碱催化异构化制备共轭亚麻酸的研究

马 红 超 ，初 婷 婷，张 锐，马 春，董 晓 丽，刘 明，吴 文 忠

（1.大连工业大学 化工与材料学院，辽宁 大连 116034；2.大连医诺生物有限公司，辽宁 大连 116600）

0 引言

生物化学、药理学和营养学的研究表明，多烯不饱和脂肪酸具有有益的生理功能。比如，亚油酸能够保护血管和心脏；亚麻酸和二十碳戊烯酸（EPA）具有降低血脂、预防心血管疾病；而二十二碳六烯酸（DHA）对大脑发育有着重要促进作用［1］。和非共轭的不饱和脂肪酸相比，共轭不饱和脂肪酸对氧化敏感，并且很容易发生聚合反应［2］，特别是对恶性肿瘤细胞具有更为强烈的杀伤作用［3］。

共轭亚麻酸（conjugated linolenic acid，CLN）是共轭十八碳三烯酸的一组位置和几何异构体的混合物［4］，是主要以甘油酯形式存在于植物种子油中的天然成分。近年来的研究表明，CLN（共轭亚麻酸）和CLA（共轭亚油酸）类似，具有有益的生理功能，主要包括抗癌、降血脂、抗致癌、减肥等，且比CLA 的活性更强［5］。

制备共轭不饱和脂肪酸可采用化学法、生物酶催化和天然物提取3种方法。这3种方法中，生物酶促合成的产率较低，研究有待突破；天然物提取虽是制备CLN 的一个有效方法，但缺点是原料来源不丰富。相对生物酶催化产率低和天然物提取来源不足的缺点，化学法可以大量合成共轭不饱和脂肪酸，且易于工业化生产［6］，特别是碱异构化法是目前合成共轭不饱和脂肪酸的较为有效的方法。

目前，关于共轭亚麻酸制备方面的报道较少［7-8］。本实验以亚麻油为反应底物，通过碱催化异构化制备共轭亚麻酸，系统地考察了反应温度、时间、碱油比及溶剂用量对亚麻油异构化的影响，并获得了较为理想的共轭亚麻酸收率，为其大规模生产打下了坚实的基础。

1 实验

1.1 原料与试剂

亚麻油（含53.5%亚麻酸），乙二醇、氢氧化钾、硫酸、盐酸、甲醇钾、正己烷、石油谜等均为分析纯。

1.2 方 法

1.2.1 CLN 的制备方法

将确定数量的亚麻油、溶剂（乙二醇）和碱催化剂（KOH）置于圆底烧瓶中，在氮气保护下加热至确定温度回流一定时间后，取下反应物，经酸中和、蒸馏水洗至中性后，用正己烷萃取，制得含CLN 的混合脂肪酸。将所得产物甲酯化后采用气相色谱分析测定［9］。

1.2.2 气相色谱分析条件和检测方法

气相色谱使用日本岛津GC-2010型气相色谱仪，检测器为FID，毛细管色谱柱（50 m×0.25mm ID-BPX70，澳大利亚SGE公司）。色谱条件为：汽化室温度260 ℃，柱温205 ℃，检测器温度260 ℃；柱前压（载气）15 MPa；氢气体积流量40mL/min；空气体积流量400mL/min；载气体积流量3 mL/min；分流流量1∶30；尾吹29mL/min；进样量0.4μL。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对亚麻油异构化的影响

在碱油比（mA∶mO）=3∶1、溶剂油比（VS∶mO）=10∶1和反应时间为40min条件下，考察反应温度对亚麻油异构化的影响，结果如图1所示。由图1可知，随着温度的不断升高，亚麻油转化率不断增加，在温度为180 ℃时基本达到100%；温度继续升高，其转化率基本保持不变。共轭亚麻酸的产率在温度为180℃时达到最高值49.60%，继续升高温度共轭亚麻酸的产率则开始下降，共轭亚麻酸的选择性随反应温度的变化与其产率变化相似。这可能是因为提高温度有利于共轭化进行；但温度过高，亚麻酸容易发生热聚合和分解反应，产生大量的副产物，对共轭亚麻酸的转化不利。

图1 反应温度对亚麻油异构化的影响Fig.1 Effect of temperature on isomerization of linseed oil

2.2 催化剂的用量对亚麻油异构化的影响

确定反应温度为180 ℃，溶剂油比（VS∶mO）=10∶1和反应时间为40min，考察加碱量对亚麻油异构化的影响，结果如图2所示。由图2可知，随着碱油比的不断增加，亚麻油的转化率基本不变，说明在此条件下，即使较少的碱量也能使反应物完全转化。但碱料比增加对共轭亚麻酸的产率和选择性则影响较大。共轭亚麻酸的产率随着碱料比的增加而增加，当碱油比达到3∶1时，其产率达到最高值为38.61%，此后继续增加碱油比，对其产率影响不大。实验结果说明在反应的最初必须有足够多的碱量，提高碱催化剂与反应物的作用几率，才能保证提高共轭亚麻酸的产率。本研究中合适的碱油比应选择3∶1。

图2 催化剂的用量对亚麻油共轭化的影响Fig.2 Effect of catalyst amount on isomerization of linseed oil

2.3 反应时间对亚麻油异构化的影响

在碱油比mA∶mO=3∶1、溶剂油比（VS∶mO）=10∶1、反应温度180 ℃条件下，考察反应时间对亚麻油共轭化的影响，结果如图3所示。

图3 反应时间对亚麻酸共轭化的影响Fig.3 Effect of reaction time on isomerization of linseed oil

由图3可知，随着反应时间的延长，亚麻油转化率变化不明显。共轭亚麻酸的产率和选择性随着反应时间的延长而增加，当反应时间超过20min后，共轭亚麻酸产率增长平缓，当反应进行40min时共轭亚麻酸产率可达49.30%。这是因为延长反应时间有利于亚麻酸共轭化，但共轭亚麻酸不稳定，长时间反应极容易发生氧化和聚合反应，导致副产物的增加，使得产率提高变慢。

2.4 溶剂量对亚麻油异构化的影响

在碱油比mA∶mO=3∶1、反应温度180 ℃、反应时间为40min条件下，考察溶剂量对亚麻油共轭化的影响，结果如图4所示。由图4可知，随着溶剂量的不断增加，亚麻油异构体的转化率不断增加，当溶剂油比（VS∶mO）=20∶1时，转化率达到最大值，增加溶剂油比，其值基本保持不变。共轭亚麻酸的产率随溶剂油比的增加而增加，当溶剂油比（VS∶mO）=20∶1时，产率已经达到最高值为52.70%。继续增加溶剂油比，共轭亚麻酸产率开始减小，这是因为溶剂量过少，反应物体系的黏度过大，反应在不均匀的体系中进行，导致共轭化不完全，共轭化速度相对较低；而溶剂过多，催化剂浓度降低，分子间的有效碰撞机会减少，共轭化率也低。

图4 溶剂的量对亚麻酸共轭化的影响Fig.4 Effect of solvent amount on isomerization of linseed oil

3 结论

由以上研究表明，亚麻油碱催化异构化法是制备共轭亚麻酸的一种有效方法，可以得到较高产率的共轭亚麻酸。通过考察各工艺参数的影响发现，反应温度、催化剂用量、反应时间及溶剂用量是决定亚麻油共轭化率的主要因素，即反应要求足够高的热力学转化温度、足够大的碰撞几率（催化剂与反应物）及适宜的反应时间。本实验最佳条件是碱油比mA∶mO=3∶1、溶剂油比（VS∶mO）=20∶1、反应温度180 ℃及反应时间为40min，此条件下共轭亚麻酸的产率可达52.70%。