超臨界流體萃取活性脂質的研究進展

潘秋月 劉 悅 黃偉素

(浙江經貿職業技術學院應用工程系,杭州 310018)

超臨界流體萃取活性脂質的研究進展

潘秋月 劉 悅 黃偉素

(浙江經貿職業技術學院應用工程系,杭州 310018)

簡要綜述了超臨界流體在脂類萃取、分級方面的應用進展。重點探討了高附加值油脂及高附加值活性成分的提取,例如從微生物、植物原料中萃取類胡蘿卜色素,從脫臭餾出物中回收植物甾醇、生育酚和角鯊烯以及多不飽和脂肪酸和磷脂的分離分級研究。盡管一些商業規模的生產已獲得了成功,但對于超臨界流體中多組分脂類混合物的相行為及溶解性的理解非常不夠,基礎方面的研究仍然面臨著嚴峻的考驗。鑒于消費者對“天然”產品不斷增長的需求,超臨界流體技術在脂類加工中的應用前景受到關注。

萃取 分級 超臨界 二氧化碳 角鯊烯 類胡蘿卜素 多不飽和脂肪酸

油脂是復雜的脂類混合物,其主要成分是三酰甘油,也包括偏甘酯(單甘酯、二甘酯)、游離脂肪酸、磷脂、糖脂、甾醇等脂溶性成分。油脂及其不同脂類組分的理化性質及生理功能各異,在食品、化妝品、制藥、油脂化工及其他工業上有著廣泛的應用。尤其對人體健康有益的ω-3脂肪酸、甾醇、生育酚、生育三烯酚等活性脂類物質是功能食品及營養保健品青睞的功能因子。油脂主要來源于動植物。傳統的油脂加工中,有機溶劑如正己烷的應用幾乎無處不在。但正己烷作為溶劑使用的產品安全性開始受到了有關方面的憂慮,而且消費者越來越傾向于選擇“天然”、無有機溶劑殘留的產品。為了最大限度的保留特種油脂和一些植物原料提取物中的活性成分和功能因子,所以采用超臨界流體萃取技術不失為一種好的選擇。

1 基本理論進展

超臨界流體的基本性質包括相行為、溶解度、密度和界面張力。此外傳遞性質包括黏度、熱傳導性、擴散系數也是優化工藝所必需的。盡管近年來取得了一定進展,但對復雜的多組分油脂系統的認識仍然非常有限。關于不同脂類單組分在超臨界流體中的擴散系數、黏度、溶解度、密度的數據明顯偏少,脂類混合物相互作用的相關數據幾乎沒有。超臨界流體萃取過程中的界面現象十分重要,尤其對于液滴形成、液滴大小、傳質及互溶現象影響較大。液體表面張力與增加界面面積所需要的能量密切相關,懸滴法是廣為接受的測定界面張力的方法,其數值等于增加相同表面積所需的能量。懸滴法測定植物油、魚油三酰甘油及脂肪酸甲酯的表面張力試驗發現,表面張力隨壓力增加顯著增大[1]。

目前還不能完整預測超臨界流體中多組分的相行為,因此所有工藝條件優化及熱動力學模型試驗中必須測定溶解度?；鶊F貢獻狀態方程(GC-EOS)廣泛用于超臨界流體中熱動力學平衡預測。Brignole等[2]用 GC-EOS方程預測了溶質在超臨界流體中溶解度的相關性。此后諸多學者對 GC-EOS方程進行了改進。此外也有基于兩項二元溫度相關參數的 PR-EOS方程 (Peng-Robinson equation of state)描述二元相平衡及工藝選擇性的研究[3]。Soave[4]采用基于 Huron-Vidal混合規則的 SRK-EOS(Soave -Redlich-Kwong)狀態方程描述了固體在超臨界中的溶解度,并在氣相中逸度系數表征時引入了兩個可調參數,即蒸汽壓及相互作用因子。經驗模型是替代狀態方程描述溶質在超臨界流體中溶解度的有效方法。Chrastil方程是描述溶質溶解度隨 CO2密度變化相關的典型經驗模型,是 Chrastil基于化學平衡理論和熵概念推導而來。Güclü-üstünda等[5]整理了大量文獻數據,采用 Chrastil方程對 SC-CO2中不同脂類成分在兩相、三相及多相系統中的溶解行為進行了嚴格的評價。與二相體系相比,三相體系和多相體系中溶質的溶解度都有所改變,或增或減取決于脂類混合物(單甘酯、二酰甘油、三酰甘油、脂肪酸及相應脂肪酸酯)的溶質性質和最初進料濃度。不論有利與否,溶解度的增減均會影響多相體系中的分配系數和選擇性。這種行為對于潛在的分離工藝的分離效率是非常有用的。因此,更好地了解溶質的相互反應和混合特性對于工藝的開發是重要的。

夾帶劑,尤其乙醇對脂類溶解行為的影響已有大量的研究。夾帶劑的增溶作用是 SC-CO2+夾帶劑混合物密度增加的結果或夾帶劑與特殊溶質相互作用的結果。如果由于介質密度增加引起混合物中所有組分溶解度增加,且夾帶劑能與混合物中特殊的物質相互作用,這對于改善分離過程的選擇性是有利的。據報道,用乙醇作夾帶劑時由于氫鍵的相互作用,一些脂肪酸溶解度可提高近 63倍[6]。但夾帶劑增加溶質溶解度的優點往往被其帶來的工藝復雜性所抵消。除溶解行為以外,很好地了解超臨界條件下的相行為也是必需的。為實現目標脂類組分的分離,操作應在兩相區展開,因此了解兩相區的基本性質是必要的,而大多數研究都集中在 SC-CO2中不同組分的溶解度評價。此外了解相變化同樣重要。隨著壓力的增加,CO2溶解增加,液相體積隨之膨脹。比如,在 60℃、30 MPa條件下,玉米油體積膨脹 40%[7],40℃、11.9 MPa時,魚油三酰甘油體積膨脹 25%,脂肪酸甲酯體積膨脹 40%[8],反映了 CO2在這些脂類中的溶解度差別。隨著體積的膨脹,液相密度應該減小,但是事實恰恰相反。隨著壓力增大,CO2飽和的液相密度隨壓力增大而增大直至壓力達到混合臨界點[9]。要充分表征高壓 CO2飽和的油脂液相的基本性質,需要從分子水平上理解其深層次原因,這方面還鮮有報道。

2 超臨界流體在脂類萃取方面的研究進展

作為傳統的萃取劑,正己烷早已廣泛用于從各種植物油料中浸提油脂。但由于在混合油和濕粕的脫溶過程中受到較高溫度的影響,所以導致油中的有效活性成分的破壞和油料蛋白的變性。隨著人們生活水平和生活質量的日益提高,廣大消費者對營養、健康、天然食品日益增長的需求,研究采用 SCCO2流體萃取技術受到了極大的關注。但是,通常情況下油脂在 SC-CO2中溶解度較低,致使被浸出油料中殘油量較高,同時,由于超臨界流體萃取對工藝及設備要求頗高又不能連續生產,SC-CO2萃取的處理能力還難以達到工業化生產的規模而且設備投資大,生產成本高,所以難以適合大宗油料(大豆、菜籽、葵花籽等)的生產。只有那些小批量生產并有高附加值的特種油才適合采用超臨界萃取。

2.1 超臨界流體萃取特種油

特種油是指特定生物活性脂類物質含量較高的中性油或具有特殊芳香、風味的特種油脂。特定的生物活性脂質包括多不飽和脂肪酸、磷脂、生育酚、甾醇、谷維素、胡蘿卜素和角鯊烯等已被證明對人體健康有益,而且正受到越來越多的關注。堅果油(杏仁、榛子、花生、山核桃、阿月渾子、胡桃)、種子油(杏籽、紫草/琉璃苣籽、櫻桃籽、月見草籽、亞麻籽、葡萄籽、腰果、南瓜籽、鼠李籽、芝麻等)、谷物油(紫莧、燕麥、米糠、玉米胚芽、小麥胚芽、大豆胚芽)、果蔬油(胡蘿卜、云莓、橄欖殼、番茄)等都屬于特種油脂。表 1總結了具有特殊芳香風味的特種油脂的 SCCO2萃取產量和最佳萃取參數。

表1 SC-CO2萃取特種油脂的研究

特種油脂典型的特點就是附加值高,相對于普通商品油(大豆油、菜籽油)其市場容量小,與經過大規模的浸提精煉后淡而無味的大宗商品油 (傳統工藝中易揮發的芳香成分容易隨正己烷蒸發而流失)相比,特種油脂風味、芳香獨特,具有典型的原料特征因而廣受歡迎。許多這類高附加值油的 CO2萃取已經實現了商業生產。表 2列出了 SC-CO2萃取得到的典型的富含功能性亞麻酸的種子油的萃取產量、特征脂肪酸及含量。

表2 SC-CO2萃取富含功能性脂肪酸的高附加值種子油料

特種油脂工業級萃取的關鍵是確保原料粉碎適度以充分擴大與溶劑的接觸面積,但并非粉碎越細萃取效果越好。粉碎過度會造成種子粉末聚結成團或粉碎過程中過熱引起油脂氧化降解。原料應在萃取前現用現粉以減少氧化發生。通常來講,種子粉碎條件及程度應隨原料種類而異,取決于原料硬度、大小及其含油量。如黑加侖籽粒小而硬,可選擇針磨;而琉璃苣籽較軟,油容易擠出,因此適合采用滾筒磨或螺旋壓榨。如果種子是理想的球形,那么油脂的萃取速率主要取決于油在超臨界 CO2中溶解度。許多研究評價了萃取參數對產率、油回收率、不同來源的萃取油脂的組成的影響。萃取變量包括溫度、壓力、顆粒大小、原料的水分含量、萃取時間、CO2流速及溶劑/底物比例等,均需優化以提高萃取效率。一般而言,萃取壓力增加,CO2密度增加,脂類在 SC-CO2中溶解度隨之增加,因此產量隨壓力升高而增加。但高壓會導致不期望的色素共萃取。也會由于黏度增加而造成萃取容器中較大的壓力降。溫度的影響是雙向的。一方面溫度升高,CO2密度降低,油脂溶解度下降,萃取能力降低;另一方面溶質蒸汽壓增加,而且 CO2擴散系數隨溫度升高而增加,萃取時傳質效果增強,有利于萃取,因此溫度的凈影響取決于哪個因素作用更強。

常見特種油脂萃取曲線表明,特定的溫度和壓力條件下,油脂的溶解度與其分子質量有一定關系。通常萃取曲線初始階段均為恒速期,然后是降速區。恒速期油產量隨單位質量種子所消耗的 CO2量增加而增加。降速區單位溶劑萃取的油量下降,而且油脂顏色變黑質量變差,這是由于溶解性略低的色素及天然抗氧化物質被萃取所致。此時有效柱長變短,CO2不能被油脂所飽和,水和油被共萃取。通過使用兩個分離器,可分餾除掉大部分水分。水、精油及游離脂肪酸等雜質絕大部分在分離器中收集。一般 SC-CO2萃取得到的油中抗氧化物質含量較低,游離脂肪酸及過氧化物水平較高。增加高油含量種子處理量的一個有效方法是 CO2萃取前預先進行冷壓榨除掉部分油。冷壓榨后 SC-CO2萃取的方案已有試驗研究及商業實踐[30]。

2.2 超臨界流體分離類胡蘿卜素類的研究

類胡蘿卜素是許多油脂的主要呈色物質,工業中主要用作天然色素、抗氧化劑及水產飼料 (如蝦青素)。類胡蘿卜素可分為兩大類,即胡蘿卜素類 (直鏈的或環狀的多烯碳氫化合物,諸如β-胡蘿卜素、番茄紅素)和黃色素類 (含氧功能基團的胡蘿卜素類,如蝦青素、葉黃素、玉米黃素)。由于溶解度較低[即使極性最低的β-胡蘿卜素、番茄紅素在 SCCO2中 (300 bar)的溶解度也只有 1×10-6[31]],SCCO2萃取類胡蘿卜素類難度較大。其他脂類成分(尤其三酰甘油)的存在似乎充當夾帶劑,有助于萃取[32]。乙醇作夾帶劑可明顯改善胡蘿卜素在 SCCO2中的溶解度及萃取率。如果萃取劑由 CO2改為丙烷和乙醚,溶解度及萃取率更高。研究發現用乙醚萃取辣椒粉中胡蘿卜素時,幾乎可百分之百萃取[33]。大多數植物中胡蘿卜素類含量相當低,因此試驗主要以胡蘿卜素含量較高的微生物、小海鮮作原料。超臨界流體從微生物、海洋微生物中分離胡蘿卜素的試驗結果列于表3中。根據表3中數據,有理由相信采用超臨界丙烷或乙醚或先 CO2后乙醚萃取可能會得到更高的產率和萃取率。

表3 超臨界流體萃取類胡蘿卜素

2.3 超臨界流體分離甾醇、生育酚及角鯊烯

生育酚、甾醇、角鯊烯是天然油脂中的主要不皂化物,油脂精煉中主要存在于脫臭蒸餾物中。植物甾醇功能上主要起到穩定細胞膜磷脂雙分子層的作用,醫藥方面用作甾類藥物的原料,營養保健方面用于降血脂、抗癌。角鯊烯 (2,6,10,15,19,23-hexa2 methyl tetracosaheaxaene)是合成膽固醇的中間代謝產物,是表皮脂質的主要成分。其作為單線態氧淬滅劑可以保護皮膚組織防止氧化形成過氧化物,膳食中供應角鯊烯可以減少動物膽固醇和三酰甘油水平。對人類,角鯊烯可以增強降膽固醇藥物的療效,此外也是主要的癌癥治療輔助制劑。鑒于上述活性成分在醫藥、保健品、化妝品方面的廣泛用途,從天然油脂中富集分離是受歡迎的。從植物油脫臭蒸餾物中分離不皂化物的傳統方法是分子蒸餾,即先對脫臭蒸餾物皂化水解或甲(乙)酯化,得到不皂化物與游離脂肪酸(或脂肪酸甲酯)的混合物,然后利用沸點的差別采用分子蒸餾分離。但由于不皂化物的沸點很高,盡管高真空度下(0.01～110 Pa),分子蒸餾的溫度依然要 200～230℃甚至更高。因此分子蒸餾的主要問題是能耗大,溫度高,熱敏性多不飽和脂肪酸、維生素 E、甾醇長時間處于高溫環境下容易氧化降解。而采用環境友好、操作溫度溫和的 SC-CO2萃取分離生育酚、甾醇、角鯊烯將是分子蒸餾的有效替代。

Imsanguan等[45]比較了 SC-CO2、溶劑法、索式抽提法從米糠中分離維生素 E、谷維素效果并研究了溫度、壓力和溶劑的影響。結果表明 SC-CO2具有最高的萃取率和產率,是最佳的溶劑。萃取α-生育酚的最佳條件為 55℃、48 MP,CO2流量 0.45 mL/min, γ-谷維素的最佳萃取條件為 65℃,48 MPa,連續萃取。Fang等[46]研究了半連續的 SC-CO2逆流萃取甲酯化的大豆油脫臭蒸餾物濃縮生育酚的工藝,發現 16 MPa,40～70℃條件下,SC-CO2可有效萃取脂肪酸甲酯,增加壓力至 20 MPa可得到純度大于50%的生育酚,回收率高于 80%。Gast等[47]試驗了中試規模條件下的 SC-CO2從棕櫚油、大豆油脫臭物中連續分離生育酚的可行性。研究發現,以棕櫚酸為原料時,67～97℃,20～30 MPa,溶劑/物料比為25～65,萃取得到的產品含游離脂肪酸 48%,生育酚3 200 mg/kg。而 80和 90℃、23和 26 MPa,溶劑物料比為 33和 171,回流比分別為 1.0和 38條件下 SC -CO2分離大豆脫臭蒸餾物發現,角鯊烯主要富集在上相,質量分數從原料的 3.1%增加到上相中的18.8%。甾醇完全富集在底部,質量分數超過 50%。由于甾醇熔點高、黏度大、易結塊,因此高溫萃取是有利的。溶解度居中的生育酚既不會單獨富集在上相中,也不會完全在下相中。收集上相產品進行二次萃取,由于上相中完全不含甾醇,因此實現角鯊烯、生育酚的分離是可能的。23 MPa,380℃,溶劑物料比 110,回流比 4.6,生育酚的質量分數從 48.3%增加到 94.4%,而角鯊烯則完全富集在上相中。

采用 SC-CO2直接從毛油中萃取回收植物甾醇技術上也是可行的,Mendes等[48]的研究證實了這一點。豆甾醇可在 40℃、25 MPa條件下從脫臭蒸餾物中得到分離。為開發植物油脫臭物中功效成分的 SC -CO2分離工藝,Mendes采用生育酚、角鯊烯、亞油酸、豆甾醇等主要成分模擬植物油脫臭物,擬合研究了相關的分離參數,并與試驗結果進行比較。結果表明,要從脫臭蒸餾物中得到上述各種主要功能性成分,需采用不同的操作條件。多個萃取器串聯排列有利于提高分離效率,40℃是分離上述所有期望組分的最優溫度,但最適壓力各不相同,如從生育酚中分離亞油酸、豆甾醇、角鯊烯的最佳壓力分別為90、250、350 bar。豆甾醇、角鯊烯的相互分離難度最大。V?zquez等[49]研究了逆流 SC-CO2從橄欖油脫臭物中分離角鯊烯,并采用基團貢獻狀態方程對分離過程進行了擬合,試驗溫度 70℃,壓力 150～230 MPa,溶劑物料比 13,角鯊烯最高回收率 93%,質量分數高達91%。

2.4 超臨界流體分離磷脂

就 CO2自身而言,其并不是萃取磷脂的有效溶劑。壓力 152 bar、溫度 40℃條件下,磷脂酰乙醇胺(PE)在純 CO2中的溶解度僅為 1×10-5級 (質量分數),這遠低于商業可行的水平。然而,CO2可用于從復雜脂質中萃取分離中性脂質,間接富集磷脂。萃取過程中,隨著被萃取物磷脂含量增加其中性脂質萃取難度加大。采用 SC-CO2從反向噴霧柱中或從脂類混合物中萃取中性脂質已有研究[50]。往 CO2中添加少量的乙醇(質量比最高 5%)就可明顯提高中性脂質的溶解度和萃取的產率,而不會同時萃取磷脂。

磷脂可以用添加極性夾帶劑的 SC-CO2萃取。對于大多數工業應用而言,可選擇的溶劑僅限于公認安全(GRAS)的溶劑,而且實際上也僅有乙醇或乙醇水溶液可用。Weber等[51]總結了 SC-CO2+夾帶劑萃取磷脂的文獻并列于表 4中。磷脂在 SC-CO2+夾帶劑萃取劑中的濃度取決于夾帶劑的濃度、操作壓力、溫度,而且最重要的因素還是磷脂的種類。當夾帶劑體積分數高于 10%時,磷脂萃取可以快速完成。Teberikler等[52]研究發現,夾帶劑乙醇體積分數在 10%～12%時,PC在 SC-CO2中的溶解度增加了 3倍。其他研究人員也發現磷脂的萃取率隨乙醇濃度增加呈線性增加[53]。此外,中性脂質被萃取提出后磷脂的溶解度急劇下降,這證明了中性脂肪對磷脂萃取的共溶作用。如果磷脂能在乙醇中有一個合理的濃度,就可以用 CO2+乙醇(高于 5%)萃取磷脂。一般而言磷脂在 SC-CO2中的溶解度順序如下:PC>S M>PE～LPC>PI～CL>PS。采用 CO2+乙醇萃取磷脂、磷脂分級是非常有希望商業化的,但仍需進一步努力研究。

表4 用 SC-CO2+夾帶劑萃取磷脂

丙烷或乙醚是“CO2+夾帶劑”萃取劑的有效替代品。乙醚對所有磷脂都有優良的溶解能力,因此用乙醚萃取磷脂是完全可行的。原料包括乳粉、蛋、發酵的微生物、濕的海產品等[54-55]。乙醚可與磷脂部分混溶,這是其他溶劑如丙烷、CO2所不具有的優點。60℃條件下,磷脂在乙醚中的溶解度至少可達20%(質量分數),當以水為夾帶劑時,溶解度可增至約 30%。也由于乙醚可與水部分混溶,因此超臨界乙醚可對含水物料如乳制品、稀釋的蛋黃逆流連續萃取獲得磷脂。該方法省去了濕物料的干燥工序,物料干燥費用很高,而且操作不當常會引起原料降解氧化變質。采用該工藝,磷脂的得率為 60%～90%,這取決于原料種類及工藝參數。乙醚提取工藝的主要問題是要符合相關法規的許可,以及克服解決乙醚易燃所帶來的安全問題。

3 超臨界流體技術濃縮多不飽和脂肪酸技術

隨著深入認識ω-3脂肪酸對特殊疾病的作用及健康功效,包含長鏈多不飽和脂肪酸(LCPUFA)的脂類越來越受人們青睞。由于這些脂類不穩定 (對紫外線、氧化)而且具有較高的價值,因此是超臨界流體完美的底物。但多不飽和脂肪酸都隨即分布于甘油碳骨架上的,因此以三酰甘油形式濃縮LCPUFA成功的例子鮮有報道。三酰甘油必須首先轉化成甲酯、乙酯或游離脂肪酸,而后者的濃縮很可能采用CO2直接分級,但分餾只能實現按脂肪酸鏈長而不能按飽和度分級。因此有必要展開超臨界條件下的預濃縮或預分離工藝研究,這方面 Catchpole等[56]作了詳細的綜述。

3.1 尿素分級耦合超臨界萃取工藝

尿素包合是目前已知分離多不飽和脂肪酸(酯)最有效的方法之一。溶解在脂肪酸乙醇溶液 (或其他能充分溶解的溶劑)中的尿素會與脂肪酸(酯)的長碳氫鏈形成復合物(或包合物)。復合物的強度隨溫度降低及碳氫鏈長度、飽和度增加而增強。通過先在高溫下溶解并混合脂肪酸與脲溶液,然后降低溫度促使尿素復合物形成并從溶液中沉淀出來,實現LCPUFA與其他脂肪酸分離。加水分離尿素,然后溶劑萃取殘余溶劑分離LCPUFA。研究人員發現用固態尿或尿素包合物在超臨界環境下分離脂肪酸(酯)混合物是可能的。溶有脂肪酸混合物的 SCCO2溶劑 (+夾帶劑)流過排列良好的脲顆粒床層時,飽和、單不飽和脂肪酸與脲形成復合物,因此可與多不飽和脂肪酸分離。降低操作溫度,可提高單不飽和脂肪酸的脫除效率。然而該工藝也有一些技術限制,如可除去的脂肪酸數量最多為萃取罐中尿素質量的 1/4。由于形成復合物,尿素顆粒體積膨脹,因此很難從萃取容器中除去尿素復合物。如果分離對象為脂肪酸酯而不是游離脂肪酸,可提高萃取溫度或采用夾帶劑的方法實現尿素復合物再生。為克服這些缺點,研究人員開發了一個組合尿素包合、超臨界抗溶劑分離(SAFT)的工藝[57]。該工藝脲分級產物包括脲包合物固體、溶有 PUFA(乙酯)的殘余溶液、溶劑(通常為乙醇和水的混合物)及溶解的脲。脲固體從溶液中分離出來,然后采用抗溶劑SC-CO2(SAFT)處理。殘余溶液中的脂肪酸或 (乙酯)及乙醇溶解于超臨界流體中,因此脲和水析出沉淀(CO2充當抗溶劑),而脲在 CO2+乙醇中溶解度很低。脂肪酸和乙醇可通過逐步降低壓力依次回收。Catchpole等[58]已成功采用此方法從魚油、種子油、鯊魚肝油及脫臭蒸餾物中濃縮 PUFA,該工藝得到的 PUFA濃縮物中ω-3脂肪酸質量分數高于90%。

3.2 酶、超臨界萃取技術耦合濃縮多不飽和脂肪酸

用酶在超臨界流體中濃縮多不飽和脂肪酸是很有希望的研究領域。超臨界流體可降低油脂的黏度增加油脂和酶的接觸,減少反應物的用量 (如乙醇,它會使酶滅活),并且作為溶劑萃取、分級產物。當選擇 1,3-位專一性脂肪酶催化乙醇轉酯化時,通過優化操作條件完全可實現超臨界萃取轉酯化生成的乙酯,實現多不飽和脂肪酸在殘余的偏甘酯 C2位富集。相關研究已有報道,以魚油為原料,1,3-專一性Novozyme TL I M為催化劑,反應在攪拌罐中進行,酯交換反應、SC-CO2萃取乙酯同時進行[59]。同時對比研究了采用魚油與乙醇在攪拌罐中先進行酯交換反應合成乙酯,然后超臨界二氧化碳萃取產物分離魚油乙酯。也有采用 1,3-專一性脂肪酶水解黑加侖油三酰甘油得到低 GLA含量的游離脂肪酸和富集 GLA的偏甘酯。此外,超臨界二氧化碳中以 No2 vozyme I M-60催化三酰甘油、LCPUFA游離脂肪酸酯交換反應生產富含LCPUFA的結構脂質也是可行的。用短鏈醇作反應底物的一個缺點就是由于底物抑制酶容易被滅活,因此反應速率及總產率明顯降低。當短鏈醇攻擊酶的親水末端形成“dead-end complex”時,酶就失去活力。高壓下 CO2的存在也會對酶活力有影響。如果 CO2存在于酶的表面,則很容易與酶的游離氨基反應形成氨基甲酸 -酶復合物,降低酶的活力。SC-CO2中,溫度和降壓對 No2 vozyme I M和 435是致命的。對于這兩種酶活降低, CO2的影響最大。最好的方案是建立一個穩定的連續的部分酯化或部分水解生產富集 PUFA的偏甘酯的工藝。

3.3 工業發酵、超臨界萃取藕合濃縮長鏈多不飽和脂肪酸

另一個濃縮LCPUFA的方法就是采用適當的微生物工業發酵。異養發酵或光生物反應器獲得的特定微生物可用來生產富含 GLA、EPA、DHA、ARA的脂類。利用微生物工業發酵生產脂類已實現商業化,所用溶劑僅限于正己烷。目前實驗室中 SCCO2+夾帶劑從富含 LCPUFA的微生物中分離脂類已經實現。組合工藝濃縮LCPUFA的最大問題在于工業發酵單元和萃取前生物量干燥費用較高,超臨界萃取的產率低。由于微生物干細胞破壁困難,而且脂類復雜,因此提取率偏低。為克服這些問題,研究采用了液態乙醚在 40 bar,40～60℃條件下萃取濕菌體分離脂類以提高產量[60]。采用野生型Motierella alpine發酵生產富含 ARA的脂類。20L,250L及 1 000L規模的中試發酵后,分別采用 SC-CO2或液態乙醚萃取發酵所得的濕菌體或冷凍干燥菌體分離脂質。結果發現以乙醚為萃取劑時,無論以濕菌體還是干菌體為原料,脂類萃取率都是相近的 (以干基計)。乙醚萃取物不僅包括中性脂質,也包括極性脂質,因此萃取率明顯高于CO2溶劑。所得脂類中花生四烯酸質量分數最高可達 28%。目前最大的問題是如何實現商業水平的超臨界乙醚萃取技術。

4 展望

高值油、微生物類胡蘿卜素及脫臭物生育酚、超臨界萃取已部分實現了商業化。但甾醇、角鯊烯的分離及磷脂、多不飽和脂肪酸的萃取、分級仍面臨困難。超臨界流體在脂類中應用的未來趨勢是與其它技術相耦聯形成集成工藝,以充分發揮超臨界技術的優勢。

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Supercritical Fluid Extraction and Fractionation of FunctionalLipids,A Review

Pan Qiuyue Liu Yue HuangWeisu
(Department ofApplication&Engineering,Zhejiang Economic&Trade Polytechnical,Hangzhou 310018)

The progress achieved in the extraction and fractionation of complex lipid mixtures using supercritical carbon dioxide(SC-CO2)is briefly reviewed.The special application to oil and fat processing are focused on pro2 duction of high value oils,recovery of carotenoids from microorganisms and plant materials,concentration of to2 copherol,phytosterol and squalene from deodorizer distillates,extraction and fractionation of polyunsaturated fatty acids and phospholipids.Even though some commercial productions using supercritical fluids extraction technology have been achieved,the knowledge on the phase behavior and solubility of multicomponent lipid mixtures in SCCO2is absent.Studies on fundamental aspects are still facing challenge.However,considering the increasing con2 sumer demand for“natural”products and strict government regulationson the use oforganic solvents like hexane,the future of SC-CO2extraction of lipids is bright.

extraction,fractionation,supercritical carbon dioxide,squalene,carotenoids,polyunsaturated fat2 ty acid

TS22 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)05-0120-09

2009-05-08

潘秋月,女,1974年出生,碩士,食品營養與分析