全 文 ：第 28 卷 第 4 期
2011 年 12 月
广东工业大学学报
Journal of Guangdong University of Technology
Vol． 28 No． 4
December 2011
收稿日期: 2011-07-00
基金项目: 广东工业大学 211 工程培育项目( 20091015)
作者简介: 林非凡( 1984-) ，男，硕士研究生，主要研究方向为 α －亚麻酸的提纯优化及降低血脂功能．
通讯作者: 谭竹钧( 1955-) ，男，教授，主要研究方向为生物化工． E-mail: zjtan55@ 126． com
尿素包合法提高亚麻油中
α －亚麻酸含量的工艺条件优化
林非凡，谭竹钧
( 广东工业大学 轻工化工学院，广东 广州 510006)
摘要: 采用尿素包合法从亚麻中纯化亚麻油以提高 α －亚麻酸含量．利用响应面分析法对尿素包合法纯化 α －亚麻
酸工艺条件进行了优化．实验表明，最佳的包合反应条件为混合脂肪酸、尿素、无水乙醇的质量比是 1∶ 3∶ 7，包合温
度为 － 20 ℃，包合时间为 30 h，此时 α －亚麻酸的质量分数为 93. 27% ．本方法简便易行，可以为新药开发与工业化
生产提供依据．
关键词: 亚麻油; α －亚麻酸;尿素包合法;响应面法优化实验设计
中图分类号: TS255． 1 + 9 文献标志码: A 文章编号: 1007-7162( 2011) 04-0079-04
α －亚麻酸是人体必需的不饱和脂肪酸，人体自
身不能合成，需要通过膳食摄取［1］，它在人体内参与
磷脂合成并转化为人体必需的 EPA ( 二十碳五烯
酸) 和 DHA( 二十二碳六烯酸) ，以维持生命的正常
生理功能．有关研究已证实 α －亚麻酸的缺乏是导
致老年痴呆、癌症、心脑血管疾病、高血压、高血脂以
及糖尿病等的重要诱因［2］．全球每年保健品、食品及
医药市场对高纯度 α －亚麻酸原料的需求量超过
2 000 t［3］，但至今尚未见高纯度 α －亚麻酸( 质量分
数大于 90% ) 新资源产业化研究的报道．
亚麻( Linum Usitatissimum ) 为一年生草本植
物［4］，主要生长于较温暖地区，中国、加拿大、印度、
阿根廷、美国等国都有较大规模种植．亚麻油富含多
种脂肪酸，包括棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻
酸等，其中 α －亚麻酸质量分数达 40% ～ 60%［5］．本
文拟采用脂肪酶水解亚麻油得到混合脂肪酸［6］，然
后利用尿素包合法除去混合脂肪酸中饱和的低不饱
和的脂肪酸而得到纯化的 α －亚麻酸，并应用气相
色谱法测定 α －亚麻酸含量．
1 实验部分
1． 1 材料与仪器
亚麻籽: 购自呼和浩特市农产品市场，由内蒙
古大学教师鉴定为亚麻科植物亚麻( Linum Usitatis-
simum) 的种籽，亚麻籽粉碎后过 80 目筛; 石油醚、
无水乙醇: 广州市华鑫仪器有限公司，分析纯;脂肪
酶( 17 000 u /g) : 阿拉丁试剂( 上海) 有限公司，分
析纯; 猪胆酸钠: 广州鼎国生物技术有限公司，分析
纯; OP －乳化剂: 天津市大茂化学试剂厂，分析纯．
GC2010 气相色谱仪: 日本岛津公司; 恒温磁力搅拌
器、恒温水浴锅、电热恒温鼓风干燥箱: 上海博泰实
验设备有限公司;索氏提取装置:广州市华鑫仪器有
限公司．
1． 2 实验条件
气相色谱分析条件: 色谱柱，J＆WDB －17 石英
毛细柱( 30 m × 0. 25 mm × 0. 25 μm) ; 检测器，FID;
色谱柱温 150 ℃保留 1 min，以 10 ℃ /min 升温至
180 ℃，保留 5 min，再以 5 ℃ /min升温至 210 ℃，保
留 3 min，再以 30 ℃ /min 升温至 230 ℃，保留 20
min;载气，N2 ;进样量，0. 4 μL;气化室温度，270 ℃ ;
柱流量，1 mL /min．
1． 3 亚麻油的制备
称取一定量亚麻籽，粉碎后放入滤纸包中，将滤
纸包置于索氏提取器中，加入石油醚至平底烧瓶2 /3
处，将索氏提取装置置于 45 ℃恒温水浴锅内，接通
冷凝水进行水浴回流．提取 3 h，停止加热，冷却后取
出滤纸包，将平底烧瓶接到旋转蒸发器上回收石油
醚，即得到亚麻籽油．
1． 4 混合脂肪酸的制备
将得到的亚麻籽油与 OP 乳化剂、猪胆酸钠、脂
肪酶、磷酸缓冲液加入到恒温磁力搅拌器中搅拌一
段时间后，离心取上清液得到混合脂肪酸［7］．
1． 5 尿素包合法纯化亚麻油中 α －亚麻酸
称取 50 g尿素，按表 1 的比例加入无水乙醇作
溶剂，回流加热搅拌，使尿素溶解［8］．静置 10 min，加
入一定量混合脂肪酸，均匀混合后，置于冰箱，控制
在一定的温度下进行包合反应，析出尿素结晶包合
物．减压过滤，离心除去结晶，过滤，得到的溶液用
石油醚抽提，再分离有机相回收溶剂［9］．即得到较高
纯度的 α －亚麻酸，气相色谱法测定分离产品纯
度［10］．
1． 6 多因素响应面法优化分析实验
以包合温度，混合脂肪酸、尿素、无水乙醇的配
比和包合时间 3 个因素为研究对象，考察它们对 α
－亚麻酸含量的影响，通过响应面法对实验结果进行
分析，建立模型，得到尿素包合法分离亚麻油中 α －
亚麻酸的优化工艺条件．
1． 7 脂肪酸组成的测定
将所得脂肪酸装入具塞试管中，加入 2 mL石油
醚 －苯 ( φ石油醚 ∶ φ苯 = 1 ∶ 1 ) 溶解，再加入2 mL 0. 2
mol /L的 KOH －甲醇溶液，50 ℃水浴 30 min，冷却，
加入 2 mL饱和 NaCl溶液，4 000 r /min离心 10 min，
静置分层．取上清液进行气相色谱分析，脂肪酸组分
含量结果用面积－归一法计算．
2 结果与讨论
2． 1 多因素实验结果
采用响应面优化法，考察包合温度，混合脂肪
酸、尿素、无水乙醇的配比和包合时间 3 个因素对尿
素包合法分离亚麻油中 α －亚麻酸的影响． 实验结
果见表 1．
2． 2 尿素包合法实验模型拟合
使用 Design-Expert 软件对表 1 的数据进行分
析，得到相应的模型为:
y = 180. 581 38 + 3. 463 01 x1 + 21. 447 43 x2 －
10. 735 35 x3 － 0. 887 27 x1x2 + 0. 0124 62 x1x3 －
0. 008 888 89x2x3 + 0. 0809 69 x
2
1 － 5. 564 89x
2
2 +
0. 241 87 x23 ．其中，y 为 α －亚麻酸含量( % ) ; x1 为
包合温度; x2 为无水乙醇、尿素、混合脂肪酸质量
比; x3 为包合时间．
表 1 多因素实验安排及结果
水平
因素
A B C
包合温度
/℃
w无水乙醇 ∶
w尿素 ∶ w混合脂肪酸
包合时间
/h
α－亚麻酸
含量 /%
1 － 9 6∶ 3∶ 1 24 48． 36
2 － 20 4∶ 3∶ 1 24 52． 20
3 － 20 8∶ 3∶ 1 25 83． 80
4 － 20 6∶ 3∶ 1 30 86． 97
5 2 6∶ 3∶ 1 30 92． 35
6 － 9 4∶ 3∶ 1 30 83． 69
7 2 4∶ 3∶ 1 24 86． 43
8 － 9 6∶ 3∶ 1 24 85． 73
9 － 9 4∶ 3∶ 1 24 79． 70
10 － 9 4∶ 3∶ 1 24 72． 35
11 － 9 6∶ 3∶ 1 30 69． 50
12 － 9 8∶ 3∶ 1 30 87． 53
13 － 20 6∶ 3∶ 1 18 88． 56
14 － 9 8∶ 3∶ 1 18 69． 80
15 2 6∶ 3∶ 1 18 90． 65
16 2 8∶ 3∶ 1 24 88． 75
17 － 9 4∶ 3∶ 1 18 65． 80
2． 3 模型误差分析
通过 Design-Expert软件进行误差分析来验证模
型的显著性，结果见表 2．
表 2 模型误差分析
方差来源平方和 自由度 均方 F值 Prob ＞ F
x1 272． 03 1 272． 03 1． 62 0． 044 1
x2 217． 99 1 217． 99 1． 30 0． 022 4
x3 159． 58 1 159． 58 0． 95 0． 032 5
x1x2 214． 33 1 214． 33 1． 27 0． 006 2
x1x3 2． 71 1 2． 71 0． 016 0． 002 6
x2x3 0． 006 4 1 0． 006 4 0． 000 038 04 0． 005 3
x21 404． 15 1 404． 15 2． 40 0． 015 1
x22 41． 26 1 41． 26 0． 25 0． 015 6
x23 319． 23 1 319． 23 1． 90 0． 010 8
模型 1 648． 66 9 183． 18 1． 09 0． 022 9
残差 1 177． 55 7 168． 22
失拟项 368． 33 3 122． 78 0． 61 0． 144 7
纯误差 809． 22 4 202． 31
R2 /% 93． 54
信噪比 14． 832
由表2看出，模型 Prob ＞F值为0. 022 9 ＜0. 050 0，
表明该模型是高度显著的．因此模型中的 x1，x2，x3，
x1x2，x1x3，x2x3，x
2
1，x
2
2，x
2
3 均为显著的．模型失拟项的
Prob ＞ F 为 0. 144 7 ＞ 0. 050 0，模型失拟项不显著，
08 广 东 工 业 大 学 学 报 第 28 卷
模型选择合适． 同时，软件分析的模型相关系数 R2
为 93. 54%，大于 90%，说明模型相关度很好，模型
方程能很好地反映真实的实验值．因此，可以用该模
型方程来分析响应值的变化．
2． 4 各因素影响程度分析
各因素的 F 值可以反映出各个因素对实验指
标的重要性，F 值越大，表明对实验指标的影响越
大，即重要性越大． 从误差分析表可知: F ( x1 ) =
1. 62，F( x2 ) = 1. 30，F ( x3 ) = 0. 95． 因此，各因素对
尿素包合法提取亚麻油中 α －亚麻酸影响程度大小
顺序为: 包合温度 ＞无水乙醇、尿素、混合脂肪酸的
质量比 ＞包合时间．
2． 5 工艺参数优化
通过 Design-Expert软件进行分析，各因素交互
作用的等高线图和响应面如图 1、图 2 所示．
由图 1 可以看出，包合时间为 24 h，α －亚麻酸
的含量随包合温度( x1 ) 和无水乙醇、尿素、混合脂肪
酸的质量比( x2 ) 的变化较大．当包合温度为 2 ℃，无
水乙醇、尿素、混合脂肪酸的质量比为 1∶ 3∶ 4 时，α －
亚麻酸含量达到最大值 86. 43% ．
图 1 x1 和 x2 对 α －亚麻酸含量的等高线图和响应面曲线图
图 2 x1 和 x3 对 α －亚麻酸含量的等高线图和响应面曲线图
图 3 x2 和 x3 对 α －亚麻酸含量的等高线图和响应面曲线图
由图 2 可知，在无水乙醇、尿素、混合脂肪酸的
质量比为 1∶ 3 ∶ 6 时，α －亚麻酸的含量随包合温度
( x1 ) 和包合时间( x3 ) 的变化而产生较大变化． 当包
合温度为 － 9 ℃，包合时间为 24 h，α －亚麻酸含量达
到最大值 85. 73% ． 由图 3 可知，当包合温度为9 ℃
时，α －亚麻酸含量随无水乙醇、尿素、混合脂肪酸的
质量比( x2 ) 和包合时间( x3 ) 的变化产生较大变化，
当无水乙醇、尿素、混合脂肪酸的质量比为 8 ∶ 3 ∶ 1，
包合时间为 30 h，α －亚麻酸含量达最大值 87. 53% ．
进一步通过软件分析计算，得到最大响应值 y
18第 4 期 林非凡，等: 尿素包合法提高亚麻油中 α －亚麻酸含量的工艺条件优化
时 x1、x2、x3 对应的编码值分别为 x1 = － 0. 975，
x2 = 0． 612，x3 = 0. 989． 与其相对应的尿素包合法提
取亚麻油中 α －亚麻酸的最佳工艺条件为: 包合温
度 － 20 ℃，无水乙醇、尿素、混合脂肪酸的质量比为
7∶ 3∶ 1，包合时间为 30 h，在此条件下，α －亚麻酸的
含量最高，达到 93. 27% ． 在此条件下，相应的等高
线图和响应面曲线图如图 4 所示．
图 4 优化条件下的等高线图和响应面曲线图
3 结论
尿素包合法分离亚麻油中 α －亚麻酸的最佳工
艺条件为: 包合温度 － 20 ℃，无水乙醇、尿素、混合
脂肪酸的质量比为 7∶ 3∶ 1，包合时间为 30 h，在此条
件下，α －亚麻酸的含量达到 93. 27% ． 此法提取亚
麻油中 α －亚麻酸的影响因素顺序为: 包合温度 ＞
无水乙醇、尿素、混合脂肪酸的质量比 ＞包合时间．
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Urea Increasing α-linolenic Acid Content of Linseed Oil
in the Optimization Process
Lin Fei-fan，Tan Zhu-jun
( Faculty of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China)
Abstract: Urea was employed to increase α-linolenic acid content of linseed oil． Conditions for Urea purifying α-
linolenic acid process were optimized by using response surface analysis． Experimental results show the best condi-
tions for it are as follows: the inclusion reaction mixture of fatty acid，urea，ethanol( quality than) = 1∶ 3∶ 7，the
inclusion temperature is － 20 ℃，and the inclusion time is 30 hours，when α-linolenic acid content is 93. 27 % ．
The method is feasible for the development of new drugs，providing the basis for industrial production．
Key words: Linseed oil; α-linolenic acid; Urea; experimental design of Response Surface Optimization．
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