烟籽油碱催化异构化制备共轭亚油酸技术研究

摘要  [目的]研究烟籽油制备共轭亚油酸（CLA）的工艺条件。[方法]以烟草种子榨制的烟籽油为原料，丙二醇为溶剂，氢氧化钾为催化剂，采用碱催化异构化合成CLA，探索反应温度、反应时间、催化剂用量对CLA 转化率的影响，并采用响应面法优化最佳条件。[结果]3个因素对转化率的影响程度表现为催化剂用量>反应温度>反应时间;在丙二醇20 mL，烟籽油5 g的反应体系下，优化后反应温度为171.18 ℃，反应时间为5.22 h，碱用量3.43 g，CLA转化率最高，预测转化率为93.32%，实际转化率为（92.78±0.74）%。[结论]该研究可为烟籽油作为原料制备CLA提供科学依据。

关键词  烟籽油;碱催化异构;共轭亚油酸;响应面

中图分类号  TS 22   文献标识码  A    文章编号  0517-6611（2022）15-0166-05

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2022.15.043

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Preparation of Conjugated Linoleic Acid by Alkali Isomerization of Tobacco Seed Oil

ZHANG Jian-hui1，LI Qing-yu2，XIAO Yong1 et al

（ 1. Sichuan Tobacco Company of CNTC， Chengdu， Sichuan 610041; 2. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences， Qingdao， Shandong 266101）

Abstract  [Objective]To study the preparation of conjugated linoleic acid （CLA） from tobacco seed oil. [Method]The conjugated linoleic acid （CLA） was synthesized by alkali-catalyzed isomerization with tobacco seed oil as raw material， propylene glycol as solvent and KOH as catalyst. The effects of reaction temperature， reaction time and catalyst dosage on the conversion of CLA were investigated， and optimized by response surface methodology. [Result]The results showed that the influence degree of the three factors on the conversion rate was followed by the amount of alkali > reaction temperature > reaction time. Under the optimized reaction system of 20 mL propylene glycol and 5 g tobacco seed oil， the reaction temperature was 171.18 ℃， the reaction time was 5.22 h， the alkali concentration was 3.43 mol/L， and the conversion rate of conjugated linoleic acid was the highest. The predicted conversion rate was 93.32%， and the actual conversion rate was （92.78±0.74）%. [Conclusion]This study can provide a basis for the preparation of CLA from tobacco seed oil.

Key words  Tobacco seed oil;Alkali-catalyzed isomerization;Conjugated linoleic acid;Response surface

共轭亚油酸（CLA）是含有共轭双键的十八碳二烯酸在不同位置和立体构型上形成的异构体的总称[1]。CLA 异构体种类繁多，现已发现有28 种，其中以c9，t11-CLA 和 t10，c12-CLA 的研究较多，生理活性突出[2]。研究表明c9，t11-CLA 和 t10，c12-CLA 具有抗癌、抗炎、抗糖尿病、减肥、增强免疫力等功能，广泛应用于保健品、功能食品及食品添加剂等领域[3]。天然的CLA主要存在于一些反刍动物如牛、 羊的乳脂及肉制品中，含量甚微[4]，因此人工合成成为获取 CLA 的主要途径。人工合成CLA是将亚油酸或富含亚油酸的原料，通过异构化反应制得[5]。而为了得到含量较高的CLA，通常需要植物油亚油酸含量达到50%以上，目前用于生产植物油主要有红花籽油、大豆油和葵花籽油等[6]。其中，红花籽油亚油酸含量80.37%[7]，是生产CLA的主要原料。但红花籽产量不高（1 800 kg/hm2）[8]，且药用红花与油用红花存在竞争，用于生产红花籽油的红花有限。

烟草种子含油量40%，油中不饱和脂肪酸含量达到89.38%，亚油酸（LA）含量最高（74.5%～76.9%）[9]，LA含量和红花籽中相当。研究表明，烟草种子产量1 800 kg/hm2[10]与红花籽产量相似，而烟草种子可以在烟叶采摘结束后留花留种，因此烟草种子作为原料更有优势。笔者以烟籽油作为 原料，以强碱为催化剂，通过碱异构化法制备 CLA，探索不同因素对CLA转化率的影响，然后通过响应面试验优化，形成烟籽油制备 CLA 的工艺条件，以期为草种子油作为原料制备CLA提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

烟籽油：热榨自制。脂肪酸组成及含量：棕榈酸7.42%，硬脂酸2.56%，油酸10.06%，亚油酸79.15%，亚麻酸0.81%。

CLA 标准品，Sigma公司;丙三醇、乙二醇、聚乙二醇、1，2-丙二醇、正己烷、无水乙醇、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钠、无水硫酸（分析纯），国药集团化学试剂有限公司;三氟化硼（分析纯），上海麦克林生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

7890A-5975C型气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent公司），cp-sil88毛细管柱（美国Agilent公司），WH220-HT磁力搅拌机（德国WIGGENS公司），电子分析天平（奥豪斯仪器上海有限公司），RE100-PRO旋转蒸发仪（北京Dragonlab公司），DHG-9240A电热鼓风干燥箱（杭州蓝天化验仪器厂），KQ-500DA数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1    烟籽油制备CLA方法。2.0 g氢氧化钾溶于20 mL丙二醇中，N2保护油浴加热到170 ℃，加入5 g烟籽油，反应4 h，冷却至室温，加入蒸馏水终止反应。样品转移到分液漏斗，加入HCl调节pH为1～3。用正己烷萃取并用饱和NaCl溶液洗涤至中性。萃取液蒸去正己烷，得到含有CLA的混合脂肪酸。

1.3.2    游离脂肪酸甲酯化方法。将含有CLA的混合脂肪酸0.3 g加入5 mL BF3-CH3OH溶液中，迅速置于80 ℃油浴锅中反应10 min，反应结束后，冷却至室温，得到透明溶液。溶液中加入一定量的饱和NaCl溶液，轻轻振荡，正己烷萃取2次合并，无水硫酸钠过膜干燥装瓶，采用GC-MS分析检测脂肪酸的组成及相对含量。

1.3.3    脂肪酸甲酯检测方法。分析柱：CP-Sil88（100 m×250.0 μm×0.2 μm），载气：氦，流速：24 mL/min，分流比：20 ∶1，进样量：1 μL，柱升温程序：120 ℃保持1 min，以20 ℃/min的速率升温到200 ℃，保持28 min。

1.4 数据统计    所有数据运用Excel、SPSS和Designer Expert软件进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 反应温度对CLA转化率的影响

在丙二醇20 mL，氢氧化钾2.0 g，烟籽油5 g，反应时间4 h的条件下，研究反应温度130、140、150、160、170、180 ℃对CLA转化率的影响，结果见图1。从图1可见，在反应温度为130 ℃时，亚油酸异构化为CLA的转化率为4.50%，随着温度的升高，转化率也逐渐升高，在反应温度达到180 ℃时，转化率可达到89.92%。综合考虑异构化反应转化率和溶剂的沸点（丙二醇在180 ℃临近沸点），选择160～180 ℃作为下一步优化反应条件的温度。

2.2 反应时间对CLA转化率的影响

在丙二醇20 mL，氢氧化钾2.0 g，烟籽油5 g，反应温度170 ℃的条件下，研究反应时间1、2、3、4、5、6 h对CLA转化率的影响，结果见图2。从图2可见，在反应时间为1 h时，亚油酸异构化为CLA的转化率为5.77%，随着反应时间的延长，转化率先逐渐增高，在5 h时转化率最大，达64.54%;反应时间延长为6 h，转化率反而降低（49.91%）。反应时间选择4～6 h作为下一步优化反应条件。

2.3 催化剂用量对CLA转化率的影响

在丙二醇20 mL，烟籽油5 g，反应时间4 h，反应温度170 ℃的条件下，研究催化剂用量0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0 g对CLA转化率的影响，结果见图3。从图3可见，当催化剂用量小于1.0 g时，亚油酸异构化为CLA的转化率为2.10%，随着催化剂用量的增加，异构化率急剧增加，当用量达到3.0 g以后，趋势明显变缓，转化率达到94.00%以上。综合考虑催化剂用量对异构化反应转化率的影响，选择2.0～4.0 g氢氧化钾作为下一步优化反应条件。

2.4 响应面法优化碱催化烟籽油异构化CLA工艺研究

2.4.1    响应面试验因素及水平设计。

在前期单因素试验的基础上，选取反应温度、反应时间、催化剂用量（油用量5 g）3个因素作为变量。以温度170 ℃、反应时间5 h、催化剂3.0 g为中心点，利用软件Design-Expert进行试验数据分析。响应面的试验因素及水平设计见表1，试验结果见表2。

2.4.2    预测方程及差异检验。

利用Design-Expert 8.06对数据进行分析，得到二次回归方程：转化率（%）=92.22+2.64A+1.08B+3.82C-3.00AB-2.85AC-0.89BC-3.15A2-0.78B2-3.79C2。对其进行回归模型方差分析（表3），结果表明，模型极显著（P<0.01），失拟项P=0.204 2>0.05，不显著，说明回归方程拟合程度良好。R2=0.984 0，自变量与响应面之间线性良好，矫正决定系数R2Adj=0.963 2，说明模型具有良好的拟合度。由表3可知，A、B、C、AB、AC、A2和C2对转化率影响显著;BC和B2影响不显著，3个因素对转化率的影响程度表现 为催化剂用量（C）>反应温度（A）>反应时间（B）。