1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

1.1 概述

1.1.1角鲨烯、花生四烯酸及EPA的结构、性质及功能

（1）角鲨烯（Squalene）

角鲨烯为多不饱和脂肪族烃类化合物，是由日本化学家Mitsumaru Tsujimoto在深海软骨鲨鱼的肝油中首次发现获得的。角鲨烯又称鲨烯、三十碳六烯、鲨萜或鱼肝油萜等，其化学名称为2, 6, 10, 15, 19, 23-六甲基-2, 6, 10, 14, 18, 22-二十四碳六烯，为开链的三萜类化合物。角鲨烯易溶于醚类、酮类等有机溶剂，微溶于醇类和冰醋酸，极难溶于水，在常压下330^oC下分解。

角鲨烯分子结构中含有6个不饱和双键，具有极强的负载运输氧气的能力，为细胞提供大量氧气，增加细胞活力，有利于增强人体的治愈能力，并且具有提高体内超氧化物歧化酶（SOD）活性、护肝、抗癌、抗疲劳、抗衰老等多种生理功能。

角鲨烯广泛存在于动植物体内，尤其在深海鲨鱼的肝脏中最为丰富，含量一般在15~80 %。鲨鱼肝油中角鲨烯含量因鲨鱼种类、年龄、地理、种群的差异而不同。同时，角鲨烯也普遍存在于植物中的表皮、根部、枝叶等部位。比如苔藓类、藻类和蕨类植物中均含有角鲨烯，但含量都不高。在植物油中角鲨烯含量较为丰富，其中橄榄油和花生油中含角鲨烯含量较高，在玉米油、菜籽油、大豆等植物油中也有一定的含量，表1-1是常见植物油中角鲨烯的平均含量^[1]。

由表可知，山茶油中不仅含有大量的单不饱和脂肪酸及多不饱和脂肪酸，而且角鲨烯含量也较高，是一种多不饱和脂肪酸（烃）的重要的植物性来源。

表1-1 不同来源植物油脂中的角鲨烯含量

Table.1-1 Comparison of the content of squalene in different edible oil

油种类	单一不饱和脂肪酸(%)	多不饱和脂肪酸(%)	Squalene(%)
山茶油	82.3	12.0	0.08~0.22
橄榄油	77	9	0.2~0.4
玉米	21.1	63.2	0.015~0.03
花生油	13	78	0.021~0.032
菜籽油	48	34	0.018~0.028
大豆油	25	62	0.008~0.016

（2）花生四烯酸（Arachidonic acid，AA）

花生四烯酸，即全顺式-5,8,11,14-二十碳四烯酸，是一种ω-6型多不饱和脂肪酸（PUFA），化学式为：CH₃(CH₂)₄(CH=CH-CH₂)₄(CH₂)₂COOH，其中含有4个C=C双键，具有还原性，是一类重要的生理活性物质^[2]，且生物利用率很高。

AA在血液、肝脏、肌肉和其他器官系统中是与磷脂结合的结构性脂，具有重要的生理作用。此外，AA还是前列腺素E2（PGE2）、前列腺环素（PGI2）、血栓烷素A2（TXA2）和白细胞三烯和C4（LTC4）的直接前体。这些生物活性物质对脂质蛋白的代谢、血液流变学、血管弹性、白细胞功能和血小板激活等具有重要的调节作用。

（3）二十碳五烯酸（Eicosapentaenoic Acid，EPA）

EPA是一种ω-3系列的多不饱和脂肪酸，具有5个C=C双键。

EPA被称为”血管清道夫”，具有降低胆固醇和甘油三酯的含量，促进体内饱和脂肪酸代谢，降低血液粘稠度，增进血液循环，提高组织供氧和消除疲劳的作用，可用于防止脂肪在血管壁的沉积，预防动脉粥样硬化的形成和发展、预防脑血栓、脑溢血、高血压等心血管疾病。

1.1.2 角鲨烯、花生四烯酸及EPA的应用

1. 角鲨烯

研究表明，人体摄入角鲨烯后，能够增加高密度脂蛋白含量和携氧细胞体，迅速疏通血管，促进血液循环，有助于降压、降脂、降粘，增强人体的代谢功能，强化人体组织的修复能力，提高人体免疫力，抵抗机体因缺氧而引起的心脏病、糖尿病、肾病、中风等一系列慢性病症状及病发症状。角鲨烯具有极强的抗氧化能力^[5]和生物活性，对于肿瘤的治疗、抑制癌细胞生长、防止癌细胞扩散和因化疗而白细胞减少同样具有较好疗效^[6~12]。此外，角鲨烯还常作为杀菌剂，广泛应于预防和治疗细菌引起的上呼吸道感染、溃疡^[13]、痔疮^[14] 、皮肤病^[15]等。

角鲨烯是无色油状液体，热稳定，易在高温和紫外光照射的条件下生成过氧化物，可使皮肤免受外界辐射的伤害，有效防止皮肤水分散失，达到保湿作用，增强肌肤免疫力，可作为天然防晒霜和保湿剂用于护肤品中^[16~20]。

角鲨烯还是甾醇合成途径中重要的前驱物质，在人体内参与胆固醇的生物合成及多种生化反应。在日常膳食中，角鲨烯可以减少动物胆固醇和三酰甘油，促进动物体内的胆汁分泌，强化肝胆的功能，增加食欲，因此长期食用角鲨烯含量较高的食用油如山茶油、橄榄油等，可以降”三高”，延缓动脉粥样硬化形成和预防癌症等^[21]。

2. 花生四烯酸

AA是大脑中最丰富的长链多不饱和脂肪酸之一，AA缺乏导致婴幼儿发育中枢神经系统造成伤害。AA也是视网膜结构脂成分之一，可维持细胞膜的流动性和通透性，与视力发育息息相关。AA有很强的生物活性，在许多疾病的生理过程中发挥重要作用；它是合成前列腺素和血栓素的前体，对细胞完整发育有重大意义^[22]。AA对于造血干细胞有促进细胞增值的作用，也参与细胞的免疫调节^[23]；对心血管系统、肝、胆器官也有重大影响，参与多种生理功能的调节^[24]。

AA作为一种功能食品因子，对于降低胆固醇、提高机体免疫力有重大作用。AA还具有保护皮肤，给皮肤提供营养的功能。它对发炎的皮肤有抗炎作用，也可作为洗发护发产品促进毛发增生。

3. EPA的应用

心脑血管疾病在我国，发病率呈增长趋势，研究表明，该疾病与人类的饮食种类直接相关，尤其是脂肪酸的种类^[25]。EPA作为一种高度比饱和脂肪酸能降低低密度脂蛋白的含量，增加高密度脂蛋白的含量，改善人体血液循环，促进胆固醇排泄，从而达到降低总胆固醇含量的目的^[26]。

EPA抗炎作用的机理是抑制单核细胞和中性细胞中5－脂氧化酶的代谢途径，增加白三烯B5(LTB5)的合成。白细胞本身具有凝集能力、趋化性、游走性等特性，而LTB5的活性只有LTB4的十分之一，因此EPA通过增加LTB5的竞争性来抑制LTB4的形成，达到抗炎的目的。

EPA的结构中含有5个不饱和双键，使其成为脂质过氧化的天然产物，而这种脂质过氧化的物质对肿瘤细胞的增值具有抑制作用，它能缩短其染色体的端粒，影响肿瘤细胞的增值，达到促进肿瘤细胞凋亡的目的^[27]。

1.2 角鲨烯、花生四烯酸及EPA提取分离技术的研究进展

近年来，随着人们对野生动物保护意识的增强，加之深海鲨鱼生长期长、繁殖率低，以及过度捕捞，使得鲨鱼肝油资源日趋减少，同时人们对角鲨烯、不饱和脂肪酸的需求日益增多。因此，研究者们开始关注从植物油脂（如橄榄油、大豆油）中分离提取角鲨烯^[28]、花生四烯酸、EPA等多不饱和脂肪酸。由于植物油脂中角鲨烯和PUFA的含量低，且成分复杂，从植物油脂中分离提取角鲨烯和PUFA的技术难度较大。目前常用的技术包括分子蒸馏法、超临界流体萃取法、色谱柱分离法、低温结晶法、银离子络合法等。

1.2.1 分子蒸馏法

分子蒸馏法是一种在高真空条件下操作的蒸馏方法，蒸气分子的平均自由程大于或等于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，逸出分子可以不发生分子碰撞而直接到达冷凝面冷凝，从而利用料液中各组分蒸发速率的不同而对液体混合物进行分离。

（1）分子蒸馏法分离角鲨烯

Luidy Rodriguez Posada等^[29]采用三级连续分子蒸馏法从棕榈脂肪酸馏出物中提取生育三烯酚及角鲨烯等微量组分，最终产物中角鲨烯含量为3.94 %。Shi等^[30]研究分子蒸馏参数对棕榈油中角鲨烯含量的影响，表明此分离方法对富集角鲨烯有重大作用。彭万喜等^[31]发明了一种从巨尾桉中提取角鲨烯的工艺方法，该方法在1.330~0.133Pa的真空度下进行多次分子蒸馏，得到高含量的角鲨烯产品。Sun等^[32]使用分子蒸馏法提取分离角鲨烯，收率达到76%。陈世民等^[33]公开了一种采用二级分子蒸馏和硅胶柱色谱法集成的工艺方法分离纯化橄榄油不皂物中的角鲨烯，经过二级分子蒸馏后得到角鲨烯粗品纯度为51.08 %，将原料橄榄油中的角鲨烯含量由3.6 %提高到98 %。

（2）分子蒸馏法分离花生四烯酸

傅红^[34]等研究了多级分子蒸馏法提取深海鱼油中多不饱和脂肪酸的工艺方法，通过控制温度、压力得到不同含量的多不饱和脂肪酸。董宏祯^[35]等采用分子蒸馏技术富集微生物油脂中的花生四烯酸，并考察蒸发温度、刮膜器转速、冷凝温度、进样速率及操作压力对富集花生四烯酸效果的影响。结果表明，在最佳参数条件下，花生四烯酸产品的纯度和产率分别达到了67.48%和85.86%。

（3）分子蒸馏法分离EPA

史晋辉^[36]等利用分子蒸馏分离深海鱼油药用组分（EPA、DHA和DPA），通过研究各种因素对分离造成的影响得到该分离方法的最佳工艺条件：蒸馏温度300℃，进料速率0.7 L#183;h^-1，刮膜转速300 r#183;min^-1。饶华俊^[37]等采用分子蒸馏的方式建立分离富集鳀鱼油皂脚中EPA和DHA的工艺。主要研究蒸馏温度及蒸馏压力分离富集产品效果的影响，采用多级分子蒸馏更能获得高含量的产品并能提高回收率。采用五级分子蒸馏后获得60.50%总含量的EPA和DHA产品，回收率达62.79 %。

1.2.2 超临界流体萃取法

超临界流体萃取技术（Supercritical Fluid Extraction，SFE）是近年来应用较多的一项新型分离技术。该方法以超临界流体为萃取溶剂来替代传统的有机溶剂，从液体或固体中萃取可溶物质的分离方法^[38,39]。常用的超临界溶剂为CO₂。（1）超临界流体萃取技术提取分离角鲨烯

Rui Ruivo等^[40]利用超临界二氧化碳作为萃取剂，在膜反应器中分离模拟体系的角鲨烯和油酸混合物，分离效果较为满意，提取液中角鲨烯含量为63.5 wt%，残余液中含量为10 wt%。Luis Vazquez等^[41]利用逆流超临界二氧化碳萃取技术对橄榄油脱臭物中的角鲨烯进行分离，在温度343 K、压力150~230 bar等温无回流的萃取条件下，获得的产品中角鲨烯的质量分数达到90 %。Paolo Bondioli等^[42]利用超临界流体技术萃取回收橄榄油脱臭物中的角鲨烯，先将橄榄油脱臭物中成分游离，后用超临界二氧化碳萃取富集角鲨烯组分，再工艺回收角鲨烯产率高达90%。卞俊等^[43]通过单独萃取或辅助精馏萃取的方式，利用超临界二氧化碳萃取技术提取植物油脂中的角鲨烯。

（2）超临界流体萃取技术提取分离花生四烯酸

袁成凌^[44]等用超临界二氧化碳萃取技术分离微生物油脂中的花生四烯酸并探究对萃取结果造成影响的多种因素。陈文利^[45]等用超临界二氧化碳萃取被孢霉菌油脂及花生四烯酸，提高油脂、花生四烯酸的得率；考察各种参数对萃取结果的影响，发现温度对萃取结果影响较大。

（3）超临界流体萃取技术提取分离EPA

文震^[46]等采取超临界二氧化碳萃取精馏EPA。Espinosa等^[47]采用超临界二氧化碳萃取技术模拟分离EPA乙酯的热力学过程，并优化工艺参数得到高纯度的EPA乙酯。杨亦文等^[48]采用超临界流体萃取与液相色谱相结合的方式制备得到纯度较高的EPA乙酯：首先用C₁₈固定相分离EPA乙酯，再用硅胶固定相进一步去除EPA乙酯中的杂质，得到高纯度EPA乙酯。

1.2.3色谱分离法

色谱柱分离法是根据物质在吸附剂上的吸附力差异，将性质不同的混合物质分离，常用的分离介质为大孔硅胶，流动相选择乙酸乙酯/石油醚。该方法的优点在于操作简便，产品纯度高，适用于产品精制。

（1）硅胶色谱分离法分离角鲨烯

Gunawan 等^[49]采用改进后的索氏提取法和硅胶色谱法富集大豆油脱臭馏出物中的角鲨烯，且获得满意结果。经过第一步的索氏提取反应后，将原大豆油脱臭馏出物中的角鲨烯的含量由1.83 %提高到6.29 %，回收率为 100 %；再采用硅胶色谱法进一步纯化角鲨烯粗品，最终角鲨烯纯度为 95.9 %，收率为93 %。HAN-PING HE等^[50]以苋菜籽油为原料，先用皂化法去除大多数脂肪酸后，将其中角鲨烯的含量由4.2 %提高到43.4 %，再采用硅胶柱色谱法进一步纯化，最终角鲨烯的纯度为98 %。陈全斌等^[51,52]使用自制硅胶柱提取分离罗汉果种仁中的角鲨烯，纯度高达90.23%。

（2）色谱法分离花生四烯酸

日比野英彦^[53]等就采用高效液相色谱方法，用ODS反相柱分离制备蛋黄中的花生四烯酸。Guil-Guerrero等^[54]采用银离子硅胶填充的色谱柱分离混合油脂中的花生四烯酸，含量高达97%，收率达到75.2%。赵广民等^[55]用银离子硅胶色谱柱分离粗制花生四烯酸，得到含量84%产品。齐佳等^[56]利用负载Ag -D72树脂色谱柱建立了分离纯化花生四烯酸的工艺，考察花生四烯酸最佳的分离参数，表明Ag -D72树脂色谱柱对分离油脂中的花生四烯酸非常有效，进一步为规模化生产花生四烯酸提供参考。

（3）色谱法分离EPA

邢飞等^[57]利用Ag -改性乙二胺基偶联接枝硅胶柱色谱分离EPA和DHA，将乙二胺负载在硅胶微粒表面，研究EPA和DHA对Ag 的吸附性能。结果表明，该填料可有效分离EPA和DHA。张良等^[58]采用硝酸银硅胶色谱柱分离纯化蛇鲻鱼油混合脂肪酸中的EPA和DHA，EPA和DHA的质量分数分别为21.74%及70.13%。郭爱民等^[59]利用高效液相色谱法分离鱼油中的EPA和DHA，该方法对EPA的回收率在93.0%~98%之间。

1.2.4 低温结晶法

低温结晶法是利用低温下不同脂肪酸在有机溶剂中溶解度的不同来进行分离纯化，其工艺简单、操作方便，但需要回收大量的有机溶剂且分离效率不高，常与其他分离方法配合使用。

Vali等^[60]用结晶法富集花生四烯酸，花生四烯酸油脂溶于乙腈，过滤，花生四烯酸收率达到97.3%。Chen^[61]等人用结晶法从琉璃苣和亚麻籽油中纯化多不饱和脂肪酸,后又通过此法^[62]从鲱鱼油中富集EPA和DHA。李和^[63]等人用低温结晶法富集鱼油脂肪酸中的EPA和DHA，二次分离后，含量在73%~79%之间。

1.2.5 银离子络合法

银离子络合技术是基于Ag 与不饱与有机物碳碳双键络合反应的分离方法，当有机物的碳原子数和所含双键数（或大π键数）之比小于等于6且没有空间位阻时，络合反应就可能进行^[64,65]。

C=C双键中的不饱和电子流入Ag 的5s空轨道上，从而形成σ配位键，其属于C=C双键到Ag 的键合。另一方面，Ag 反作用一对d 电子到C=C双键空的反键轨道上，并形成反馈键π键，其属于Ag 到C=C双键的键合。σ配位键与π键之间有”协同作用”，彼此配合彼此促进，其配位结果比单独的σ配位键强，且可生产稳定配合物。

（1） 银离子络合法分离角鲨烯

Jong Hak Kima等^[66]利用银离子与C=C键的配位络合能力，将银离子聚合物电解质利用在促进烯烃传输的膜材料上，用于的烯烃/链烷烃的混合物分离中。姚忠^[67]等人建立了一种络合提取角鲨烯的工艺，利用银离子络合液-液萃取的方式，在石油醚-甲醇/硝酸银二元模拟体系中考察山茶油中角鲨烯的最佳萃取条件。经反萃后角鲨烯的纯度可达37.8 %，较萃取前提高了34.68倍。

（2） 银离子络合法分离AA

陈文利等^[68]采用银离子络合技术分离纯化油脂中的花生四烯酸，考察不同AgNO₃浓度和络合次数对脂肪酸分离效果的影响，经过络合反应后，花生四烯酸的纯度由粗油中的15.14 % 提高到51.69 %，收率达到了97.15 %。勒革等^[69]采用皂化、甲酯化预处理核桃油，再采用硝酸银水溶液络合萃取不饱和脂肪酸，最终不饱和脂肪酸含量由72.3 %提高到96 %。齐佳等^[56]利用将Ag 负载于D72树脂色谱柱上利用银离子络合技术分离花生四烯酸，建立了分离纯化花生四烯酸的工艺，为高产花生四烯酸产品提供依据。

（3）银离子络合法分离EPA

陶遵威^[70]等人用硝酸银-水法分离提取鱼油乙酯中的EPA和DHA，得到总含量大于95%的EPA和DHA产品。张良等^[58]采用硝酸银填充的硅胶色谱柱利用银离子络合吸附的方式分离纯化蛇鲻鱼油混合脂肪酸中的EPA和DHA，所得产品质量分数较高。邢飞等^[71]利用利用负载银离子的氨基硅胶作为固定相，制备成载银氨基硅胶柱，以正己烷-异丁醇为流动相，考察载银硅胶颗粒大小及流动相对EPA和DHA分离效果的影响。

1.3 角鲨烯、花生四烯酸及EPA分离方法优缺点比较

分离角鲨烯、花生四烯酸及EPA目前常用的技术有分子蒸馏、超临界流体萃取、色谱柱分离、低温结晶、银离子络合技术等多种技术；这几种技术也都存在一些问题，表1-2为几种分离技术优缺点的比较。

表1-2 各种分离纯化方法优缺点比较

Table. 1-2 Comparison of different methods of separation and purification

方法	优点	缺点
分子蒸馏法	分离精度高	设备成本较高，适合含量高的原料，原料须经预处理
超临界流体萃取法	过程简单，产品的安全性高，运行成本低	设备投资大，产品得率低，分离选择性不高
色谱柱分离法	操作简单，分离效果较好	溶剂用量大，生产规模小
低温结晶法	操作、工艺步骤简单	溶剂消耗量大，收率低
银离子络合法	选择性高，操作简单，分离条件温和	溶剂消耗量大，得率低，原料须经预处理

1.4 本文的研究思路和内容

1.4.1 研究思路

基于以上几种分离方法的优缺点比较，本文基于亲和膜分离原理，对传统的银离子络合萃取法进行了改进，选择氧化铝陶瓷微滤膜（Alumina ceramic membrane，ACM）为支撑体，并对其进行硅烷化改性；采用浸渍-氧化的方法将Ag 负载在硅烷化的氧化铝陶瓷膜表面，获得了一种对多不饱和脂肪酸和烃具有选择性分离性能的陶瓷膜材料Ag -SACM，这种陶瓷膜材料制备方法简便、抗冲击性能强、孔径分布均匀，比表面积大，并对不饱和脂肪酸（酯或烃）具有选择性吸附性能，实现传统的膜分离和络合吸附的过程集成，一方面利用ACM的筛分功能将大分子颗粒物截留，小分子杂质转移至渗透侧，同时可将多不饱和脂肪酸（酯或烃）选择性吸附于材料表面（Ag -SACM对多不饱和脂肪酸混合物的分离过程示意图见图1-7），为不饱和脂肪酸（酯或烃）的连续化、规模化制备提供了一条新途径。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

主要研究内容及关键技术

研究内容：

（1）ag 氧化铝陶瓷膜的改性、制备与表征。