綠色綜合化學實驗：從葵花籽油中富集亞油酸

楊廣慧，韓 捷，鄭文華，王如全，楊雪芹

（滄州職業技術學院 化學工程系，河北 滄州 061000）

綜合化學實驗是一門在學生具備一定化學理論知識與實踐技能的基礎上開設的，深層次、多學科性的化學實驗課程。從人才培養的角度，開設該課程能夠縮短學生理論知識與科研、生產實踐中解決問題能力之間的差距，對培養學生的科研素養和創新能力起著重要的作用。因此，全國許多高校都在積極進行綜合化學實驗課程的開發設計和教學改革，出版實驗教材與參考書。研究者在進行實踐與探索的同時，對課程內容提出了多方面的要求。綜合化學實驗課程應緊扣科學發展前沿和社會實際需求，既保持經典的知識結構，又體現當代學科發展的前沿動態。 綜合化學實驗除了實驗內容廣泛、操作技能多樣化的特點外，更應突出實用性，貫穿綠色化學理念[1-4]。

本文設計了一個綜合化學實驗，從食用葵花籽油出發，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，并且在醫藥、工業和日用化妝品領域具有重要應用價值。參考文獻[5—7]中的工藝流程，將本實驗分為“皂化—尿素包合—甲酯化—分析測定”四步操作（流程圖詳見圖1），體現了有機化學、無機化學、儀器分析多個學科知識的交叉和融合，涉及分離、提純、檢測多方面的操作技能，體現了實驗內容和方法的綜合性。此外，將本實驗設計成半微量實驗，選取天然無毒害反應物，回收再利用有機溶劑，均符合化學實驗教學綠色化改革的要求[8]。

圖1 實驗工藝流程圖

1 實驗原理

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，尿素包合法所需設備簡單，成本低廉，條件溫和，是適合大規模工業應用的理想方法之一[9]。其原理是尿素在低溫結晶過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。近年來，應用尿素包合法從動植物油脂中富集多不飽和脂肪酸的研究屢見報道，涉及的不飽和脂肪酸種類及其油脂來源更加豐富[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合的實驗方法得到發展[13-15]，尿素包合法的應用范圍更加廣泛。

亞油酸在我們日常食用的植物油中普遍存在，而葵花籽油中脂肪酸成分相對簡單且亞油酸含量較高，易于實驗的提純和分析。因此，本實驗選取食用葵花籽油為原料，經皂化反應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溶劑中析出，過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。對皂化得到的游離脂肪酸混合物和富集所得亞油酸產品分別取樣，經甲酯化形成脂肪酸甲酯后可利用氣相色譜分析法測定其中亞油酸的含量。

2 實驗材料與儀器

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

儀器與設備：氣相色譜儀（美國安捷倫公司7820A）、恒溫磁力攪拌器、電子天平、旋轉蒸發儀、循環真空水泵、冰箱。

3 實驗過程與方法

3.1 皂化反應

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 倍皂化當量），在80 ℃水浴加熱攪拌下反應1.5 h。冷卻至室溫后，皂化反應液用旋轉蒸發儀迅速蒸干溶劑，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，此時有油狀液體析出，轉移至分液漏斗中，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水硫酸鈉干燥。過濾，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）。

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 混合脂肪酸通過注射器緩慢滴入，所得混合溶液繼續回流0.5 h。自然冷卻至室溫后，反應液再在0 ℃下靜置15 h。趁冷卻迅速過濾結晶沉淀，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行多次洗滌后，加入無水硫酸鈉干燥。過濾，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 無水甲醇中，滴加0.2 mL濃硫酸，在氮氣保護下水浴加熱回流反應1 h。冷卻至室溫后，反應液轉移至分液漏斗中，用10 mL 環己烷萃取脂肪酸甲酯。萃取液用水洗至中性后加入無水硫酸鈉干燥，過濾，所得環己烷溶液進行下一步氣相色譜分析。

3.4 分析檢測

氣相色譜儀檢測條件：美國安捷倫公司7820A 氣相色譜儀，色譜柱：DB-23（極性柱），30 m×0.53mm×0.5 μm；進樣器溫度250 ℃；檢測器：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，進行氣相色譜分析，結果見圖2。游離脂肪酸混合物經一次尿素包合，將富集所得產品進行甲酯化和氣相色譜分析，結果見圖3。

圖2 葵花籽油中脂肪酸甲酯化后氣相色譜圖

比較兩次分析測定結果，數據顯示，在3.2 節的實驗條件下，經一次尿素包合，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（保留時間為16.6 min）的含量由59%（以峰面積百分比計）提高到89%，富集得到了純度較高的亞油酸。

圖3 富集所得產品甲酯化后氣相色譜圖

5 結語

本實驗采用尿素包合法，能夠實現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。該實驗緊扣科學發展前沿和社會實際需求，實用性及可操作性強，所用試劑廉價易得，反應物及產物均綠色無毒害，非常適合作為一個綜合化學實驗面向大學化學專業學生開設。通過該實驗的教學，不但能夠激發學生的學習興趣，促進專業知識與實踐技能的提升，而且還能培養學生的科研素養和創新能力，并引導學生樹立綠色化學的理念。