亚麻油的碱催化异构化

马 红 超, 张 锐, 初 婷婷 , 刘 明, 董 晓 丽, 吴 文 忠

( 1.大连工业大学 轻工与化学工程学院, 辽宁 大连 116034;2.大连医诺生物有限公司, 辽宁 大连 116600 )

0 引 言

近年来的研究结果显示,多烯不饱和脂肪酸ω-3系列的亚麻酸是人体不可缺少的必需脂肪酸,共轭亚麻酸(CLnA)在抗癌、抗糖尿病、增强免疫力和增加肌肉减少脂肪等方面有着显著作用,已引起国内外学者的广泛关注[1]。

制备CLnA的有效方法主要包括化学法、生物法和天然产物提取法三大类。碱异构化化学合成法可以大量合成CLnA,易于工业化生产。这是目前合成CLnA较为有效的方法。碱异构化法中常用的催化剂主要是氢氧化钾和叔丁醇钾等。2000年Igarashi等[2]采用氢氧化钾/乙二醇溶液作为催化剂异构化亚麻酸,结果发现生成CLnA,但其产率较低。2001年Suzuki等[3]采用叔丁醇钾/DM作催化剂,在30 ℃下异构化亚麻酸乙酯1 h,同样也发现生成了CLnA。

本研究采用资源丰富的亚麻籽油为原料,以无毒无味,且沸点高的丙三醇为溶剂,采用碱异构化法制备共轭亚麻酸。系统地考察了碱油比、溶剂用量、反应温度、时间及种类对亚麻酸异构化过程的影响,为提高共轭亚麻酸的产率与规模生产奠定基础。

1 材料与试剂

亚麻油(含51%～53.5%亚麻酸),丙三醇、DMF、DMSO、1,3丙二醇、聚乙二醇200/400、乙二醇、乙二醇甲醚、甲醇钠、正己烷、石油谜、氢氧化钾、硫酸、盐酸等均为分析纯。

2亚麻酸异构化的方法

2.1 CLnA的制备

将一定量的亚麻油、溶剂及碱催化剂置于圆底烧瓶中,于氮气保护下加热至确定温度后再回流一定时间,向反应物内加入2.0 mol/L的稀硫酸溶液,调节pH到1.0。用分液漏斗分离上层的异构化产物,用正己烷萃取,蒸馏水洗涤3次后收集。收集物经甲酯化之后,用气相色谱分析测定所得产物。

2.2 甲酯化

在带盖试管中称取20 mg脂肪酸样品,加入2 mL硫酸/甲醇溶液,氮气保护下在50 ℃水浴加热10 min。反应结束后加入2 mL正己烷振荡萃取,蒸馏水洗涤3次吸取上层液进行GC分析。

2.3 共轭多烯不饱和脂肪酸的分析与表征方法

2.3.1 气相色谱的操作及使用

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

2.3.2 红外光谱分析

用Perkin-Elmer 公司的Spectrum 2000 FT-IR光谱仪,近红外光源,石英分束器,DTGS 检测器,测定范围4 000～400 cm- 1,分辨率4 cm- 1。

2.3.3 紫外光谱分析

紫外分析使用UV-2401 PC型紫外分光光度计(日本岛津公司)。取一滴试样于10 mL试管中,用正己烷稀释到刻度,移取1 mL的溶液到10 mL的试管中,稀释到5 mL备用。以纯正己烷作参比样进行全波段扫描。

2.3.4 衍生化分析

采用2-氨基-2-甲基丙醇(AMP)远端羧基衍生化GC-MS方法来分析亚麻油异构化产物结构。衍生化过程与文献[4]方法相同。

2.3.5 气相色谱-质谱联用

采用HP-6890(Ⅱ)GC/5972MS气相色谱-质谱联用仪对衍生物进行质谱分析。气相色谱柱为弹性石英毛细管色谱柱(35 m×0.2 mm×0.2 mm)。载气为高纯氦气(99.995%),柱温由75 ℃保留2 min,以20 ℃/min的速度升温至185 ℃保留33 min,再以4 ℃/min的速度升温至225 ℃。柱前压130 kPa,体积流量23 cm3/s。进样口温度250 ℃,气相色谱-质谱接口温度280 ℃。进样量1 μL,分流比20∶1。质谱条件为电子轰击离子源,电子能量70 eV,电子倍增器电压1 882 V,离子源温度174 ℃,质基扫描范围50～450 amu,全扫描方式。

3 结果与讨论

由表1可知,共轭亚麻酸的收率随着反应时间的延长先增加后降低。这是由于延长反应时间有利于双键异构化的进行,但反应时间过长也会使聚合等副反应发生。此外也发现,共轭亚麻酸收率也会随着溶剂量的减少与碱量的增加而提高,但过度降低溶剂量和过多添加碱会导致体系过于黏稠和后处理消耗大量酸。综合上述结果,得出丙三醇体系下亚麻油碱异构化最佳工艺参数为:在1 g亚麻油下,以甘油为反应溶剂,在反应温度为180 ℃,碱油比为1.0,溶剂油比为10,反应时间为2 h。此时共轭亚麻酸的收率为74.5%。

图1为亚麻油异构化前后的红外光谱。由图1可见,异构化的亚麻油于1 650和3 010 cm-1处的碳碳双键伸缩振动吸收与碳碳双键不饱和碳氢伸缩振动吸收峰强度明显降低。为了辨别亚麻油异构化后结构的变化,对异构化产物在900～1 000 cm-1谱带范围进行了观察,见图2。由图2可见,992 cm-1附近显示出共轭三烯烃特征吸收峰,而967 cm-1附近的吸收峰为共轭二烯键特征吸收峰。原油中914 cm-1处的孤立顺式双键面外变形振动吸收峰消失。

图3为亚麻油异构化前后的紫外-可见吸收光谱。可以发现,原油的最大吸收峰在约

图1 亚麻油异构化前后的红外光谱

图2 亚麻油异构化产物在900～1 000 cm-1的红外光谱

图3 麻籽油异构化前后紫外吸收光谱图

216 nm处,可归属为亚麻油中隔离双键的π→π*跃迁。而230 nm处的吸收峰可归为原油中双键自身迁移形成的二共轭双键π→π*跃迁。270 nm处吸收峰则可归为原油中双键自身迁移形成的三共轭双键π→π*跃迁。经对比可知,异构化后产物最大吸收峰在230 nm处,而在270 nm处也显示出明显吸收。但216 nm处原油的最大吸收峰几乎消失。由此可知本体系异构化效果较好。

产物的4,4-二甲基恶唑啉(DMOX)的MS谱图与分析结构见图4。由MS分析结果可知,亚麻油异构化产物结构为共轭亚麻酸(9Z,11E,15Z；18∶3)。

图4 产物质谱图

4 结 论

采用均相反应体系研究了亚麻油碱异构化过程。研究发现,使用无毒的丙三醇溶剂能够获得较高的共轭亚麻酸收率。采用FT-IR、UV-vis和GC-MS方法分析了亚麻油异构化产物结构,发现本方法主要获得了二共轭的亚麻酸(9Z,11E,15Z；18∶3)。于最优工艺条件下,共轭亚麻酸收率可达74.5%。

[1] NAM D K, RAJENDRA M, YU Weiping, et al. Chemopreventive and adjuvant therapeutic potential of pomegranate (Punica granatum) for human breast cancer[J]. Breast Cancer Research and Treatment, 2002, 71:203-217.

[2] IGARASHI M, MIYAZAWA T. Newly recognized cytotoxic effect of conjugated trienoic fatty acids on cultured human tumor cells[J]. Cancer Letters, 2000, 148:173-179.

[3] SUZUKI R, NOGUCHI R, TOTA M, et al. Cytotoxic effect of conjugated trienoic fatty acids on mouse tumour and human moncytic leukemia cells[J]. Lipids, 2001, 36(5):477-482.

[4] ZHANG Junyi, YU Qingtian, LIU Bingming, et al. Chemical modification in mass spectrometry IV-2-alkenyl-4, 4-dimethyloxazolines as derivatives for the double bond cation of long-chain olefinic acids[J]. Biomedical and Environ-mental Mass Spectrometry, 1988, 15:33-44.