爆等特点，提高了分离萃取过程的安全性；离子液体同时是一种环境友好的溶剂，以此为萃取剂，可减少对环境的污染，具有广阔的应用前景；离子液体的回收较容易，便于萃取剂的重复利用。

具体实施方式

以下实施中，采用气相色谱法(GC)对EPA酯和DHA酯进行定量分析。所用的原料均采用市售商品。

分馏萃取的过程为：

萃取剂从萃取段第一级进入分馏萃取体系，原料液从萃取段最后一级进入分馏萃取体系，洗涤剂从洗涤段第一级进入分馏萃取体系，在萃取段的最后一级与原料液混合，一起进入萃取段，萃取相与洗涤相进行多级逆流接触。从洗涤段第一级流出富含二十碳五烯酸酯（EPA酯）和二十二碳六烯酸酯（DHA酯）的萃取液，收集萃取液；从萃取段第一级流出富含低不饱和及饱和脂肪酸酯的萃余液，收集萃余液。

实施例1

将脂肪酸乙酯的混合物（酯型鱼油），溶解于正己烷中，配成脂肪酸乙酯总浓度为40g/L的原料液，其中，EPA乙酯+DHA乙酯的质量分数约5%。以N,N-二甲基甲酰胺为萃取剂，以正己烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.4:0.5:1.2在30℃下进行分馏萃取，收集萃取液和萃余液。将萃取液经正己烷反萃、真空浓缩，得到EPA乙酯+DHA乙酯的混合物。其中，EPA乙酯+DHA乙酯的纯度为91.1%，收率为94.6%。

实施例2

将脂肪酸甲酯的混合物（酯型微藻油）溶解于正辛烷中，配制脂肪酸甲酯总浓度为60g/L的原料液，其中EPA甲酯+DHA甲酯的含量约6%。以二甲基亚砜为萃取剂，以正辛烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.2:0.4:2，在35℃下进行分馏萃取，收集萃取液和萃余液。将萃取液经正辛烷反萃、真空浓缩，得到EPA甲酯+DHA甲酯的混合物。其中，EPA甲酯+DHA甲酯的纯度为94.1%，收率为86.5%。

实施例3

将脂肪酸酯的混合物（酯型微藻油）溶解于石油醚中，配制成脂肪酸甲酯总浓度为80g/L的原料液，其中，EPA甲酯+DHA甲酯的含量约25%。以1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐离子液体为萃取剂，以石油醚为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.4:0.6:2.5在25℃下进行分馏萃取，收集萃取液和萃余液。将萃取液经石油醚反萃、真空浓缩，得到EPA甲酯+DHA甲酯的混合物。其中，EPA甲酯+DHA甲酯的纯度为96.8%，收率为83.2%。

实施例4

将脂肪酸乙酯的混合物（酯型鱼油）溶解于正己烷中，配制成脂肪酸乙酯总浓度为40g/L的原料液，其中，EPA乙酯+DHA乙酯的含量约30%。以1-丁基-3-甲基咪唑二腈胺盐离子液体为萃取剂，以正己烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.2:0.4:1.8，在30℃下进行分馏萃取收集萃取液和萃余液。将萃取液经正己烷反萃、真空浓缩，得到EPA乙酯+DHA乙酯的混合物。其中，EPA乙酯+DHA乙酯的纯度为94.8%，收率为87.4%。

实施例5

将脂肪酸酯的混合物（酯型微藻油）溶解于正己烷中，配制成脂肪酸甲酯总浓度为20g/L的原料液，其中，EPA甲酯+DHA甲酯的含量约50%。以N-丁基吡啶醋酸盐离子液体为萃取剂，以正己烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.5:0.5:3，在20℃下进行分馏萃取，收集萃取液和萃余液。将萃取液经正己烷反萃、真空浓缩，得到EPA甲酯+DHA甲酯的混合物。其中，EPA甲酯+DHA甲酯的纯度为93.5%，收率为89.1%。

实施例6

将脂肪酸乙酯的混合物（酯型鱼油）溶解于正己烷中，配制成脂肪酸乙酯总浓度为40g/L的原料液，其中，EPA乙酯+DHA乙酯的含量约80%。以1-乙基-3-甲基咪唑三腈碳盐离子液体为萃取剂，以正己烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.8:0.6:2，在40℃下进行分馏萃取，收集萃取液和萃余液。将萃取液经正己烷反萃、真空浓缩，得到EPA乙酯+DHA乙酯的混合物。其中，EPA乙酯+DHA乙酯的纯度为96.2%，收率为89.2%。

实施例7

将脂肪酸甲酯的混合物（酯型微藻油）溶解于正己烷中，配制成脂肪酸甲酯总浓度为150g/L的原料液，其中，EPA甲酯+DHA甲酯的含量约35%。以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体-N,N-二甲基甲酰胺二元混合溶剂（混合溶剂中1-甲基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐离子液体的质量分数为20%）为萃取剂，以正己烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.5:0.4:1.9，在30℃下进行分馏萃取，收集萃取液和萃余液。将萃取液经正己烷反萃、真空浓缩，得到EPA甲酯+DHA甲酯的混合物。其中，EPA甲酯+DHA甲酯的纯度为96.0%，收率为91.8%。

实施例8

将脂肪酸乙酯的混合物（酯型鱼油）溶解于正庚烷中，配制成脂肪酸乙酯总浓度为180g/L的原料液，其中，EPA乙酯+DHA乙酯的含量约50%。以四乙基胺-二氰胺盐离子液体-二甲基亚砜二元混合溶剂（混合溶剂中四乙基胺-二氰胺盐离子液体的质量分数为50%）为萃取剂以正庚烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.4:0.4:1.3，在30℃下进行分馏萃取，收集萃取液和萃余液。将萃取液经正庚烷反萃、真空浓缩，得到EPA乙酯+DHA乙酯的混合物。其中，EPA乙酯+DHA乙酯的纯度为91.9%，收率为83.1%。

实施例9

将脂肪酸甲酯的混合物（酯型微藻油）溶解于正己烷中，配制成脂肪酸甲酯总浓度为100g/L的原料液，其中，EPA甲酯+DHA甲酯的含量约15%。以胆碱月桂酸盐离子液体-N,N-二甲基甲酰胺二元混合溶剂（混合溶剂中胆碱月桂酸盐离子液体的质量分数为70%）为萃取剂，以正己烷为洗涤剂，原料液、萃取剂、洗涤剂三者的流比为0.4:0.6:1，在30℃下进行分馏萃取，收集萃取液和萃余液。将萃取液经正己烷反萃、真空浓缩，得到EPA甲酯+DHA甲酯的混合物。其中，EPA甲酯+DHA甲酯的纯度为98.5%，收率为84.3%。

Claims

1.一种从酯型微藻油或鱼油中分离纯化二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将酯型微藻油或酯型鱼油溶于非极性溶剂配制原料液，以离子液体或离子液体-极性溶剂组成的二元混合溶剂为萃取剂，以与原料溶液相同的溶剂为洗涤剂，进行分馏萃取，收集萃取液；

所述的离子液体由阳离子M⁺和阴离子N^-两部分构成：

所述的阳离子M⁺为具有单个或多个取代基的胆碱阳离子、具有单个或多个取代基咪唑阳离子、具有单个或多个取代基吡啶型阳离子、具有单个或多个取代基季胺阳离子和具有单个或多个取代基苯并咪唑阳离子中的一种；

阴离子N^-为碳原子数为1-18的脂肪酸根、硫氰酸根、二氰胺根、三氰甲烷根、四氰硼酸根、卤素离子、四氟硼酸根和苯酚中的一种；

所述的极性溶剂为碳原子个数为1～4的一元醇、碳原子个数为1～4的多元醇中的一种；

所述的二元混合溶剂中离子液体的质量分数为5～70％；

(2)将所述萃取液经所述非极性溶剂反萃取，将反萃液经真空浓缩、水洗并干燥后得二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的混合物。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的取代基为碳原子数为1～8的烷基。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的非极性溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷和石油醚中的一种。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的酯型微藻油为甲酯型，酯型微藻油中二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的总质量分数为5％～50％；所述的酯型鱼油为乙酯型，酯型鱼油中二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的总质量分数为5％～80％。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的原料液中脂肪酸酯的总浓度为10～200g/L。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述分馏萃取的温度为20～40℃。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述原料液、萃取剂和洗涤剂三者之间的馏比为0.2～0.8:0.3～0.8:0.8～3。