亞麻油的堿催化異構化

馬 紅 超, 張 銳, 初 婷婷 , 劉 明, 董 曉 麗, 吳 文 忠

( 1.大連工業大學 輕工與化學工程學院, 遼寧 大連 116034;2.大連醫諾生物有限公司, 遼寧 大連 116600 )

0 引 言

近年來的研究結果顯示,多烯不飽和脂肪酸ω-3系列的亞麻酸是人體不可缺少的必需脂肪酸,共軛亞麻酸(CLnA)在抗癌、抗糖尿病、增強免疫力和增加肌肉減少脂肪等方面有著顯著作用,已引起國內外學者的廣泛關注[1]。

制備CLnA的有效方法主要包括化學法、生物法和天然產物提取法三大類。堿異構化化學合成法可以大量合成CLnA,易于工業化生產。這是目前合成CLnA較為有效的方法。堿異構化法中常用的催化劑主要是氫氧化鉀和叔丁醇鉀等。2000年Igarashi等[2]采用氫氧化鉀/乙二醇溶液作為催化劑異構化亞麻酸,結果發現生成CLnA,但其產率較低。2001年Suzuki等[3]采用叔丁醇鉀/DM作催化劑,在30 ℃下異構化亞麻酸乙酯1 h,同樣也發現生成了CLnA。

本研究采用資源豐富的亞麻籽油為原料,以無毒無味,且沸點高的丙三醇為溶劑,采用堿異構化法制備共軛亞麻酸。系統地考察了堿油比、溶劑用量、反應溫度、時間及種類對亞麻酸異構化過程的影響,為提高共軛亞麻酸的產率與規模生產奠定基礎。

1 材料與試劑

亞麻油(含51%～53.5%亞麻酸),丙三醇、DMF、DMSO、1,3丙二醇、聚乙二醇200/400、乙二醇、乙二醇甲醚、甲醇鈉、正己烷、石油謎、氫氧化鉀、硫酸、鹽酸等均為分析純。

2亞麻酸異構化的方法

2.1 CLnA的制備

將一定量的亞麻油、溶劑及堿催化劑置于圓底燒瓶中,于氮氣保護下加熱至確定溫度后再回流一定時間,向反應物內加入2.0 mol/L的稀硫酸溶液,調節pH到1.0。用分液漏斗分離上層的異構化產物,用正己烷萃取,蒸餾水洗滌3次后收集。收集物經甲酯化之后,用氣相色譜分析測定所得產物。

2.2 甲酯化

在帶蓋試管中稱取20 mg脂肪酸樣品,加入2 mL硫酸/甲醇溶液,氮氣保護下在50 ℃水浴加熱10 min。反應結束后加入2 mL正己烷振蕩萃取,蒸餾水洗滌3次吸取上層液進行GC分析。

2.3 共軛多烯不飽和脂肪酸的分析與表征方法

2.3.1 氣相色譜的操作及使用

采用日本島津GC-2010型氣相色譜儀,檢測器為FID,毛細管色譜柱為50 m×0.25 mm ID-BPX70,澳大利亞SGE公司。色譜條件:檢測器溫度260 ℃,汽化室溫度260 ℃,柱溫205 ℃；柱前壓(載氣)15 MPa；分流流量1∶30；尾吹29 mL/min；氫氣體積流量40 mL/min；空氣體積流量400 mL/min；載氣體積流量3 mL/min；進樣量0.4 μL。

2.3.2 紅外光譜分析

用Perkin-Elmer 公司的Spectrum 2000 FT-IR光譜儀,近紅外光源,石英分束器,DTGS 檢測器,測定范圍4 000～400 cm- 1,分辨率4 cm- 1。

2.3.3 紫外光譜分析

紫外分析使用UV-2401 PC型紫外分光光度計(日本島津公司)。取一滴試樣于10 mL試管中,用正己烷稀釋到刻度,移取1 mL的溶液到10 mL的試管中,稀釋到5 mL備用。以純正己烷作參比樣進行全波段掃描。

2.3.4 衍生化分析

采用2-氨基-2-甲基丙醇(AMP)遠端羧基衍生化GC-MS方法來分析亞麻油異構化產物結構。衍生化過程與文獻[4]方法相同。

2.3.5 氣相色譜-質譜聯用

采用HP-6890(Ⅱ)GC/5972MS氣相色譜-質譜聯用儀對衍生物進行質譜分析。氣相色譜柱為彈性石英毛細管色譜柱(35 m×0.2 mm×0.2 mm)。載氣為高純氦氣(99.995%),柱溫由75 ℃保留2 min,以20 ℃/min的速度升溫至185 ℃保留33 min,再以4 ℃/min的速度升溫至225 ℃。柱前壓130 kPa,體積流量23 cm3/s。進樣口溫度250 ℃,氣相色譜-質譜接口溫度280 ℃。進樣量1 μL,分流比20∶1。質譜條件為電子轟擊離子源,電子能量70 eV,電子倍增器電壓1 882 V,離子源溫度174 ℃,質基掃描范圍50～450 amu,全掃描方式。

3 結果與討論

由表1可知,共軛亞麻酸的收率隨著反應時間的延長先增加后降低。這是由于延長反應時間有利于雙鍵異構化的進行,但反應時間過長也會使聚合等副反應發生。此外也發現,共軛亞麻酸收率也會隨著溶劑量的減少與堿量的增加而提高,但過度降低溶劑量和過多添加堿會導致體系過于黏稠和后處理消耗大量酸。綜合上述結果,得出丙三醇體系下亞麻油堿異構化最佳工藝參數為:在1 g亞麻油下,以甘油為反應溶劑,在反應溫度為180 ℃,堿油比為1.0,溶劑油比為10,反應時間為2 h。此時共軛亞麻酸的收率為74.5%。

圖1為亞麻油異構化前后的紅外光譜。由圖1可見,異構化的亞麻油于1 650和3 010 cm-1處的碳碳雙鍵伸縮振動吸收與碳碳雙鍵不飽和碳氫伸縮振動吸收峰強度明顯降低。為了辨別亞麻油異構化后結構的變化,對異構化產物在900～1 000 cm-1譜帶范圍進行了觀察,見圖2。由圖2可見,992 cm-1附近顯示出共軛三烯烴特征吸收峰,而967 cm-1附近的吸收峰為共軛二烯鍵特征吸收峰。原油中914 cm-1處的孤立順式雙鍵面外變形振動吸收峰消失。

圖3為亞麻油異構化前后的紫外-可見吸收光譜。可以發現,原油的最大吸收峰在約

圖1 亞麻油異構化前后的紅外光譜

圖2 亞麻油異構化產物在900～1 000 cm-1的紅外光譜

圖3 麻籽油異構化前后紫外吸收光譜圖

216 nm處,可歸屬為亞麻油中隔離雙鍵的π→π*躍遷。而230 nm處的吸收峰可歸為原油中雙鍵自身遷移形成的二共軛雙鍵π→π*躍遷。270 nm處吸收峰則可歸為原油中雙鍵自身遷移形成的三共軛雙鍵π→π*躍遷。經對比可知,異構化后產物最大吸收峰在230 nm處,而在270 nm處也顯示出明顯吸收。但216 nm處原油的最大吸收峰幾乎消失。由此可知本體系異構化效果較好。

產物的4,4-二甲基惡唑啉(DMOX)的MS譜圖與分析結構見圖4。由MS分析結果可知,亞麻油異構化產物結構為共軛亞麻酸(9Z,11E,15Z；18∶3)。

圖4 產物質譜圖

4 結 論

采用均相反應體系研究了亞麻油堿異構化過程。研究發現,使用無毒的丙三醇溶劑能夠獲得較高的共軛亞麻酸收率。采用FT-IR、UV-vis和GC-MS方法分析了亞麻油異構化產物結構,發現本方法主要獲得了二共軛的亞麻酸(9Z,11E,15Z；18∶3)。于最優工藝條件下,共軛亞麻酸收率可達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.