制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法
技术领域
本发明属于医疗功能保健品技术领域,尤其涉及一种制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法。
背景技术
深海鱼油中富含多种人体必需的多不饱和脂肪酸,更是二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的唯一商业来源,能够有效预防心脑血管疾病,促进视网膜的发育及延缓脑部衰老,在抗炎抗过敏方面也有良好功效。其中的DHA和EPA具有降血脂,防治心脑血管疾病,增强神经系统功能,益智健脑,增强免疫力,抑制肿瘤生长,保护视力等生理功能。随着人们对深海鱼油的广泛重视,EPA和DHA对人体的医疗保健作用也越来越倍受关注。
虽然深海鱼油是EPA、DHA的唯一商业来源,但EPA和DHA含量相对较低,如从天然海产鱼中提炼得到的鱼油中,多不饱和脂肪酸含量通常在15%到25%之间,而EPA和DHA含量只有5%到15%,其医疗和保健效果并不理想。为了提高EPA和DHA的保健和医疗效果,众多研究者初始将甘油酯中的EPA和DHA转酯化或者水解转化为相应的甲乙酯或者游离形式,然后再通过各种物理或者化学方法提高DHA和EPA的含量,以此来增强DHA和EPA的保健功效。但是随后,对鱼油保健品,人们对其游离脂肪酸型、乙酯型的安全性提出了质疑,1990年美国FDA的研究人员通过大量实验,发现EPA和DHA的甘油酯型、甲乙酯型和游离脂肪酸型在人体内消化吸收有差异。Ikuo等研究的结果也表明,EPA和DHA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;游离型的EPA和DHA虽然易于被人体消化和吸收,但是容易氧化生成对人体有害的物质,而且有酸味、口感不好,直接作为食用难以被人们接受;而EPA和DHA的甘油酯型鱼油是甘油三酯在消化道中的水解速率比物理或化学方法富集得到的相应的甲酯或乙酯,同时,EPA和DHA的甘油酯比其甲酯或乙酯更适合机体消化吸收,EPA和DHA甘油酯型性质稳定、不易氧化、口感好,且甘油三酯是EPA和DHA的天然存在形式,因此EPA和DHA的甘油三酯型是鱼油保健品和药品的最佳产品型式。
为了获得浓度较高的EPA和DHA的甘油酯,根据鱼油乙酯化方法按催化剂不同可分为酸催化法、碱催化法和脂肪酶催化法。传统的乙酯化工艺是将鱼油在酸或碱的催化下与乙醇酯交换反应转化成脂肪酸乙酯。而脂肪酶催化法由于乙酯化程度不理想,催化剂成本较高,尚未实现工业化应用。相对于酸法乙酯化,鱼油的碱法乙酯化具有反应速度快、得率高、产品品质好等优点,但碱法乙酯化不适用于酸值较高的鱼油。另外,该现有的方法还存在合成路线长,成本较高,且高纯度的EPA、DHA收率低,价格昂贵的问题。因此,如何设计出一种浓缩EPA和DHA甘油三酯的脂肪酸甘油酯方法是需要克服的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法,旨在解决现有技术从鱼油中提取的DHA和EPA纯度低、合成路线长、成本高的问题。
为了实现上述发明目的,本发明的技术方案如下:
一种制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法,包括以下步骤:
以精鱼油为原料,经过碱催化乙酯化处理,得到脂肪酸乙酯;
将所述脂肪酸乙酯经超临界流体萃取处理进行浓缩后采用脂肪酶进行酶反应处理,得到所述浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯;
其中,所述脂肪酶为扩展青霉脂肪酶,所述酶反应处理的温度为40℃-60℃。
与本领域现有技术相比,本发明提供的制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法能有效将天然鱼油中EPA和DHA转化成不饱和脂肪酸乙酯、同时饱和脂肪酸乙酯型鱼油转化为不饱和脂肪酸甘油酯的形式进行浓缩,能有效提高浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯中EPA和DHA的含量,如两者总含量可高达70%。在此基础上,通过对该方法的工艺改进,通过超临界流体萃取处理和扩展青霉脂肪酶有效酶反应处理有效简化了其工艺步骤,降低了成本。
附图说明
图1是本发明实1施例备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种EPA和DHA甘油三酯的脂肪酸甘油酯浓度高、工艺步骤简单,成本低的制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法。包括以下步骤:
S01.以精鱼油为原料,经过碱催化乙酯化处理,得到脂肪酸乙酯;
S02.将步骤S01中获得的脂肪酸乙酯经超临界流体萃取处理进行浓缩后采用脂肪酶进行酶反应处理,得到所述浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯。
具体地,上述步骤S01中,精鱼油优选按照如下方法提取:
S011:将深海鱼绞碎成肉浆,加水后在惰性气体气氛下进行于75-90℃热处理后,使用胰蛋白酶将其进行酶解反应后,进行固液分离,收集滤液,得到粗鱼油;
S012:将所述粗鱼油依次进行磷酸脱胶处理,碱金属氢氧化合物脱酸处理,固液分离后,得到精鱼油。
其中,在该步骤S011中,将深海鱼绞碎成肉浆的方法不受限制。作为优选实施例,为了达到均匀、高效的粉碎效果,可将深海鱼经过碎骨机碾碎形成糜状,碎骨机功率可设置为4KW左右,得到的肉浆大小以5mm-80mm为宜。其中,深海鱼的种类可以选用金枪鱼、鳕鱼、沙丁鱼、三文鱼、鲨鱼等。
由于深海鱼油、特别是金枪鱼油中的油脂在有氧环境下能分解生成具有挥发性的醛类、酮类和醇、碳氧化物、环氧化物及酸之类低分子物质,从而造成酸值的不稳定、甚至酸值明显升高,导致鱼油酸败变质。因此,为避免多不饱和脂肪酸的氧化酸败,制备的糜状深海鱼肉浆与水混合后在惰性气体气氛下进行加热处理,所述惰性气体气氛可采用常用的惰性气体。作为优选实施例,为了得到均匀的混合物溶液,糜状深海鱼肉浆在75-90℃热处理时间为0.5h-2h。在另一优选实施例中,向肉浆中加水的量与肉浆质量比为(0.5-2):1。
上述步骤S011中,为了能有效地将深海鱼中的鱼油成分提取出来,且同时达到提取效率高和杂质少的目的,所述酶解反应采用下述方法进行:调节混合物溶液的pH值至7.0-8.5后,加入质量分数为1.5%-3.0%的胰蛋白酶,在避光条件下酶解反应15h-19h,反应温度为20℃-30℃。
经过酶解反应后,可将酶解物进行实现固液分离处理,如进行离心处理,取酶解液,即得到粗鱼油。其中,离心处理的条件可设置为常规条件。本实施例中,为了提高粗鱼油的纯度和离心效率,采用4500r/min-6000r/min的速度离心15min-30min。
在该步骤S012中,对步骤S011处理获得的粗鱼油进行精处理,在优选实施例中,粗鱼油在磷酸脱胶处理中的磷酸溶液与粗鱼油的体积比为(0.3-3):100;其中,磷酸溶液的质量浓度为70%-80%。该优选的磷酸脱胶处理条件能有效除去粗鱼油中的胶溶性杂质。
在另一优选实施例中,经脱胶后的粗鱼油在碱金属氢氧化合物脱酸处理中的碱金属氢氧化合物溶液与粗鱼油的体积比为(1-6):100;其中,该碱金属氢氧化合物溶液的质量浓度为20%-50%。该优选的脱酸处理条件能有效除去粗鱼油中的游离脂肪酸。在具体实施例中,该碱金属氢氧化合物可以是氢氧化钠和/或氢氧化钾。
该粗鱼油经脱胶脱酸处理后,能使得精鱼油在后续的碱催化乙酯化处理过程中脂肪酸的乙酯化,从而提高脂肪酸乙酯的得率。经测定,经上述处理得到的精鱼油中EPA和DHA甘油三酯的质量浓度约为30%。
当然,应该理解的是,上述磷酸脱胶处理和脱酸处理完毕后,分别还包括固液分离除去胶溶性杂质的步骤。如采用离心分离的方式进行固液分离,离心分离转速为3000-5000转/min。同时,应该理解的是,精鱼油也可以直接市购。
上述步骤S01中的精鱼油在碱催化乙酯化处理过程中,脂肪酸会被乙酯化,为了提高脂肪酸乙酯的得率,作为本发明优选实施例,精鱼油的碱催化乙酯化处理方法为:
向所述精鱼油中加入乙醇钠和/或乙醇钾、乙醇后于40℃-80℃水浴加热1-5小时,再加入有机酸进行酸化处理,静置分层,取上层液体并用热的去离子水洗涤,得到脂肪酸乙酯;其中,该乙醇钠和/或乙醇钾加入的量是所述精鱼油质量的0.1%-1.5%,该乙醇加入的量与所述精鱼油的质量比为(0.5-4):1。
在进一步优选实施例中,该碱催化乙酯化处理过程中有机酸加入的量是所述精鱼油质量的1%-1.5%。在具体实施例中,该有机酸选自柠檬酸/酯酸、甲酸、苯甲酸、硼酸、甘氨酸、邻苯二甲酸中的至少一种。该优选实施例中有机酸的加入量和选用的种类能有效终止脂肪酸的乙酯化反应,防止反应向皂化反应方向进行,从而降低脂肪酸乙酯得率。
在碱催化乙酯化处理方法步骤中的去离子水洗涤次数至少一次。该热的去离子水温度可以是50℃-95℃。
上述步骤S02中,为了减小对脂肪酸乙酯如EPA乙酯和DHA乙酯质量的影响,且同时实现EPA和DHA乙酯高效萃取和精制,采用超临界萃取的方法对上述EPA、DHA乙酯萃取与纯化。超临界萃取过程中,由于超临界流体在临界点附近,温度和压力的微小变化会引起超临界流体密度的较大变化,由此可以调节对物质的溶解能力。因此,超临界萃取的萃取率高,萃取过程中容易实现EPA和DHA乙酯与溶剂的分离,且同时存在无有机溶剂残留、对热敏性物质不易破坏等优点,能够有效去除上述脂肪酸乙酯中可能残存的游离脂肪酸、脂溶性色素、挥发性和非挥发性的醛类、酮类、醇类臭味物质,从而达到脱酸、脱色、脱臭的目的。
上述超临界流体萃取处理分为萃取和分离两步。在优选实施例中,上述超临界流体萃取处理是将经浓缩后的所述脂肪酸乙酯采用超临界CO2萃取精馏萃取和分离浓缩脂肪酸乙酯。在具体实施例中,精馏萃取的精馏柱采用4级控温,各级温度分别为25℃-30℃、30℃-35℃、35℃-40℃、40℃-45℃,各级精馏柱中压力为6-7兆帕,CO2流量为8-20L/h。在分离处理采用二级分离,第一级分离的温度为25℃-40℃,压力为6-10兆帕;第二级分离的温度为30℃-45℃,压力不做调节,与钢瓶压力一致。
经测得,步骤S01中制备的脂肪酸乙酯经该优选条件的超临界流体萃取处理后,其含有的EPA和DHA甘油三酯的纯度可达70%。
上述步骤S02中,经超临界流体萃取处理后的脂肪酸乙酯采用扩展青霉脂肪酶进行酶反应后,将脂肪酸乙酯酶解成脂肪酸甘油酯,进一步提高EPA和DHA甘油三酯的纯度。该扩展青霉脂肪酶,最适温度在中温范围,最适pH在碱性范围,其催化作用是无酯键位置专一性,即可作用于甘油三酯的1,2,3位的酯键。因此,在优选实施例中,向脂肪酸乙酯中加入扩展青霉脂肪酶后,将酶解体系的温度控制为25℃-50℃,pH控制在6.5-10.5,以提高酶解效率。在另一优选实施例中,该扩展青霉脂肪酶的添加量为2%-20%。因此,该酶解反应时间一般可以控制在4-24h之内。其中,该扩展青霉脂肪酶可市购。
为了使得扩展青霉脂肪酶最大限度的发挥酶活性,加大脂肪酸甘油酯与脂肪酶的接触面积,从而提高酶解效率。在优选实施例中,搅拌处理转速为150-300转/min。
经上述酶反应处理后,对所得的脂肪酸甘油酯进行测定得知,其含有的EPA和DHA甘油三酯的纯度高达70%以上。
由上述可知,上述实施例中浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法将精鱼油经酯化处理后,再将脂肪酸乙酯酶解成已被人体吸收的脂肪酸甘油酯,有效提高了脂肪酸甘油酯中EPA和DHA甘油三酯的纯度,从而提高了鱼油的人体的生物利用度和医疗和保健效果。另外,通过该方法工艺的设计,有效克服了现有制备脂肪酸甘油酯方法中存在的技术问题,使得该方法工艺简单,成本低。
下面结合具体实施例进行进一步说明。
实施例1
一种制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法,其工艺步骤如图1所示,包括如下步骤:
S11.采用酶解技术制备深海鱼粗鱼油:深海鱼经过碎骨机碾碎形成糜状,称取600g肉浆,按肉:水=0.5:1(m:m)的比例加水密封,在暗室、通氮气的条件下,于75℃蒸煮1h。使用NaOH调节pH值至8.0。加入质量分数为2%的胰蛋白酶(胰蛋白酶:食品级,郑州鸿程化工产品有限公司),在暗室、20℃下酶解17h。通过3000r/min离心20min后,取上层酶解液,即为粗鱼油;
S12.精鱼油的制备:向步骤S11制备的粗鱼油中添加体积比为0.5%的磷酸(磷酸:粗鱼油)进行脱胶,磷酸的浓度为70%,然后离心,转速为3000转/min,再添加体积比为1%的NaOH进行脱酸,NaOH的浓度为20%,之后离心,转速为3000-转/min,得到精炼鱼油;
S13.对精鱼油进行酯化处理制备脂肪酸乙酯:向步骤S12制备的精炼鱼油添加质量比为0.5%的乙醇钠,以及质量比为0.5的乙醇(乙醇:精炼鱼油),40℃水浴加热1小时,再添加1%(质量)的柠檬酸(柠檬酸:精炼鱼油),静置分层,取上层液体并用热的去离子水洗涤,静置分层,重复3次,得到脂肪酸乙酯。
S14.对脂肪酸乙酯进行萃取分离:将步骤S13得到的脂肪酸乙酯进行超临界流体萃取(萃取程序为精馏柱→分离釜I→分离釜II),萃取条件为:精馏柱温度为25-30-35-40℃,精馏柱的压力为6兆帕,分离釜I温度为25℃,分离釜I的压力为6兆帕,分离釜II的温度为30-45℃,CO2流量为15L/h;
S15.对萃取分离处理后的脂肪酸乙酯进行酶解:将步骤S14得到的脂肪酸乙酯使用扩展青霉脂肪酶进行酶解,酶的添加量4%,,酶解温度40℃,酶解pH为10,转速150转/min,酶解时间4h,得到脂肪酸甘油酯。
实施例2
一种制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法,包括如下步骤:
S21.采用酶解技术制备深海鱼粗鱼油:参照实施例1的步骤11,其中,蒸煮温度为85℃,酶解温度为25℃,离心转速为4000r/min;
S22.精鱼油的制备:参照实施例1的步骤12;其中,磷酸:粗鱼油体积比值为1.5%,磷酸的浓度为75%;KOH:粗鱼油体积比值为3%,KOH的浓度为30%,离心转速为4000r/min;
S23.对精鱼油进行酯化处理制备脂肪酸乙酯:参照实施例1的步骤13;其中,乙醇钾:精炼鱼油质量比值为1.0%,乙醇:精炼鱼油质量比值为2.0,热处理是60℃水浴加热3小时,添加的是醋酸且醋酸:精炼鱼油质量比值为3.0%;
S24.对脂肪酸乙酯进行萃取分离:参照实施例1的步骤14;其中,萃取条件为:精馏柱温度为30-35-40-45℃,精馏柱的压力为15兆帕,分离釜I温度为35℃,分离釜I的压力为8兆帕,分离釜II的温度为40℃,CO2流量为17L/h;
S25.对萃取分离处理后的脂肪酸乙酯进行酶解:参照实施例1的步骤15;其中,酶的添加量10%,酶解温度50℃,酶解pH为8,转速300转/min,酶解时间12h,得到脂肪酸甘油酯。
实施例3
一种制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法,包括如下步骤:
S31.采用酶解技术制备深海鱼粗鱼油:参照实施例1的步骤11,其中,蒸煮温度为90℃,酶解温度为35℃,离心转速为5000r/min;
S32.精鱼油的制备:参照实施例1的步骤12;其中,磷酸:粗鱼油体积比值为3%,磷酸的浓度为85%;NaOH:粗鱼油体积比值为6%,NaOH的浓度为50%,离心转速为5000r/min;
S33.对精鱼油进行酯化处理制备脂肪酸乙酯:参照实施例1的步骤13;其中,乙醇钾:精炼鱼油质量比值为1.5%,乙醇:精炼鱼油质量比值为4.0,热处理是80℃水浴加热5小时,添加的是柠檬酸且柠檬酸:精炼鱼油质量比值为5.0%;
S34.对脂肪酸乙酯进行萃取分离:参照实施例1的步骤14;其中,萃取条件为:精馏柱温度为30-35-40-45℃,精馏柱的压力为17兆帕,分离釜I温度为40℃,分离釜I的压力为10兆帕,分离釜II的温度为45℃,CO2流量为?L/h;
S35.对萃取分离处理后的脂肪酸乙酯进行酶解:参照实施例1的步骤15;其中,酶的添加量20%,酶解温度60℃,酶解pH为6.5,转速300转/min,酶解时间24h,得到脂肪酸甘油酯。
对比例
S1.获取粗鱼油:参照实施例1的步骤11;
S2.精鱼油的制备:参照实施例1的步骤12;
S3.对精鱼油进行酯化处理制备脂肪酸乙酯:参照实施例1的步骤13处理,得到脂肪酸乙酯。
各实施例相关成分测试
对上述实施例1-3中粗鱼油中EPA和DHA的含量、游离脂肪酸的水解度、脂肪酸的酯化度以及最终产品中甘油酯型EPA和DHA的质量百分含量进行测试,测试方法如下:
(1)初鱼油中DHA/EPA含量检测方法:根据GB/T17377-2008《动植物油脂脂肪酸甲酯气象色谱分析》检测。
(2)游离脂肪酸含量的检测方法(即酸值测定):根据GB/T5530-2005《动植物油脂酸值和酸度的测定》检测。
(3)脂肪酸酯化率的测定:按照GB/T5530-2005方法测定反应体系的酸值,然后按照下面公司计算:酯化率(%)=[(1-反应后的酸值/反应前的酸值)]×100%。
(4)甘油酯型DHA/DHA纯度的测定:根据GB/T17377-2008《动植物油脂脂肪酸甲酯气象色谱分析》检测”来测定。
测试结果如下表1所示:
表1
|
实例一 |
实例二 |
实例三 |
对比例 |
精炼鱼油 |
15% |
20% |
30% |
15% |
鱼油脂肪酸乙酯 |
40% |
55% |
70% |
40% |
鱼油脂肪酸甘油酯 |
50% |
60% |
70% |
0 |
由表1可知,经本发明实施例制备浓缩型鱼油脂肪酸甘油酯的方法对鱼油进行浓缩处理后,使得脂肪酸甘油酯得到了显著的提高,如实施例3可高达70%。另外,通过该方法处理得到的脂肪酸甘油酯性质稳定,酸味低,口感好,且成本低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。