葵花籽油碱异构法合成共轭亚油酸的条件优化

查梦吟， 卢志兴， 吴 昊， 周 正， 陈存社

（北京工商大学食品添加剂与配料北京高校工程研究中心，北京 100048）

葵花籽油碱异构法合成共轭亚油酸的条件优化

查梦吟， 卢志兴， 吴 昊， 周 正， 陈存社*

（北京工商大学食品添加剂与配料北京高校工程研究中心，北京 100048）

以葵花籽油为原料，碱法异构化合成共轭亚油酸。通过单因素试验以及三因素三水平正交试验，研究了溶剂种类、反应时间、反应温度和催化剂用量对CLA生成量的影响，结果表明，当以1，2-丙二醇为有机溶剂，溶剂的质量比m（葵花籽油）∶m（丙二醇）=1∶3，反应温度为170℃，反应时间为2.5 h，加碱量与皂化值的质量比为2.2时，CLA的生成量可以达到较佳值。在较优条件下重复实验，得到较佳条件下的CLA产率为47.80%。

葵花籽油；共轭亚油酸；碱异构化法；合成

共轭亚油酸（conjugated linoleic acid，CLA）是油脂必需脂肪酸亚油酸衍生物的共轭双烯的多种位置与空间异构体的总称［1］。共轭亚油酸具有抗癌、抗动脉粥样硬化、增强机体免疫力、调节血糖、参与脂肪分解与新陈代谢、改善骨组织代谢及防霉变等作用［2-5］，已引起药物药理学家、营养学家、油脂化学家的广泛重视。它可以作为保健食品、功能食品，可以应用于临床、涂料工业，也可以用来制备高附加值产品及化工领域具有非常重要作用的多功能物C22三元酸［6-7］，为非食用油脂开辟一条全新的利用途径，推动我国油脂精细化学工业的发展。

碱性异构化法是以亚油酸为原料，在催化剂作用下使双键共轭，得到CLA异构体的混合物［8］。采用的催化剂为强碱，如KOH和NaOH等。1950年Schmidt等用NaOH作催化剂，乙二醇为溶剂，在200℃下将亚油酸（linoleic acid，LA）异构化为CLA，此后，研究人员又对所用的催化剂、溶剂、温度等条件进行了不断的改进［9］。NaOH和KOH是最常用的碱催化剂，二者的催化能力相当［10］，但KOH在反应之后可作为化肥回收利用，因而最为常用。工业上多用异构化法来生产CLA，所用原料为富含LA的种子油，如向日葵油（LA质量分数64%）、玉米油（LA质量分数57%）、棉籽油（LA质量分数53%）、豆油（LA质量分数51%）等。将其中的LA富集后，即可用于生产。

本实验选择富含LA的葵花籽油为原料，以KOH-乙二醇为催化剂，在加热及氮气保护条件下，使葵花籽油转化为共轭亚油酸，制备的共轭亚油酸产品，经气相色谱测定，共轭亚油酸质量分数达47.80%。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

1.1.1 实验材料

葵花籽油，市售，金龙鱼食用油有限公司。

1.1.2 仪器设备

DF101S型油浴锅，巩义市予华仪器有限责任公司；HH-2型数显恒温水浴锅，金坛市杰瑞尔电器有限公司；LS-B35LⅢ型立式压力蒸汽灭菌锅，江阴滨江医疗设备有限公司；7890-5973型GC-MS色谱仪，美国安捷伦科技公司；UV2550型紫外分光光度计，日本岛津公司；SHB-111A型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；Jx5024型单相电容运转电动机，上海申胜生物技术有限公司；R-201型旋转蒸发器，上海申胜生物技术有限公司。

1.1.3 试剂

CLA标准品，质量分数99%，NU-CHEK-PREP公司；盐酸（质量分数38%），乙醇（质量分数95%），北京化工厂；1，2-丙二醇，酚酞，PEG400，正己烷，无水乙醇，甲醇，均为分析纯，北京化工厂；KOH，分析纯，天津市光复科技发展有限公司；无水硫酸钠，分析纯，天津市化学试剂三厂。

1.2 实验方法

1.2.1 葵花籽油皂化值的测定

葵花籽油皂化值的测定参照GB/T 5534—2008动植物油脂皂化值的测定。

称取样品2 g（精确到0.005 g）、25 mL KOH-乙醇溶液和少量碎石（助沸物），维持煮沸状态60 min，加入0.5～1 mL酚酞溶液于热溶液中，用盐酸标准溶液滴定，到酚酞溶液的粉色刚好消失为止。

每个样品做3个平行实验，取平均值，测定结果保留到小数点后一位，确定在碱异构化实验中的KOH用量。

1.2.2 碱异构化法制备CLA

将葵花籽油、溶剂和KOH按照一定比例放入三口烧瓶后置于油浴锅中，在一定温度下加热进行反应，反应过程通入氮气进行保护，反应一定时间。

反应结束后，取出三口烧瓶冷却到50～60℃左右，加入一倍体积水，加入盐酸溶液酸化至pH值为2～3，水洗分离，直到水层清澈、pH值大于6.5为止，最后使用500 mL分液漏斗进行分液，取出油相旋转蒸发去除水分，再使用无水硫酸钠进一步除水，去除无水硫酸钠后，获得含有CLA的混合脂肪酸产物.

1.2.3 脂肪酸甲酯化方法

提取的脂肪酸溶液中加入2 mL KOH-甲醇（0.5 mol/mL）溶液，混合均匀，65℃水浴加热30 min，冷却至室温。加入2 mL 10%盐酸-甲醇溶液，70℃水浴5 min。反应结束后加入5 mL正己烷，振荡后静置1～3 min，收集有机层，于20℃保藏待测。

1.2.4 GC-MS条件

毛细管色谱柱DM-35ms（30 m×0.25 mm× 0.25 μm，Dikma公司），升温程序为初始温度150℃，平衡3 min，4℃/min升到250℃，平衡10 min。进样口温度250℃，检测器温度250℃，分流比20∶1，进样量1 μL，载气为高纯氦气，流速1 mL/min。质量检测范围30～350 u。

2 结果与分析

2.1 葵花籽油皂化值

按照1.2.1节方法测定葵花籽油皂化值为196.0 mg KOH/g。以此为基础，确定在碱异构化实验中的KOH用量。

2.2 碱异构化反应前后脂肪酸的成分含量分析

将脂肪酸甲酯化后，通过GC-MS分析，测定碱异构化反应前后脂肪酸的成分［11-12］。图1为碱异构化反应前葵花籽油脂肪酸成分的GC-MS图谱，图2为碱异构化反应后产物脂肪酸成分的GC-MS图谱.

通过对比图1和图2，可以看到经过葵花籽油和KOH的碱异构化反应，在图2中出现了图1中没有的很明显的峰，在18～20 min间的Rt=18.31、18.60、19.02、19.69 min四个峰为共轭亚油酸。因此，以葵花籽油为原料，通过碱异构化法可以制备较高含量的CLA，相比其他方法，此方法成本比较低廉，操作过程相对简单，不需要十分昂贵和复杂的仪器设备。

2.3 不同反应条件对产率的影响

2.3.1 溶剂的影响

以PEG400、1，2-丙二醇、水为溶剂，在氮气保护下，选择溶剂的质量比m（葵花籽油）∶m（溶剂）=1∶3，加碱量与皂化值的质量比为1.7，反应温度为150℃，反应时间为1.5 h，通过实验研究不同溶剂下反应产物中CLA含量的高低。实验结果表明，以PEG400作为溶剂，产物OD值为1.137，CLA质量分数为25.72%；以1，2-丙二醇为溶剂，产物OD值为1.081，CLA质量分数为24.31%；以水做溶剂，没有检测到反应产物。

因此，使用PEG400和1，2-丙二醇作为反应溶剂比较适宜，其中PEG400效果要好于丙二醇，但PEG400成本较高，价格将近丙二醇的两倍，其效果并没有高出丙二醇特别多，因此，在后续实验中，采用1，2-丙二醇作为反应溶剂。

图1 碱异构化反应前脂肪酸的TICFig.1 TIC of fatty acids without alkali isomerization reaction

图2 碱异构化反应后脂肪酸的TICFig.2 TIC of fatty acids with alkali isomerization reaction

2.3.2 反应温度的影响

在氮气保护下，溶剂的质量比m（葵花籽油）∶m（丙二醇）=1∶3，反应时间为1.5 h，加碱量与皂化值的质量比为1.7，研究120～170℃温度条件下温度对产物CLA质量分数的影响，结果如图3。

由图3可知，反应产物中CLA质量分数随着温度上升而呈现增加趋势。在120～170℃范围内，温度越高，CLA质量分数增加越明显，但由于1，2-丙二酮的沸点约为187.3℃，而且当使用超过180℃以上的温度进行反应时，受实验条件和实验仪器等因素限制，反应过程不易控制，因此，在反应过程中反应温度保持在170～180℃之间比较适宜。

2.3.3 碱用量的影响

在氮气保护下，质量比m（葵花籽油）∶m（丙二醇）=1∶3，反应温度为170℃，反应时间为1.5 h，研究不同加碱量对反应产物中CLA质量分数的影响，实验结果见图4。

图3 反应温度对CLA质量分数的影响Fig.3 Effect of reaction temperatures on conjugate linoleic acid（CLA）content

图4 碱用量对CLA质量分数的影响Fig.4 Effects of catalyst dosages on conjugate linoleic acid（CLA）content

由图4可知，当加碱量与皂化值的质量比为1.3时，CLA生成量很低，随着比值不断增大，反应产物中的CLA质量分数急剧增加，当达到一定程度后，CLA质量分数增加趋势明显放缓，这说明催化剂用量到达一定量以后，与反应分子的有效碰撞机会不会产生很大的变化。而且如果碱量过多，会使反应过程中起沫过多，反应产物在进行后续处理时会变得很困难，反应产物的颜色也会明显加深，因此，合适的碱用量与皂化值的质量比维持在1.8～2.2之间为宜。

2.3.4 反应时间的影响

在氮气保护下，质量比m（葵花籽油）∶m（丙二醇）=1∶3，反应温度为170℃，加碱量与皂化值的质量比为1.7，研究不同反应时间对反应产物中CLA质量分数的影响，实验结果见图5。

由图5可知，反应产物中CLA的质量分数随反应时间的增加而不断上升。反应时间在1.5～2.5 h，CLA质量分数增加比较快，反应时间超过2 h，CLA质量分数的增加趋势趋于平缓，其质量分数开始缓慢提升。根据动力学原理，当温度一定时，反应时间如果越长，反应产物就越多；而根据化学热力学，反应达到平衡后，反应时间的延长对产率没有贡献［13］。因此，考虑到反应时间越长，发生副反应的概率越大，而对产率的贡献也有限，如果以1，2-丙二醇作为有机溶剂，碱异构化反应的反应时间应该控制在2～3 h之间为宜。

图5 反应时间对CLA质量分数的影响Fig.5 Effect of reaction time on conjugate linoleic acid（CLA）content

2.4 正交试验优化反应条件

根据单因素实验结果，采用三因素三水平正交设计，选取温度、时间、加碱量3个因素，每个因素选取3个水平，正交试验结果见表1。

表1 正交试验设计直观分析Tab.1 Orthogonal test analysis

由表1可知，影响CLA生成的影响因素主次为温度＞加碱量＞时间。3个影响因素的较优水平为温度170℃，反应时间2.5 h，加碱量与皂化值的质量比为2.2。根据实验得出的最佳条件进行多次验证实验，反应结束后经过样品处理，测定分析，产物中CLA的质量分数为47.80%，且样品的颜色较浅，不浑浊。

3 结 论

以无毒无害、水溶性好的1，2-丙二醇为有机溶剂，以含有85%以上不饱和脂肪酸的葵花籽油为原料，通过碱异构化反应，在适宜的温度和适宜的时间内合成共轭亚油酸（CLA），研究了反应时间、反应温度和碱催化剂用量等3个影响CLA产率的因素，得出了反应的较优条件为在氮气保护下，1，2-丙二醇作为有机溶剂，葵花籽油为原料，溶剂的质量比m（葵花籽油）∶m（溶剂）=1∶3，反应温度170℃，反应时间为2.5 h，加碱量与皂化值的质量比为2.2。以此条件制备的CLA质量分数为47.80%，且样品的颜色较浅，不浑浊。

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Optimization of Process Conditions for Synthesis of Conjugate Linoleic Acid by Alkali Isomerization

ZHA Mengyin， LU Zhixing， WU Hao， ZHOU Zheng， CHEN Cunshe*
（Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

The conjugate linoleic acid（CLA）was prepared by the alkali isomerization with sunflower oil as raw material.Effects of solvent varieties，reaction time，reaction temperatures，and catalyst dosages on the yield of CLA were analyzed by the single factor experiment and orthogonal experiment with three factors and three levels.The results showed that optimized conditions were as following，1，2-propylene glycol as solvent，the ratio of sunflower oil and solvent 1∶3，the reaction temperature 170℃，the reaction time 2.5 h，and the ratio of alkali and saponification equivalent 2.2.The yield of CLA was 47.80%under the optimized conditions.

sunflower oil；conjugated linoleic acid；alkali isomerization method；synthesis

李 宁）

TS222

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2015.02.012

2095-6002（2015）02-0062-05

查梦吟，卢志兴，吴昊，等.葵花籽油碱异构法合成共轭亚油酸的条件优化［J］.食品科学技术学报，2015，33（2）：62-66.

ZHA Mengyin，LU Zhixing，WU Hao，et al.Optimization of process conditions for synthesis of conjugate linoleic acid by alkali isomerization［J］.Journal of Food Science and Technology，2015，33（2）：62-66.

2013-11-18

北京市教委科技发展计划项目（KZ20110011013）；学科与研究生教育—重点学科—应用化学资助项目（PXM2012_014213_ 000038）。

查梦吟，女，硕士研究生，研究方向为食品新技术；

*陈存社，男，教授，主要从事食品新技术方面的研究。

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