孫化淼 陳建楠 陳由強(qiáng) 薛婷 林崗 代容春 王勖榮

摘 要： 魚油中的EPA和DHA是一類具有很高營養(yǎng)價值的功能因子，對心腦血管健康、大腦發(fā)育、改善視力、抗炎等都有積極的作用，因而獲取高純度的EPA和DHA逐漸成為眾多研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。采用尿素包合法富集魚油中的EPA和DHA，不僅原料成本低廉，而且操作簡單，但是富集得到的魚油質(zhì)量不高；而分子蒸餾法可以較好地保護(hù)EPA和DHA的活性，提高魚油的純度。兩種方法聯(lián)用具有工藝成熟、原料成本低、操作簡單等優(yōu)勢，是工業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量EPA和DHA較好的選擇之一。因此，在總結(jié)富集純化魚油中EPA和DHA方法的同時，闡述了尿素包合法、分子蒸餾法及兩種方法聯(lián)用富集魚油中EPA和DHA的研究進(jìn)展，希望可以為未來工業(yè)化獲取高質(zhì)量的EPA和DHA提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞： 二十碳五烯酸（EPA）；二十二碳六烯酸（DHA）；尿素包合法；分子蒸餾法

中圖分類號： TQ 645.6 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ??文章編號： 0253-2301（2023）05-0021-07

DOI： ?10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.05.004

Research Progress on the Enrichment of EPA and DHA from Fish Oil by Urea Inclusion Method Combined with Molecular Distillation Method

SUN Hua-miao ?1，2，3，4 ， CHEN Jian-nan ?1，2，3，4 ， CHEN You-qiang ?1，2，3，4 ， XUE Ting ?1，2，3，4 ， LIN Gang ?1，2，3，4 ， DAI Rong-chun ?1，2，3，4* ， WANG Xu-rong ?1，2，3，4*

（1. College of Life Science， Fujian Normal University， Fuzhou， Fujian 350117， China;

2. Fuzhou Institute of Oceanology/Technology Research and Development Center of Marine Active Substances

and Products， Fuzhou， Fujian 350117， China; 3. Fujian Key Laboratory for the Sustainable Utilization of Special

Marine Biological Resources， Fuzhou， Fujian 350117， China； 4. Public Service Platform for Industrial

Development Technology of Marine Biological Medicine and Products， Fuzhou， Fujian 350117， China）

Abstract： ?EPA and DHA in fish oil were a kind of functional factors with high nutritional value， which had positive effects on the cardiovascular and cerebrovascular health， the development of brain， the improvement of vision， and anti-inflammatory effect， etc. Therefore， the preparation of high-purity EPA and DHA has gradually become one of the hot issues of many researchers. Enriching EPA and DHA in fish oil by urea inclusion method not only had low cost of raw material but also simple operation， but the quality of the enriched fish oil was not high. The molecular distillation method could better protect the activity of EPA and DHA and improve the purity of fish oil. The combination of the two methods had the advantages of mature process， low cost of raw materials， and simple operation， which was one of the best choices for the industrial production of high-quality EPA and DHA. Therefore， based on summarizing the methods of enriching and purifying EPA and DHA in fish oil， the research progress of enriching and purifying EPA and DHA in fish oil by urea inclusion method， molecular distillation method and the combination of the two methods was expounded in this paper， hoping to provide certain reference value for obtaining the high-quality EPA and DHA in the future industrialization.

Key words： ?Eicosapentaenoic acid （EPA）； Decosahexaenoic acid （DHA）； Urea inclusion method； Molecular distillation method

二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）屬于ω-3系列的多不飽和脂肪酸，是人體不能自身合成的一類必需脂肪酸。19世紀(jì)末，科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從鱈魚魚肝中提取的脂肪酸具有特殊的保健功效，但是當(dāng)時并沒有引起人們的關(guān)注 ?[1] 。直到1978年，丹麥科學(xué)家Dyerberg通過流行病學(xué)的調(diào)查和長期的數(shù)據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)，相比丹麥人，愛斯基摩人患心腦血管、癌癥等疾病的發(fā)病率很低，其血液中的不飽和脂肪酸EPA和DHA含量明顯高于丹麥人 ?[2] 。這一結(jié)果引起了人們對EPA和DHA的關(guān)注。之后，Michael教授發(fā)表的DHA對大腦活動有影響這一論斷引起了全世界的關(guān)注，之后有關(guān)EPA和DHA的研究得到了快速發(fā)展 ?[3] 。

隨著對EPA和DHA的研究深入，發(fā)現(xiàn)EPA和DHA與人體的健康有著密切的聯(lián)系。EPA和DHA的生理作用表現(xiàn)如下：（1）EPA和DHA有預(yù)防和抑制心腦血管疾病的生理功能 ?[4-5] 。EPA的代謝產(chǎn)物可以有效抑制血小板在血管壁上凝集，增加DHA的比例則抑制效果更加顯著 ?[3] ，而血液凝集的抑制可有效避免形成血栓，減少心肌梗塞、腦梗的發(fā)生。Ghasemi等 ?[6] 在研究中發(fā)現(xiàn)EPA和DHA對于心臟有益，也有研究證實(shí)了補(bǔ)充EPA和DHA可以降低患心臟病的風(fēng)險 ?[7] 。（2）DHA對于大腦的發(fā)育有一定的影響。DHA是大腦和部分神經(jīng)組織的關(guān)鍵組分，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充DHA可改善大腦的功能 ?[8] 。袁傳勛等 ?[9] 研究發(fā)現(xiàn)給小鼠飼喂含有DHA的油脂可以提高小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，促進(jìn)小鼠腦部發(fā)育。在其他研究中也表明了使用魚油與硒、鋅結(jié)合可以改善衰老小鼠的學(xué)習(xí)和記憶障礙 ?[10] 。（3）EPA和DHA具有抗炎和免疫作用 ?[11] 。EPA和DHA的衍生物如白三烯（LT）、前列腺素（PG）、神經(jīng)保護(hù)素（NPD）、消退素（Rv）等都屬于炎癥介質(zhì)分子，有促進(jìn)炎癥消退的生理作用 ?[12] 。除上述功能外，EPA和DHA也具有其他的生理活性。適量的補(bǔ)充魚油對人體視力有益 ?[13-14] 、可以降低抑郁癥和雙相情感障礙的發(fā)病率 ?[15] 、改善邊緣人格障礙的癥狀 ?[16] 、促進(jìn)頭發(fā)的生長 ?[17] 、抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移至骨骼 ?[18] ，此外還發(fā)現(xiàn)孕婦在懷孕期間補(bǔ)充魚油可降低后代患哮喘的風(fēng)險 ?[19] ?？梢奅PA和DHA具有預(yù)防心腦血管疾病、促進(jìn)大腦發(fā)育、抗炎、治療疾病等多種功效。EPA和DHA現(xiàn)已被開發(fā)成多種產(chǎn)品，在食品、養(yǎng)殖、疾病治療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。比如現(xiàn)在市場上添加魚油的酸奶 ?[20-21] 、富含魚油的奶粉 ?[22] 、含有不飽和脂肪酸的藥品 ?[23] 等。因此，對于如何獲取高純度的EPA和DHA逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。

EPA和DHA主要來源于深海魚油，魚油按存在形式可分為甘油三酯型和乙酯型兩類，其中乙酯型的魚油更容易富集到不飽和脂肪酸。富集魚油中的EPA和DHA的方法有超臨界流體色譜法 ?[24] 、酶解法?[25-26] 、溶劑萃取法 ?[27] 、低溫結(jié)晶法 ?[28] 、銀離子絡(luò)合法 ?[29-30] 、超臨界萃取 色譜法 ?[31] 、尿素包合法 ?[32-33] 、分子蒸餾法 ?[34-35] ，以及兩種或兩種以上的方法聯(lián)用等。盡管富集純化魚油中EPA和DHA的方法比較多，但仍然存在一些問題需要深入解決。魚油有特殊的魚腥味，魚油中的不飽和脂肪酸在高溫下易降解、易氧化，只采用單一的方法較難獲得高純度EPA和DHA。而尿素包合法聯(lián)用分子蒸餾法具有操作簡單、原料成本低廉、工藝條件成熟等優(yōu)勢，兩種方法聯(lián)用不僅可以提高分離效率，還可以保護(hù)EPA和DHA的活性，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量EPA和DHA的較好選擇之一。因此，本研究在闡述魚油中EPA和DHA的多種富集純化方法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹尿素包合法和分子蒸餾法，以及兩種方法聯(lián)用在EPA和DHA富集純化方面的應(yīng)用研究成果，不僅對兩種方法工藝條件的進(jìn)一步優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)，而且為未來產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量的EPA和DHA 提供了一定的參考價值。

1 富集純化魚油中EPA和DHA的方法

富集純化魚油中EPA和DHA 8種常用方法的原理、適用范圍、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)見表1。

由表1可知，各種方法都各有其缺點(diǎn)，單一的方法很難獲得高質(zhì)量的EPA和DHA，綜合比較來看，尿素包合法聯(lián)用分子蒸餾法在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量的EPA和DHA更具優(yōu)勢。本研究重點(diǎn)闡述尿素包合法和分子蒸餾法，以及兩種方法聯(lián)用富集純化魚油中的不飽和脂肪酸的研究進(jìn)展。

2 尿素包合法、分子蒸餾法及其耦聯(lián)法

2.1 尿素包合法

尿素包合法是一種傳統(tǒng)富集不飽和脂肪酸的方法。尿素包合法的原理是尿素分子在結(jié)晶過程可以形成管狀的六面體結(jié)晶，此時直鏈脂肪酸或者單不飽和的脂肪酸可以進(jìn)入晶體管道，形成穩(wěn)定的包合物被析出；而多不飽和脂肪酸在結(jié)構(gòu)上碳鏈曲折，導(dǎo)致不易進(jìn)入尿素結(jié)晶的管道中，不能被尿素包合，可經(jīng)過濾去除尿素包合物后，再通過旋蒸去除溶劑的方法得到多不飽和脂肪酸 ?[36] 。尿素包合法具有原料成本低，工藝成熟并且操作相對簡單的優(yōu)點(diǎn)，且該方法不需要在高溫下進(jìn)行，可以較好地保護(hù)多不飽和脂肪酸的生理活性 ?[37-38] 。

吳昊等 ?[39] 使用尿素包合法對魚油進(jìn)行濃縮，提取魚油中的EPA和DHA。通過兩次包絡(luò)對魚油進(jìn)行濃縮，最終EPA和DHA的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到了75%，收率可以到68%。張凌云 ?[40] 對尿素包合法富集EPA和DHA的方法進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)結(jié)晶溫度為4℃，時間為2 h，尿素（g） ?∶ 脂肪酸（g） ?∶ 甲醇（mL）為2 ?∶ 6 ?∶ 48時，EPA和DHA的總含量為46.26%，總回收率為84.33%，其含量超過了市場上含EPA和DHA的產(chǎn)品（普遍低于30%）。此外，還有其他的富集純化不飽和脂肪酸的研究中也使用了尿素包合法，經(jīng)過條件優(yōu)化，最終也獲得了質(zhì)量較好的EPA和DHA ?[41-43] 。

影響尿素包合法的因素有包合溫度、包合時間、脲脂比、醇脲比等，有研究對4個影響因素進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)對EPA和DHA的質(zhì)量影響較大的因素是脲脂比 ?[44] 。因此，在未來使用尿素包合法富集魚油的試驗(yàn)中，可以對更多的影響因素進(jìn)行探究，以獲取更高質(zhì)量的EPA和DHA。

2.2 分子蒸餾法

分子蒸餾法的原理是在高真空條件下，利用不同物質(zhì)的分子平均自由程不同對物質(zhì)進(jìn)行分離。液體混合物在加熱的過程中輕、重分子會逸出液面進(jìn)入氣相，不同的物質(zhì)輕重分子的自由程不同，所以從液面逸出后移動的距離不同，輕分子可以到達(dá)設(shè)置好的冷凝板，冷凝之后被排出，而重分子由于不能到達(dá)冷凝板則被留在混合液中，從而達(dá)到分離的目的 ?[45] 。因?yàn)榉肿诱麴s法是在短時間內(nèi)對產(chǎn)品進(jìn)行溫和加熱，不存在熱分解的風(fēng)險，所以適合用于一些熱敏性和易氧化物質(zhì)的分離。此外，由于分子蒸餾為物理分餾過程，所以可以較好地保護(hù)分離物質(zhì)不受污染，獲得的物質(zhì)質(zhì)量較高分子蒸餾法具有分離效率高、分離得到的物質(zhì)質(zhì)量好、不使用試劑對環(huán)境友好、工藝成本低等優(yōu)點(diǎn) ?[46-47] 。

分子蒸餾法不僅提取效率高，而且可以較好地保護(hù)不飽和脂肪酸的活性，是一種理想的富集多不飽和脂肪酸的方法。梁井瑞等 ?[48] 使用分子蒸餾法對DHA藻油進(jìn)行純化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)料預(yù)熱溫度為30℃、冷凝水溫度為25℃、操作壓力為0.3 Pa、蒸餾溫度為240℃、進(jìn)料速度為2 ?mL·min ?-1 ?、刮膜器轉(zhuǎn)速為150 ?r·min ?-1 ?時，DHA藻油的分離除雜效果最好。此外，也有研究使用分子蒸餾法富集葡萄柚精油??[49] 、鯊魚肝油中的烷氧基甘油 ?[50] ，最終都獲得了質(zhì)量較好的產(chǎn)品。

由于魚油中的EPA和DHA生理活性高，采用分子蒸餾法進(jìn)行富集可以較好地保護(hù)其生理活性，還可以對魚油進(jìn)行脫色、除臭處理，提高回收率，提取得到的產(chǎn)品色澤淺、過氧化值低、質(zhì)量好。傅紅等 ?[46] 采用MD-S80分子蒸餾設(shè)備富集魚油中的不飽和脂肪酸，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蒸發(fā)溫度為110℃，系統(tǒng)壓力為10 Pa，進(jìn)料速度為0.5 ?g·min ?-1 ?，富集效果最好。此外，左青等 ?[45] 的研究中發(fā)現(xiàn)影響分子蒸餾的因素有系統(tǒng)壓力、進(jìn)料溫度、進(jìn)料速度、旋轉(zhuǎn)速度、冷凝溫度等，在之后的試驗(yàn)中可以對這些因素進(jìn)行探究，尋找最佳的工藝條件。

2.3 尿素包合法聯(lián)用分子蒸餾法

盡管尿素包合法具有工藝成熟、操作簡單、原料成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是這種方法只能富集游離脂肪酸或脂肪酸乙酯等結(jié)構(gòu)相對簡單、飽和度區(qū)別較大的脂肪酸類化合物，在對含有混合脂肪酸結(jié)構(gòu)的甘油三酯的分離上效果不佳，而且獲得的魚油純度不高，而分子蒸餾法提取率高，富集過程中不會污染樣品，可以得到較純的脂肪酸產(chǎn)品，但如果通過多次蒸餾富集，損失也會較多，耗能高。因此，兩種方法聯(lián)用可以互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)更高質(zhì)量的不飽和脂肪酸。

曹亞倫等 ?[51] 采用尿素包合法聯(lián)合分子蒸餾法富集魚油中的棕櫚油酸，以乙酯化的魚油為原料，先使用尿素包合進(jìn)行初步分離，反應(yīng)的溫度為75℃，魚油、尿素、乙醇的質(zhì)量比為1 ?∶ 2 ?∶ 4，之后利用分子蒸餾法進(jìn)一步富集，最終產(chǎn)品中的棕櫚油酸乙酯含量從8.41%提到32.39%。

由于兩種方法聯(lián)合使用的優(yōu)勢，目前已有較多的研究聯(lián)用這兩種方法富集多不飽和脂肪酸 ?[52-53] 。林文等 ?[44] 先用尿素包合法對魚油中的不飽和脂肪酸進(jìn)行初步分離，得到的EPA及DHA總純度為63.5%，回收率為48.5%。之后采用分子蒸餾法對產(chǎn)品進(jìn)一步富集，當(dāng)蒸餾溫度90℃、壓強(qiáng)0.1 Pa、刮膜器轉(zhuǎn)速360 ?r·min ?-1 ?、進(jìn)料速率2 ?mL·min ?-1 ?，最終得到總純度為78%的乙酯型魚油，綜合收率為25%。張蒙娜 ?[53] 也是在尿素包合法對乙酯化的魚油進(jìn)行初步分離的基礎(chǔ)上，再采用分子蒸餾法對魚油中的EPA和DHA進(jìn)一步的富集。在尿素包合處理樣品之后得到EPA和DHA總含量達(dá)到了78.12%；之后采用分子蒸餾對脲包油進(jìn)一步提純，最終獲得EPA和DHA的總含量為88.9%。尿素包合法耦聯(lián)分子蒸餾法工藝流程圖見圖1。

此外，也有研究先使用分子蒸餾法處理魚油，之后再采用尿素包合法進(jìn)一步富集。方旭波等 ?[54] 先將魚油進(jìn)行分子蒸餾富集，之后再采用尿素包合法繼續(xù)富集純化，1級分子蒸餾的工藝條件為溫度120℃，壓強(qiáng)3 Pa ，進(jìn)料速度2 ?g·min ?-1 ?，5級分子蒸餾后，魚油中EPA和DHA的含量提高了33.15%，在此條件下進(jìn)行兩次分子蒸餾提純，之后進(jìn)行尿素包合進(jìn)一步富集，最終得到的EPA和DHA含量從30.72%提高到83.42%。李俊雯等 ?[55] 也使用分子蒸餾法聯(lián)用尿素包合法富集菜籽油中不飽和脂肪酸，經(jīng)過條件優(yōu)化，最終獲得的神經(jīng)酸含量達(dá)到26.23%。由上述可知，在未來純化魚油中不飽和脂肪酸的研究中，可以進(jìn)一步探究分子蒸餾法聯(lián)用尿素包合法提取魚油的工藝條件。

3 展望

盡管現(xiàn)在富集純化魚油中EPA和DHA的方法較多，但是每種方法都各有利弊，只使用單一的方法很難同時得到高質(zhì)量的EPA和DHA。色譜分離法、酶解法、超臨界萃取法雖然富集純化的EPA和DHA質(zhì)量好，但是成本高昂；低溫結(jié)晶法、溶劑萃取法雖然成本低廉，但是得到的產(chǎn)品質(zhì)量不高；銀離子絡(luò)合法容易破壞EPA和DHA的活性；而尿素包合法聯(lián)用分子蒸餾法不僅具有工藝成熟、操作簡單的優(yōu)勢，而且原料成本相對低廉，不易破壞EPA和DHA的活性。因此，兩種方法的聯(lián)用是工業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量的EPA和DHA較好的選擇之一。當(dāng)然兩種方法聯(lián)合使用也存在一定的不足，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量的EPA和DHA需要解決3個方面的問題，即價格低廉且富含EPA和DHA的生物原料、兩種方法工藝條件的優(yōu)化、廢液的回收處理。

首先，針對富含不飽和脂肪酸的生物原料來源問題，目前市場上的EPA和DHA主要來源于深海魚類。一方面隨著人們需求的增加，魚油已逐漸不能滿足市場需求，另一方面，把魚類作為生產(chǎn)EPA和DHA的原料成本較貴，因此，需要尋找其他富含不飽和脂肪酸且價格低廉的生物作為原料供應(yīng)以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量的EPA和DHA。而海洋藻類中的EPA和DHA含量豐富，而且藻類具有容易培養(yǎng)、生長繁殖快、培養(yǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，藻類在生產(chǎn)EPA和DHA具有巨大的潛在價值。早在2010年，國家衛(wèi)生部就已經(jīng)批準(zhǔn)了以寇氏隱甲藻、裂壺藻、吾肯氏壺藻這3種海藻為原料生產(chǎn)的DHA藻油可作為新資源食品進(jìn)行生產(chǎn)。因此，增強(qiáng)對海洋藻類中EPA和DHA的開發(fā)和利用也是一項(xiàng)可期的研究課題。

其次，為實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量、高產(chǎn)量EPA和DHA的生產(chǎn)，兩種方法聯(lián)合使用的工業(yè)條件應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。由上述可知，影響尿素包合法、分子蒸餾法的工藝條件較多，應(yīng)該對質(zhì)量和產(chǎn)量影響較大的因素進(jìn)行進(jìn)一步摸索，以實(shí)現(xiàn)最佳的工業(yè)條件。此外，也可以嘗試與其他合適的方法聯(lián)合使用，即3種或3種以上的方法聯(lián)合使用，以滿足更高效、高質(zhì)量的生產(chǎn)需求。因此，今后研究中可以增強(qiáng)對其工藝條件的探究，以提高EPA和DHA的產(chǎn)量和質(zhì)量。

最后，在考慮產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量、高產(chǎn)量的EPA和DHA的同時，廢液的回收處理方法也是值得深思的一個問題。目前由于尿素包合法在工業(yè)化生產(chǎn)上具有溶劑損耗大、廢水排放不易達(dá)標(biāo)的問題，所以對于溶劑使用量的改良方法以及回收處理廢液的方法也是值得深思的問題。因此，工業(yè)化生產(chǎn)中仍需要進(jìn)一探究回收溶劑的最佳方法，減少對環(huán)境的污染。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）