以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法 【技术领域】
本发明涉及一种以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法，属于生物化学技术领域。
背景技术
大量的基础研究、流行病调查、动物实验、人体实验及临床观察表示，α-亚麻酸具有抑制血栓性疾病、预防心肌梗塞和脑梗塞、抑制出血性的发生和转移、抑制过敏性反应、降血脂、抗衰老、抗炎、保护视力、增长智力等多方面的生理作用，这些作用已被国际医学界、营养学界所公认。这种人体不能合成的必须脂肪酸富含于植物油中，因此，对于从植物油脂中高纯度、高得率、科学合理地分离与提取α-亚麻酸就成了人们普遍关注的问题。
一般对脂肪的分离方法有减压(真空)精馏法、冷冻压榨法、包络萃取法、溶液分离法、表面活性剂法等五种方法。其中减压(真空)精馏法需要复杂的设备和严密而苛刻的工艺条件，且在加热条件下的抗氧化问题尚未解决。其它四种方法的共同弱点是对于混合脂肪酸的某些组分只能粗略地区分，而不容易除去某一组分或提取某一组分。申请人通过从《美国专利数据库》和《MEDLINE数据库》联机检索，通过从《中医药保健品数据库》、《中国科技期刊中医药文献索引》、《国外医学》及《建国以来部以上医学卫生科技成果数据库》等检索查新，均未检出与本发明相关的文献资料。经中国国家中医药管理局、中国中医药文献检索中心对本发明进行检索查新，其结论是：未见相关成果及相关专利文献，未见有关以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法的研究报告，未见有关在规模生产中提取α-亚麻酸纯度超过75％、不饱和脂肪酸达到99.5％以上的研究报告。目前，国内外尚无与本发明相近似的研究开发的项目报告。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法。这种工艺方法主要应用膜过滤器和多极分子筛，而在不需要过于复杂、过于昂贵的设备情况下得以实施，使其工艺过程简明顺畅、工艺技术条件易于掌握和控制；在解决抗氧化问题的同时，有效地提高对α-亚麻酸提取的纯度和得率，最大限度地增强α-亚麻酸的耐储性。本发明达到了预期目的。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法，包括以植物油脂为原料经提纯获得纯油脂、经水解获得混合脂肪酸及甘油副产品地前处理工艺，分离工艺，后处理及提纯工艺，所述分离工艺是将混合脂肪酸与分离促进剂、抗氧化活性剂、表面活性剂混匀获得混合液，混合液在第一阶段冷却条件下经膜过滤器分离获得I液与I固，I液在第二阶段冷却条件下经膜过滤器分离获得II液与II固，II液在第三阶段冷冻条件下经膜过滤器分离获得III液与III固，III液在第四阶段冷冻条件下经膜过滤器分离获得IV液与IV固，所述后处理及提纯工艺是将IV液经加热获得脂肪酸并回收分余物，脂肪酸经膜过滤器分离提纯后进行多极分子筛蒸馏提纯，脂肪酸在经膜过滤器分离提纯的同时将杂质剔出并予以收集，经多极分子筛蒸馏提纯后获得α-亚麻酸产品，产品经分装包装后获得商品。
所述分离促进剂是由α-淀粉酶、磷酸、硼酸、抗坏血酸、生育酚、对丙烯基茴香醚、乙醇组成的，所述抗氧化活性剂是由维生素E、茶多酚组成的，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
所述分离工艺过程中设置有能够起到缓冲作用而使整套工艺过程流畅、有利于使物料均匀降温、有利于使α-亚麻酸得到充分分离的部分IV液返回III液、部分III液返回II液、部分II液返回I液和IV固返回III固、III固返回II固、II固返回I固、I固返回混合液的工艺过程，设置有I固经处理获得I脂肪酸(固体脂肪酸)的工艺过程，设置有IV固经处理进行回收的工艺过程，所述后处理及提纯工艺过程中设置有IV液经加热后对分余物回收的工艺过程，设置有脂肪酸经膜过滤器分离提纯后进行收集杂质的工艺过程。
所述分离工艺过程中的混合脂肪酸与分离促进剂、抗氧化活性剂、表面活性剂的混匀时是在常压、室温条件下，时间控制在24分钟至36分钟之间，混合液在第一阶段冷却条件下经膜过滤器分离时是在常压条件下温度控制在17℃至4℃之间、时间控制在3-5小时之间，I液在第二阶段冷却条件下经膜过滤器分离时压力控制在0.1mPa至0.3mPa之间、温度控制在12℃至-3℃之间、时间控制在3小时至5小时之间，II液在第三阶段冷冻条件下经膜过滤器分离时压力控制在0.3mPa至0.5mPa之间、温度控制在5℃至-11℃之间、时间控制在3小时至5小时之间，III液在第四阶段冷冻条件下经膜过滤器分离时压力控制在0.5mPa至0.7mPa之间、温度控制在-3℃至-19℃之间、时间控制在3小时至5小时之间，所述后处理及提纯工艺过程中的IV液进行加热的温度控制在76℃至84℃之间，膜过滤器分离提纯是在常温、常压条件下进行的，多极分子筛蒸馏提纯的压强控制在10PA数量级(103托数量级)、温度控制在150℃以下、受热时间控制在20秒钟以内。
所述混合液在第一阶段冷却条件下经膜过滤器分离时、I液在第二阶段冷却条件下经膜过滤器分离时、II液在第三阶段冷冻条件下经膜过滤器分离时、III液在第四阶段冷冻条件下经膜过滤器分离时、以及脂肪酸经膜过滤器分离提纯时，所使用的膜为疏水膜。
由于采用了本发明的技术方案，使得本发明以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法具有如下有益效果：
1、由于本发明研究设定了主要应用膜过滤器和多极分子筛的设备装置，从而在不需要过于复杂、过于昂贵的设备情况下使本发明的工艺方法得以实施，从而获得了节省投资、降低成本的有益效果。
2、由于本发明研究设定了混合液在I冷、II冷、III冷、IV冷条件下的膜过滤器分离工艺，研究设定了IV液经加热获得的脂肪酸进行膜过滤器分离提纯、多极分子筛蒸馏提纯等后处理及提纯工艺，研究设定了部分IV液返III液、部分III液返II液、部分II液返I液的使物料均匀降温、有利于使α-亚麻酸充分得到分离、起到使整套工艺过程缓冲的工艺技术，研究设定了IV固返III固、III固返II固、II固返I固、I固处理得I脂酸(固体脂肪酸)、IV固经处理进行回收的工艺过程，从而获得了使整套工艺过程简明顺畅、工艺技术易于掌握和控制、便于推广应用的有益效果。
3、由于本发明研究设定了将混合脂肪酸与分离促进剂的混匀工艺工程，从而获得了有效分离并提取α-亚麻酸、提高α-亚麻酸得率的有益效果。
4、由于本发明研究设定了将混合脂肪酸与表面活性剂的混匀工艺过程，从而获得了提高α-亚麻酸提取纯度的有益效果。
5、由于本发明研究设定了将混合脂肪酸与抗氧化活性剂的混匀工艺工程，其中抗氧化活性剂中维生素E的添加量为1％-1.5％，相当于先进国家规定的人体所需摄入量，从而既获得了使α-亚麻酸最大限度地增强耐储性的有益效果，同时又获得了借以弥补大多数人维生素E缺乏的有益效果。
6、由于本发明研究设定了多极分子筛提纯的工艺过程，使得分子蒸馏温度远低于物料沸点，蒸馏压强低、受热时间极短(在20秒以内，而真空蒸馏为一小时)，从而获得了既可有效地除有机溶剂及其它杂质而实现脱味、脱臭、脱色的有益效果，同时又可获得使提取物不被氧化而保持天然品质的有益效果。
说明书附图
说明书附图为本发明以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法的流程示意图。
【具体实施方式】
下面结合说明书附图，对本发明以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法作详细描述，正如说明书附图所示：
一种以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法，包括以植物油脂为原料经提纯获得纯油脂、经水解获得混合脂肪酸及甘油副产品的前处理工艺，分离工艺，后处理及提纯工艺，所述分离工艺是将混合脂肪酸与分离促进剂、抗氧化活性剂、表面活性剂混匀获得混合液，混合液在第一阶段冷却条件下经膜过滤器分离获得I液与I固，I液在第二阶段冷却条件下经膜过滤器分离获得II液与II固，II液在第三阶段冷冻条件下经膜过滤器分离获得III液与III固，III液在第四阶段冷冻条件下经膜过滤器分离获得IV液与IV固，所述后处理及提纯工艺是将IV液经加热获得脂肪酸并回收分余物，脂肪酸经膜过滤器分离提纯后进行多极分子筛蒸馏提纯，脂肪酸在经膜过滤器分离提纯的同时将杂质剔出并予以收集，经多极分子筛蒸馏提纯后获得α-亚麻酸产品，产品经分装包装后获得商品。
所述分离促进剂是由α-淀粉酶、磷酸、硼酸、抗坏血酸、生育酚、对丙烯基茴香醚、乙醇组成的，所述抗氧化活性剂是由维生素E、茶多酚组成的，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
所述分离工艺过程中设置有能够起到缓冲作用而使整套工艺过程流畅、有利于使物料均匀降温、有利于使α-亚麻酸得到充分分离的部分IV液返回III液、部分III液返回II液、部分II液返回I液和IV固返回III固、III固返回II固、II固返回I固、I固返回混合液的工艺过程，设置有I固经处理获得I脂肪酸(固体脂肪酸)的工艺过程，设置有IV固经处理进行回收的工艺过程，所述后处理及提纯工艺过程中设置有IV液经加热后对分余物回收的工艺过程，设置有脂肪酸经膜过滤器分离提纯后进行收集杂质的工艺过程。
所述分离工艺过程中的混合脂肪酸与分离促进剂、抗氧化活性剂、表面活性剂的混匀时是在常压、室温条件下，时间控制在24分钟至36分钟之间，混合液在第一阶段冷却条件下经膜过滤器分离时是在常压条件下温度控制在17℃至4℃之间、时间控制在3小时至5小时之间，I液在第二阶段冷却条件下经膜过滤器分离时压力控制在0.1mPa至0.3mPa之间、温度控制在12℃至-3℃之间、时间控制在3小时至5小时之间，II液在第三阶段冷冻条件下经膜过滤器分离时压力控制在0.3mPa至0.5mPa之间、温度控制在5℃至-11℃之间、时间控制在3小时至5小时之间，III液在第四阶段冷冻条件下经膜过滤器分离时压力控制在0.5mPa至0.7mPa之间、温度控制在-3℃至-19℃之间、时间控制在3小时至5小时之间，所述后处理及提纯工艺过程中的IV液进行加热的温度控制在76℃至84℃之间，膜过滤器分离提纯是在常温、常压条件下进行的，多极分子筛蒸馏提纯的压强控制在10PA数量级(103托数量级)、温度控制在150℃以下、受热时间控制在20秒钟以内。
所述混合液在第一阶段冷却条件下经膜过滤器分离时、I液在第二阶段冷却条件下经膜过滤器分离时、II液在第三阶段冷冻条件下经膜过滤器分离时、III液在第四阶段冷冻条件下经膜过滤器分离时、以及脂肪酸经膜过滤器分离提纯时，所使用的膜为疏水膜。
实施例1
本实施例为单元实验之一，主要是对混匀工艺程序的时间控制进行实验与确定。即：将工艺过程的其他各工艺条件固定，对混匀工序的时间控制予以变化，以确定最佳时间控制。具体实施做法是：I冷在常压下、冷却温度为10℃、时间为4小时，II冷压力为0.2mPa、冷却温度为4℃、时间为4小时，III冷压力为0.4mPa、冷冻温度为-4℃、时间为4小时，IV冷压力为0.6mPa、冷冻温度为-11℃、时间为4小时，加热温度为81℃，膜过滤器分离提纯在常温、常压下进行，多极分子筛蒸馏提纯的压强为10PA数量级(103托数量级)、温度为150℃、受热时间为20秒。在上述这些工艺技术条件确定之后，对混合脂肪酸与分离促进剂、抗氧化活性剂、表面活性剂的混匀时间控制参数进行单元正交、优选试验，获得了时间控制在24分钟至36分钟之间较为满意的效果，其中混匀的控制时间在28分钟至33分钟之间完成其效果最佳。
实施例2
本实施例为单元试验之二。主要对混合液在第一阶段冷却条件下进行膜过滤器分离时温度、时间技术参数的研究并确定。首先进行控制温度最佳参数的试验与确定：以实施例1确定的混匀时间控制在28分钟至33分钟之间，其他技术参数如实施例1所述不变，在常压下进行I冷、膜过滤器分离的温度控制参数的正交、优选试验，获得了温度控制在17℃至4℃较为满意的效果，其中温度控制在15℃至8℃之间的效果最佳。其次进行时间最佳案数的试验与确定：仍以实施例1确定的混匀时间控制在28分钟至33分钟之间，I冷、膜过滤器分离的温度控制在15℃至8℃之间，其他技术参数如实施例1所述不变，在常压下进行I冷、膜过滤器分离的控制时间参数的正交、优选试验，获得了时间控制在3小时至5小时之间较为满意的效果，其中时间控制在四小时的效果最佳。
实施例3
本实施例为单元实验之三。主要是对I液在第二阶段冷却条件下进行膜过滤器分离时压力、温度、时间技术参数的研究与确定。延用实施例1、实施例2确定的技术参数，混匀时间控制在28分钟至33分钟之间，常压下I冷的膜过滤器分离温度控制在15℃至8℃之间、时间控制为四小时，其他技术参数如实施例1所述不变。分别对I液在第二阶段冷却条件下进行膜过滤器分离时压力、温度时间技术参数的研究确定。经诸项正交优选试验，获得了压力控制在0.1mPa至0.3mPa之间、温度控制在12℃至-3℃之间、时间控制在3小时至5小时之间较为满意的效果，其中压力为0.2mPa、温度控制在8℃至1℃之间、时间为四小时的效果最佳。
实施例4
本实施例为单元试验之四。主要是对II液在第三阶段冷冻条件下进行膜过滤器分离时压力、温度、时间技术参数的研究与确定。延用实施例1、2、3所确定的技术参数，混匀时间控制在28分钟至33分钟之间，常压下I冷的膜过滤器分离温度控制在15℃至8℃之间、时间控制为四小时，I液在第二阶段冷却条件下进行膜过滤器分离时压力控制为0.2mPa、温度控制在8℃至1℃之间、时间为四小时，其他技术参数如实施例1所述不变。分别对II液在第三阶段冷冻条件下进行膜过滤器分离时压力、温度、时间技术参数的研究、试验与确定。经诸项正交、优选试验，获得了压力控制在0.3mPa至0.5mPa之间、温度控制在5℃至-11℃之间、时间控制在3小时至5小时较满意的效果，其中压力为0.4mPa、温度为1℃至-7℃之间、时间为四小时效果最佳。
实施例5
本实施例为单元试验之五。主要是对III液在第四阶段冷冻条件下进行膜过滤分离时压力、温度、时间技术参数的研究与确定。延用实施例1、2、3、4所确定的技术参数。即：混匀时间控制在28分钟至33分钟，常压下I冷的膜过滤器分离温度控制在15℃至8℃、时间控制为四小时，I液在第二阶段冷却条件下进行膜过滤器分离时压力控制为0.2mPa、温度控制在8℃-1℃之间、时间控制为四小时，II液在第三阶段冷冻条件下进行膜过滤器分离时压力控制为0.4mPa、温度控制在1℃至-7℃之间、时间控制为四小时。分别对III液在第四阶段冷冻条件下进行膜过滤器分离时压力、温度、时间技术参数的研究、试验与确定。其他技术参数如实施例1所述不变。经诸项正交、优选试验，获得了压力控制0.5mPa至0.7mPa之间、温度控制在-3℃至-19℃之间、时间控制在3小时至5小时之间较满意的效果，其中压力为0.6mPa、温度为-7℃至-15℃之间、时间为四小时效果最佳。
实施例6
本实施例为单元实验之六。主要是对后处理及提纯工艺中IV液的加热工序技术参数的研究、试验与确定。延用实施例1、2、3、4、5中确定的最佳技术参数，其他技术参数如实施例1所述不变。经正交、优选试验，获得了IV液在加热时温度控制在76℃至84℃之间的较满意效果，当温度控制在80℃时效果最佳。
实施例7
本实施例为单元试验之七，主要是对后处理及提纯工艺过程中多极分子筛蒸馏提纯工序的压强、温度、受热时间技术参数的研究试验与确定。延用实施例1、2、3、4、5、6中确定的最佳技术参数，经诸项正交、优选试验，多极分子筛蒸馏提纯的压强控制在10PA数量级(103托数量级)、温度控制在150℃以下，受热时间控制在20秒钟以下可获得最佳效果的技术参数。
实施例8
按照本发明说明书附图以膜分离技术从植物油中提取α-亚麻酸的工艺方法的流程示意图所示：取苏子植物油300公斤，经提纯获得纯净的油脂，纯净的油脂经水解在剔出甘油副产品后获得混合脂肪酸，从而以常规方法完成前处理工艺。在混合脂肪酸中加入由α-淀粉酶、磷酸、硼酸、抗坏血酸、生育酚、对丙烯基茴香醚、乙醇组成的分离促进剂，加入由维生素E、茶多酚组成的抗氧化活性剂，加入0.2％至0.5％的十二烷基磺酸钠表面活性剂，于28分钟至33分钟的时间内将其混合均匀而获得混合液，混合液以每小时10公斤至20公斤的流量均匀连续向下道工序流。混合液在第一阶段冷却条件下进行膜过滤器分离。即混合液在常压下、控制温度在15℃至8℃之间、进行四小时的膜过滤器分离，经分离在剔出I固后而获得I液；其中I固再返回混合液。I液在第二阶段冷却条件下进行膜过滤器分离。即：I液进行膜过滤器分离时，压力控制为0.2mPa、温度控制在8℃至1℃之间、时间为四小时。经过此次分离，在剔出II固并返回I固去的同时获得II液，II液的20％返回I液。II液进入第三阶段冷冻条件下的膜过滤器分离。即：II液进行膜过滤器分离时，压力控制为0.4mPa、温度控制在1℃至-7℃之间、时间控制为四小时。经过此次分离，在剔出III固并返回II固去的同时获得III液，III液的20％返回II液。III液进入第四阶段冷冻条件下的膜过滤器分离。即：III液进行膜过滤器分离时，压力控制为0.6mPa、温度控制在-7℃至-15℃之间、时间控制为四小时。经过此次分离，在剔出IV固并返回III固去的同时获得IV液，IV液的20％返回III液。待混合液流净时对I固进行去杂质、加热、过滤的处理，从而获得固体脂肪酸。待III液流净时对IV固进行去杂质、加热、过滤的处理，同样获得固体脂肪酸。I固、IV固经处理获得的固体脂肪酸约占投料量的0.5％至1％。从而以暂新的工艺技术完成了分离工艺。IV液以80℃的温度予以加热，通过加热，在回收工业油酸分余物的同时获得脂肪酸。对脂肪酸进行膜过滤器分离提纯并收集杂质。经过膜过滤器分离提纯的脂肪酸再进行多极分子筛蒸馏提纯，进行多极分子筛蒸馏提纯时，压强控制在10PA数量级(103托数量级)、温度控制在150℃以下、受热时间控制在20秒以内。经过多极分子筛蒸馏提纯，获得所要提取的α-亚麻酸。从而，也同样以暂新的工艺技术完成了后处理及提纯工艺。在分离工艺、后处理及提纯工艺过程中，凡涉及应用膜过滤器分离与提纯时所使用的膜均为疏水膜。经过前处理工艺、分离工艺、后处理及提纯工艺的整套工艺方法，基本上把饱和脂肪酸从油脂的混合脂肪酸中除去。最后产品的十八碳不饱和脂肪酸含量达到99.3％至99.6％。对提取出的α-亚麻酸产品，经分装包装而获得α-亚麻酸商品。