杜仲籽油混合脂肪酸制备工艺优化及脂肪酸组成分析_吴丽雅

摘 要：以杜仲籽油为原料，在常压下皂化水解并用正己烷萃取制备杜仲籽油混合脂肪酸。在单因素超碱量、KOH乙醇溶液/油的比例、皂化温度、皂化时间和酸化pH研究的基础上，选取超碱量、皂化温度、皂化时间和酸化pH四个因 素，应用响应面设计中的Box-Behnken设计对皂化工艺进行优化并得到回归模型，通过气质联用仪分析杜仲籽油脂肪 酸的组成。结果表明，制备杜仲籽油混合脂肪酸的优化工艺条件为：超量碱52%，皂化温度77℃，皂化时间82min，酸化 pH2.7，在此优化条件下，测得混合脂肪酸的酸值为159.19mg KOH/g。气质联用仪分析结果显示杜仲籽油混合脂肪酸 中α-亚麻酸的相对含量可达60.14%，可以作为进一步分离提取杜仲籽油α-亚麻酸的原料。 关 键 词 ：杜仲籽油，皂化，脂肪酸，Box-Behnken设计，气相色谱-质谱联用仪分析
1.4 响应面优化实验设计
响应面法是通过回归方程拟合单因素实验得到 的数据，评价指标和因素间的非线性关系，得到了最 优的工艺参数[11-13]。应用SAS 9.1数据分析软件，根据 Box-Behnken实验设计原理，综合单因素实验结果， 以杜仲籽油脂肪酸酸值为响应值，选取超量碱、皂化 温度、皂化时间和酸化pH为考察因素，优化制备杜仲 籽油混合脂肪酸，实验因素水平表见表1。
25 30 35 40 45 50 55 超量碱（占理论碱量%）
图1 超量碱对杜仲籽油脂肪酸酸值的影响 Fig.1 Effect of excess alkali on eucommia seed oil fat sour value
杜仲籽油的皂化值为180mg KOH/g，因此根据皂 化值确定每10g杜仲籽油需要理论碱量为1.8g KOH， 但因为KOH是强碱，易吸收空气中的水分而发生潮 解，而且在皂化反应中不仅是催化剂，并且可以中和 反应生成脂肪酸得到脂肪酸钾盐使反应向正方向进 行，因此，实际操作中需要KOH量要高。由图1可见， 随着超量碱的增多，皂化逐渐完全，杜仲籽油的酸值 逐渐增大[6]。当超量碱为50%时，酸值达到最大。KOH 用量过多，后面酸解和水洗会对脂肪酸产生影响，使 杜仲籽油脂肪酸酸值减小，因此，选择KOH用量高于 理论用量50%。 2.1.2 KOH乙醇溶液/油的比例对杜仲籽油脂肪酸 酸值的影响 10g杜仲籽油，在恒定KOH理论用量 1.8g，加入超量碱50%，皂化温度75℃，皂化时间80min， 酸 化 pH 为 2.5 条 件 下 ，考 察 不 同 KOH 乙 醇 溶 液/油 的 比例对酸值的影响，如图2所示。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
杜仲籽油 于2011年采用超临界CO2萃取而得， 并且避光储存，检测其皂化值为180mg KOH/g；氢氧 化钾、95%乙醇、盐酸、无水硫酸钠、正己烷、浓硫酸 等 均为国产分析纯；甲醇、正己烷 为色谱纯。
HH -S2 型 恒 温 水 浴 锅 金 坛 市 成 辉 仪 器 厂 ； PHSJ4A型实验室pH计 上海精密科学仪器有限公司； 101-2AB型电热鼓风干燥箱 天津市泰斯特仪器；
收稿日期：2013－01－21 * 通讯联系人 作 者 简 介 ：吴丽雅（1987-），女，硕士研究生，研究方向：天然产物化学。 基 金 项 目 ：2010年湖南省高校科技成果产业化培育项目（10CY010）；
大学科研项目（jdy12040）。
籽油为原料，在常压下，皂化水解制备杜仲籽油混合 脂肪酸，并通过响应面法优化实验，得到了制备杜仲 籽混合油脂肪酸的优化工艺条件，并对脂肪酸的种 类和含量进行分析，为进一步分离提取和纯化杜仲 籽油α-亚麻酸提供实验依据。
Abstract：With the eucommia ulmoids oliv seed oil as raw material，eucommia ulmoids oliv seed oil mxed fatty
acids was prepared by saponification，acid hydrolysis and extraction by n -hexane under nomal pressure.
1.3 单因素实验设计
每次实验称取杜仲籽油10g，分别对超量碱（占 理论碱量）（25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%）， KOH-乙醇溶液/油的比例（mL∶g）（1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、 5∶1、6∶1、7：1），皂化温度（60、65、70、75、80、85、90℃）， 皂 化 时 间（40、50、60、70、80、90、100min），酸 化 pH （1.5、2.0、2.5、3.0、3.5）进行单因素实验，考察各个因 素对杜仲籽油混合脂肪酸酸值的影响。
According to the single factor experiments，super alkaline，saponification temperature，saponification time and
acidification pH were selected. The Box-behnken design was used to optimize of saponification and to set up
表1 Box-Behnken实验因素水平表 Table 1 Factors and levels of Box-Behnken design
水平
-1 0 1
X1 超量碱 （%） 45 50 55
因素
X2 皂化温度 X3 皂化时间
（℃）
（min）
70
70
75
80
80
90
X4 pH
2 2.5 3
2 结果与分析
a regression model，the fatty acid composition of fatty acid was analyzed by GC-MS. Results showed that the
optimum condition were excess alkali 52% ，saponification temperature 77℃ ，saponification time 82min，acid
色谱条件：Agilent 190191S-433 型 石英毛细管 柱（325℃，30min×250min×0.25μm），载气为高纯度的 氦 气（99.999%），柱 前 压 69.8kPa，柱 内 载 气 流 速 2mL/min；升 温 程 序 ：80℃ 保 持 2min，以 10℃ /min 升 温 到 160℃ ，保 持 2min，再 以 5℃ /min 升 温 到 250℃ ，保 持 5min，载气流速1mL/min，分流比80∶1，进样量1μL。质 谱条件：EI离子源230℃ ，溶剂延迟 4min，电子能量 70eV，分辨率1000。
on eucommia seed oil fat sour value
在皂化反应中，油脂含水量少，KOH不易溶解，而 油脂、KOH和水会在乙醇的作用下形成了一个均相 体系，为加快反应速度，KOH乙醇溶液/油比例对酸值 有不同的影响。由图2可知，KOH乙醇溶液和油的比例 小于4∶1时，皂化反应不完全，生成脂肪酸钾盐溶液， 而当乙醇溶液过量时，不仅反应速度降低，生成粘性 大的中间皂，使酸值减小，而且，增加乙醇用料，提高 成本[7]。因此，KOH乙醇溶液/油的适宜比例是4∶1。
（1.Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization（Jishou University），College of Hunan Province， Jishou 416000，China；
2.Institute of Food Science，Jishou University，Jishou 416000，China）
2.1 单因素实验结果与分析
2.1.1 超量碱对杜仲籽油脂肪酸酸值的影响 10g
288 2013年第14期
酸值（mg KOH/g）
酸值（mg KOH/g）℃， 皂化时间80min，酸化pH为2.5条件下，考察不同超量 碱对酸值的影响，如图1所示。
170 160 150 140 130 120 110 100
hydrolysis pH value 2.7，leading to fatty acid value of 159.19mg KOH/g. The relative content of alpha linolenic
acid reaches 60.14% by analysing of GC -MS. It could be used as a further separation and extraction of
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Science and Technology of Food Industry
工艺技术
FA2004型电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司； RE-52AA型旋转蒸发仪 金坛市成辉仪器厂；TG165 型台式高速离心机 长沙平凡仪器表有限公司；7890A5975C型气相色谱-质谱联用仪 美国Aglient公司。
1.2 实验方法
1.2.1 常压皂化水解制备杜仲籽油脂肪酸的工艺流 程 10g杜仲籽油→KOH-乙醇溶液皂化回流→室温冷却→ 正己烷萃取→10%盐酸酸化皂化物→静置分层→有机相水洗 至中性→脱水、回收正己烷→杜仲籽油混合脂肪酸。 1.2.2 杜仲籽油脂肪酸酸值测定 杜仲籽油脂肪酸 酸值的测定参考GB/T 5530-2005/ISO 660：1996方法。 1.2.3 杜仲籽油脂肪酸组成分析 称量皂化水解后 的杜仲籽油脂肪 酸1g 置于圆 底烧瓶中，加 入 10mL （1∶10，V/V）溶液，放入恒温水浴锅中，75℃回流1h，室 温冷却，用正己烷萃取2次，合并两次萃取液，蒸馏水 洗涤多次，无水硫酸钠干燥，5000r/min离心10min，取 上清液备用[4-5]。
Optimization of the preparation process of eucommia seed oil mixed fatty acid and the analysis of its fatty acid composition