尿素包合法富集葵花油中亚油酸的研究
【摘要】 目的 优选尿素包合法富集葵花油中亚油酸的方法。方法 通过单一因素实验对尿素用量、溶剂(乙醇)用量、回流时间、尿素包合冷析时的温度及尿素包合作用静置时间几个工艺参数进行研究。结果 采用正交试验方法优选的最佳工艺条件为：脂肪酸与尿素的比值(W/W)为1∶3,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。结论 在此条件下,使亚油酸含量从65.7%增加到97.8%,产率为39%。
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【关键词】 葵花油；亚油酸；尿素包合法
Abstract：Objective To optimize the enrichment method of linoleic acid in sunflower oil. Method By single factor tests, the effect factors in urea adduction process including ratio of urea and ETOH, adduction temperature and time, and refluxing time were discussed. Results The optimum conditions determined by an orthogonal test are: the ratio of fatty acid and urea is 1∶3 (w/w), the ratio of urea and ETOH is 1∶3 (w/v), adduction temperature is room temperature, adduction time is 2 h, refluxing time is 15 min. Conclusion Under these optimum conditions, the purity of linoleic acid is increased from 65.7% to 97.8%, the yield of linoleic is 39%. Key words： sunflower oil；linoleic acid；urea adduction method 目前,分离混合脂肪酸常见的方法有脂肪酸金属盐法、低温结晶法、柱色谱法、银离子络合法、尿素包合法、分子真空蒸馏法和超临界流体萃取法、脂肪酶催化水解法等。在上述方法中,尿素包合法是近来分离和纯化不饱和脂肪酸的一个十分重要的方法,操作简单,价格低廉,易于实现工业化生产,而且所形成的尿素包合物可保护双键不受空气的氧化,尤其适合不饱和程度高的脂肪酸分离[1-2]。 尿素包合法原理为：链越长、饱和程度越高的尿素包合化合物越易结晶。根据这一原理可以将饱和程度不同的脂肪酸分离达到纯化目的。饱和脂肪酸先于不饱和脂肪酸形成尿素包合化合物,而单不饱和脂肪酸先于含多个双键的不饱和脂肪酸形成尿素包合化合物,从而达到富集亚油酸的目的[1]。
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分析方法学术论文发表
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。
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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。
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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）
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
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。
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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。
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)。
【参考文献】
[1] 陈 洁.油脂化学[M].北京：化学工业出版社,2004.190－196.
[2] 程 霜.尿素包合法分离欧李仁油中油酸的研究[J].粮油加工与食品机械,2003,(12)：40－43.学术论文发表
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【关键词】 葵花油；亚油酸；尿素包合法
Abstract：Objective To optimize the enrichment method of linoleic acid in sunflower oil. Method By single factor tests, the effect factors in urea adduction process including ratio of urea and ETOH, adduction temperature and time, and refluxing time were discussed. Results The optimum conditions determined by an orthogonal test are: the ratio of fatty acid and urea is 1∶3 (w/w), the ratio of urea and ETOH is 1∶3 (w/v), adduction temperature is room temperature, adduction time is 2 h, refluxing time is 15 min. Conclusion Under these optimum conditions, the purity of linoleic acid is increased from 65.7% to 97.8%, the yield of linoleic is 39%. Key words： sunflower oil；linoleic acid；urea adduction method 目前,分离混合脂肪酸常见的方法有脂肪酸金属盐法、低温结晶法、柱色谱法、银离子络合法、尿素包合法、分子真空蒸馏法和超临界流体萃取法、脂肪酶催化水解法等。在上述方法中,尿素包合法是近来分离和纯化不饱和脂肪酸的一个十分重要的方法,操作简单,价格低廉,易于实现工业化生产,而且所形成的尿素包合物可保护双键不受空气的氧化,尤其适合不饱和程度高的脂肪酸分离[1-2]。 尿素包合法原理为：链越长、饱和程度越高的尿素包合化合物越易结晶。根据这一原理可以将饱和程度不同的脂肪酸分离达到纯化目的。饱和脂肪酸先于不饱和脂肪酸形成尿素包合化合物,而单不饱和脂肪酸先于含多个双键的不饱和脂肪酸形成尿素包合化合物,从而达到富集亚油酸的目的[1]。
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分析方法学术论文发表
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。
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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。
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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）
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
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。
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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。
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)。
【参考文献】
[1] 陈 洁.油脂化学[M].北京：化学工业出版社,2004.190－196.
[2] 程 霜.尿素包合法分离欧李仁油中油酸的研究[J].粮油加工与食品机械,2003,(12)：40－43.学术论文发表
