低温协同超高压脲包法分离大豆油脱臭馏出物中饱和脂肪酸工艺研究

袁野等

摘要 [目的]从大豆油脱臭馏出物中高效分离出饱和脂肪酸。[方法]试验采用低温协同超高压脲包法，以棕榈酸乙酯的残留率和质量为主要考察指标，通过单因素试验考察了冷藏温度、冷藏时间和超高压处理压力3个因素对分离效果的影响，并以正交试验法对该工艺进行了优化。[结果]试验表明，低温协同超高压脲包法分离大豆油脱臭馏出物的最佳工艺条件为冷藏温度4 ℃，冷藏时间90 min，压力300 MPa。在此条件下，棕榈酸乙酯的残留率为21.87%，质量从137.31 g减少到30.03 g。[结论]经过低温冷藏处理后，采用超高压脲包法可有效分离出大豆油馏出物中的饱和脂肪酸，为进一步的分离纯化创造了良好条件。

关键词 超高压脲包；低温协同；大豆油脱臭馏出物；正交试验

中图分类号 S509.9 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）03-00882-04

Abstract [Objective] To separate saturated fatty acids in distillates from soybean oil efficiently. [Method] In this experiment， by taking the residual rate and quality of ethyl palmitate as the main investigation indexes， using the method of ultra-high pressure & urea adduction joint with hypothermia， the detachment effects of three process factors named refrigerated temperature， refrigeration time and pressure were investigated， optimized by the orthogonal method. [Result] The results of ultra-high pressure & urea adduction joint with hypothermia showed that the optimum technological levels of the three parameters were as follows： 4 ℃， 90 min， 300 MPa. Under these conditions， the residual rate of ethyl palmitate was 21.87%， along with the quality declining from 137.31 g to 30.03 g. [Conclusion] After refrigeration， the ethyl palmitate could be separated efficaciously from the distillates of soybean oil， which made a favorable condition for further separation.

Key words Ultra-high pressure & urea adduction； Hypothermia； Distillates from soybean oil； Orthogonal test

脲包法是目前分离、提纯和富集脂肪酸族类化合物最常用的一种方法。其原理是在脂肪酸族和尿素的混合溶液中，尿素分子会选择性地结合碳原子数大于4个的直链碳原子，尿素分子通过它们之间强大的氢键力并以此直碳链为轴心，右手方向盘旋而上，形成一个正六棱柱。所以饱和脂肪酸及其衍生物多会被尿素分子包合形成稳定的结晶从溶液中析出，而多不饱和脂肪酸及其衍生物由于双键较多，碳链弯曲，具有一定的空间构型反而不易被尿素分子包合[1-3]。用此方法可以把脂肪族混合物中饱和脂肪酸及其衍生物分离出来，达到富集其中的多不饱和脂肪酸及其衍生物的目的。相对于其他提取脂肪酸方法，脲包法操作简单，对设备要求不高，适合工业化生产。但是传统脲包法需要脂肪酸乙酯尿素混合液在-10～10 ℃的温度环境中包合10～48 h[1]，可见传统脲包法包合周期长，耗能高，严重降低了工业化生产效率。潘见等开发的超高压脲包法是一种新型的脲包分离工艺，借助超高压结晶优势，原料液只需在300 MPa的高压下反应60 min即可完成脲包过程，该方法降低了能耗，但分离效率尚待进一步提高。为了提高分离效率，笔者在加压前低温冷藏处理脂肪酸乙酯尿素混合液，以期达到更好的分离饱和脂肪酸乙酯和富集不饱和脂肪酸乙酯的效果。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1

研究对象。大豆油脱臭馏出物，市售。

1.1.2

主要试剂。棕榈酸乙酯对照品、硬脂酸乙酯对照品、亚油酸乙酯对照品、油酸乙酯對照品、亚麻酸乙酯对照品，均为南京森贝伽生物公司提供；无水乙醇、95%乙醇、浓硫酸、没食子酸、NaOH、尿素及其他试剂均为分析纯。

1.1.3

主要仪器。YCB630/2.5型超高压处理装置，兵器工业第五二研究所；Clarus600气相色谱-质谱联用仪，美国Perkin Elmer公司；磁力搅拌器；分析天平；BC/BD-326H控温冰柜，河南新飞冰箱集团；BCD-197D冰箱，合肥美菱公司；TES-1310数字温度计，台湾泰仕公司；DZ-400/2S型真空包装机，国营浙江金华市包装机械有限公司。

1.2 方法

1.2.1

大豆油馏出物混合脂肪酸乙酯的制备。称取100 g大豆油脱臭馏出物，按1∶2（V/V）的比例加入无水乙醇，密封后置于4 ℃冰箱内过夜。冷藏过夜后的大豆油脱臭馏出物抽滤得滤液，往滤液中依次加入0.1%的焦性没食子酸和2.0%的浓硫酸。在80 ℃的油浴中加热回流，磁力搅拌1 h，得酯化液。待酯化液冷却至室温后，用0.5 mol/L的NaOH乙醇溶液调pH至中性[5]。

1.2.2

混合脂肪酸乙酯尿素混合液的制备。把酯化后的混合脂肪酸乙酯溶液置于1 L圆底烧瓶中，按预先定的试验方案加入一定量的尿素和95%乙醇，尿素60 g（m∶m=1∶1），95%乙醇250 ml（V/V=1∶2.5）。在80 ℃的油浴中加热回流，磁力搅拌20 min，得混合脂肪酸乙酯尿素混合溶液[4]。

1.2.3

单因素试验。

1.2.3.1

冷藏温度的选择。将混合液密封后放入冰箱，固定冷藏时间60 min，压力300 MPa，冷藏温度分别调整为-18、-10、4、15 ℃进行试验。由预试验可知，棕榈酸乙酯含量占饱和脂肪酸乙酯总量的79.1%，亚油酸乙酯的含量占不饱和脂肪酸乙酯总量的48.01%，为了简化试验，该试验以棕榈酸乙酯的残留率和质量为主要指标、以亚油酸乙酯的提取率和质量为参考指标分别考察超高压处理前冷藏温度的变化对大豆油脱臭馏出物中饱和脂肪酸乙酯脱除效果以及不饱和脂肪酸乙酯损失情况的影响。平行试验3次，以未冷藏样品为对照。

1.2.3.2

冷藏时间的选择。固定冷藏温度4 ℃，压力300 MPa，冷藏时间分别调整为30、60、90、120 min进行试验。以棕榈酸乙酯的残留率和质量为主要指标、以亚油酸乙酯的提取率和质量为参考指标分别考察超高压处理前冷藏温度的变化对大豆油脱臭馏出物中饱和脂肪酸乙酯脱除效果以及不饱和脂肪酸乙酯损失情况的影响。平行试验3次，以未冷藏样品为对照。

1.2.3.3

压力的选择。将真空包装好的混合液置入超高压容器中，固定冷藏温度4 ℃，冷藏时间90 min，容器恒温4 ℃，保压时间60 min，压力分别调整为100、200、300、400 MPa进行试验。分别以棕榈酸乙酯的残留率和质量为主要指标、以亚油酸乙酯的提取率和质量为参考指标分别考察超高压处理前冷藏温度的变化对大豆油脱臭馏出物中饱和脂肪酸乙酯脱除效果以及不饱和脂肪酸乙酯损失情况的影响。平行试验3次，以未超高压处理样品为对照。

1.2.3.4

检测样的制备。超高压脲包后的结晶混合物经过2次抽滤分离得液相，在液相中加入适量无水硫酸钠脱水，静止后取上层清液作为检测样。

1.2.4

正交试验。在单因素试验的基础上，选取影响显著的因素及其相应水平进行正交试验，通过极差分析和方差分析，优化低温协同超高压脲包法分离大豆油脱臭馏出物中饱和脂肪酸的工艺。

1.2.5

样品提取率测定。

1.2.5.1

气质分析条件。色谱条件：Elite-5MS色谱柱；程序升温为初始温度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升至80 ℃，保持2 min；进样口温度90 ℃；载气为氦气，流速1.0 ml/min，分流比6∶1；进样方式为无分流进样，2 min后分流阀打开。质谱条件：离子源温度200 ℃，传输线温度230 ℃，电离方式EI，电子等量70 eV，质量扫描范围（m/z）33～500。同时，质谱采用SIR模式扫描质荷比33和34的离子碎片。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1

冷藏温度对超高压脲包效果的影响。从图1可以看出，在一定冷藏温度范围内，棕榈酸乙酯的残留率和质量呈现先降后升的趋势，当冷藏温度为4 ℃时，棕榈酸乙酯的残留率和质量最低。分析原因可能是在一定冷藏温度范围内，随着温度的降低，混合液中的尿素分子结合棕榈酸乙酯分子的能力趋于加强，因而有利于形成结晶；在4 ℃以下继续降温，分子的布朗运动减弱占主导，使尿素分子结合棕榈酸乙酯的速度減慢，从而减少了结晶的形成。由图2中可知，在-18～15 ℃范围内亚油酸乙酯的提取率和质量随冷藏温度的变化很小，说明通过低温协同超高压脲包可以达到富集不饱和脂肪酸乙酯的目的。考虑到维持低温环境所需的能耗，可选取-10、4和15 ℃为后续正交试验的温度水平。

2.1.2

冷藏时间对超高压脲包效果的影响。从图3可以看出，在一定的冷藏时间范围内，随着冷藏时间的增加棕榈酸乙酯的残留率和质量随着冷藏时间的延长呈下降趋势，90 min前残留率和质量下降比较明显，90 min以后残留率和质量变化趋于平缓。原因可能是90 min以后混合液中的尿素分子包合棕榈酸乙酯的反应达到平衡，所以棕榈酸乙酯的残留率和质量变化趋于平缓。从图4可以看出，亚油酸乙酯的提取率和质量随冷藏时间的延长也呈现下降趋势，90 min后同样趋于平缓，但不同冷藏时间下的亚油酸乙酯的提取率均高于70%；反观棕榈酸乙酯，其残留率均在30%以下，分离效果更加显著。所以综合来看，可选取60、90和120 min作为后续正交试验的因素水平。

2.1.3

压力对超高压脲包效果的影响。由图5可知，在一定压力范围内，随着压力增大，棕榈酸乙酯残留率和质量逐渐降低，当压力超过300 MPa时，其残留率和质量则有所上升。其原因可能是压力升高时，溶液体系内尿素分子的能量也会随着增高，在混合液中能量增高的尿素分子布朗运动会更剧烈，这提高了尿素分子结合棕榈酸乙酯的效率，当压力超过300 MPa时，继续增压会导致已经结合的尿素分子的能量过高，当尿素分子达到挣脱结晶体所需的能量后就会从结晶体上脱离，已包合的棕榈酸乙酯就被释放了出来，因此残留率出现了升高。在此压力范围内增压，亚油酸乙酯的提取率和质量也出现了上述的变化趋势（图6），但各水平下的亚油酸乙酯提取率仍高于70%。因此，选取200、300和400 MPa作为后续正交试验的因素水平。

3 结论

低温协同超高压脲包法分离大豆油脱臭馏出物中饱和脂肪酸工艺研究结果显示，脂肪酸乙酯-尿素混合溶液经过低温冷藏处理后再施以高压脲包可有效降低饱和脂肪酸乙酯的残留率。最佳工艺条件为冷藏温度4 ℃，冷藏时间90 min，压力300 MPa，且冷藏温度对脲包效果影响显著。在此条件下，棕榈酸乙酯的残留率为21.87%，质量从137.31 g减少到30.03 g，亚油酸乙酯的提取率为74.63%，损失为67.20 g。

试验得出，低温协同超高压脲包处理样品中总饱和脂肪酸乙酯含量显著低于单纯超高压脲包处理样，而前者样品中总不饱和脂肪酸乙酯含量亦优于后者。所以低温协同超高压脲包法处理大豆油脱臭馏出物能取得比超高压脲包法更好的分离效果。

参考文献

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