GC-MS法分析比较尿素包合物及其滤液中各种脂肪酸甲酯的质量分数

李添宝，吴 越

(湖南师范大学化学与化工学院，中国 长沙 410081)

GC-MS法分析比较尿素包合物及其滤液中各种脂肪酸甲酯的质量分数

李添宝*，吴 越

(湖南师范大学化学与化工学院，中国 长沙 410081)

采用尿素包合法对混合脂肪酸甲酯进行分离，利用 GC-MS-QP2010气质联用仪,通过面积归一化法分别测出尿素包合物及其滤液中各种脂肪酸甲酯的质量分数，得出：在尿素包合物中主要是饱和脂肪酸甲酯、油酸甲酯及少量的多价不饱和脂肪酸甲酯，而滤液中不饱和脂肪酸甲酯由原来的83.77%提高到99.7%．

不饱和脂肪酸甲酯；尿素包合法；尿素包合物

尿素包合法是一种分离脂肪酸或脂肪酸酯的常见方法，因其操作简单，设备原料要求低，能够保持样品的完整性，所以被广泛应用于工业生产中[1]．利用这种方法，可将饱和脂肪酸酯与不饱和脂肪酸酯分离开，以提高不饱和脂肪酸酯的纯度．

目前，对尿素法的工艺，如包合时间、温度及原料比报道较多，且只对包合后滤液中脂肪酸甲酯的含量的变化进行了分析研究，多数认为尿素在结晶过程中只包合了饱和的脂肪酸甲酯[2]．而对固相尿素包合物中的脂肪酸甲酯的组成分析研究较少．本文通过气质联用仪并采用面积归一化法测出包合后的尿素包合物及其滤液中各种脂肪酸甲酯的质量分数并且进行了比较．

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

食用油(市场购买)、尿素(AR、湖南师大化学试剂厂)、无水乙醇(AR、湖南师大化学试剂厂)、甲醇(湖南师大化学试剂厂)、无水Na2SO4(AR、上海山浦化工有限公司)、NaHSO4(自制)、石油醚(60～90 ℃、AR、国药集团化学有限公司)、KOH(AR、国药集团化学有限公司)、苯(AR、湖南师大化学试剂厂)．

GC-MS-QP2010气质联用仪(日本岛津公司)、电热干燥箱(武汉市无线电元件厂)、恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器有限公司)、电子调温电热套(天津市泰斯特仪器有限公司)、自动双重纯水蒸馏器(上海亚大技术玻璃公司)．

1.2 混合脂肪酸的提取

取食用油10 g于平底烧瓶中，加入0.4 mol/L KOH-CH3OH溶液；于60 ℃恒温磁力搅拌器中搅拌回流1 h，至溶液澄清；待冷却到室温后加入NaHSO4溶液，调至pH为2～3；溶液分层，用分液漏斗分出上层油相．

1.3 混合脂肪酸甲酯化

将上层油相物转移到三颈烧瓶中，加入2 g NaHSO4固体，少量水将其溶解，2 mL苯，20 mL甲醇；三颈瓶口分别装上温度计、分水器，磨口塞；然后将三颈瓶放置恒温磁力搅拌器上加热搅拌，保持反应物微沸，加热回流1 h，直到分水器中水液面不再上升即可；将生成物冷却至室温后转移到分液漏斗中，蒸馏水洗涤5～6次，石油醚萃取上层油相，用无水Na2SO4干燥，过滤后放入烘箱中烘干溶剂，得到混合脂肪酸甲酯；最后进行气质联用检测得到总离子图．

1.4 尿素包合

称取4 g尿素，溶解在40 mL乙醇中(乙醇稍过量，保证常温下混合脂肪酸甲酯能够全部溶解)，再加入1 g混合脂肪酸甲酯；在磁力搅拌器上60 ℃下搅拌回流0.5 h，溶液呈亮黄色澄清液，冷却至室温后放置在-20 ℃冰箱里冷冻；12 h后在该温度下过滤，分别得到滤液和滤饼[3-4]．

1.5 尿素包合物中脂肪酸甲酯的提取

用石油醚浸泡尿素晶体，过滤，重复3次．再用石油醚浸泡过夜，直到尿素包合物表面没有吸附滤液中的混合脂肪酸甲酯，将浸泡出来的溶液并入尿素滤液中；将处理后的尿素包合物加蒸馏水溶解，石油醚萃取，分液漏斗提取上层油状物；无水Na2SO4干燥，过滤后放入烘箱中烘干溶剂得到尿素包合物中的混合脂肪酸甲酯．最后用气质联用仪检测[5]．

1.6 滤液中脂肪酸甲酯的提取

滤液中加入过量的蒸馏水，使滤液中未析出的尿素全部溶解[6]；再用石油醚萃取2～3次，分液漏斗提取上层油相；无水Na2SO4干燥，过滤后放入烘箱中烘干溶剂，得到滤液中混合脂肪酸甲酯，最后用气质联用仪检测．

1.7 脂肪酸甲酯的检测

色谱柱：Rtx-Wax 弹性石英毛细管柱．程序升温：柱温：100 ℃．进样口温度：250 ℃．程序升温：初始温度100 ℃保持1 min；以15 ℃/min升到175 ℃保持12 min；再以2 ℃/min升到245 ℃保持2 min．离子源温度：250 ℃．进样量：0.5 μL．不分流．柱前压：67.9 kPa．质量范围33～500 amu．溶剂切除时间3.5 min．

2 结果与讨论

2.1 混合脂肪酸甲酯

图1是将混合脂肪酸进行甲酯化处理后，变为更稳定、不易分解的混合脂肪酸甲酯的总离子图．使用强极性色谱柱及程序升温的方法能够很好将混合脂肪酸甲酯与其同分异构体分离，从总的色谱图可见混合物主要有6个色谱峰．

图1 混合脂肪酸甲酯气相色谱图Fig.1 Gas chromatogram of mixed fatty acid methyl esters

表1分别列取了1～6号的色谱峰，通过质谱图和谱库检索得到的6种脂肪酸甲酯，采用面积归一化法定量．其中饱和脂肪酸甲酯占16.23%，分别为棕榈酸甲酯13.97%、硬脂酸甲酯2.26%．不饱和脂肪酸甲酯总共占83.77%，其中棕榈酸甲酯6.38%、油酸甲酯31.52%、亚油酸甲酯21.13%、亚麻酸甲酯24.74%．

表1 混合脂肪酸甲酯各组分质量分数

2.2 尿素包合物中脂肪酸甲酯

对尿素包合物的提取要将尿素表面吸附的脂肪酸甲酯完全洗脱干净，以免造成误差，故用多次浸泡及浸泡过夜的方法以保证滤饼中提取出来的脂肪酸甲酯完全为尿素包合的产物．图2是对尿素包合物进行提取后的脂肪酸甲酯的色谱图，与图1对比，不饱和脂肪酸甲酯的比率明显下降．

图2 尿素包合物中脂肪酸甲酯气相色谱图Fig.2 Gas chromatogram of mixed fatty acid methyl esters in the urea clathrate

对图2中的各个色谱峰进行积分，得到表2，从表2数据分析可见，饱和脂肪酸甲酯的质量分数由原来的16.23%上升到24.90%，油酸甲酯由原来的31.52%提高到48%，以及包合了21.44%的多价不饱和脂肪酸甲酯．可以发现经过尿素包合法一次分离后，在尿素包合物中大部分是饱和的脂肪酸甲酯和油酸甲酯，但亚油酸甲酯和亚麻酸甲酯也被包合．所以在尿素结晶过程中，不仅包合了直链的饱和脂肪酸甲酯，也包合了大量的油酸甲酯和少量的亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯，说明尿素包合法对多价的脂肪酸甲酯的包合能力不够强．

表2 尿素包合物中混合脂肪酸甲酯各组分质量分数

2.3 滤液中脂肪酸甲酯

图3是通过尿素包合法分离脂肪酸后的总离子图，相比于图1，1号及3号色谱峰基本消除，还残有少量的2号和4号峰，亚油酸甲酯和亚麻酸甲酯占主要成分．

图3 尿素滤液中混合脂肪酸甲酯气相色谱图Fig.3 Gas chromatogram of mixed fatty acid methyl esters in the urea filtrate

在滤液中，各组质量分数见表3，饱和脂肪酸甲酯质量分数降到0.3%，同时，油酸甲酯也大幅度损失,由原来的31.52%降低到6.95%．不饱和脂肪酸甲酯由原来的83.77%升高到99.7%，其中亚油酸甲酯由原来的21.13%升高到37.41%，亚麻酸甲酯由原来的24.74%升高到48.22%．可以判定基本上除去了饱和脂肪酸甲酯．

表3 尿素滤液中混合脂肪酸各组分质量分数

图4 尿素包合法分离后饱和脂肪酸甲酯和不饱和脂肪酸甲酯质量分数对比Fig.4 Contents of urea clathrate and urea filtrate

对比图4可见，在尿素包合物固相中既有饱和脂肪酸甲酯，也有不饱和脂肪酸甲酯，但相对于原料本身，其中饱和脂肪酸甲酯的质量分数略有上升，不饱和脂肪酸甲酯的质量分数略有下降．而在尿素包合物的液相中饱和脂肪酸甲酯大幅下降，基本上已经去除，而不饱和脂肪酸甲酯几乎占100%[7]．

3 结论

用尿素包合法基本上可除去饱和脂肪酸甲酯，对不饱和脂肪酸甲酯的富集起到了良好的效果．对尿素包合物中组分的测定分析，可验证理论上尿素包合法各组分质量分数变化原因．尿素晶体先选择饱和脂肪酸甲酯进行包合，再选择不饱和脂肪酸甲酯一一进行包合，且双键数目越多，包合越困难，根据该原理可对高价的脂肪酸及其酯类进行富集[8]．但是，实验发现该法对于尿素包合物中存在大量的油酸甲酯的包合选择性不强，回收率较低，与多价不饱和脂肪酸甲酯的进一步分离都还待进一步的深入研究．

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[2] 史高峰，吕秋楠，陈学福，等.蚕蛹油尿素包合物中尿素和脂肪酸的分离回收工艺研究[J].中国油脂, 2009,34(5)：49-52.

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[4] 阮奇城，祁建民，黄李冉，等.红麻籽油脂肪酸成分分析及其亚油酸富集工艺的研究[J].中国粮油学报, 2009，24(9):71-75.

[5] 胡小泓，张新才，周临桃，等.尿素包合物固相中回收脂肪酸的工艺研究[J].食品科学, 2005,26(11)：141-144.

[6] HAYES D G, BENGTSSON H Y, VAN ALSTINE J M,etal. Urea complexation for the rapid, ecologically responsible fractionation of fatty acids from seed oil[J].J Am Oil Chem Soc, 1998,75(10):1403-1409.

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(编辑 杨春明)

Analysis and Comparison of the Fatty Acid Methyl Esters in the Urea Clathrate and Its Filtrate by GC-MS

LITian-bao*,WUYue

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Normal University, Changsha 410081, China )

Mixed fatty acid methyl esters were separated by urea adduct method. The contents of fatty acid methyl esters in the urea clathrate and its filtrate were measured by GC-MS-QP2010 gas chromatograph-mass spectrometer with area normalization method respectively.The result showed that fatty acid methyl esters in the urea clathrate are mainly saturated fatty acid methyl esters and methyl oleate, and a small amount of multivalent unsaturated fatty acid methyl esters,but the content of unsaturated fatty acid methyl esters in the filtrate is raised from 83.77% to 99.7%.

unsaturated methyl esters;urea adduct method; urea clathrate

2013-09-09

国家自然科学基金资助项目(21003043)

*

,E-mail：ltbsir@yahoo.com.cn

O657.63

A

1000-2537(2014)05-0049-04