尿素包合法富集棉籽油异构化产品中共轭亚油酸的研究

曾 俊，任小娜，徐 焱

（1.喀什师范学院 教务处，新疆 喀什 844006；2.喀什师范学院 生物与地理科学系，新疆 喀什 844006；3.江西省粮油科学技术研究所，江西 南昌 330000；）

0 引言

棉籽中的棉酚对人体有毒副作用，虽然棉籽油在精炼过程中经过了脱毒处理，但是消费者依然更多地选用棉籽油之外的其他食用油，棉籽油在市场上的竞争力远远不如其他食用油.棉籽油中的油酸含量达到23%～33%，亚油酸含量达到40%～61%，还含有不到1%的亚麻酸.因此，应当充分利用棉籽油中的高品质组分，最大限度地提高其附加值[1].以碱作为催化剂在乙二醇溶液中催化棉籽油进行异构化反应，可生成共轭亚油酸[2].共轭亚油酸（CLA，Conjugated Linoleic Acid）是必需脂肪酸亚油酸衍生的共轭双烯的多种位置与空间异构体的总称，其具有抗癌、抗粥状动脉硬化、参与脂肪分解与新陈代谢、增强肌体免疫能力、促进骨组织代谢等生理功能[3-4].但是由于棉籽油中亚油酸含量的限制，导致异构化产品中共轭亚油酸的含量较低，仅为40%～60%，需要对产品进行进一步纯化，制取富含高纯度共轭亚油酸的产品.

不饱和脂肪酸分离与纯化常用的方法有低温结晶法、尿素包合法、分子蒸馏法、有机溶剂萃取法、超临界流体萃取法、银离子树脂层析法、脂肪酶浓缩法等[5].尿素包合法是近年来应用的分离植物油混合脂肪酸的一个重要研究方法.此法可以按脂肪酸不饱和程度的差异对脂肪酸混合物进行分离，能够比较完整地保留物质的营养和生物活性，可保护双键不受空气氧化[6].在此，笔者对尿素包合法提纯异构化棉籽油制取高纯度共轭亚油酸产品进行了详细的研究.

1 原料和方法

1.1 原料与试剂

原料：棉籽油异构化制取的含共轭亚油酸的混合脂肪酸（自制），异构化产品中主要脂肪酸的含量见表1.

表1 棉籽油异构化产品中主要脂肪酸含量

95%乙醇（分析纯）、尿素、6 mol/L HCl（分析纯）、正己烷（色谱纯）、甲醇（分析纯）、饱和食盐水：江苏强盛功能化学股份有限公司；30%三氟化硼乙醚（化学纯）：上海化学试剂公司.

1.2 仪器

84-2 型数显搅拌恒温电热套：山东华鲁电热仪器有限公司；GC-9A 气相色谱仪：日本岛津公司；RE-52A 真空旋转薄膜蒸发器：上海亚荣生化仪器厂.

1.3 方法

1.3.1 尿素包合法富集共轭亚油酸

称取一定量的尿素，量取一定体积的95%乙醇，在80 ℃加热回流至尿素完全溶解.加入一定量的异构化混合脂肪酸，将温度降至70 ℃回流2 h，然后冷却到室温，在不同的温度下放置一定时间，取出后迅速减压抽滤，滤液用6 mol/L HCl 调节使不饱和脂肪酸析出，转移至分液漏斗中分液、水洗至产品呈中性，真空干燥脱水.用气相色谱分析产品中脂肪酸的组成和含量.采用脂肪酸包合率来反映包合后该脂肪酸的变化率，其计算公式如下：

脂肪酸包合率=100%×（异构化产品中某种脂肪酸的含量-富集产品中该种脂肪酸的含量）/混合脂肪酸中该种脂肪酸的含量.

1.3.2 脂肪酸甲酯化方法

在50 mL 圆底烧瓶中加富集产品约150 mg，再加5 mL BF3甲醇溶液，接上冷凝管，加热沸腾2 min，通过冷凝管加入2～5 mL 正己烷，沸腾1 min.从热冷凝管撤下反应瓶，卸去冷凝管，加足量的饱和食盐水使含有脂肪酸甲酯的正己烷层与甲酯化试剂有效分离，取出约2 mL 正己烷溶液倒入试管中，加少量的无水硫酸钠干燥正己烷溶液约15 min，然后直接移取注入气相色谱仪.

1.3.3 包合产品气相色谱分析条件

色谱柱：DB-FFAP（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度：180 ℃；载气：1.5 mL/min；线速度：35.6 mL/s；分流比：1∶30；检测器温度：240 ℃；柱温：初温180 ℃，以2 ℃/min 升至210 ℃，保持3 min，再以2 ℃/min 升至230 ℃，保持5 min；氢气流速：40 mL/min；空气流速：400 mL/min.

2 结果与分析

2.1 混合脂肪酸与尿素的比例对产品中主要脂肪酸含量和包合率的影响

吴彩娥等[7]在尿素包合法富集猕猴桃籽油α-亚麻酸的研究中采用甲醇和乙醇作为尿素包合中溶解尿素的溶剂，从溶解性和回收的难易程度检验发现甲醇均优于乙醇，但是考虑到包合的成本和甲醇的毒性及操作的安全性仍以乙醇为溶剂较佳.很多相关尿素包合的研究报道均采用乙醇作为溶剂，因此笔者也采用乙醇作为溶解尿素的溶剂.综合有关文献和实际操作，选取尿素和95%乙醇的比值为1∶4（W/V）.

混合脂肪酸与尿素的比例对富集产品中主要脂肪酸含量和包合率的影响分别见图1 和表2.

图1 混合脂肪酸与尿素的比例对主要脂肪酸含量的影响

表2 混合脂肪酸与尿素的比例对主要脂肪酸包合率的影响（反应温度0 ℃，反应时间14 h）

由图1 可以看出，当m（混合脂肪酸）∶m（尿素）≤1∶1.4 时，棕榈酸、硬脂酸和油酸的含量总体上逐渐减少，共轭亚油酸的含量逐渐增加.棕榈酸由14.1%减少到1.4%，硬脂酸由0.7%减少到0.02%，油酸先升高然后减少到14.4%，共轭亚油酸由62.3%增加到80.7%；当m（混合脂肪酸）∶m（尿素）=1∶1.4 和1∶1.6 时，包合产物中4 种脂肪酸的含量基本上相同，棕榈酸分别为1.4%、1.17%，硬脂酸分别为0.02%和无检出，油酸分别为14.4%和14.8%，共轭亚油酸的含量为80.7%和81.3%.这是因为直链脂肪酸容易被包合，带有双键的脂肪酸不容易被包合，双键越多越不容易包合，随着尿素用量的增加，更多的棕榈酸、硬脂酸和部分油酸被包合分离出来[8].所以产品中棕榈酸和硬脂酸的含量会降低，而共轭亚油酸的含量会升高，油酸含量和原料相比先升高再降低.由表2 可以看出，随着尿素量的增加，棕榈酸和硬脂酸的包合率逐渐增大，说明其被逐渐包合出来.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时没有明显差异，产品中的共轭亚油酸含量在81%左右.综合考虑，m（混合脂肪酸）∶m（尿素）=1∶1.4 为最佳，因此最佳的包合条件为m（混合脂肪酸）∶m（尿素）∶V（乙醇）为1∶1.4∶5.6.

2.2 包合温度对产品中主要脂肪酸包合率和含量的影响

当m（混合脂肪酸）∶m（尿素）∶V（乙醇）为1∶1.4∶5.6 时，在不同的包合温度下反应14 h 得到的产品中主要脂肪酸的含量和包合率分别见图2 和表3.

图2 包合温度对产品中主要脂肪酸含量的影响

表3 包合温度对产品中主要脂肪酸包合率的影响

尿素包合物的生成是放热过程，低温有利于平衡向正方向移动[9].由图2 可以看出，棕榈酸、硬脂酸和油酸的含量随着包合温度的降低逐渐减少，共轭亚油酸的含量逐渐升高.当包合温度低于5 ℃后，主要脂肪酸的含量变动不是很大，5 ℃时产品中棕榈酸为0.8%，硬脂酸已经检测不到，油酸为12.1%，共轭亚油酸为81.5%.由表3 可以看出，随着包合温度的降低，3 种脂肪酸的包合率逐渐升高，在0 ℃和-5 ℃时，棕榈酸包合率基本相同，硬脂酸被完全包合出来，油酸开始被大量地包合出来，此时产品中共轭亚油酸的含量为81%左右，共轭亚油酸的包合率也相差不大.综合考虑，最佳的包合温度为0 ℃.

2.3 包合时间对产品中主要脂肪酸包合率和含量的影响

在m（混合脂肪酸）∶m（尿素）∶V（乙醇）为1∶1.4∶5.6，包合温度为0 ℃的条件下，包合时间对产品中主要脂肪酸的含量和包合率的影响分别见图3 和表4.

由图3 可以看出随着包合时间的延长，棕榈酸、硬脂酸和油酸的含量逐渐降低，共轭亚油酸的含量逐渐升高.反应10 h 以后各主要脂肪酸的含量相差不大，10 h 时产品中棕榈酸为1.1%左右，硬脂酸检测不到，油酸为12.3%，共轭亚油酸为82.2%.由表4 可以看出，反应10 h 后主要脂肪的包合率也没有很大的差异.过长的包合时间并不能提高产品中共轭亚油酸的含量和包合率.因此，最佳的包合时间为10 h.

图3 包合时间对产品中主要脂肪酸含量的影响

表4 包合时间对产品中主要脂肪酸包合率的影响

3 结论

以棉籽油的异构化产物为原料，包合产品中主要脂肪酸的含量和脂肪酸包合率为分析指标，采用尿素包合法对异构化产物中的共轭亚油酸进行提纯研究.研究得到最佳的包合条件为：m（混合脂肪酸）∶m（尿素）∶V（乙醇）为1∶1.4∶5.6，包合温度为0 ℃，包合时间为10 h，包合产品中共轭亚油酸的含量可达到82%左右.

［1］樊莉，张亚刚，马莉，等.尿素包合法富集高纯度棉籽油亚油酸甲酯的研究［J］.石河子大学学报：自然科学版，2002，6（3）：238-241.

［2］宋军，徐焱，凌利，等.棉籽油碱异构化合成共轭亚油酸研究［J］.粮食与油脂，2012（8）：13-15.

［3］毕艳兰.油脂化学［M］.北京：化学工业出版社，2005：56-58.

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［5］黄惠琴，鲍时翔.多价不饱和脂肪酸分离与纯化技术进展［J］.中国油脂，1999，24（2）：32-34.

［6］胡小泓，邓淑仪，朱小波，等.尿素包合法提纯油茶籽油中油酸的工艺研究［J］.中国油脂，2006，31（12）：45-47.

［7］吴彩娥，许克勇，李元瑞，等.尿素包合法富集猕猴桃籽油中α-亚麻酸［J］.农业机械学报，2005，35（5）：57-64.

［8］郝建秀，贾时宇，齐永琴，等.尿素包合法分离油酸甲酯顺反异构体的研究［J］.中国油脂，2011，36（5）：5-7.

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