尿素包合法富集棉籽油異構(gòu)化產(chǎn)品中共軛亞油酸的研究

曾 俊，任小娜，徐 焱

（1.喀什師范學(xué)院 教務(wù)處，新疆 喀什 844006；2.喀什師范學(xué)院 生物與地理科學(xué)系，新疆 喀什 844006；3.江西省糧油科學(xué)技術(shù)研究所，江西 南昌 330000；）

0 引言

棉籽中的棉酚對(duì)人體有毒副作用，雖然棉籽油在精煉過(guò)程中經(jīng)過(guò)了脫毒處理，但是消費(fèi)者依然更多地選用棉籽油之外的其他食用油，棉籽油在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如其他食用油.棉籽油中的油酸含量達(dá)到23%～33%，亞油酸含量達(dá)到40%～61%，還含有不到1%的亞麻酸.因此，應(yīng)當(dāng)充分利用棉籽油中的高品質(zhì)組分，最大限度地提高其附加值[1].以堿作為催化劑在乙二醇溶液中催化棉籽油進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)，可生成共軛亞油酸[2].共軛亞油酸（CLA，Conjugated Linoleic Acid）是必需脂肪酸亞油酸衍生的共軛雙烯的多種位置與空間異構(gòu)體的總稱，其具有抗癌、抗粥狀動(dòng)脈硬化、參與脂肪分解與新陳代謝、增強(qiáng)肌體免疫能力、促進(jìn)骨組織代謝等生理功能[3-4].但是由于棉籽油中亞油酸含量的限制，導(dǎo)致異構(gòu)化產(chǎn)品中共軛亞油酸的含量較低，僅為40%～60%，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步純化，制取富含高純度共軛亞油酸的產(chǎn)品.

不飽和脂肪酸分離與純化常用的方法有低溫結(jié)晶法、尿素包合法、分子蒸餾法、有機(jī)溶劑萃取法、超臨界流體萃取法、銀離子樹(shù)脂層析法、脂肪酶濃縮法等[5].尿素包合法是近年來(lái)應(yīng)用的分離植物油混合脂肪酸的一個(gè)重要研究方法.此法可以按脂肪酸不飽和程度的差異對(duì)脂肪酸混合物進(jìn)行分離，能夠比較完整地保留物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)和生物活性，可保護(hù)雙鍵不受空氣氧化[6].在此，筆者對(duì)尿素包合法提純異構(gòu)化棉籽油制取高純度共軛亞油酸產(chǎn)品進(jìn)行了詳細(xì)的研究.

1 原料和方法

1.1 原料與試劑

原料：棉籽油異構(gòu)化制取的含共軛亞油酸的混合脂肪酸（自制），異構(gòu)化產(chǎn)品中主要脂肪酸的含量見(jiàn)表1.

表1 棉籽油異構(gòu)化產(chǎn)品中主要脂肪酸含量

95%乙醇（分析純）、尿素、6 mol/L HCl（分析純）、正己烷（色譜純）、甲醇（分析純）、飽和食鹽水：江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司；30%三氟化硼乙醚（化學(xué)純）：上?；瘜W(xué)試劑公司.

1.2 儀器

84-2 型數(shù)顯攪拌恒溫電熱套：山東華魯電熱儀器有限公司；GC-9A 氣相色譜儀：日本島津公司；RE-52A 真空旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠.

1.3 方法

1.3.1 尿素包合法富集共軛亞油酸

稱取一定量的尿素，量取一定體積的95%乙醇，在80 ℃加熱回流至尿素完全溶解.加入一定量的異構(gòu)化混合脂肪酸，將溫度降至70 ℃回流2 h，然后冷卻到室溫，在不同的溫度下放置一定時(shí)間，取出后迅速減壓抽濾，濾液用6 mol/L HCl 調(diào)節(jié)使不飽和脂肪酸析出，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中分液、水洗至產(chǎn)品呈中性，真空干燥脫水.用氣相色譜分析產(chǎn)品中脂肪酸的組成和含量.采用脂肪酸包合率來(lái)反映包合后該脂肪酸的變化率，其計(jì)算公式如下：

脂肪酸包合率=100%×（異構(gòu)化產(chǎn)品中某種脂肪酸的含量-富集產(chǎn)品中該種脂肪酸的含量）/混合脂肪酸中該種脂肪酸的含量.

1.3.2 脂肪酸甲酯化方法

在50 mL 圓底燒瓶中加富集產(chǎn)品約150 mg，再加5 mL BF3甲醇溶液，接上冷凝管，加熱沸騰2 min，通過(guò)冷凝管加入2～5 mL 正己烷，沸騰1 min.從熱冷凝管撤下反應(yīng)瓶，卸去冷凝管，加足量的飽和食鹽水使含有脂肪酸甲酯的正己烷層與甲酯化試劑有效分離，取出約2 mL 正己烷溶液倒入試管中，加少量的無(wú)水硫酸鈉干燥正己烷溶液約15 min，然后直接移取注入氣相色譜儀.

1.3.3 包合產(chǎn)品氣相色譜分析條件

色譜柱：DB-FFAP（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度：180 ℃；載氣：1.5 mL/min；線速度：35.6 mL/s；分流比：1∶30；檢測(cè)器溫度：240 ℃；柱溫：初溫180 ℃，以2 ℃/min 升至210 ℃，保持3 min，再以2 ℃/min 升至230 ℃，保持5 min；氫氣流速：40 mL/min；空氣流速：400 mL/min.

2 結(jié)果與分析

2.1 混合脂肪酸與尿素的比例對(duì)產(chǎn)品中主要脂肪酸含量和包合率的影響

吳彩娥等[7]在尿素包合法富集獼猴桃籽油α-亞麻酸的研究中采用甲醇和乙醇作為尿素包合中溶解尿素的溶劑，從溶解性和回收的難易程度檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)甲醇均優(yōu)于乙醇，但是考慮到包合的成本和甲醇的毒性及操作的安全性仍以乙醇為溶劑較佳.很多相關(guān)尿素包合的研究報(bào)道均采用乙醇作為溶劑，因此筆者也采用乙醇作為溶解尿素的溶劑.綜合有關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)際操作，選取尿素和95%乙醇的比值為1∶4（W/V）.

混合脂肪酸與尿素的比例對(duì)富集產(chǎn)品中主要脂肪酸含量和包合率的影響分別見(jiàn)圖1 和表2.

圖1 混合脂肪酸與尿素的比例對(duì)主要脂肪酸含量的影響

表2 混合脂肪酸與尿素的比例對(duì)主要脂肪酸包合率的影響（反應(yīng)溫度0 ℃，反應(yīng)時(shí)間14 h）

由圖1 可以看出，當(dāng)m（混合脂肪酸）∶m（尿素）≤1∶1.4 時(shí)，棕櫚酸、硬脂酸和油酸的含量總體上逐漸減少，共軛亞油酸的含量逐漸增加.棕櫚酸由14.1%減少到1.4%，硬脂酸由0.7%減少到0.02%，油酸先升高然后減少到14.4%，共軛亞油酸由62.3%增加到80.7%；當(dāng)m（混合脂肪酸）∶m（尿素）=1∶1.4 和1∶1.6 時(shí)，包合產(chǎn)物中4 種脂肪酸的含量基本上相同，棕櫚酸分別為1.4%、1.17%，硬脂酸分別為0.02%和無(wú)檢出，油酸分別為14.4%和14.8%，共軛亞油酸的含量為80.7%和81.3%.這是因?yàn)橹辨溨舅崛菀妆话希瑤в须p鍵的脂肪酸不容易被包合，雙鍵越多越不容易包合，隨著尿素用量的增加，更多的棕櫚酸、硬脂酸和部分油酸被包合分離出來(lái)[8].所以產(chǎn)品中棕櫚酸和硬脂酸的含量會(huì)降低，而共軛亞油酸的含量會(huì)升高，油酸含量和原料相比先升高再降低.由表2 可以看出，隨著尿素量的增加，棕櫚酸和硬脂酸的包合率逐漸增大，說(shuō)明其被逐漸包合出來(lái).主要脂肪酸的包合率在m（混合脂肪酸）∶m（尿素）=1∶1.4 和1∶1.6時(shí)沒(méi)有明顯差異，產(chǎn)品中的共軛亞油酸含量在81%左右.綜合考慮，m（混合脂肪酸）∶m（尿素）=1∶1.4 為最佳，因此最佳的包合條件為m（混合脂肪酸）∶m（尿素）∶V（乙醇）為1∶1.4∶5.6.

2.2 包合溫度對(duì)產(chǎn)品中主要脂肪酸包合率和含量的影響

當(dāng)m（混合脂肪酸）∶m（尿素）∶V（乙醇）為1∶1.4∶5.6 時(shí)，在不同的包合溫度下反應(yīng)14 h 得到的產(chǎn)品中主要脂肪酸的含量和包合率分別見(jiàn)圖2 和表3.

圖2 包合溫度對(duì)產(chǎn)品中主要脂肪酸含量的影響

表3 包合溫度對(duì)產(chǎn)品中主要脂肪酸包合率的影響

尿素包合物的生成是放熱過(guò)程，低溫有利于平衡向正方向移動(dòng)[9].由圖2 可以看出，棕櫚酸、硬脂酸和油酸的含量隨著包合溫度的降低逐漸減少，共軛亞油酸的含量逐漸升高.當(dāng)包合溫度低于5 ℃后，主要脂肪酸的含量變動(dòng)不是很大，5 ℃時(shí)產(chǎn)品中棕櫚酸為0.8%，硬脂酸已經(jīng)檢測(cè)不到，油酸為12.1%，共軛亞油酸為81.5%.由表3 可以看出，隨著包合溫度的降低，3 種脂肪酸的包合率逐漸升高，在0 ℃和-5 ℃時(shí)，棕櫚酸包合率基本相同，硬脂酸被完全包合出來(lái)，油酸開(kāi)始被大量地包合出來(lái)，此時(shí)產(chǎn)品中共軛亞油酸的含量為81%左右，共軛亞油酸的包合率也相差不大.綜合考慮，最佳的包合溫度為0 ℃.

2.3 包合時(shí)間對(duì)產(chǎn)品中主要脂肪酸包合率和含量的影響

在m（混合脂肪酸）∶m（尿素）∶V（乙醇）為1∶1.4∶5.6，包合溫度為0 ℃的條件下，包合時(shí)間對(duì)產(chǎn)品中主要脂肪酸的含量和包合率的影響分別見(jiàn)圖3 和表4.

由圖3 可以看出隨著包合時(shí)間的延長(zhǎng)，棕櫚酸、硬脂酸和油酸的含量逐漸降低，共軛亞油酸的含量逐漸升高.反應(yīng)10 h 以后各主要脂肪酸的含量相差不大，10 h 時(shí)產(chǎn)品中棕櫚酸為1.1%左右，硬脂酸檢測(cè)不到，油酸為12.3%，共軛亞油酸為82.2%.由表4 可以看出，反應(yīng)10 h 后主要脂肪的包合率也沒(méi)有很大的差異.過(guò)長(zhǎng)的包合時(shí)間并不能提高產(chǎn)品中共軛亞油酸的含量和包合率.因此，最佳的包合時(shí)間為10 h.

圖3 包合時(shí)間對(duì)產(chǎn)品中主要脂肪酸含量的影響

表4 包合時(shí)間對(duì)產(chǎn)品中主要脂肪酸包合率的影響

3 結(jié)論

以棉籽油的異構(gòu)化產(chǎn)物為原料，包合產(chǎn)品中主要脂肪酸的含量和脂肪酸包合率為分析指標(biāo)，采用尿素包合法對(duì)異構(gòu)化產(chǎn)物中的共軛亞油酸進(jìn)行提純研究.研究得到最佳的包合條件為：m（混合脂肪酸）∶m（尿素）∶V（乙醇）為1∶1.4∶5.6，包合溫度為0 ℃，包合時(shí)間為10 h，包合產(chǎn)品中共軛亞油酸的含量可達(dá)到82%左右.

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