高含量大豆磷脂酰胆碱的提纯工艺研究

文章编号:1000-5811(2004)04-0046-04

高含量大豆磷脂酰胆碱的提纯工艺研究

柳建设1,葛玉卿1,赵世民2

(1.中南大学资源加工与生物工程学院,湖南长沙 410083;2.陕西科技大学化学与化工学院,陕西咸阳 712081)

摘 要:研究了以浓缩大豆磷脂为原料,采用丙酮和乙醇作溶剂,经丙酮脱油、真空干燥、乙醇抽提、减压蒸馏浓缩制备高含量磷脂酰胆碱(PC)的提纯工艺。丙酮和乙醇可回收,反复使用。在丙酮用量200m L 、萃取时间15m in 、萃取温度40e 的最佳脱油工艺条件下得到了丙酮不溶物含量为97.6%的中间产物)))粉末磷脂。乙醇提取试验选用L 15正交表进行,考察了乙醇浓度、固液比、温度、时间、抽提次数对PC 含量的影响。结果表明:影响卵磷脂含量的主要因素是温度和乙醇浓度,其最佳条件为固液比1B 20、乙醇浓度95%、抽提时间30min 、温度35e 、抽提次数2次,PC 含量富集到45.1%,提取率可达到62.0%。关键词:大豆磷脂;提纯;磷脂酰胆碱

中图分类号:T Q5.9+6 文献标识码:A 0 引言

磷脂酰胆碱(PC),俗称卵磷脂,是一种在动植物中分布很广的天然两性表面活性剂。它无毒、无刺激、易生物降解,具有特殊的生理功效,在食品、医药、化妆品等领域有广泛的用途。但是目前国内对于大豆磷脂的生产开发还停留在浓缩磷脂和粉末磷脂的阶段,制备高含量卵磷脂产品的技术还很落后,市场所需求的高纯卵磷脂主要依靠进口112。

大豆磷脂是多种磷脂的混合物,主要组分为磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)、磷脂肌醇等,此外还含有相当量的甘油三醇、游离脂肪酸以及糖类化合物等。为了提高大豆磷脂中磷脂酰胆碱的含量,本试验以浓缩大豆磷脂为原料,利用磷脂难溶于丙酮而脂肪酸易溶于丙酮,磷脂酰胆碱易溶于乙醇而磷脂酰乙醇胺、磷脂肌醇等不溶于乙醇的性质,提取富集磷脂酰胆碱。由于丙酮主要去除粗磷脂中的可溶性脂肪酸、残留水分及其它微量杂质,磷脂的量并没有改变,所以以丙酮不溶物作为评价指标,考察了丙酮用量、反应时间和温度对丙酮不溶物的影响,乙醇提取试验选用L 15正交表进行,研究了乙醇用量、固液比、温度、时间、抽提次数对PC 含量和提取率的影响。1 材料与方法

1.1 原材料及主要化学试剂

浓缩大豆磷脂购自湖南某有限公司,其原料性质见表1。

主要试剂:丙酮、无水乙醇、氯仿、甲醇、碘、二次蒸馏水(均为分析纯)、PC 标准品(Sigma 公司)。

表1 原料性质

外观性状丙酮不溶物/%PC /%PE /%苯不溶物/%水分/%酸价

过氧化值砷

/(mg #kg -1)

铅

/(mg #kg -1)

棕黄色粘稠状液体

65.3

17.8

16.3

0.2

0.4

25.7

6.3

1

3

1.2 主要仪器设备

RE -85Z 旋转蒸发器:上海青浦沪西仪器厂;ZK -82B 型真空干燥箱:上海市实验仪器总厂;JB -3型定

X 收稿日期:2004-03-11

作者简介:柳建设(1958-),男,湖南沙市人,教授,研究方向:资源生物提取及生化分离技术的研究

l .4 陕西科技大学学报 Aug.2004#46# JOU RNAL OF SHAAN XI U N IV ERSIT Y OF SCIENCE &T ECHNO LOG Y V ol.22

时恒温磁力搅拌器:上海雷磁仪器厂;LG10-2.4A 离心机:北京医用离心机厂;SH 2-D 循环水式真空泵:郑州杜甫仪器厂;UV -9100紫外可见分光光度计:北京瑞利分析仪器公司。1.3 试验方法

1.3.1 大豆卵磷脂的提纯工艺流程及步骤

浓缩大豆磷脂

丙酮脱油

沉淀物真空干燥

粉末磷脂乙醇浸提

乙醇提取液浓缩回收乙醇

蜡状卵磷脂

准确称取一定量的浓缩大豆磷脂,放入带有回流装置和温度计的三口瓶中,加入适量的丙酮,按试验要求搅拌一定时间后,倒出含油上清液。重复上述操作,然后将下层物质放入真空干燥箱烘干至恒重,得到粉末状脱油磷脂(丙酮可回收循环使用)。取一定量脱油磷脂于三口瓶中,加入一定量的乙醇,按试验要求搅拌一定时间,静置分层,倒出上层乙醇液,置于旋转蒸发器回收乙醇,蒸至几乎无液体滴下时,倒出烧瓶内的物质,并用少量丙酮多次洗涤得到蜡状卵磷脂。1.3.2 分析方法

粉末磷脂中的丙酮不溶物按照重量法分析122。PC 含量用薄层-分光光度法测定132。2 结果与讨论2.1 丙酮脱油试验

2.1.2 丙酮用量对脱油效果的影响

在一定的搅拌速度及水浴条件下保持提取温度40e 、时间15min 提取2次,改变丙酮的加入量,研究其对丙酮不溶物的影响,结果如图1所示。随着丙酮用量的增加,丙酮不溶物的含量迅速上升;当丙酮用量为200m L 时,丙酮不溶物的含量达到最高,随后呈下降趋势。根据菲克第二定律,丙酮用量增加,浓度梯度增大,扩散速率也增大,从而可有效的去除杂质,所以取丙酮用量为200mL 最佳。2.1.2 反应时间对脱油效果的影响

在一定的搅拌速度及水浴条件下保持提取温度40e 并加入丙酮150mL 提取2次,研究不同时间对丙酮不溶物的影响,结果如图2所示。由图2可以看出时间对丙酮不溶物含量的影响不大,尤其在反应15min 以后曲线更加平稳。长时间的提取只会增加成本,造成不必要的损耗,故取反应时间15min 为最佳条件。2.

1.3 反应温度对脱油效果的影响

图3 反应温度与丙酮不溶物的关系

在提取时间为15min,丙酮用量为150m L 的水浴条件下提取2次,试验结果如图3所示。可以看出,随着温度的升高,丙酮不溶物的含量也逐步升高,在40e 时达到最高,温度继续上升,则丙酮不溶物的含量呈下降趋势。这是由于温度升高时分子热运动加剧,动能增大,同时温度升高引起的热扩散又使溶液粘度降低,这都使扩散系数增大,有利于提高油脂的宏观传质速率。但是温度过高(高于40e )时,一方面会导致丙酮大量挥发,另一方面会引起磷脂发粘,附着在容器壁上,使实验无法进行。2.2 乙醇提取富集PC 实验

为了得到PC 含量高、产率高的大豆卵磷脂,采用L 15正交#

47#第4期柳建设等:高含量大豆磷脂酰胆碱的提纯工艺研究

试验进一步提纯,考察乙醇浓度、固液比、温度、时间、抽提次数对PC 含量的影响。

表2 正交试验因素与水平

A

固液比/(g #mL -1)

B

乙醇浓度/%

C 温度/e D

时间/min

E 抽提次数

水平110B 10010030101水平210B 1509535202水平310B 2009040303水平

4

10B 250

85

45

40

4

表3 正交试验结果

序号固液比/(g #mL -1

)乙醇浓度/%温度/e 时间/min

抽提次数

PC 含量/%提取率/%110B 1001003010121.750.7210B 100953520242.259.2310B 100904030326.354.4410B 100854540423.8.0510B 1501003530434.961.2610B 150953040328.060.1710B 150904510226.151.7810B 150854020128.251.2910B 2001004040233.847.71010B 200954530131.154.91110B 200903020426.750.11210B 200853510330.755.71310B 2501004020330.546.51410B 250954510427.954.31510B 250903540128.456.416

10B 250

8530302

25.353.4表4 各因素对PC 含量的影响

A B C D E K 1114.0120.8101.6106.4109.6K 2117.2129.2136.4127.6127.6K 3122.4107.6116.4117.6115.6K 4112.0108.0111.2114.0113.2k 128.530.225.426.627.4k 229.332.334.131.931.9k 330.626.929.129.428.9k 428.027.027.828.528.3R

2.6

5.4

8.6

5.3

4.5

可以根据表4中极差R 的大小判断各因素对产品中PC 含量的影响程度,这5个因素对PC 含量影响的主次顺序为:C 、B 、D 、E 、A ,即温度、乙醇浓度、时间、抽提次数、固液比。从指标随因素变化的情况可以看出,最优分离条件为A 3B 2C 2D 2E 2,即固液比为1B 20,乙醇浓度为95%,抽提时间为20min,温度为35e ,抽提次数为2次。

表5 各因素对PC 提取率的影响

A B C D E K 1212.4206.0214.4212.4213.2K 2224.4228.4232.4207.2212.0K 3208.4212.8207.6224.0216.8K 4210.8208.4201.2212.4213.6k 153.151.553.653.153.3k 256.157.158.151.853.0k 352.153.251.956.054.2k 452.752.150.353.153.4R

4.0

5.6

7.9

4.2

1.2

从表5可以根据极差R 的大小判断各因素对提取率的影响程度,这5个因素对PC 提取率影响的主次顺序为:C 、B 、D 、A 、E ,即温度、乙醇浓度、时间、固液比、抽提次数。从指标随因素变化的情况可以看出,最优分离条件为A 2B 2C 2D 3E 3,即固液比为1B 15,乙醇浓度为95%,温度为35e ,抽提时间为30min,

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48#陕西科技大学学报第22卷

抽提次数为3次。

由上可见,对卵磷脂提取效果的主要影响因素是温度、乙醇浓度和时间,固液比和提取次数影响作用最小,从经济和回收溶剂的角度考虑选用固液比为1B 20,提取次数为2次,所以因素的最佳组合是A 3B 2C 2D 3E 2,即固液比为1B 20,乙醇浓度为95%,温度为35e ,抽提时间为30min,抽提次数为2次。2.3 验证实验的结果

根据以上试验,在丙酮用量为200mL 、萃取时间为15m in 、萃取温度为40e 的条件下制得的脱油粉末磷脂为黄色粉末状,丙酮不溶物含量为97.6%,PC 含量为20.6%;在乙醇浓度为95%,固液比为10B 200,提取时间为30min,温度为35e ,抽提次数为2次的条件下提取,PC 含量提高到45.1%,提取率可达到62.0%。3 结论

(1)从丙酮脱油试验可以得到以下结论:丙酮用量增加,反应时间加长,温度升高,则脱油效果好。但丙酮过多,时间过长、温度过高反而对磷脂脱油不利。得到脱油效果最佳时的工艺条件为:丙酮用量200mL 、萃取时间15m in 、萃取温度40e ,所得到的脱油磷脂为黄色粉末状固体,丙酮不溶物含量为97.6%,PC 含量为20.6%。

(2)通过乙醇提取正交试验可得出对卵磷脂提取效果的主要影响因素是温度、乙醇浓度,其次是时间,固液比和提取次数影响作用最小;最佳工艺条件:固液比为10B 200、乙醇浓度为95%、抽提时间为30min 、温度为35e 、抽提次数为2次,PC 含量由20.6%富集到45.1%,提取率可达到62.0%。

(3)采用安全试剂丙酮和乙醇提取大豆粗磷脂大大提高了PC 的含量,附加值显著提高;此工艺成本低廉,工艺简单,操作方便,易于实现工业化。

参考文献

112齐继成.国内外大豆磷脂生产和开发应用概况(上)1J 2.中国制药信息,2000,16(2):4~8.122徐晨.大豆卵磷脂的提纯研究1J 2.天然产物研究与开发,1997,10(2):75~78.

132张卓勇,罗茜,郭黎平.吉林大豆中卵磷脂的成分提取与分析1J 2.东北师大学报自然科学版,2001,33(2):37~43.

STUDY O N PURIFICATION O F SOYBEAN PHOSPHATIDYLCHOLINE

LIU Jian -she 1,GE Yu -qing 1,ZHAO Sh-i min 2

(1.Colleg e of Resources Processing and Bioengineering,Centr al South U niversity ,Changsha 410083,China;2.College of Chem -istry and CHemical Engineering,Shaanx i U niversity of Science &T echnolo gy,Xiany ang 712081,China)

Abstract:In order to improve the content of phosphatidylcholine(PC),a study has been carried out on the use

of acetone and alcohol to extract PC from soybean lecithin.After degreased w ith acetone,dried in vacuum,extracted w ith alcohol and decompressed condense at last,the purer phosphatidylcholine(PC)w as prepared.Acetone and alcohol could reclaim.A result showed that acetone insoluble residue w as up to 97.6%w ith ace -tone volume 200mL,ex traction time 15min and temperature 40e .The ex periment of alcohol extraction adopted the L 15orthogonal test and inspected the effect of alcohol concentration,soybean lecithin/alcohol,extraction time,temperature and tim es to content of PC.It w as found that the main influencing factors of PC content w ere temperature and alcohol concentration.The best conditions obtained by the orthogonal tests were as follows:soybean lecithin B alcohol 10B 200,alcohol concentration 95%,ex traction time 30min,temperature 35e ,extract tw ice,The PC content and yield w ere 45.1%and 62.0%respectively.Key words :soybean lecithin;purification;phosphatidylcholine

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