低溫協(xié)同超高壓脲包法分離大豆油脫臭餾出物中飽和脂肪酸工藝研究

袁野等

摘要 [目的]從大豆油脫臭餾出物中高效分離出飽和脂肪酸。[方法]試驗(yàn)采用低溫協(xié)同超高壓脲包法，以棕櫚酸乙酯的殘留率和質(zhì)量為主要考察指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)考察了冷藏溫度、冷藏時(shí)間和超高壓處理壓力3個(gè)因素對(duì)分離效果的影響，并以正交試驗(yàn)法對(duì)該工藝進(jìn)行了優(yōu)化。[結(jié)果]試驗(yàn)表明，低溫協(xié)同超高壓脲包法分離大豆油脫臭餾出物的最佳工藝條件為冷藏溫度4 ℃，冷藏時(shí)間90 min，壓力300 MPa。在此條件下，棕櫚酸乙酯的殘留率為21.87%，質(zhì)量從137.31 g減少到30.03 g。[結(jié)論]經(jīng)過(guò)低溫冷藏處理后，采用超高壓脲包法可有效分離出大豆油餾出物中的飽和脂肪酸，為進(jìn)一步的分離純化創(chuàng)造了良好條件。

關(guān)鍵詞 超高壓脲包；低溫協(xié)同；大豆油脫臭餾出物；正交試驗(yàn)

中圖分類號(hào) S509.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）03-00882-04

Abstract [Objective] To separate saturated fatty acids in distillates from soybean oil efficiently. [Method] In this experiment， by taking the residual rate and quality of ethyl palmitate as the main investigation indexes， using the method of ultra-high pressure & urea adduction joint with hypothermia， the detachment effects of three process factors named refrigerated temperature， refrigeration time and pressure were investigated， optimized by the orthogonal method. [Result] The results of ultra-high pressure & urea adduction joint with hypothermia showed that the optimum technological levels of the three parameters were as follows： 4 ℃， 90 min， 300 MPa. Under these conditions， the residual rate of ethyl palmitate was 21.87%， along with the quality declining from 137.31 g to 30.03 g. [Conclusion] After refrigeration， the ethyl palmitate could be separated efficaciously from the distillates of soybean oil， which made a favorable condition for further separation.

Key words Ultra-high pressure & urea adduction； Hypothermia； Distillates from soybean oil； Orthogonal test

脲包法是目前分離、提純和富集脂肪酸族類化合物最常用的一種方法。其原理是在脂肪酸族和尿素的混合溶液中，尿素分子會(huì)選擇性地結(jié)合碳原子數(shù)大于4個(gè)的直鏈碳原子，尿素分子通過(guò)它們之間強(qiáng)大的氫鍵力并以此直碳鏈為軸心，右手方向盤(pán)旋而上，形成一個(gè)正六棱柱。所以飽和脂肪酸及其衍生物多會(huì)被尿素分子包合形成穩(wěn)定的結(jié)晶從溶液中析出，而多不飽和脂肪酸及其衍生物由于雙鍵較多，碳鏈彎曲，具有一定的空間構(gòu)型反而不易被尿素分子包合[1-3]。用此方法可以把脂肪族混合物中飽和脂肪酸及其衍生物分離出來(lái)，達(dá)到富集其中的多不飽和脂肪酸及其衍生物的目的。相對(duì)于其他提取脂肪酸方法，脲包法操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。但是傳統(tǒng)脲包法需要脂肪酸乙酯尿素混合液在-10～10 ℃的溫度環(huán)境中包合10～48 h[1]，可見(jiàn)傳統(tǒng)脲包法包合周期長(zhǎng)，耗能高，嚴(yán)重降低了工業(yè)化生產(chǎn)效率。潘見(jiàn)等開(kāi)發(fā)的超高壓脲包法是一種新型的脲包分離工藝，借助超高壓結(jié)晶優(yōu)勢(shì)，原料液只需在300 MPa的高壓下反應(yīng)60 min即可完成脲包過(guò)程，該方法降低了能耗，但分離效率尚待進(jìn)一步提高。為了提高分離效率，筆者在加壓前低溫冷藏處理脂肪酸乙酯尿素混合液，以期達(dá)到更好的分離飽和脂肪酸乙酯和富集不飽和脂肪酸乙酯的效果。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1

研究對(duì)象。大豆油脫臭餾出物，市售。

1.1.2

主要試劑。棕櫚酸乙酯對(duì)照品、硬脂酸乙酯對(duì)照品、亞油酸乙酯對(duì)照品、油酸乙酯對(duì)照品、亞麻酸乙酯對(duì)照品，均為南京森貝伽生物公司提供；無(wú)水乙醇、95%乙醇、濃硫酸、沒(méi)食子酸、NaOH、尿素及其他試劑均為分析純。

1.1.3

主要儀器。YCB630/2.5型超高壓處理裝置，兵器工業(yè)第五二研究所；Clarus600氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Perkin Elmer公司；磁力攪拌器；分析天平；BC/BD-326H控溫冰柜，河南新飛冰箱集團(tuán)；BCD-197D冰箱，合肥美菱公司；TES-1310數(shù)字溫度計(jì)，臺(tái)灣泰仕公司；DZ-400/2S型真空包裝機(jī)，國(guó)營(yíng)浙江金華市包裝機(jī)械有限公司。

1.2 方法

1.2.1

大豆油餾出物混合脂肪酸乙酯的制備。稱取100 g大豆油脫臭餾出物，按1∶2（V/V）的比例加入無(wú)水乙醇，密封后置于4 ℃冰箱內(nèi)過(guò)夜。冷藏過(guò)夜后的大豆油脫臭餾出物抽濾得濾液，往濾液中依次加入0.1%的焦性沒(méi)食子酸和2.0%的濃硫酸。在80 ℃的油浴中加熱回流，磁力攪拌1 h，得酯化液。待酯化液冷卻至室溫后，用0.5 mol/L的NaOH乙醇溶液調(diào)pH至中性[5]。

1.2.2

混合脂肪酸乙酯尿素混合液的制備。把酯化后的混合脂肪酸乙酯溶液置于1 L圓底燒瓶中，按預(yù)先定的試驗(yàn)方案加入一定量的尿素和95%乙醇，尿素60 g（m∶m=1∶1），95%乙醇250 ml（V/V=1∶2.5）。在80 ℃的油浴中加熱回流，磁力攪拌20 min，得混合脂肪酸乙酯尿素混合溶液[4]。

1.2.3

單因素試驗(yàn)。

1.2.3.1

冷藏溫度的選擇。將混合液密封后放入冰箱，固定冷藏時(shí)間60 min，壓力300 MPa，冷藏溫度分別調(diào)整為-18、-10、4、15 ℃進(jìn)行試驗(yàn)。由預(yù)試驗(yàn)可知，棕櫚酸乙酯含量占飽和脂肪酸乙酯總量的79.1%，亞油酸乙酯的含量占不飽和脂肪酸乙酯總量的48.01%，為了簡(jiǎn)化試驗(yàn)，該試驗(yàn)以棕櫚酸乙酯的殘留率和質(zhì)量為主要指標(biāo)、以亞油酸乙酯的提取率和質(zhì)量為參考指標(biāo)分別考察超高壓處理前冷藏溫度的變化對(duì)大豆油脫臭餾出物中飽和脂肪酸乙酯脫除效果以及不飽和脂肪酸乙酯損失情況的影響。平行試驗(yàn)3次，以未冷藏樣品為對(duì)照。

1.2.3.2

冷藏時(shí)間的選擇。固定冷藏溫度4 ℃，壓力300 MPa，冷藏時(shí)間分別調(diào)整為30、60、90、120 min進(jìn)行試驗(yàn)。以棕櫚酸乙酯的殘留率和質(zhì)量為主要指標(biāo)、以亞油酸乙酯的提取率和質(zhì)量為參考指標(biāo)分別考察超高壓處理前冷藏溫度的變化對(duì)大豆油脫臭餾出物中飽和脂肪酸乙酯脫除效果以及不飽和脂肪酸乙酯損失情況的影響。平行試驗(yàn)3次，以未冷藏樣品為對(duì)照。

1.2.3.3

壓力的選擇。將真空包裝好的混合液置入超高壓容器中，固定冷藏溫度4 ℃，冷藏時(shí)間90 min，容器恒溫4 ℃，保壓時(shí)間60 min，壓力分別調(diào)整為100、200、300、400 MPa進(jìn)行試驗(yàn)。分別以棕櫚酸乙酯的殘留率和質(zhì)量為主要指標(biāo)、以亞油酸乙酯的提取率和質(zhì)量為參考指標(biāo)分別考察超高壓處理前冷藏溫度的變化對(duì)大豆油脫臭餾出物中飽和脂肪酸乙酯脫除效果以及不飽和脂肪酸乙酯損失情況的影響。平行試驗(yàn)3次，以未超高壓處理樣品為對(duì)照。

1.2.3.4

檢測(cè)樣的制備。超高壓脲包后的結(jié)晶混合物經(jīng)過(guò)2次抽濾分離得液相，在液相中加入適量無(wú)水硫酸鈉脫水，靜止后取上層清液作為檢測(cè)樣。

1.2.4

正交試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取影響顯著的因素及其相應(yīng)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，通過(guò)極差分析和方差分析，優(yōu)化低溫協(xié)同超高壓脲包法分離大豆油脫臭餾出物中飽和脂肪酸的工藝。

1.2.5

樣品提取率測(cè)定。

1.2.5.1

氣質(zhì)分析條件。色譜條件：Elite-5MS色譜柱；程序升溫為初始溫度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升至80 ℃，保持2 min；進(jìn)樣口溫度90 ℃；載氣為氦氣，流速1.0 ml/min，分流比6∶1；進(jìn)樣方式為無(wú)分流進(jìn)樣，2 min后分流閥打開(kāi)。質(zhì)譜條件：離子源溫度200 ℃，傳輸線溫度230 ℃，電離方式EI，電子等量70 eV，質(zhì)量掃描范圍（m/z）33～500。同時(shí)，質(zhì)譜采用SIR模式掃描質(zhì)荷比33和34的離子碎片。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1

冷藏溫度對(duì)超高壓脲包效果的影響。從圖1可以看出，在一定冷藏溫度范圍內(nèi)，棕櫚酸乙酯的殘留率和質(zhì)量呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，當(dāng)冷藏溫度為4 ℃時(shí)，棕櫚酸乙酯的殘留率和質(zhì)量最低。分析原因可能是在一定冷藏溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的降低，混合液中的尿素分子結(jié)合棕櫚酸乙酯分子的能力趨于加強(qiáng)，因而有利于形成結(jié)晶；在4 ℃以下繼續(xù)降溫，分子的布朗運(yùn)動(dòng)減弱占主導(dǎo)，使尿素分子結(jié)合棕櫚酸乙酯的速度減慢，從而減少了結(jié)晶的形成。由圖2中可知，在-18～15 ℃范圍內(nèi)亞油酸乙酯的提取率和質(zhì)量隨冷藏溫度的變化很小，說(shuō)明通過(guò)低溫協(xié)同超高壓脲包可以達(dá)到富集不飽和脂肪酸乙酯的目的。考慮到維持低溫環(huán)境所需的能耗，可選取-10、4和15 ℃為后續(xù)正交試驗(yàn)的溫度水平。

2.1.2

冷藏時(shí)間對(duì)超高壓脲包效果的影響。從圖3可以看出，在一定的冷藏時(shí)間范圍內(nèi)，隨著冷藏時(shí)間的增加棕櫚酸乙酯的殘留率和質(zhì)量隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，90 min前殘留率和質(zhì)量下降比較明顯，90 min以后殘留率和質(zhì)量變化趨于平緩。原因可能是90 min以后混合液中的尿素分子包合棕櫚酸乙酯的反應(yīng)達(dá)到平衡，所以棕櫚酸乙酯的殘留率和質(zhì)量變化趨于平緩。從圖4可以看出，亞油酸乙酯的提取率和質(zhì)量隨冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，90 min后同樣趨于平緩，但不同冷藏時(shí)間下的亞油酸乙酯的提取率均高于70%；反觀棕櫚酸乙酯，其殘留率均在30%以下，分離效果更加顯著。所以綜合來(lái)看，可選取60、90和120 min作為后續(xù)正交試驗(yàn)的因素水平。

2.1.3

壓力對(duì)超高壓脲包效果的影響。由圖5可知，在一定壓力范圍內(nèi)，隨著壓力增大，棕櫚酸乙酯殘留率和質(zhì)量逐漸降低，當(dāng)壓力超過(guò)300 MPa時(shí)，其殘留率和質(zhì)量則有所上升。其原因可能是壓力升高時(shí)，溶液體系內(nèi)尿素分子的能量也會(huì)隨著增高，在混合液中能量增高的尿素分子布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)更劇烈，這提高了尿素分子結(jié)合棕櫚酸乙酯的效率，當(dāng)壓力超過(guò)300 MPa時(shí)，繼續(xù)增壓會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)結(jié)合的尿素分子的能量過(guò)高，當(dāng)尿素分子達(dá)到掙脫結(jié)晶體所需的能量后就會(huì)從結(jié)晶體上脫離，已包合的棕櫚酸乙酯就被釋放了出來(lái)，因此殘留率出現(xiàn)了升高。在此壓力范圍內(nèi)增壓，亞油酸乙酯的提取率和質(zhì)量也出現(xiàn)了上述的變化趨勢(shì)（圖6），但各水平下的亞油酸乙酯提取率仍高于70%。因此，選取200、300和400 MPa作為后續(xù)正交試驗(yàn)的因素水平。

3 結(jié)論

低溫協(xié)同超高壓脲包法分離大豆油脫臭餾出物中飽和脂肪酸工藝研究結(jié)果顯示，脂肪酸乙酯-尿素混合溶液經(jīng)過(guò)低溫冷藏處理后再施以高壓脲包可有效降低飽和脂肪酸乙酯的殘留率。最佳工藝條件為冷藏溫度4 ℃，冷藏時(shí)間90 min，壓力300 MPa，且冷藏溫度對(duì)脲包效果影響顯著。在此條件下，棕櫚酸乙酯的殘留率為21.87%，質(zhì)量從137.31 g減少到30.03 g，亞油酸乙酯的提取率為74.63%，損失為67.20 g。

試驗(yàn)得出，低溫協(xié)同超高壓脲包處理樣品中總飽和脂肪酸乙酯含量顯著低于單純超高壓脲包處理樣，而前者樣品中總不飽和脂肪酸乙酯含量亦優(yōu)于后者。所以低溫協(xié)同超高壓脲包法處理大豆油脫臭餾出物能取得比超高壓脲包法更好的分離效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 許浮萍. 溶劑脲包法從脫溴餾出物中提取生育酚[J]. 食品科技，2009，34（7）：185-188.

[2] THAKRAL S，MADAN A K. Urea coinclusion compounds of 13 cis-retinoic acid for simultaneous improvement of dissolution profile， photostability and safe handling characteristics [J]. Journal of Pharmacy and Pharmacology，2008，60：823-832.

[3] 翁新楚，董新偉，任國(guó)譜. 脲包法在脂類分離技術(shù)中的應(yīng)用[J].中國(guó)油脂，1994，19（6）：40-44.

[4] 孫蘭萍，許暉，馬龍，等.尿素包合法富集純化杜仲籽油α-亞麻酸的工藝優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技，2013（11）：218-222.

[5] 胡小泓，潘成杰，王超，等.蘇子油中不飽和脂肪酸的富集工藝研究[J].適用技術(shù)市場(chǎng)，2000（9）：20-22.

[6] 岳巧云，張靜，劉恭源，等. 氣相色譜法測(cè)定干果中的α-亞麻酸[J].食品科學(xué)，2009，30（24）：359-361.

[7] 符鈺涓，謝慧明，梁娟，等.超高壓處理對(duì)蘆薈凝膠品質(zhì)的影響[J].食品工業(yè)，2013，34（8）：92-94.

[8] 蘇婭，謝慧明，李歡，等.液態(tài)調(diào)味蛋清超高壓殺菌增活工藝研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（7）：3129-3131.