尿素包合法富集葵花油中亚油酸的研究

1  材料与方法

1.1  仪器和试剂

    水浴锅、电动搅拌器、旋转蒸发仪。气相色谱仪(岛津14C)。毛细管柱：SEG 30QC2/AC 20(0.25 mm×30 m)。试剂均为分析纯；葵花油购于包头金鹿油脂厂。

    标准品：美国Sigma公司生产的脂肪酸甲酯。油酸[C18: 1(n-9)]甲酯：Dleic acid methyl ester；分子式：C19H3602；分子量：296.5。亚油酸[C18：2(n-9)]甲酯：Linoleic acid  methyl ester；分子式：C19H3402；分子量：294.5。

　　1.2分析方法

    化学分析：碘价(GB5532-85)。组成分析：采用气相色谱法(气相色谱法GB/T17376-1998)。样品脂肪酸甲酯的制备：取样品1～2滴(约30 mg)滴入10 mL容量瓶中,加入1mL BF3-甲醇溶液,将混合物在水浴中煮沸2 min(70 ℃左右)。冷却,加入1 mL正己烷,振摇,使甲酯转入正己烷层,加入饱和NaCl溶液,使正己烷上浮到容量瓶细颈处。用注射器抽出正已烷层待测。
   
　　分析条件：柱温 210 ℃,气化室温度250 ℃,检测器温度250 ℃,载气以及流速：N2 180 kPa,燃气及流速：H2 65 kPa,助燃气及流速：空气55 kPa ,检测器：FID。按面积归一化法计算各脂肪酸含量。

　　2 工艺流程

    葵花油→混合脂肪酸→尿素包合→富集后的脂肪酸。

2.1  脂肪酸的制备

    取一定量葵花油,加入3%的KOH乙醇溶液,N2保护下水浴,冷却后缓慢加入HCl,调至pH=2～3,加入一定量的正己烷,萃取收集正己烷层,用饱和NaCl水溶液洗至中性,无水亚硫酸钠干燥、过滤,旋转蒸发回收溶剂得混合脂肪酸。

　　2.2  尿素包合

　　将尿素和乙醇按一定比例,加热使尿素溶解,在N2气保护下加入一定量的混合脂肪酸,反应回流一段时间,然后冷却,于不同温度下放置不同的时间。

　　2.3 亚油酸的分离纯化

   将减压抽滤后的母液先蒸去大部分溶剂,加入适量的正己烷和盐酸水溶液,搅拌静置分出油层,用饱和NaCl水溶液洗至中性,经无水硫酸钠干燥过夜,蒸出溶剂,得亚油酸,测各样品碘值。  教育类论文发表

　　3  结果及讨论

　　3.1  尿素包合客体的选择

    分别取葵花油和碱法制备的混合脂肪酸各10 g,加入30 g尿素,120 mL乙醇,回流45 min,而后在4 ℃下放置24 h,测其碘值。其富集效果见表1。表1  尿素包合客体对尿素包合效果的影响（略）
 
    由表1可以看出,以葵花油即甘油酯为客体,碘值提高并不多,而以脂肪酸为客体,碘值显著提高,因此,以葵花油为尿素包合客体不能显著富集亚油酸,应该以脂肪酸作为尿素包客体为好。

　　3.2  不同工艺参数对尿素包合后脂肪酸碘价的影响

    通过对尿素用量、溶剂(乙醇)用量、尿素包合冷析时的温度及尿素包合作用静置时间4个工艺参数的确定,得到富集程度不同的混合脂肪酸。通过对碘价变化的测定判断脂肪酸的富集程度。

　　3.2.1  尿素与混合脂肪酸质量之比对富集效果的影响  当尿素与乙醇用量之比(W/V)为1∶4,尿素与混合脂肪酸按一定比例混合回流45 min,而后在4 ℃下放置24 h,测其碘值。结果见表2。表2  尿素与混合脂肪酸质量之比对富集效果和回收率的影响（略）

    可见,随着尿素用量的增加,滤液中混合脂肪酸的碘价不断提高,这是因为随着尿素用量的增加,更多的饱和或单饱和脂肪酸被包合,因此碘价不断升高,亚油酸的纯度增加,但是也会有一部分双不饱和的亚油酸被包合,因此得率随之明显降低。

　　3.2.2  尿素与乙醇用量之比对富集效果的影响

　　当尿素与混合脂肪酸用量之比(W/W)为2∶1,尿素与乙醇按一定比例加入,而后在4 ℃下放置24 h,测定其碘值。结果见表3。

    当乙醇与尿素之比小于3∶1时,尿素溶解很困难,包合也很不充分,碘值较小,回收率也较低。当乙醇量增加后,尿素溶解充分,形成尿素包合物,碘值逐步增加,且回收率也相应增加,但是当乙醇增加到一定量后,碘值有所下降,其原因应该是因为溶剂量过大,尿素包合反应向逆反应方向进行,导致碘值下降,包合程度降低。表3  尿素与乙醇用量之比对富集效果和回收率的影响（略）  教育类论文发表
 
　　3.2.3  包合温度对富集效果的影响

　　当脂肪酸∶尿素∶乙醇(W/W/V)为1∶3∶12,回流时间为45 min,在一定温度下包合24 h,测定其碘值。结果见表4。表4  包合温度对富集效果和回收率的影响（略）
 
    尿素包合过程是一个放热过程,按照理论本来温度越低,反应向包合方向进行,应该温度越低碘值越高,但是事实上并不这样。分析可能原因是温度偏低,晶核形成不好,反而不能更好的结晶包合。

　　3.2.4  回流时间对富集效果的影响

　　脂肪酸∶尿素∶乙醇(W/W/V)为1∶2∶8,回流一定时间,在4 ℃下包合24 h,测定其碘值。结果见表5。表5  回流时间对富集效果和脂肪酸回收率的影响（略）
 
　　回流时间对包合后的脂肪酸的碘值和回收率均没有显著的影响,均在小范围内波动,因此回流时间对尿素包合影响很小,当然回流时间越短越好,可防止脂肪酸在高温下被氧化,不利于亚油酸的富集。

　　3.2.5  包合时间对富集效果的影响  教育类论文发表

　　脂肪酸∶尿素∶乙醇(W/W/V)为1∶3∶15,回流0.5 h,在4 ℃下包合不同时间,测定其碘值。结果见表6。表6  包合时间对富集效果和回收率的影响（略）

    包合时间对包合后的脂肪酸的碘值以及回收率影响很小,并不随着包合时间增加碘值而增加,只是在小范围波动,因此包合时间对亚油酸的富集影响很小,可按实际状况选用适当的包合时间。

　　3.2.6  正交试验

　　由于尿素包合法受多种因素的影响,为了进一步研究各因素对亚油酸富集程度的影响,故采取正交试验方法,考察尿素与混合脂肪酸的比值、尿素与乙醇的比值以及包合温度对亚油酸富集程度的影响,得出最佳方案。结果见表7～表11。表7  正交试验因素水平表（略）表8  正交试验表（略）注：*产物为混合不饱和脂肪酸(下同)。表9  产物碘值方差分析表（略）表10  正交试验表（略）表11  产率方差分析表（略）
 
    由表9可以看出,各因素对产物碘值影响大小不很显著。
   
　　由表10可以看出,根据产率来看,脂肪酸和尿素的质量比值影响最为显著。 教育类论文发表

    综上所述,尿素包合葵花油最优化条件为：脂肪酸与尿素的比值(W/W)为1∶2,尿素与乙醇的比值(W/V)为1∶3,包合温度为室温(10 ℃左右),包合时间为2 h,回流时间15 min。

    按此优化条件进行重复试验,包合葵花油脂肪酸,包合前葵花油中亚油酸含量为65.7%,包合后的混合脂肪酸中亚油酸含量为97.8%,产率为39%。多次重复试验证明工艺条件稳定(见图1、图2)。