CN104529772B

CN104529772B - 一种模拟移动床色谱制备高纯度epa酯和dha酯单体的方法

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Publication number: CN104529772B
Application number: CN201410789035.8A
Authority: CN
Inventors: 任其龙; 鲍宗必; 李敏; 杨亦文; 邢华斌; 苏宝根; 杨启炜; 张治国
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2034-12-17
Also published as: CN104529772A

Abstract

本发明公开了一种用模拟移动床色谱分离二十碳五烯酸酯(EPA酯)和二十二碳六烯酸酯(DHA酯)的方法，该方法以聚苯乙烯/二乙烯苯型反相树脂作为固定相，纯乙醇作为洗脱剂，用四区模拟移动床色谱连续分离混合多不饱和脂肪酸酯，从萃取液出口连续收集DHA酯乙醇溶液，从萃余液出口连续收集EPA酯乙醇溶液，经减压浓缩后得到EPA酯和DHA酯的单体。本方法具有产率高，溶剂消耗低，不使用有毒溶剂的特点。

Description

一种模拟移动床色谱制备高纯度EPA酯和DHA酯单体的方法

技术领域

本发明涉及化工分离技术领域，尤其涉及一种利用模拟移动床色谱制备高纯度EPA酯和DHA酯单体的方法

背景技术

EPA和DHA主要由红藻、褐藻、小球藻等海洋微藻生物合成，并通过食物链被摄取、积累于海产动物中。目前，EPA和DHA的主要来源是深海鱼油，它们对于人体健康有着多种生理功效：(1)预防心脑血管疾病，EPA和DHA主要通过抑制血栓的形成、降低胆固醇和甘油三酯水平等方式有效地避免心脑血管疾病的发生；(2)预防癌症，EPA和DHA可用于恶性肿瘤的预防与辅助治疗；(3)抗炎，EPA和DHA通过抑制花生四烯酸的代谢减少炎症介质PGE2的产生而起到抗炎的作用，对气管炎、风湿性关节炎有良好的治疗效果，还可以一定程度上治疗哮喘、肾炎、溃疡性结肠炎等；(4)促进婴幼儿的大脑发育、预防老年痴呆，DHA能够促使脑细胞突起再度延伸，提高脑细胞之间的信息传递能力，从而增进神经系统功能，预防老年性痴呆；(5)保护视力，视网膜和感光细胞含有非常丰富的DHA，若缺乏DHA则视网膜的光线照射的生理反应异常、感光迟钝，从而导致视力发育障碍。

EPA和DHA以甘油酯的形式存在于鱼油中，需要先将其转化为甲酯或者乙酯的形式，然后加以纯化和利用。从酯型鱼油中富集多不饱和脂肪酸酯混合物的技术报道较多，包括分子蒸馏法、尿素包合法、低温结晶法、萃取法、脂肪酶法等。然而，分离制备高纯度的EPA酯和DHA酯的文献和专利相对较少，这是由于多不饱和脂肪酸酯同系物的结构差异小，分离困难所致。目前，制备EPA酯和DHA酯的单体的方法有硝酸银涂敷硅胶层析法、银离子交换树脂层析法、高效液相色谱法和超临界流体色谱法。

CN101265185B公开了一种用硝酸银涂敷硅胶柱分离二十二碳五烯酸甲酯和二十二碳六烯酸甲酯的制备方法，分别得到99.02％的DHA甲酯和99.61％的DPA甲酯，收率大于90％，但是使用了昂贵的硝酸银，且易引入重金属污染。此外，大量使用丙酮和正己烷作为洗脱溶剂对环境污染大。

CN102285880B公开了一种高效液相色谱制备高纯度EPA乙酯和DHA乙酯的方法。该法采用C18或者C8作为固定相，醇水溶液作为流动相，分离后的纯化液用乙酸乙酯萃取，再减压浓缩后得到纯度大于99％的EPA乙酯和DHA乙酯单体。但该法同样需要使用大量的有机溶剂，且醇水溶液为流动相对原料的溶解度差，进料原料的浓度低，生产效率不高。

CN103787862A公开一种超临界流体色谱分离EPA和DHA的方法。该法使用反相C18为固定相，添加醇类改性剂的超临界CO2作为流动相，可得到纯度大于99％的EPA和DHA单体。

CN103833552A公开了一种高效液相色谱纯化EPA乙酯的方法。该法以MCI GEL树脂作为固定相，醇水的混合溶液为流动相，逐步增加流动相中有机溶剂的比例进行梯度洗脱，可得到纯度大于96％的EPA乙酯。

上述方法都是间歇操作过程，存在有机溶剂用量大，制备量少的问题，因而巴斯夫公司相继开发了一些利用模拟移动床色谱连续分离多不饱和脂肪酸单体的方法。模拟移动床的原理涉及洗脱剂与固定相的逆流移动，由于该操作允许连续进样，且洗脱剂循环使用，因而制备大，溶剂消耗少，可降低生产的成本。

CN103764241A、CN103764242A、CN103826715A公开了模拟移动床技术纯化多不饱和脂肪酸乙酯的方法。该方法所用固定相为C18键合硅胶，所用洗脱剂为醇水混合溶剂，可用于生产高纯度的EPA乙酯单体、DHA乙酯单体以及高纯度的两者混合物。该方法需要使用两次模拟移动床分离过程，从第一次分离过中收集富含多不饱和脂肪酸乙酯的中间产物，再在第二次分离过程中收集高纯度的多不饱和脂肪酸乙酯。

上述方法所使用的C18键合硅胶存在键合基团不断脱落的问题，从而使纯化效果不断降低，频繁地更新价格昂贵的C18填料将推高产品的价格。而且，C18对不同种类的不饱和脂肪酸的分离能力有限，为提高分离度，需要在流动相中加入一定比例的水，然而，水的引入会导致溶剂回收困难、能耗高，且原料液浓度低，生产能力低。

发明内容

针对现有方法存在的不足，提供一种以反相树脂为固定相的模拟移动床色谱制备高纯度的EPA酯和DHA酯单体的方法。本方法制备工艺简单，制备量大，溶剂消耗少，填料化学稳定性好、成本低。

二十碳五烯酸，化学名：全-顺-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸，简称EPA；二十二碳六烯酸,化学名：全-顺-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸，简称DHA。

模拟移动床色谱制备高纯度EPA酯和DHA酯单体的方法，包括以下步骤：

(1)将混合多不饱和脂肪酸酯溶解在乙醇中配成进料液；

(2)将进料液和乙醇洗脱剂连续通入模拟移动床色谱中，从萃余口连续收集EPA酯乙醇溶液，从萃取口连续收集DHA酯乙醇溶液；模拟移动床色谱的固定相为聚苯乙烯/二乙烯苯型树脂型反相树脂；

(3)经减压浓缩、水洗、真空干燥后得到纯度大于95％的EPA酯单体和DHA酯单体产品。

所述的EPA酯、DHA酯为EPA、DHA的甲酯或者乙酯形式。分离EPA酯和DHA酯的关键在于寻找合适的分离介质，EPA酯和DHA酯之间的差异很小，仅仅相差一个双键和两个C原子，因而分离困难。本发明所述的聚苯乙烯/二乙烯苯型反相树脂具有与C18吸附剂相似的疏水作用，与C18有着相似的选择性；更为重要的是，反相树脂骨架上的苯环大π键与不饱和脂肪酸酯上的双键具有π-π作用，这种作用力有助于进一步识别EPA酯和DHA酯在双键数上的差异；此外，反相树脂不会像C18一样随着外层基团脱落而纯化作用减弱，这提高了填料的耐用性。

所述的反相树脂是颗粒均匀粒径、孔径均一、具有高机械强度的苯乙烯和二乙烯苯的共聚白球，优选为Chromalite AD、Chromalite PCG、Chromalite MN、MCI GEL CHP、AMBERCHROM CG161、AMBERCHROMCG300和AMBERCHROM CG1000中的至少一种。

采用湿法装柱法将反相树脂填装到4根以上的色谱柱中，装柱溶剂为甲醇或乙醇，保证每根色谱柱的总孔隙率，保留时间，分离度等指标一致。所述色谱柱的直径为10～50mm，长度100～500mm。

模拟移动床色谱是化工分离领域十分成熟的制备技术，它由4根以上的色谱柱串联而成，收尾相接成一个闭合的系统。洗脱剂入口、进料液入口、萃取液出口、萃余液出口等四个进出口将所有色谱柱分成流速不同的四个区，分别承担不同的功能。通过定期切换四个进出口来实现流动相与固定相的模拟逆流。在萃取液出口连续收集含强吸附组分和洗脱剂的混合溶液，而在萃余液出口连续收集含弱吸附组分和洗脱剂的混合溶液。

模拟移动床可以实现两组分的分离，而对于原料中杂质(饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸等)的去除则无能为力，因而，所述的多不饱和脂肪酸酯原料必须含有高含量的EPA酯和DHA酯，需要对市场上的低纯度不饱和脂肪酸酯进行预处理，至少用两种富集方法联用得到EPA酯和DHA酯总含量大于95％的原料。所述富集方法包括低温结晶法、分子蒸馏法、尿素包合法、脂肪酶法或超临界流体萃取法。

所述的多不饱和脂肪酸酯原料用乙醇溶解配成浓度为5～500g/L的原料液，进一步优选为50～400g/L。若原料浓度过低，则生产能力降低，工艺经济性降低；若原料浓度过高，则完全分离区明显变小，设计操作条件的难度加大，甚至不能完全分离EPA酯和DHA酯。所述的模拟移动床色谱的分离温度为0～60℃，进一步优选为20～50℃。若温度过低，则EPA酯和DHA酯在乙醇中的溶解度明显降低，原料液的浓度受到限制；若温度过高，则EPA酯和DHA酯在分离过程中容易变质。所述的萃取液和萃余液经过减压浓缩、水洗、干燥后得到最终产品。所述的产品中EPA酯和DHA酯单体的纯度大于95％。

EPA酯和DHA酯在产品中的含量用中国药典所规定的气相色谱法来测定，气相色谱的条件为：聚乙二醇为固定液的石英毛细管柱(30m×0.25mm，膜厚0.25μm)，FID检测器，进样口温度250℃，检测器温度270℃；载气为N2，流速4ml/min，分流比3：1；程序升温，初始柱温190℃，保持4分钟，以每分钟2℃的速率升温至230℃，保持15分钟；进样量1μL；内标为二十一烷酸甲酯。

本发明回收率的计算方法如下：

回收率＝产品中EPA酯(或DHA酯)的质量÷原料中EPA酯(或DHA酯)的质量。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.整个分离过程的有机溶剂仅使用纯乙醇，环境友好而且溶剂容易回收；

2.EPA酯和DHA酯在反相树脂上具有极佳的分离度，而且反相树脂化学稳定、耐用性好；

3.实现连续生产，生产过程全自动化，劳动强度低，成本低。

4.本发明的纯化方法得到的EPA酯和DHA酯单体纯度达到95％以上，产率高，溶剂消耗小，适于大规模的推广应用。

附图说明

图1为本发明模拟移动床色谱的操作示意图。

图2为实施例2中原料的气相色谱图。

图3为实施例2中萃余液的气相色谱图。

图4为实施例2中萃取液的气相色谱图。

具体实施方式

以下实施例中多不饱和脂肪酸酯为甲酯或者乙酯形式，来源于微藻或者鱼油，经过多级分子蒸馏法、尿素包合法或者萃取等多种富集方法联用脱除鱼油酯化物中的饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸制得，其中EPA酯和DHA酯的总质量分数大于95％。

如图1所示，模拟移动床装置采用德国CESP C9116(诺尔，德国)，它装配多口旋转阀，最多可接16根根色谱柱，每区色谱柱数相同，在1～4根内变动；配有4台S-100型液相泵，其中进料泵流速0～10mL/min，洗脱剂泵、萃取液泵和萃余液泵的流速0～50mL/min。洗脱剂从4区和1区之间注入，进料液在2区和3区之间注入，EPA酯在3区和4区之间的萃取液出口收集，DHA酯在1区和2区之间的萃取液出口收集。每隔一定时间，色谱柱朝洗脱剂流向相反的方向切换一个位置。

EPA酯和DHA酯在产品中的含量用气相色谱法分析。

实施例1

原料为多不饱和脂肪酸乙酯，其中EPA乙酯和DHA乙酯的总质量百分含量为96％，EPA乙酯的质量百分含量为40％，DHA乙酯质量百分含量为56％，用乙醇完全溶解，配成浓度为50g/L的进料液。

模拟移动床装有8根色谱柱，尺寸1cm×25cm；固定相为AMBERCHROM CG161m树脂，其粒径70μm，孔径洗脱剂为乙醇；操作温度20℃；操作参数经优化确定为：洗脱剂流速16ml/min，进料液流速2mL/min，萃取液流速9.5mL/min，萃余液流速8.5mL/min，切换时间5min。连续切换32次后，系统达到平衡。

从萃取液出口收集到DHA乙酯的乙醇溶液，从萃余液出口收集到EPA乙酯的乙醇溶液，用气相色谱分析纯度得EPA乙酯的纯度为95.24％，回收率99.5％；DHA乙酯的纯度为96.55％，回收率99.8％。

实施例2

原料为多不饱和脂肪酸乙酯，其中EPA乙酯和DHA乙酯的总质量百分含量为98％，EPA乙酯的质量百分含量为50％，DHA乙酯质量百分含量为48％，用乙醇完全溶解，配成浓度为200g/L的进料液。

模拟移动床装有8根色谱柱，尺寸1cm×15cm；固定相为AMBERCHROM CG300s树脂，其粒径35μm，孔径洗脱剂为乙醇；操作温度40℃；操作参数经优化确定为：洗脱剂流速8.4ml/min，进料液流速0.8mL/min，萃取液流速4.7mL/min，萃余液流速4.5mL/min，切换时间5min。连续切换32次后，系统达到平衡。

从萃取液出口收集到DHA乙酯的乙醇溶液，从萃余液出口收集到EPA乙酯的乙醇溶液，用气相色谱分析纯度得EPA乙酯的纯度为99.01％，回收率99.8％；DHA乙酯的纯度为96.97％，回收率100％。原料、萃取液、萃余液的气相色谱图分别如图2、3、4所示。

实施例3

原料为多不饱和脂肪酸甲酯，其中EPA甲酯和DHA甲酯的总质量百分含量为96％，EPA甲酯的质量百分含量为64％，DHA甲酯质量百分含量为32％，用乙醇完全溶解，配成浓度为100g/L的进料液。

模拟移动床装有16根色谱柱，尺寸1cm×25cm；固定相为MCI GELCHP20Y树脂，其粒径30μm，孔径洗脱剂为乙醇；操作温度30℃；操作参数经优化确定为：洗脱剂流速15.4ml/min，进料液流速1.5mL/min，萃取液流速8.9mL/min，萃余液流速8.0mL/min，切换时间5min。连续切换48次后，系统达到平衡。

从萃取液出口收集到DHA甲酯的乙醇溶液，从萃余液出口收集到EPA甲酯的乙醇溶液，用气相色谱分析纯度得EPA甲酯的纯度为95.52％，回收率99.5％；DHA甲酯的纯度为96.97％，回收率99.3％。

实施例4

原料为多不饱和脂肪酸甲酯，其中EPA甲酯和DHA甲酯的总质量百分含量为98％，EPA甲酯的质量百分含量为23％，DHA甲酯质量百分含量为75％，用乙醇完全溶解，配成浓度为300g/L的进料液。

模拟移动床装有16根色谱柱，尺寸1cm×15cm；固定相为PCG600F树脂，其粒径20～55μm，孔径洗脱剂为乙醇；操作温度50℃；操作参数经优化确定为：洗脱剂流速7.2ml/min，进料液流速0.7mL/min，萃取液流速4.0mL/min，萃余液流速3.9mL/min，切换时间6min。连续切换48次后，系统达到平衡。

从萃取液出口收集到DHA甲酯的乙醇溶液，从萃余液出口收集到EPA甲酯的乙醇溶液，用气相色谱分析纯度得EPA甲酯的纯度为95.83％，回收率98.9％；DHA甲酯的纯度为98.68％，回收率99.3％。

Claims

1.一种模拟移动床色谱制备EPA酯和DHA酯单体的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将混合多不饱和脂肪酸酯溶解在乙醇中配成进料液；所述的混合多不饱和脂肪酸酯为甲酯型或乙酯型，其中EPA酯和DHA酯的总质量分数95％～100％；

(2)将进料液和洗脱剂连续通入模拟移动床色谱中，从模拟移动床色谱系统的萃余口连续收集EPA酯乙醇溶液，从萃取口连续收集DHA酯乙醇溶液；模拟移动床色谱的固定相为聚苯乙烯/二乙烯苯型树脂型反相树脂；所述的模拟移动床色谱系统的洗脱剂为纯乙醇；

所述的聚苯乙烯/二乙烯苯型树脂型反相树脂为Chromalite AD、Chromalite PCG、Chromalite MN、MCI GEL CHP、AMBERCHROM CG161、AMBERCHROM CG300或AMBERCHROM CG1000中的一种；

所述的模拟移动床色谱系统由4～32根装有固定相的色谱柱组成，共四个区，每区由1～8根色谱柱串联而成；

(3)经减压浓缩、水洗、真空干燥后得到纯度大于95％的EPA酯单体和DHA酯单体。

2.根据权利要求1所述的模拟移动床色谱制备EPA酯和DHA酯单体的方法，其特征在于，所述的混合多不饱和脂肪酸酯乙醇溶液的浓度为5～500g/L。

3.根据权利要求1所述的模拟移动床色谱制备EPA酯和DHA酯单体的方法，其特征在于，所述的模拟移动床色谱的操作温度为0～60℃。