花椒籽油α-亚麻酸提取技术的研究进展

刘晓霞，蔡宁晨，苏 平

（浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州310058）

花椒籽油α-亚麻酸提取技术的研究进展

刘晓霞，蔡宁晨，苏 平*

（浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州310058）

α-亚麻酸（ALA）是n-3多不饱和脂肪酸中唯一的必需脂肪酸，具有益智、保护视力、降低胆固醇与血脂、预防心脑血管疾病、增强免疫力、抗炎、抑制癌症的发生及转移、抗氧化、延缓衰老及减肥等生理功能，在医药、保健品、食品等领域有着广阔应用前景。本文综述了目前花椒籽油α-亚麻酸提取技术的最新研究进展，总结了这些方法的原理、优点及研究现状，并在此基础上对其提取技术的前景进行了展望，以期为将来更加深入地研究和开发花椒籽提供一定的理论基础。

α-亚麻酸，花椒籽油，提取技术，展望

花椒籽油中含有丰富的多不饱和脂肪酸，其中α-亚麻酸占17%～24%[1-2]，是一种具有较高食用和药用价值的营养保健油。α-亚麻酸具有显著的药理作用和营养价值，被称为“21世纪绿色营养保健食品”[3]。我国花椒籽资源丰富，价格低廉，从花椒籽油中分离纯化出高纯度的α-亚麻酸，并且实现工业化，对促进花椒的综合开发利用，加快花椒加工产业链的延伸，提高企业和椒农的经济效益，具有重要的理论和实际意义。α-亚麻酸的传统提取技术还不成熟，难以获得高纯度的α-亚麻酸，且收率较低，达不到工业化生产及医药保健的要求，因此分离纯化技术是实现其工业化生产的关键技术之一。为此，本文综述了花椒籽油α-亚麻酸提取技术最新研究进展，以期为将来更加深入地研究和开发α-亚麻酸提供一定的理论基础。

1 油脂最新提取技术

1.1 微波辅助萃取法

微波辅助萃取共同的优点就是提取快速、高效，能耗低，对环境友好，比较适合于生物活性物质的提取。微波辅助萃取技术的工业应用尚处于初期阶段，还有许多理论和实践上的问题，如萃取中微波的作用机理，提取过程中的参数对提取率的影响，特殊微波辅助提取设备的研发以及如何将微波装置扩大应用于实际等都有待于进一步的研究。

马传国等[4]研究了微波加热对花椒籽品质的影响。微波加热早期使花椒籽油的游离脂肪酸含量增加，电子显微镜观察表明微波加热可以导致油滴击碎，致使加热早期油脂和解酶接触后反应加快。李霞等[5]以花椒籽为原料、无水乙醇为溶剂用微波辅助法萃取花椒籽油，结果表明：溶剂用量1∶7（g/mL）、微波处理温度65℃、微波功率为400W、微波处理时间为3.5min的工艺条件萃取效果最好，提取率可达18.68%。李跃中[6]利用微波辅助萃取花椒籽油，在以二氧甲烷为萃取溶剂，微波功率350W，萃取温度萃取时间60s，料液比1∶5的条件下可得到最优工艺条件，得率为6.85%。

1.2 超临界CO2萃取法

超临界CO2流体萃取技术是利用CO2在超临界区域内具有的优良溶解性及对溶质的溶解能力随压力和温度微小变化能产生剧烈变化的特性，从而达到溶质分离的一项技术。超临界CO2已被用于小麦胚芽油[7]、米糠油[8]、橄榄油[9]等高酸价特种油脂的提取与精炼上。

超临界CO2萃取技术作为新型分离技术具有许多优点：工艺简单，萃取温度低，萃取率高，萃取出的油脂可保持天然营养和生物活性；CO2资源丰富、成本低、无溶剂残留且对环境无污染，安全性高。但是SFE-CO2萃取技术也有其局限性：设备昂贵，需要专门技术人员操作，夹带剂的选择目前还缺乏足够的理论研究，可预测性差，一定程度上限制其工业化的生产。

刘芳等[10]通过对比挥发油测定法、索氏提取法和超临界萃取法提取的花椒籽油发现：挥发油测定法产量为0.88%，索氏提取法13.73%，超临界萃取法15.52%，其中不饱和脂肪酸含量分别达到：4.5%、65.97%、74.97%。超临界萃取法不仅可以提取高产率高质量的花椒籽油，且在最佳操作条件下不饱和脂肪酸含量高于索氏提取法。欧阳辉等[11]利用响应面法优化了花椒籽油的超临界CO2萃取工艺，结果表明，超临界CO2萃取花椒籽油的最佳工艺条件为：萃取压力37MPa，萃取温度45℃，萃取时间65min，花椒籽油提取率可达19.65%。吴琣婷等[12]采用超临界CO2结合夹带剂对顶坛花椒籽油进行萃取，采用正交实验得到最优工艺条件为：压力16MPa，温度45℃，无水乙醇作夹带剂，添加量为CO2摩尔流量的3%。最佳条件下油得率达21.98%。气相色谱分析显示顶坛花椒籽油富含亚麻酸、棕榈油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，但所得油脂酸值偏高，需进一步精炼。

1.3 超声波提油法

超声波提取分离强化作用主要是利用超声波产生的强烈空化效应、机械振动、湍动效应、聚能效应、击碎和搅拌等效应，破坏细胞壁结构，使胞内油脂得以充分释放，从而提高出油率。超声波提油具有以下特点：在常温条件下进行，操作简单，提取时间短，效率高，安全性好，大大降低能耗。采用超声波辅助提取，有机溶剂使用量少，一方面降低成本，另一方面降低毛油中有机溶剂残留量。

袁敏等[13]考察了超声波提取花椒油的工艺条件，实验结果表明影响花椒挥发油提取三因素主次关系为：溶剂量（质量比）＞提取温度＞提取时间。花最佳提取工艺条件为：用体积分数95%乙醇为提取介质，在固液比为1∶3.2（g/mL）、70℃温度下超声提取80min。与加热法相比，该法工艺简便易行，提取效率高。欧阳玉祝等[14]以花椒籽核为原料研究了超声提取花椒油的工艺条件，结果表明：以95%乙醇为提取介质，液固比为3∶1、60℃温度下超声提取90min，花椒油提取率可达7.8%，比加热法高48.9%。经GC-MS分析鉴定出16种成分，其中有9种为烯烃化合物。石爱华等[15]用超声波辅助提取法从花椒籽核和壳中提取花椒油，用CC-MS联用仪对不同材料中提取的花椒油的化学成分进行了分析．实验结果表明：用超声辅助法从花椒籽核和皮中提取的油的提取率分别为7.8%和6.74%，成分分析表明花椒籽核和皮中提取的油化学成分差异很大。刘春叶等[16]研究了索氏法和超声波法提取花椒籽油的最佳工艺，并对其脂肪酸种类及含量进行了测定，结果表明：索氏法提取的最佳工艺条件为以石油醚为溶剂，料液比1∶13，提取温度75℃，提取时间2.0h；超声波提取的最佳工艺条件为以石油醚为溶剂，料液比1∶13，提取时间90min。花椒籽油含有9种主要脂肪酸，不饱和脂肪酸含量较高。

1.4 亚临界萃取技术

亚临界萃取是利用亚临界流体作为萃取剂，通过萃取物料与萃取剂在浸泡过程中的分子扩散过程，达到固体物料中的脂溶性成分转移到液态的萃取剂中，再通过减压蒸发的过程将萃取剂与目的产物分离，最终得到目的产物的一种新型萃取与分离技术。

亚临界流体萃取具有许多优点：萃取率高，无溶剂残留；设备成本低、易操作、节能、运行成本低等特点，而且整个萃取过程在绝氧、低温的条件下进行，尤其适合于花椒籽油等富含不饱和脂肪酸油脂的工业化生产。朱刚等[17]研究了亚临界萃取花椒籽油的最佳工艺条件：当原料粒度为40目、萃取温度为40℃、萃取时间30min、萃取次数为2次时，花椒籽油的提取效率达到最高。

1.5 水酶法

水酶法是一种新型的提油方法，它将酶制剂用于油脂分离，通过对油料细胞壁的机械破碎作用和酶的降解作用提高油脂的提取率。将油料粉碎后加入酶液以破坏细胞以及油脂复合物，使油脂易于释放，再利用非油成分（蛋白质和碳水化合物）对油和水亲和力的差异及油水比重的不同将油与非油成分分离。

水酶法处理条件温和，与传统提油工艺相比，具有提油率高、质量好、无需脱胶、工艺简单、耗能低、污染少等特点．同时饼粕中的蛋白质等成分变性程度较小，可进一步加工利用。但水酶法也存在耗时长、酶用量大且价格高的缺点，限制了其在工业中的应用。同时蛋白质的回收利用不够充分，且需要在高温下灭酶仍然有可能造成蛋白质的变性。

张郁松[18]采用水酶法提取花椒籽油，得到影响花椒籽油出油率的因素依次为：纤维素酶＞酶解pH值＞酶解时间＞中性蛋白酶，工艺条件为纤维素酶添加量为0.4%、蛋白酶添加量为9%、酶解pH5.0、酶解时间6h。吴琣婷等[19]研究了水相酶解及有机溶剂萃取花椒籽油工艺生产，结果表明酶解液经正己烷处理能完全析出，且所提油脂溶剂残留较少，溶剂可回收重复使用；复合酶处理花椒籽提油效率优于单一酶，选用纤维素酶+中性蛋白酶酶解花椒籽结合溶剂萃取法提取花椒籽油高于其他组合；考虑到经济成本，选择纤维素酶（0.5%）+中性蛋白酶（7%），酶解时间为4h，固液比1∶5时得油率最高，此条件下酶解最充分。

2 α-亚麻酸的分离与纯化技术

α-亚麻酸存在于上述方法提取的多种不饱和脂肪酸混和物中，达不到作为医药保健原料要求的纯度，还需要进一步分离提纯。此章节将介绍各种提取方法的基本原理、优点和缺点。

2.1 低温结晶法

又称溶剂分级分离法，根据低温下不同的脂肪酸或脂肪酸盐在有机溶剂中溶解度及凝固点不同进行分离纯化。一般来说，脂肪酸在有机溶剂中的溶解度随碳链的增长而减小，随双键数的增加而增加，且溶解度随温度降低表现更为显著。所以将混合脂肪酸溶解在低温状态下的有机溶剂，过滤除去未溶解的大量饱和脂肪酸和部分单不饱和脂肪酸，达到富集和纯化亚麻酸的目的。

低温结晶法工艺简单，操作方便，有效成分不易发生聚合、氧化及异构化等变性反应，缺点是操作温度要求严格、有机溶剂的用量大、能耗高、安全性低，且分离效率不高，限制了其大规模应用，常与其他分离方法配合使用。

杨倩等[20]对冷冻丙酮法提纯椒目中α-亚麻酸工艺进行优选，确定混合脂肪酸与丙酮以1∶2的比例在-40℃下冷冻时，对椒目中提高α-亚麻酸的含量和出油率均较佳。谢静[21]采用冷冻丙酮法提纯花椒籽油α-亚麻酸，较佳的工艺条件为：冷冻温度-30℃、冷冻时间5h、溶剂用量：脂肪酸的比例为6：1。在此条件下，可将a-亚麻酸纯度由33.3%提高到61.5%。

2.2 尿素包合法

尿素包合法主要是利用尿素在有机溶剂中对脂肪族化合物的包合程度不同而分离纯化脂肪酸的常用方法。尿素分子在结晶过程中易与饱和脂肪酸形成较稳定的晶体包合物呈固体析出，与单价不饱和脂肪酸形成不稳定的晶体包合物析出；多不饱和脂肪酸由于双键较多，空间位阻大较难形成尿素包合物，留在溶剂中。过滤除去脂肪酸酯-尿素包合物，从而富集得到较高浓度的多不饱和脂肪酸。尿素包合后的产物主要是亚油酸和α-亚麻酸，根据亚油酸和α-亚麻酸与银离子形成不稳定络合物的优先顺序不同，可以用硝酸银将进行有效分离。

尿素包合法是大规模分离、富集多不饱和脂肪酸的理想方法，其设备简单，操作方便，尿素价廉且易于回收，成本低，适合规模生产。同时操作温度低，通常在有氮气保护的环境中进行，可确保多不饱和脂肪酸的营养成分和生理活性。但尿素包合法独使用时难以将具有不同碳链长度，而饱和度相同或相近的脂肪酸分开，对低不饱和脂肪酸去除不彻底，产品纯度较低，通常需要与膜分离技术、分子蒸馏技术等方法结合以进一步纯化产品。

杨秀芳等[22]通过正交实验对尿素包合法富集花椒籽油中α-亚麻酸的工艺进行了研究，实验表明脂肪酸与尿素及溶剂的比例、包合温度、包合时间等条件对产品中α-亚麻酸的含量有很大影响，当脂肪酸、尿素、95%乙醇质量比为1∶3∶8，包合温度为-5℃，包合时间为18h时，产品中α-亚麻酸含量可从25.83%增至68.87%。张氽等[23]对尿素包合法分离花椒籽油中α-亚麻酸的各影响因素进行正交实验研究，得到最佳工艺参数为：FFA∶尿素∶乙醇=1∶3∶9，包合温度0℃，包合时间15～18h，溶解尿素的温度为65～70℃，此时α-亚麻酸的相对浓度从28.41%提高到61.92%，总脂肪酸和α-亚麻酸的回收率分别为84.23%和58.35%。乔雷等[24]采用正交实验研究了椒目仁油的主要有效成分α-亚麻酸的尿素包合富集工艺，最佳的包合反应条件为脂肪油∶尿素∶乙醇=1∶3∶9，溶解尿素的温度为60℃，-10℃包和12h，椒目仁油中α-亚麻酸的含量从29.32%提高到51.76%。

2.3 银离子络合法

银离子络合法是根据脂肪酸不饱和程度的差异而达到分离目的，基于银离子能与不饱和有机物双键形成Ag+-π极性络合物，且双键越多、络合作用越强。因此将硝酸银溶液和脂肪酸溶液相互混合，α-亚麻酸会与银离子络合形成很稳定的亲水性络合物而进入水相，而其他饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸则进入有机相，从而使α-亚麻酸得到富集分离。

银离子络合法操作及工艺简单，选择性强，分离效果好，产品纯度高，硝酸银溶液可以反复回收利用。但是，该法产量小，难于实现大规模生产；AgNO3具有一定腐蚀性且价格昂贵，成本高，重金属污染和残留的问题有待进一步解决。

杨倩等[25]采用皂化、酸化、梯度冷冻、尿素包合及硝酸银络合等步骤分离和纯化椒目中不饱和脂肪酸，并用HPLC测定α-亚麻酸含量并鉴定了其结构。结果：提取样品中α-亚麻酸的含量为91.6%～95.2%；结构为9，12，15-十八碳三烯酸，全顺式，非共轭立体构型，分子式为C18H30O2。杜小晖[26]利用尿素包合技术、硝酸银络合技术，对花椒籽油中的α-亚麻酸进行分离纯化，硝酸银络合法萃取α-亚麻酸甲酯最佳条件是：以40%的甲醇水为溶剂的45%的硝酸银溶液，反应温度为0℃，络合萃取时间为1.5h，α-亚麻酸甲酯的绝对含量为82.63%，提取率为35.39%。

2.4 柱层析法

柱层析法是利用脂肪酸极性大小差异而达到分离目的，是目前获取高纯度多不饱和脂肪酸最有效的一种方法，也是实验和工业上用于生产高含量n-3产品的有效方法。硝酸银-硅胶柱层析法属络合层析，常用于多不饱和脂肪酸及其甲酯的分离纯化。

硝酸银-硅胶柱层析法设备简单、易操作，分离纯化效果好，得到产品含量高；但溶剂用量大，分离时间长，处理需要蒸大量溶剂，能耗大，洗脱过程中使用的洗脱剂容易对产品造成二次污染。

张汆等[27]用硝酸银柱色谱法对花椒籽油中α-亚麻酸进行了分离纯化，α-亚麻酸的纯度达到96%以上，且其表面的银离子（Ag+）密度大小直接影响脂肪酸的分离过程。张巧云[28]得到硝酸银-硅胶柱层析法的工艺参数为：以硝酸银-硅胶为吸附剂，硝酸银∶硅胶=1∶10，样品量∶吸附剂=1∶20，洗脱液流速1mL/min～2mL/min，α-亚麻酸甲酯的纯度为92.85%。

2.5 分子蒸馏法

分子蒸馏技术是利用脂肪酸相对分子量大小及分子平均自由程的差别使液体在远低于其沸点的温度实现分离的新型技术。饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸分子运动平均自由程大，在一定条件下首先被蒸出，而双键较多的不饱和脂肪酸最后被蒸出，通过多级蒸馏可以有效地将不同组分分离。

分子蒸馏是尚未广泛应用于工业化生产的新型液-液分离技术，特别适用于分离一些常规蒸馏不能分离的热稳定性差、高分子量、高沸点、高粘度、易氧化、高附加值、生产量不太大的的物质。分子蒸馏具有蒸馏温度低且受热时间短、分解聚合及热损失少、分离程度高等优点，可有效防止多不饱和脂肪酸受热氧化分解，从而提高产品的品质及收率。但分子蒸馏设备复杂且维修费用高，能耗大，成本高，生产能力小，很难将与亚麻酸相对分子质量相近的脂肪酸分离，故单独应用有一定局限性。

谢静[29]通过单因素及正交实验对分子蒸馏技术纯化花椒籽油中α-亚麻酸的工艺条件进行了研究，得到刮膜式分子蒸馏装置纯化花椒籽油中α-亚麻酸的最佳工艺参数为：蒸馏压力0.2～0.3Pa或5.0～8.0Pa，蒸馏温度120℃，进样速率30d/min，刮膜转速200r/min，此条件下花椒籽油中的α-亚麻酸的纯度可以从39.3%提高到63.9%。

3 展望

我国花椒籽源丰富，随着对花椒籽制油及其精炼工艺和花椒籽油中理α-亚麻酸的富集工艺的成熟，α-亚麻酸等不饱和脂肪酸药品及相应保健品的开发应用在我国将具有广阔的前景和显著的经济效益。为此，应进一步深入富集纯化各种方法的理论研究，加强配套工艺的研究，拓展在药品、保健品、食品及食品添加剂、饲料等方面的开发利用，实现工业化生产高纯度、纯天然的n-3多不饱和脂肪酸产品以满足市场的需求。

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Research progress in extraction technology of α-Linolenic acid from Prickly ash seed oil

LIU Xiao-xia，CAI Ning-chen，SU Ping*
（College of Biosystems Engineering and Food Science，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China）

α-Linolenic acid（ALA）is the only necessary fatty acid of n-3 polyunsaturated fatty acid.ALA showed various biological functions，such as improving memory，the protection of eyesight，lowering the cholesterol and serum lipids，protecting from atherosclerosis and cardiovasculardiseases，enhancing immunity，antiinflammation，antioxidant，anti-aging and helping to lose weight.At present，ALA have been widely applied to pharmaceutical，cosmeti and food industries.The latest research progress in extraction technology of ALA from Prickly ash seed oil home and abroad were reviewed in this paper.At the same time，their principles，advantages and the status quo were also summarized.The extraction technology prospect of ALA was proposed based on the above content.The result of this paper provided some theoretical basis for the further study and exploitation of Prickly ash seed.

ALA；Prickly ash seed oil；extraction technology；prospect

TS225.1

A

1002-0306（2014）08-0383-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.08.079

2012－04－16 *通讯联系人

刘晓霞（1989-），女，在读硕士研究生，研究方向：食品科学与工程。