楊廣慧，韓 捷，鄭文華，王如全，楊雪芹

（滄州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，河北 滄州 061000）

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門在學(xué)生具備一定化學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐技能的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的，深層次、多學(xué)科性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。從人才培養(yǎng)的角度，開(kāi)設(shè)該課程能夠縮短學(xué)生理論知識(shí)與科研、生產(chǎn)實(shí)踐中解決問(wèn)題能力之間的差距，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力起著重要的作用。因此，全國(guó)許多高校都在積極進(jìn)行綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和教學(xué)改革，出版實(shí)驗(yàn)教材與參考書(shū)。研究者在進(jìn)行實(shí)踐與探索的同時(shí)，對(duì)課程內(nèi)容提出了多方面的要求。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)緊扣科學(xué)發(fā)展前沿和社會(huì)實(shí)際需求，既保持經(jīng)典的知識(shí)結(jié)構(gòu)，又體現(xiàn)當(dāng)代學(xué)科發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)。 綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)除了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容廣泛、操作技能多樣化的特點(diǎn)外，更應(yīng)突出實(shí)用性，貫穿綠色化學(xué)理念[1-4]。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從食用葵花籽油出發(fā)，采用尿素包合法，富集得到了純度較高的亞油酸。亞油酸屬于ω-6 系列多不飽和脂肪酸，是人體必需的脂肪酸，并且在醫(yī)藥、工業(yè)和日用化妝品領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)[5—7]中的工藝流程，將本實(shí)驗(yàn)分為“皂化—尿素包合—甲酯化—分析測(cè)定”四步操作（流程圖詳見(jiàn)圖1），體現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、儀器分析多個(gè)學(xué)科知識(shí)的交叉和融合，涉及分離、提純、檢測(cè)多方面的操作技能，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法的綜合性。此外，將本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成半微量實(shí)驗(yàn)，選取天然無(wú)毒害反應(yīng)物，回收再利用有機(jī)溶劑，均符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化改革的要求[8]。

圖1 實(shí)驗(yàn)工藝流程圖

1 實(shí)驗(yàn)原理

目前，有多種方法可用于從油脂中分離純化多不飽和脂肪酸，如酶法純化、尿素包合法、銀離子層析法、低溫結(jié)晶法、分子蒸餾法、超臨界流體萃取法等。相較于其他方法，尿素包合法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，條件溫和，是適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的理想方法之一[9]。其原理是尿素在低溫結(jié)晶過(guò)程中可以將直鏈飽和脂肪酸或者單不飽和脂肪酸包合在其籠狀六棱晶體中析出，而多不飽和脂肪酸由于雙鍵較多，碳鏈彎曲，因此具有較大空間直徑，不易被包合，從而被分離出來(lái)。近年來(lái)，應(yīng)用尿素包合法從動(dòng)植物油脂中富集多不飽和脂肪酸的研究屢見(jiàn)報(bào)道，涉及的不飽和脂肪酸種類及其油脂來(lái)源更加豐富[10-12]。此外，為了獲得高純度的多不飽和脂肪酸，尿素包合法與酶法、銀離子層析法、分子蒸餾法等其他方法結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法得到發(fā)展[13-15]，尿素包合法的應(yīng)用范圍更加廣泛。

亞油酸在我們?nèi)粘Ｊ秤玫闹参镉椭衅毡榇嬖冢ㄗ延椭兄舅岢煞窒鄬?duì)簡(jiǎn)單且亞油酸含量較高，易于實(shí)驗(yàn)的提純和分析。因此，本實(shí)驗(yàn)選取食用葵花籽油為原料，經(jīng)皂化反應(yīng)水解為游離的脂肪酸混合物，其中的飽和脂肪酸（棕櫚酸、硬脂酸）和部分單不飽和脂肪酸（油酸）與尿素形成晶體包合物低溫下從有機(jī)溶劑中析出，過(guò)濾所得濾液中的多不飽和脂肪酸（主要為亞油酸）被富集出來(lái)。對(duì)皂化得到的游離脂肪酸混合物和富集所得亞油酸產(chǎn)品分別取樣，經(jīng)甲酯化形成脂肪酸甲酯后可利用氣相色譜分析法測(cè)定其中亞油酸的含量。

2 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

材料與試劑：市售葵花籽油（福臨門），氫氧化鉀、尿素、無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水甲醇（3A 分子篩干燥）、無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、石油醚、環(huán)己烷、濃硫酸、濃鹽酸、亞油酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品（阿拉丁試劑）。

儀器與設(shè)備：氣相色譜儀（美國(guó)安捷倫公司7820A）、恒溫磁力攪拌器、電子天平、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、循環(huán)真空水泵、冰箱。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法

3.1 皂化反應(yīng)

裝有冷凝管的圓底單口燒瓶中依次加入5 g 葵花籽油、15 mL 95%乙醇水溶液（V/V）和1.43 g 氫氧化鉀固體（約1.5 倍皂化當(dāng)量），在80 ℃水浴加熱攪拌下反應(yīng)1.5 h。冷卻至室溫后，皂化反應(yīng)液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀迅速蒸干溶劑，再溶于50 mL 水中，得到黃色透明溶液。將該溶液轉(zhuǎn)移至分液漏斗，加入50 mL 乙酸乙酯萃取不皂化物，棄去萃取液。溶液再用6 mol/L 的鹽酸溶液酸化至pH=2，此時(shí)有油狀液體析出，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，加入100 mL 石油醚萃取油狀液體。收集石油醚液，用水洗至中性后加入無(wú)水硫酸鈉干燥。過(guò)濾，旋蒸回收溶劑，得到黃色油狀液體（游離脂肪酸混合物）4.63 g，收率96.7%（按油酸計(jì)）。

3.2 尿素包合

裝有冷凝管的兩口燒瓶中分別加入1.5 g 尿素和6 mL 無(wú)水甲醇，70 ℃水浴加熱攪拌使尿素全部溶解，將1 g 混合脂肪酸通過(guò)注射器緩慢滴入，所得混合溶液繼續(xù)回流0.5 h。自然冷卻至室溫后，反應(yīng)液再在0 ℃下靜置15 h。趁冷卻迅速過(guò)濾結(jié)晶沉淀，收集濾液，旋蒸除去溶劑，隨后加入20 mL 水和20 mL 石油醚，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中分液。收集的石油醚液用飽和氯化鈉溶液進(jìn)行多次洗滌后，加入無(wú)水硫酸鈉干燥。過(guò)濾，旋蒸回收溶劑，得到油狀液體0.14 g，亞油酸理論得率23.7%。

3.3 甲酯化

取0.1 g 脂肪酸溶于5 mL 無(wú)水甲醇中，滴加0.2 mL濃硫酸，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下水浴加熱回流反應(yīng)1 h。冷卻至室溫后，反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，用10 mL 環(huán)己烷萃取脂肪酸甲酯。萃取液用水洗至中性后加入無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾，所得環(huán)己烷溶液進(jìn)行下一步氣相色譜分析。

3.4 分析檢測(cè)

氣相色譜儀檢測(cè)條件：美國(guó)安捷倫公司7820A 氣相色譜儀，色譜柱：DB-23（極性柱），30 m×0.53mm×0.5 μm；進(jìn)樣器溫度250 ℃；檢測(cè)器：FID 280 ℃；載氣：高純氮，20 mL/min，分流比20:1；柱箱：程序升溫：70 ℃保持1 min，10 ℃/min 升到180 ℃保持3 min，再以5 ℃/min 升到230 ℃保持3 min。

4 結(jié)果與討論

將葵花籽油皂化后所得的游離脂肪酸混合物直接甲酯化，進(jìn)行氣相色譜分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。游離脂肪酸混合物經(jīng)一次尿素包合，將富集所得產(chǎn)品進(jìn)行甲酯化和氣相色譜分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 葵花籽油中脂肪酸甲酯化后氣相色譜圖

比較兩次分析測(cè)定結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示，在3.2 節(jié)的實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)一次尿素包合，游離脂肪酸混合物中的飽和脂肪酸和部分單不飽和脂肪酸被分離出去，亞油酸（保留時(shí)間為16.6 min）的含量由59%（以峰面積百分比計(jì)）提高到89%，富集得到了純度較高的亞油酸。

圖3 富集所得產(chǎn)品甲酯化后氣相色譜圖

5 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)采用尿素包合法，能夠?qū)崿F(xiàn)多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的分離，是一種從葵花籽油中富集亞油酸的有效方法。該實(shí)驗(yàn)緊扣科學(xué)發(fā)展前沿和社會(huì)實(shí)際需求，實(shí)用性及可操作性強(qiáng)，所用試劑廉價(jià)易得，反應(yīng)物及產(chǎn)物均綠色無(wú)毒害，非常適合作為一個(gè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)面向大學(xué)化學(xué)專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，不但能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐技能的提升，而且還能培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，并引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立綠色化學(xué)的理念。