麻瘋油酯化衍生物的制備及其毒性研究

魯棟梁，許玉萍，楊 斌，朱華龍，吳潤(rùn)嘉

（1．欽州學(xué)院，廣西 欽州535009；2．中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266100；3．廣西田園生化股份有限公司，廣西 南寧530007）

麻瘋樹種子油（簡(jiǎn)稱麻瘋油）含有豐富的不飽和脂肪酸，應(yīng)用于多種殺蟲劑、除草劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等。研究發(fā)現(xiàn)麻瘋油還具有顯著的抗腫瘤等活性，另有臨床試驗(yàn)證明，麻瘋油衍生物具有抗病毒作用［1－4］。因此，麻瘋樹作為一種新興的資源植物，在新藥開發(fā)方面具有巨大的應(yīng)用價(jià)值［5－6］。

作者在此以麻瘋油為原料，在堿催化條件下與乙醇反應(yīng)合成麻瘋油酯化衍生物，考察了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、催化劑用量及醇油比（體積比，下同）對(duì)酯交換率的影響，確定了最佳反應(yīng)條件，并探討了麻瘋油酯化衍生物對(duì)鯉魚幼苗的毒性影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1．1 材料、試劑與儀器

鯉魚幼苗。

廣西欽州麻瘋樹種子油。

氫氧化鈉，氫氧化鉀，無(wú)水乙醇，冰醋酸，硫代硫酸鈉，氮?dú)?。所用試劑均為分析純?/p>

HH－4型數(shù)顯恒溫?cái)嚢柩b置，金壇科學(xué)分析儀器有限公司；RE－3000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；FW－100型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，上海勝啟儀器有限公司；EL204型分析天平，梅特勒－托利多儀器有限公司。

1．2 酯化方法

稱取150mL麻瘋油加入到500mL三頸瓶中，置于恒溫水浴鍋中，通入氮?dú)鈹嚢?，在一定溫度下加入氫氧化鈉的乙醇溶液反應(yīng)4h，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收多余的乙醇，將反應(yīng)液置于分液漏斗中靜置分層，取上層用去離子水洗滌至中性，再經(jīng)無(wú)水硫酸鈉脫水處理，即得麻瘋油酯化衍生物［7］。

1．3 麻瘋油酯化衍生物對(duì)鯉魚幼苗的毒性實(shí)驗(yàn)

取500mL燒杯6個(gè)，編號(hào)1＃、2＃、3＃、4＃、5＃、6＃，隨機(jī)放入鯉魚幼苗各10尾。每天定時(shí)喂食1次，每次每條喂食分別經(jīng)過(guò)28．67mg·L－1、33．59mg·L－1、41．98mg·L－1、52．48mg·L－1、65．60mg·L－1、82．00mg·L－1不同濃度麻瘋油酯化衍生物處理過(guò)的飼料2粒。每隔24h、48h、72h、96h觀察鯉魚幼苗的死亡情況并記錄。

根據(jù)寇氏法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。相關(guān)公式如下：

式中：XK為最大劑量的對(duì)數(shù)值；d為相鄰兩組比值的對(duì)數(shù)；Pi為各組死亡率；∑Pi為各組死亡率之和；sx50為logLD50的標(biāo)準(zhǔn)誤差；n為每組動(dòng)物數(shù)；c為安全濃度。

1．4 分析與測(cè)試

1．4．1 麻瘋油性質(zhì)測(cè)定

麻瘋油酸值測(cè)定按GB／T 5530－2005《動(dòng)植物油脂酸值及酸度的測(cè)定》進(jìn)行。

麻瘋油過(guò)氧化值測(cè)定按GB／T 5538－2005《動(dòng)植物油脂氧化值測(cè)定》進(jìn)行。

1．4．2 酯交換率的測(cè)定

酯交換反應(yīng)中麻瘋油質(zhì)量記為W（g），反應(yīng)脫水后的產(chǎn)物質(zhì)量記為W1（g），向產(chǎn)物中加入1BV的正己烷，置于－20℃冰箱中放置20h，過(guò)濾去除甘油酯，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑得到的樣品質(zhì)量記為W2（g）。按下式計(jì)算己酯交換率和乙酯交換率［8］：

2 結(jié)果與討論

2．1 麻瘋油的酸值和過(guò)氧化值

麻瘋油中含有的游離態(tài)脂肪酸和酸敗產(chǎn)生的過(guò)氧化物可使堿性催化劑中毒，因此酸值和過(guò)氧化值在堿催化反應(yīng)過(guò)程中必須盡可能低（酸值＜1），否則酯交換率低。實(shí)驗(yàn)測(cè)得原料麻瘋油的酸值為0．178，過(guò)氧化值為1．66meq·kg－1，符合反應(yīng)要求。

2．2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2．2．1 反應(yīng)溫度對(duì)酯交換率的影響

在醇油比為6∶1、反應(yīng)時(shí)間為100min、氫氧化鈉用量為1．5%的條件下，考察反應(yīng)溫度對(duì)酯交換率（乙酯交換率，下同）的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)酯交換率的影響Fig．1 The effect of reaction temperature on esterification rate

由圖1可知，酯交換率隨著反應(yīng)溫度的上升而升高，當(dāng)反應(yīng)溫度為70℃時(shí)達(dá)到最高，再升高反應(yīng)溫度時(shí)酯交換率反而下降。這是因?yàn)椋磻?yīng)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)加劇乙醇的揮發(fā)，導(dǎo)致反應(yīng)程度降低，同時(shí)使得皂化反應(yīng)加快，因而酯交換率降低。因此，認(rèn)為70℃左右為最佳反應(yīng)溫度。

2．2．2 醇油比對(duì)酯交換率的影響

在反應(yīng)溫度為70℃、反應(yīng)時(shí)間為100min、氫氧化鈉用量為1．5%的條件下，考察醇油比對(duì)酯交換率的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，酯交換率隨著醇油比的增大即乙醇用量的增加而升高，當(dāng)醇油比為6∶1時(shí)達(dá)到最高，繼續(xù)增加乙醇用量時(shí)酯交換率趨于平緩甚至略有下降。這是因?yàn)椋^(guò)量乙醇會(huì)導(dǎo)致甘油極性溶解，使甘油與麻瘋油酯化物難以分離而部分保留在麻瘋油酯化物中，不僅增加了乙醇的回收成本，也會(huì)降低酯交換率。因此，認(rèn)為6∶1左右為最佳醇油比。

2．2．3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯交換率的影響

在醇油比為6∶1、反應(yīng)溫度為70℃、氫氧化鈉用量為1．5%的條件下，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯交換率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯交換率的影響Fig．3 The effect of reaction time on esterification rate

圖2 醇油比對(duì)酯交換率的影響Fig．2 The effect of ethanol－oil ratio on esterification rate

由圖3可知，酯交換率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為100min時(shí)達(dá)到最高，隨后有所降低。這是因?yàn)椋?00min之前反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，所以酯交換率隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而升高，當(dāng)酯化反應(yīng)達(dá)到平衡后，再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，部分麻瘋油酯化物被皂化，酯交換率反而降低。因此，認(rèn)為100min左右為最佳反應(yīng)時(shí)間。

2．2．4 催化劑用量對(duì)酯交換率的影響

在醇油比為6∶1、反應(yīng)溫度為70℃、反應(yīng)時(shí)間為100min的條件下，考察催化劑（氫氧化鈉）用量對(duì)酯交換率的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，酯交換率隨著催化劑用量的增加而升高，在催化劑用量大于1．5%之后趨于平緩，甚至略有下降。這是因?yàn)椋^(guò)量的催化劑會(huì)加劇麻瘋油酯化物的皂化反應(yīng)，從而降低酯交換率。因此，認(rèn)為1．5%左右為最佳催化劑用量。

2．3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取反應(yīng)溫度、醇油比、反應(yīng)時(shí)間及催化劑用量為考察因素，以酯交換率為考察指標(biāo)，采用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化酯交換反應(yīng)條件，正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平見表1、結(jié)果與分析見表2。

由表2可知，各因素對(duì)酯交換率的影響大小依次為A＞B＞C＞D，其最優(yōu)組合水平為A2B2C2D2。隨后進(jìn)行最佳組合的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，酯交換率為95．65%，高于正交實(shí)驗(yàn)中最高的93．18%。因此，確定最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度70℃、醇油比6∶1、反應(yīng)時(shí)間100 min、催化劑用量1．5%。

圖4 催化劑用量對(duì)酯交換率的影響Fig．4 The effect of catalyst dosage on esterification rate

表1 正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平Tab．1The factors and levels of orthogonal experiment

表2 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析Tab．2 The result and analysis of L9（34）orthogonal experiment

2．4 麻瘋油酯化衍生物對(duì)鯉魚幼苗的毒性分析

麻瘋油酯化衍生物對(duì)鯉魚幼苗毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示［9－10］。

表3 麻瘋油酯化衍生物對(duì)鯉魚幼苗的毒性Tab．3 Toxicity of esterification derivative of Jatropha curcas seed oil on carp juvenile

由表3和表4可知，麻瘋油酯化衍生物對(duì)鯉魚幼苗具有明顯的胃毒作用，取食麻瘋油酯化衍生物處理過(guò)的飼料后24h、48h、72h、96h的 LD50分別為72．44mg·L－1、48．98mg·L－1、41．69mg·L－1和38．02mg·L－1，LD50值隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。導(dǎo)致鯉魚幼苗死亡的原因是麻瘋油酯化衍生物中含有萜醇等有毒物質(zhì)。其毒性主要表現(xiàn)為胃毒作用。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)供試鯉魚對(duì)麻瘋油酯化衍生物處理后的飼料的取食量明顯低于對(duì)照組，表現(xiàn)出一定的拒食活性，取食量減少的原因可能是麻瘋油酯化衍生物引起的消化系統(tǒng)中毒，甚至死亡。

表4 麻瘋油酯化衍生物對(duì)鯉魚幼苗的毒性回歸方程及相關(guān)系數(shù)Tab．4 Regression equations and correlation coefficients for toxicity of esterification derivative of Jatropha curcas seed oil on carp juvenile

3 結(jié)論

（1）麻瘋油酯化衍生物的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度70℃、醇油比（體積比）6∶1、反應(yīng)時(shí)間100min、催化劑用量1．5%，在此條件下酯交換率高達(dá)95．65%。

（2）麻瘋油酯化衍生物對(duì)鯉魚幼苗具有一定胃毒作用，處理后48h時(shí)的LD50為48．98mg·L－1，死亡率為100%。

（3）采用酯化、醚化、烷基化等方法對(duì)麻瘋油進(jìn)行改性，可以提高麻瘋油衍生物的應(yīng)用價(jià)值。

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