許 偉，顏秀花，張寅連，仇 明，邵 榮，余曉紅

(鹽城工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，江蘇鹽城224051)

微波輔助海蓬子油制備共軛亞油酸的工藝研究

許 偉，顏秀花，張寅連，仇 明，邵 榮，余曉紅

(鹽城工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，江蘇鹽城224051)

研究了微波輔助作用下，以海蓬子油為原料，氫氧化鉀為催化劑，丙三醇為溶劑，采用堿異構(gòu)化法制備共軛亞油酸的工藝條件。單因素及正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波輔助法的最優(yōu)工藝條件為:油∶催化劑為1∶0.5，油∶溶劑為1∶4.5，微波作用時(shí)間為10min，反應(yīng)溫度為125℃。在此條件下CLA含量為57.56%，亞油酸轉(zhuǎn)化率約為82%。結(jié)果顯示與常規(guī)的油浴方法相比，微波輔助法能夠明顯縮短反應(yīng)時(shí)間，降低反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)效率。

共軛亞油酸，海蓬子油，堿異構(gòu)化，微波輔助

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

海蓬子油 亞油酸含量約為70.47%，鹽城綠苑海蓬子開發(fā)公司提供;氮?dú)?純度>99%;共軛亞油酸標(biāo)準(zhǔn)品 Sigma公司;鹽酸、丙三醇、氯化鈉、氫氧化鉀、正己烷等 均為分析純。

超聲微波組合反應(yīng)系統(tǒng)XO－SM50 南京先歐生物科技有限公司;紫外可見分光光度計(jì)UV－2100

尤尼柯(上海)生物儀器有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE－52AA 上海亞榮生化儀器廠;實(shí)驗(yàn)室用熱處理箱JF980B 吉林大學(xué)機(jī)電設(shè)備研究所;磁力攪拌器JBZ－14B 上海志威電器有限公司;電子天平AY－220島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 堿異構(gòu)化法 稱取一定質(zhì)量的KOH置于丙三醇中，在沸水浴中攪拌溶解后加入海蓬子油和轉(zhuǎn)子，在磁力攪拌器上攪拌均勻后，置于微波反應(yīng)器中并在氮?dú)獗Ｗo(hù)作用下進(jìn)行回流反應(yīng)。反應(yīng)完成待反應(yīng)液冷至80℃左右時(shí)加入4mol·L－1的鹽酸10mL，攪拌酸化后置于分液漏斗中，加入一定量的正己烷進(jìn)行萃取，取上層萃取液用5%NaCl溶液洗滌使其pH達(dá)到6～7。將洗滌好的溶液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)以除去正己烷，得到CLA樣品。

1.2.2 共軛亞油酸含量的測定

1.2.2.1 共軛亞油酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定 將共軛亞油酸標(biāo)準(zhǔn)品100mg用正己烷定容至25mL，配成標(biāo)準(zhǔn)溶液。從標(biāo)準(zhǔn)液中分別吸取 10、20、30、40、50、60、70、80、90μL定容至25mL，在紫外233nm波長處以正己烷為參比測定其吸光度值。以CLA(μg·mL－1)濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值(A)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

經(jīng)回歸處理得回歸方程為:

注:A－233nm下所測CLA溶液的吸光度;C－所測 CLA 濃度(μg·mL－1)。

北疆某大壩位于額爾齊斯河第二大支流哈巴河，工程所在地多年平均氣溫為4℃，極端最高氣溫36.4℃，極端最低氣溫-40℃。工程由攔河大壩、泄洪、引水建筑物及地面廠房等主要建筑物組成；大壩為砼面板堆石壩，攔河壩為1級建筑物，溢洪洞、深孔泄洪洞為2級建筑物，發(fā)電洞及電站廠房為3級建筑物。水庫正常蓄水位752m，總庫容2.32億m3，調(diào)節(jié)庫容1.43億m3。

1.2.2.2 產(chǎn)物共軛亞油酸的測定 稱取適量(0.04～0.06g)CLA樣品，用正己烷定容至25mL，再取0.1mL定容至25mL，在233nm波長處以正己烷為參比測定其吸光度值，由回歸方程計(jì)算出所取樣品中CLA的濃度，再通過下式計(jì)算得到CLA含量及轉(zhuǎn)化率。

注:c－回歸方程計(jì)算出的 CLA濃度(μg·mL－1);v－所測CLA樣品的稀釋體積，mL;m－所測CLA樣品的質(zhì)量(g)。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn) 以某一單因素為變量，控制其他條件不變，分別研究微波功率、作用時(shí)間、反應(yīng)溫度、催化劑量和溶劑量對反應(yīng)的影響，根據(jù)CLA的含量變化了解各單因素對轉(zhuǎn)化作用的影響方式及大小。

1.2.3.1 微波功率對CLA含量的影響 控制油∶堿=1∶0.5，油∶溶劑 =1∶5，溫度為 120℃，分別在 180、190、200、210、220W的功率條件下反應(yīng)10min，稱取適量產(chǎn)物進(jìn)行稀釋，在233nm波長處以正己烷為參比測定其吸光度，計(jì)算CLA含量。

1.2.3.2 溫度對CLA含量的影響 控制油∶堿=1∶0.5，油∶溶劑 =1∶5，功率為 210W，分別在 80、100、120、140、160℃下反應(yīng)10min。稱取適量產(chǎn)物進(jìn)行稀釋，在233nm波長處以正己烷為參比測定其吸光度，計(jì)算CLA含量。

1.2.3.3 微波作用時(shí)間對CLA含量的影響 控制油∶堿 =1∶0.5，油∶溶劑 =1∶5，功率為 210W，溫度為120℃，分別反應(yīng) 6、8、10、12、14min，稱取適量產(chǎn)物進(jìn)行稀釋，在233nm波長處以正己烷為參比測定其吸光度，計(jì)算CLA含量。

1.2.3.4 加堿量對CLA含量的影響 控制油∶溶劑=1∶5，功率為210W，溫度為120℃，反應(yīng)時(shí)間為10min，以堿為油的0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 倍進(jìn)行反應(yīng)，稱取適量產(chǎn)物進(jìn)行稀釋，在233nm波長處以正己烷為參比測定其吸光度，計(jì)算CLA含量。

1.2.3.5 溶劑量對CLA含量的影響 控制油∶堿=1∶0.5，功率為 210W，溫度為 120℃，反應(yīng)時(shí)間為10min，以溶劑為油的2、3、4、5、6 倍進(jìn)行反應(yīng)，稱取適量產(chǎn)物進(jìn)行稀釋，在233nm波長處以正己烷為參比測定其吸光度，計(jì)算CLA含量。

1.2.4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 以上述單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇對反應(yīng)影響較顯著的因素和相對較優(yōu)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，得到異構(gòu)化反應(yīng)的最優(yōu)工藝條件。選擇溫度、時(shí)間、加堿量和溶劑量四個(gè)因素，并根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇3個(gè)水平進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)因素水平如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 微波功率對CLA含量的影響 由圖1顯示，功率由180W上升到220W時(shí)，CLA由48.08%增加到55.76%，變化不大，尤其是200～220W，曲線較平緩，CLA含量增加很少，證明在200W附近反應(yīng)對微波功率不敏感，綜合考慮成本、能耗及含量，在以下實(shí)驗(yàn)中微波功率均選擇210W。

圖1 微波功率對CLA含量的影響

2.1.2 溫度對CLA含量的影響 圖2中可看出，溫度對CLA含量影響較明顯，CLA含量呈現(xiàn)隨溫度變化先上升再下降的趨勢。在120℃之前，CLA產(chǎn)量隨著溫度的升高而升高，120℃之后，CLA產(chǎn)量隨著溫度的升高而降低。在120℃左右CLA含量達(dá)最大值，約為55%。溫度過高會使CLA含量降低，這可能是因?yàn)樵谖⒉▓鲋懈邷匾鹆朔磻?yīng)體系中某種副反應(yīng)的產(chǎn)生，如油脂的聚合反應(yīng)等，從而阻止了亞油酸的共軛化。

圖2 溫度對CLA含量的影響

2.1.3 微波作用時(shí)間對CLA含量的影響 圖3表明，微波作用時(shí)間對CLA含量影響較明顯，CLA含量隨反應(yīng)時(shí)間變化先上升再下降。在8min之前，CLA含量很低，在8～10min時(shí)CLA產(chǎn)量明顯上升，最高值達(dá)54.7%，10min以后CLA產(chǎn)量呈下降趨勢。推測在微波作用下10min時(shí)亞油酸共軛化反應(yīng)較完全。由于產(chǎn)生的CLA在高溫下很不穩(wěn)定，極易被氧化，因而隨著時(shí)間的延長，CLA含量會有所減少。

圖3 微波作用時(shí)間對CLA含量的影響

2.1.4 加堿量對CLA含量的影響 在圖4中，加入催化劑KOH的量對CLA含量影響較大，在堿量小于油重的0.4倍時(shí)，CLA的產(chǎn)量隨著堿量的增加呈直線上升，在堿量為油重的0.4～0.8倍之間，CLA的產(chǎn)量略有上升。分析可能是在反應(yīng)中有一部分KOH要參與原料油皂化反應(yīng)，當(dāng)堿量較少時(shí)，催化作用不明顯。而當(dāng)堿量已經(jīng)足夠達(dá)到皂化與催化用量時(shí)，其對反應(yīng)的影響變得不明顯。

圖4 加堿量對CLA含量的影響

2.1.5 溶劑量對CLA含量的影響 圖5表明，溶劑量對反應(yīng)影響也較大，溶劑量為油的4～5倍時(shí)，CLA含量能達(dá)到53%。溶劑量少于油重4倍時(shí)，CLA含量隨著溶劑量的增加而增加，而溶劑量從油重的5倍增加到6倍時(shí)，CLA含量卻有所降低?？梢姰悩?gòu)化反應(yīng)需要一定的濃度體系，溶劑過少時(shí)不能讓原料充分混合，過多時(shí)達(dá)不到反應(yīng)所需濃度，均會影響產(chǎn)物濃度。

圖5 溶劑量對CLA含量的影響

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2結(jié)果可見，微波作用下各因素對亞油酸共軛異構(gòu)化為CLA的影響次序?yàn)?B(溫度)>C(催化劑用量)>A(微波作用時(shí)間)>D(溶劑用量)。最佳工藝條件為:A2(微波反應(yīng)時(shí)間為10min)、B3(溫度為125℃)、C3(催化劑為油重的0.5倍)，D2(溶劑為油重的4.5倍)。在此條件(A2B3C3D2)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得CLA含量為57.86%，轉(zhuǎn)化率約為82%。

表2 海蓬子油制備CAL的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

以海蓬子油為原料，KOH為催化劑，丙三醇為溶劑，微波作用下各因素對亞油酸異構(gòu)化為CLA的影響次序?yàn)?B(溫度)>C(催化劑用量)>A(微波作用時(shí)間)>D(溶劑用量);通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)，得出微波作用下異構(gòu)化反應(yīng)的最佳工藝條件為:油∶催化劑為 1∶0.5，油∶溶劑為 1∶4.5，微波作用時(shí)間為10min，反應(yīng)溫度為125℃，實(shí)驗(yàn)得到的CLA含量為57.56%，亞油酸轉(zhuǎn)化率約為82%。

本文采用微波輔助方法合成CLA，發(fā)現(xiàn)功率對異構(gòu)化反應(yīng)影響不大，與傳統(tǒng)的油浴加熱堿異構(gòu)化制備CLA(一般反應(yīng)溫度為180～200℃，時(shí)間為1.5～4h)相比，微波輔助方法能夠明顯縮短反應(yīng)時(shí)間，降低反應(yīng)溫度，從而提高反應(yīng)效率。

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Study on the preparation of conjugated linoleic acid from salsa seed oil by microwave－assisted method

XU Wei，YAN Xiu－h(huán)ua，ZHANG Yin－lian，QIU Ming，SHAO Rong，YU Xiao－h(huán)ong
(School of Chemical and Biological Engineering，Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224051，China)

The conjugated linoleic acid CLA were prepared by alkali isomerization under the microwave.In the isomerization reaction system，the KOH was used as catalyst，the glycerol as solvent，and the salsa seed oil was used as raw material.Through the single－facter and orthogonal test，the optimum conditions of the conjugation reaction were obtained:oil∶catalyst(m∶m)=1∶0.5，oil∶solvent(m∶m)=1∶4.5，time 10min，reaction temperature 125℃.Under above condition，the CLA content and the conversion of linoleic acid reached 57.56%and 82%，respectively.The results showed that the reaction time and temperature were significantly shortened under the microwave field compared with the oil bath method.

conjugated linoleic acid;salsa seed oil;alkali isomerization;microwave－assisted

TS201.1

B

1002－0306(2011)06－0309－04

2010－07－09

許偉(1976－)，女，博士，副教授，主要從事天然產(chǎn)物開發(fā)、酶工程等方面的研究。

鹽城工學(xué)院重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科開放項(xiàng)目(XKY2009001，XKY2009004);江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目。