呂從錦，侯偉偉，陳小華，段 磊，魯 蒙，楊海燕

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830052）

分子蒸餾富集甜杏仁油中多不飽和脂肪酸技術(shù)研究

呂從錦，侯偉偉，陳小華，段 磊，魯 蒙，楊海燕*

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830052）

研究影響分子蒸餾富集甜杏仁油中多不飽和脂肪酸的因素并確定最佳工藝參數(shù)。甜杏仁油經(jīng)乙酯化后，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)分析影響分子蒸餾效果的主要因素為蒸餾溫度、刮板轉(zhuǎn)速、進(jìn)料速度和真空度，結(jié)合設(shè)備情況并應(yīng)用響應(yīng)面法中的Box-Behnken設(shè)計(jì)優(yōu)化分子蒸餾參數(shù)，在60滴/min的進(jìn)料速度下，經(jīng)過(guò)優(yōu)化得出最佳工藝參數(shù)為：蒸餾溫度109℃，刮膜器轉(zhuǎn)速350r/min，操作壓力3Pa，在此條件下多不飽和脂肪酸的含量為93.883%。結(jié)果表明，分子蒸餾技術(shù)富集甜杏仁油中多不飽和脂肪酸是可行的。

甜杏仁油，分子蒸餾，多不飽和脂肪酸，富集

隨著新疆特色林果業(yè)的發(fā)展，新疆甜杏仁油加工已出現(xiàn)規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢(shì)。經(jīng)檢測(cè)，甜杏仁油脂肪酸主要成分為油酸和亞油酸，分別為69.96%和22.48%，除此以外還有少量的亞麻酸，這些不飽和脂肪酸不僅不會(huì)在人體內(nèi)產(chǎn)生脂肪積累，而且可以降低LDL（低密度脂蛋白）和血清膽固醇水平，有利于血管的軟化，具有防治高血壓、高血脂及心血管疾病的療效，對(duì)癌癥、關(guān)節(jié)炎和糖尿病的防治也有一定的療效；此外還含有少量的維生素E，其中包括α-生育酚和γ-生育酚等成分。因此甜杏仁油具有十分優(yōu)良的營(yíng)養(yǎng)作用，是一種天然高級(jí)食用油[1-5]。亞油酸和亞麻酸是人體必需脂肪酸，具有抗輻射、降低膽固醇、防止動(dòng)脈硬化、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、增強(qiáng)機(jī)體免疫力及美容美發(fā)等多種生理功能，高含量的亞油酸在醫(yī)藥、食品等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用[6]。為提高其產(chǎn)品附加值，需要提高亞油酸和亞麻酸等多不飽和脂肪酸（PUFAs）的含量。常用多不飽和脂肪酸的富集方法如低溫結(jié)晶、吸附分離、尿素包合等都需要使用大量的有機(jī)溶劑，溶劑殘留問(wèn)題使得其在食品或保健品的應(yīng)用方面有所限制。分子蒸餾是一種液-液分離技術(shù)，在高真空度下，利用不同分子運(yùn)動(dòng)的平均自由程來(lái)達(dá)到分離的目的，可以有效避免生物活性物質(zhì)和熱敏性物質(zhì)的損失，并且是純物理技術(shù)，不會(huì)有溶劑殘留的問(wèn)題[7-14]，在有效成分分離富集的應(yīng)用上有廣闊的前景。由于天然油脂為脂肪酸甘油三酯，因此，首先對(duì)甜杏仁油進(jìn)行乙酯化反應(yīng)，將甜杏仁油中的甘油三酯轉(zhuǎn)化為甜杏仁油脂肪酸乙酯的混合物；其后對(duì)甜杏仁油脂肪酸乙酯的混合物進(jìn)行分子蒸餾分離研究，利用對(duì)蒸餾溫度、進(jìn)料速度、操作壓力和刮膜器轉(zhuǎn)速等實(shí)驗(yàn)條件的控制調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)一級(jí)分子蒸餾，將甜杏仁油脂肪酸乙酯混合物分成富含多不飽和脂肪酸乙酯的重組分和以油酸乙酯為主的輕組分，通過(guò)氣相色譜法測(cè)定輕重組分的脂肪酸組成和含量。本實(shí)驗(yàn)利用分子蒸餾裝置富集甜杏仁油中的多不飽和脂肪酸，研究影響因素并優(yōu)化工藝參數(shù)，為甜杏仁油深加工的研究提供一定的實(shí)驗(yàn)科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

氫氧化鈉、氫氧化鉀、乙醇鈉、無(wú)水乙醇、無(wú)水碳酸鈉、無(wú)水硫酸鈉、重鉻酸鉀、冰乙酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉、異辛烷、一氯化碘 均為分析純；正己烷 色譜純，天津永晟精細(xì)化工有限公司；棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、亞麻酸乙酯等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 色譜純，美國(guó)Sigma公司；氮?dú)猓ā?9%） 烏魯木齊三宮新亞氧氣廠。

VKL-70型分子蒸餾設(shè)備 德國(guó)VTA公司；76-1A數(shù)顯玻璃恒溫水浴攪拌裝置 江蘇金壇醫(yī)療器械廠；85-2A磁力攪拌器 江蘇常州國(guó)立實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究所；PL-2002電子天平 上海梅特勒-托利多儀器有限公司；RE-85C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器水浴槽 上海青浦滬西儀器廠；SHB-Ⅲ冷卻水循環(huán)泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 杏仁油理化測(cè)試方法 酸價(jià)測(cè)定方法：GB/T 5530-2005/ISO 660-1996；過(guò)氧化值測(cè)定方法：GB/T 5538-2005/ISO 3960：2001；試劑配制方法：GB/T 601-2002。

1.2.2 乙酯化條件 稱取200g甜杏仁油置于500mL三頸瓶中，置于恒溫水浴鍋上，開(kāi)動(dòng)攪拌器，打開(kāi)氮?dú)忾y通入氮?dú)?；按醇油?.4∶1量取無(wú)水乙醇，1.0%比例稱取氫氧化鈉，并將氫氧化鈉置于無(wú)水乙醇中攪拌溶解，至溫度升到75℃后，將氫氧化鈉的無(wú)水乙醇溶液從冷凝管頂部一次加入到三頸瓶中進(jìn)行反應(yīng)。130min反應(yīng)結(jié)束后將樣品置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中除去多余的乙醇，再將樣品置于分液漏斗中靜置分層，去除底部甘油；用蒸餾水洗滌至洗出液為中性，分離出有機(jī)相，經(jīng)無(wú)水硫酸鈉脫水處理，即得甜杏仁油脂肪酸乙酯粗產(chǎn)品。

1.2.3 分子蒸餾條件 甜杏仁油脂肪酸乙酯一級(jí)分子蒸餾每批進(jìn)樣量500mL，預(yù)脫氣溫度70℃，預(yù)脫氣壓力100Pa；分子蒸餾溫度分別為95、100、105、110、115℃，精確度為±0.2℃，壓力分別為1、4、7、10、13Pa，精確度為±0.5Pa，刮膜器轉(zhuǎn)速分別為200、250、300、350、400r/min，精確度為±5r/min，進(jìn)料速度分別為40、50、60、70、80滴/min，冷凝水溫度為15℃。每個(gè)樣品蒸餾處理時(shí)間為30min，收集沿內(nèi)壁流下的物料為重組分，收集沿冷凝管壁流下的物料為輕組分，并且分別稱重記錄數(shù)據(jù)，收集樣品處理經(jīng)氣相色譜分析后，通過(guò)對(duì)PUFAs含量和收率的影響來(lái)確定適宜的參數(shù)范圍。

1.2.4 氣相色譜條件 樣品經(jīng)正己烷（色譜純）稀釋后，直接進(jìn)樣。Agilent 6890N氣相色譜分析，使用FID檢測(cè)器，10μL的微量進(jìn)樣器進(jìn)樣，氣相色譜柱為Supelcowax-10 60m×0.25mm×0.25μm。分析條件：進(jìn)樣口溫度250℃，壓力25psi；進(jìn)樣1.0μL，分流比50∶1；載氣為氮?dú)猓?9.999%），柱壓為25psi；采用程序升溫，起始溫度為100℃，保持此溫度2min；以4.0℃/min升至200℃；再以6℃/min升至240℃，保持43min；FID檢測(cè)器，260℃，燃?xì)鉃闅錃?、空氣，流速分別為30.0、300mL/min；載燃?xì)鉃榈獨(dú)猓?9.999%），流速為30.0mL/min。保留時(shí)間定性，面積歸一化法定量。面積歸一化法計(jì)算公式為：

式中：Ai—樣品中目標(biāo)物的峰面積；A總—樣品總的峰面積；F—脂肪酸與其乙酯的相對(duì)分子質(zhì)量比值。

PUFAs的收率（%）=（重組分質(zhì)量×重組分中PUFAs含量）/（原料質(zhì)量×原料中PUFAs含量）×100%

1.2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化分子蒸餾富集甜杏仁油中多不飽和脂肪酸工藝條件 依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果和設(shè)備條件分析，影響多不飽和脂肪酸分子蒸餾效果的主要因素為操作壓力、蒸餾溫度和刮膜器轉(zhuǎn)速。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)采用Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)，優(yōu)化甜杏仁油分子蒸餾的工藝條件。以PUFAs的含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得到最適宜的分子蒸餾工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平表Table 1 Factors and levels table of response surface design

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 蒸餾溫度對(duì)蒸餾效果的影響 在進(jìn)料速度為60滴/min，刮膜器轉(zhuǎn)速為300r/min，操作壓力為4Pa的條件下，分別測(cè)定95、100、105、110、115℃時(shí)PUFAs的含量和收率，蒸餾溫度對(duì)蒸餾效果的影響見(jiàn)圖1。

圖1 蒸餾溫度對(duì)蒸餾效果的影響Fig.1 The effect of temperature on the distillation result

由圖1可知，PUFAs的含量隨溫度的升高逐漸增加，料液中的輕組分不斷逸出，PUFAs的含量逐漸升高，當(dāng)溫度升至105℃時(shí)PUFAs的含量達(dá)到最大值；隨著溫度繼續(xù)升高，PUFAs的含量開(kāi)始呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高以后重組分中的PUFAs隨著輕組分一同逸出的比例增加，致使重組分中PUFAs的含量降低。

PUFAs的收率隨溫度逐漸升高而逐漸降低，這是因?yàn)殡S蒸餾溫度的升高，重組分中的PUFAs隨著輕組分一起逸出的量增加，導(dǎo)致重組分中PUFAs的絕對(duì)質(zhì)量減少，從而使得收率降低。因此，綜合含量和收率考慮，選擇適宜的蒸餾溫度為105℃。

2.1.2 操作壓力對(duì)蒸餾效果的影響 在進(jìn)料速度為60滴/min，刮膜器轉(zhuǎn)速為300r/min，蒸餾溫度為100℃的條件下，分別測(cè)定1、4、7、10、13Pa時(shí)PUFAs的含量和收率，操作壓力對(duì)蒸餾效果的影響見(jiàn)圖2。

圖2 操作壓力對(duì)蒸餾效果的影響Fig.2 The effect of operating pressure on the distillation result

由圖2可知，PUFAs的含量隨操作壓力的降低逐漸升高，因?yàn)殡S著操作壓力的降低，物料的沸點(diǎn)逐漸降低，輕組分隨著壓力的降低越來(lái)越多地被蒸餾出去，因此，PUFAs的含量逐漸提高；但當(dāng)操作壓力達(dá)到0.1Pa時(shí)，重組分中的PUFAs的沸點(diǎn)也迅速降低，被蒸餾出去的速度迅速加大，所以，當(dāng)壓力小于1Pa時(shí)，PUFAs的含量反而有所降低。

隨著操作壓力的降低，重組分中PUFAs的絕對(duì)含量隨之減少，則PUFAs的收率也迅速降低。因此，綜合考慮選擇4Pa為蒸餾的適宜操作壓力。

2.1.3 刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)蒸餾效果的影響 在進(jìn)料速度為60滴/min，操作壓力為4Pa，蒸餾溫度為100℃的條件下，分別測(cè)定刮膜器轉(zhuǎn)速為200、250、300、350、400、450r/min時(shí)PUFAs的含量和收率，刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)蒸餾效果的影響見(jiàn)圖3。

圖3 刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)蒸餾效果的影響Fig.3 The effect of scraper speed on the distillation result

由圖3可知，在一級(jí)蒸餾條件下，PUFAs的含量隨著刮膜器轉(zhuǎn)速的提高逐漸增加，在350r/min時(shí)達(dá)到最大值，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)350r/min時(shí)PUFAs的含量開(kāi)始下降，可能是因?yàn)楣文て鬓D(zhuǎn)速在較低速度時(shí)成膜不夠均勻，受熱不均使得輕組分逸出率較低，隨著轉(zhuǎn)速提高，料液在內(nèi)壁上逐漸形成穩(wěn)定均勻液膜，加強(qiáng)傳熱，使得輕組分逸出率提高，從而提高了PUFAs的含量；而當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)350r/min以后導(dǎo)致部分料液未經(jīng)蒸餾完全便被甩到冷凝管壁上流入輕組分，使得PUFAs含量降低。

PUFAs的收率隨刮膜器轉(zhuǎn)速提高緩慢降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)350r/min后收率明顯下降，主要因?yàn)殡S轉(zhuǎn)速的提高，液膜越來(lái)越均勻，使得重組分中的PUFAs隨輕組分逸出的量增加，重組分中的PUFAs的絕對(duì)含量下降，因此收率下降；轉(zhuǎn)速過(guò)快以后，導(dǎo)致部分料液未經(jīng)蒸餾完全便被甩到冷凝管壁上流入輕組分，使得重組分中PUFAs絕對(duì)含量急速下降，收率亦隨之迅速下降。因此，選擇300r/min為最適宜蒸餾轉(zhuǎn)速。

2.1.4 進(jìn)料速度對(duì)蒸餾效果的影響 在刮膜器轉(zhuǎn)速為300r/min，蒸餾溫度為100℃，操作壓力為4Pa的條件下，分別測(cè)定進(jìn)料速度為40、50、60、70、80滴/min時(shí)PUFAs的含量和收率，刮膜器轉(zhuǎn)速對(duì)蒸餾效果的影響見(jiàn)圖4。

圖4 進(jìn)料速度對(duì)蒸餾效果的影響Fig.4 The effect of feed rate on the distillation result

由圖4可知，當(dāng)進(jìn)料速度小于60滴/min時(shí)，重組分中PUFAs的含量隨進(jìn)料速度的增加緩慢上升，當(dāng)進(jìn)料速度大于60滴/min后急劇下降。因?yàn)樵系倪M(jìn)料速度決定了料液在內(nèi)壁的停留時(shí)間，也即決定了蒸餾效果。進(jìn)料速度過(guò)慢則導(dǎo)致料液在內(nèi)壁停留時(shí)間較長(zhǎng)，受熱時(shí)間相對(duì)增加，從而使重組分中的PUFAs隨輕組分逸出增加；進(jìn)料速度越快，停留的時(shí)間越短，料液受熱時(shí)間越短，蒸餾效果差，輕組分逸出率低，則重組分中PUFAs的含量就下降；當(dāng)進(jìn)料速度為60滴/min時(shí)，PUFAs含量最高，受熱時(shí)間充分，蒸餾效果最好。

隨進(jìn)料速度加快，PUFAs的收率逐漸增大。進(jìn)料速率過(guò)慢時(shí)，料液受熱時(shí)間長(zhǎng)，PUFAs隨輕組分一同逸出的量增多，導(dǎo)致重組分中PUFAs的絕對(duì)質(zhì)量降低，所以收率不高；隨著進(jìn)料速度逐漸加快，料液受熱時(shí)間逐漸減少，PUFAs隨輕組分餾出的量逐漸減少，收率逐漸升高。由于實(shí)驗(yàn)所用的VKL-70型分子蒸餾設(shè)備不是用計(jì)量泵進(jìn)料，是通過(guò)磨口旋塞控制進(jìn)料，進(jìn)料速度控制相對(duì)不精準(zhǔn)，需不斷調(diào)節(jié)，而60滴/min較為容易控制，所以綜合考慮PUFAs的含量和收率，選擇60滴/min為適宜的進(jìn)料速度，并且響應(yīng)面設(shè)計(jì)中此因素不作為變量分析。

2.2 分子蒸餾響應(yīng)面分析結(jié)果

2.2.1 數(shù)學(xué)模型的建立 根據(jù)表2所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Design Expert 7.1.6統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理，采用響應(yīng)曲面統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建立PUFAs含量與蒸餾溫度、操作壓力、刮膜器轉(zhuǎn)速三因子的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)回歸方程為：

Y=92.18+3.83X1－1.89X2+0.97X3+0.39X1X2－0.16X1X3+0.10X2X3－2.06X12－2.10X22－2.45X32

表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果Table 2 Experiment and result of response surface design

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance（ANOVA）for regression equation

進(jìn)一步對(duì)該回歸模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，響應(yīng)曲面數(shù)據(jù)的方差分析結(jié)果見(jiàn)表3，分析結(jié)果顯示該模型的F=43.19＞F0.01（9，9）=5.35，P＜0.0001，表明回歸模型極顯著。除交互項(xiàng)以外，一次項(xiàng)和二次項(xiàng)對(duì)PUFAs含量的影響在0.01水平上均極顯著，因此各具體實(shí)驗(yàn)因子對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。失擬項(xiàng)F=6.33＜F0.05（9，3）=8.81，P=0.0533＞0.05，不顯著，并且該模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)平方R2=0.9823，修正相關(guān)系數(shù)平方RAdj2=0.9596，說(shuō)明該模型與實(shí)際擬合較好，可以用于分子蒸餾富集甜杏仁油中多不飽和脂肪酸實(shí)驗(yàn)中關(guān)于PUFAs含量的理論預(yù)測(cè)。

2.2.2 優(yōu)化與模型驗(yàn)證 對(duì)所得回歸方程進(jìn)行求偏導(dǎo)，得三元一次方程組，解方程組可得X1=0.889，X2=－0.364，X3=0.162，將這三個(gè)值代入變換式，實(shí)驗(yàn)得到分子蒸餾富集甜杏仁油中多不飽和脂肪酸的最佳組合為：蒸餾溫度為109.445℃，操作壓力為2.908Pa，刮膜器轉(zhuǎn)速為358.100r/min。此時(shí)，模型預(yù)測(cè)PUFAs含量的最大值為94.302%。依據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)上述優(yōu)化條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，調(diào)整后的反應(yīng)條件為：蒸餾溫度為109℃，操作壓力為3Pa，刮膜器轉(zhuǎn)速為350r/min。在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表4所示，其平均值為93.883%，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值誤差率為0.419%＜1%，說(shuō)明回歸模型擬合性較好，收率為58.463%。所得回歸方程的最大預(yù)測(cè)值與驗(yàn)證值非常接近，說(shuō)明回歸方程能真實(shí)地反映各篩選因素的影響，建立的模型與實(shí)際情況比較吻合。因此，響應(yīng)面法優(yōu)化分子蒸餾富集甜杏仁油中多不飽和脂肪酸的工藝條件是可取的。

表4 模型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Result of model validation

3 結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合儀器條件，確定蒸餾溫度、操作壓力和刮膜器轉(zhuǎn)速為主要因素，采用Design Expert 7.1.6軟件進(jìn)行Box－Behnken設(shè)計(jì)和分析，確定分子蒸餾富集甜杏仁油中多不飽和脂肪酸的最佳工藝參數(shù)為：蒸餾溫度為109℃，操作壓力3Pa，刮膜器轉(zhuǎn)速為350r/min。在此條件下PUFAs的含量為93.883%，收率為58.463%。

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Study on enrichment of polyunsaturated fatty acids in sweet almond oil by molecular distillation

LV Cong-jin，HOU Wei-wei，CHEN Xiao-hua，DUAN Lei，LU Meng，YANG Hai-yan*
（Institute of Food Science and Pharmacy，Xinjiang Agriculture University，Urumqi 830052，China）

The enrichment conditions of polyunsaturated acids from sweet almond oil by molecular distillation was researched.After ethyl esterified，the main factors，including distillation temperature，scraper speed，feed rate and operating pressure，influenced the result of molecular distillation were analyzed by single factor tests. Based on the result of single factor tests，Box-Behnken response surface was designed to optimize the distillation parameters combined with the equipment，the optimum parameters were：distillation temperature 109℃，the scraper speed 350r/min，operating pressure 3Pa，in this condition，the content of polyunsaturated fatty acids was 93.883%.The result indicated that the enrichment of polyunsaturated fatty acids in sweet almond oil by molecular distillation was feasible.

sweet almond oil；molecular distillation；polyunsaturated fatty acids；enrichment

TS225.1

A

1002-0306（2012）05-0145-05

2011－05－23 *通訊聯(lián)系人

呂從錦（1985-），男，在讀碩士研究生，研究方向：食品資源開(kāi)發(fā)與利用。

新疆維吾爾自治區(qū)科技支疆項(xiàng)目（200891105）。