2012届毕业生
毕业论文
题 目: 高纯度亚油酸的制备与设计
院系名称： 粮油食品学院 专业班级： 食工F0808班
学生姓名： 郭倩倩 学 号： [1**********]7
指导教师： 杨国龙 教师职称： 副教授
2012年 05 月 4 日
摘要
亚油酸具有独特的生理作用和保健功能，是人体必需脂肪酸的一种。红花籽
油中的亚油酸含量能达到75%~83%，是制取亚油酸的理想原料。本文以红花籽
油为原料，经皂化、酸解得到混合脂肪酸，然后经尿素包合制得高纯度的亚油酸。
本文介绍了尿素包合法纯化红花籽油中亚油酸的方法，对亚油酸的制备及尿
素包合法过程中的工艺进行了研究，重点研究研究了尿素/脂肪酸的加入量（3:3、
4:3、5:3，g/g），尿素/乙醇的比例（4:5、4:20、4:25，g/mL），结晶温度（-5℃、
0℃、5℃、10℃），结晶时间（12h、24h、36h）这些因素对尿素包合纯化亚油酸
效果的影响。结果表明，当尿素/脂肪酸的比例为4:3，尿素：乙醇的比例为4:15
结晶温度为0℃，结晶时间为24h时，所制得的亚油酸纯度达到96.25%，得率为
44%，尿素晶体内亚油酸纯度达到63.09%，得率42.57%.
关键词：红花籽油 亚油酸 尿素包合
Title Preparation of high purity linoleic acid and design
Abstract ：
Linoleic acid has a unique physiology function and health care function, is one of
the essential fatty acids. Content of linoleic acid in safflower oil can reach 75%~83%, is the ideal raw material preparation of linoleic acid. Safflower oil as raw material in
this article the saponification, acid solution are of mixed fatty acid and urea inclusion
of high purity linoleic acid. This describes has urea package legitimate purification
safflower seed oil Central linoleic acid of preparation, on Asia oil acid of preparation
and the urea package legitimate process in the of technology for has research, Focus
on the urea / fatty acid amount (3:3,4:3,5:3, g / g), urea / ethanol ratio (4:5,4:20,4:25,
g / mL), crystallization temperature (-5 ° C, 0 ° C, 5 ° C, 10 ° C), crystallization time
(12h, 24h, 36h) of these factors impact on the effect of urea inclusion purified linoleic
acid. Results show that, when the urea:fatty acid rato is 4:3, the ratio of urea:ethanol is
4:15, the crystallization temperature is 0 ° C, the crystallization time 24 h, the system
of linoleic acid purity can reach 96.25%, yield 44%. the purity of linoleic acid in urea
crystals can reach 63.09%, 42.57% of the yield.
目 次
Title ............................................................................................................................... II
1 引言.......................................................................................................................... 1
1．1 本课题研究的意义................................................................................... 1
1.1.1 亚油酸的物理化学性质...................................................................... 1
1.1.2亚油酸的主要用途及对人体健康的益处........................................... 1
1.2 国内外研究现状............................................................................................. 2
1.2.1 利用分子量不同对脂肪酸进行分离.................................................. 2
1.2.2 利用脂肪酸溶解度不同分离纯化脂肪酸.......................................... 3
1.2.3 利用吸附剂选择性吸附脂肪酸分离纯化.......................................... 4
1.2.4 利用脂肪酶催化法分离纯化脂肪酸.................................................. 4
1.2.5 利用脂肪酸的不饱和双键分离纯化脂肪酸...................................... 4
1.3 本课题研究的目的......................................................................................... 5
1.4 本课题研究的主要内容................................................................................. 6
2. 材料与方法............................................................................................................... 6
2.1 研究材料......................................................................................................... 6
2.1.1 原料...................................................................................................... 6
2.1.2 主要试剂.............................................................................................. 7
2.1.3 主要实验仪器装置.............................................................................. 7
2.2 主要实验方法................................................................................................. 8
2.2.1 混合脂肪酸的制备.............................................................................. 8
2.2.2薄层色谱法(TLC)观察皂化程度 ........................................................ 8
2.2.3 多不饱和脂肪酸亚油酸的富集.......................................................... 8
3 结果与讨论................................................................................................................ 9
3.1 原料红花籽油脂肪酸成分的分析................................................................. 9
3.2 影响尿素包合亚油酸的主要因素............................................................... 10
3.2.1 结晶时间对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响............................ 10
3.2.2 尿素与脂肪酸比例对亚油酸的影响................................................ 11
3.2.3 尿素与乙醇的比例对亚油酸的影响................................................ 13
3.2.4 结晶温度对尿素包合亚油酸的纯度和得率的影响........................ 14
3.3 正交试验设计及分析................................................................................... 15
3.3.1亚油酸纯度及得率试验结果分析..................................................... 17
3.3.2尿素晶体内亚油酸的纯度及得率实验结果分析............................. 18
结 论.......................................................................................................................... 20
参 考 文 献................................................................................................................ 22
1 引言
亚油酸是含有两个双键的人体必需脂肪酸，具有独特的生理作用和功能特
性，同时也是维持生命的重要物质。近年来，随着经济的发展，人民生活水平的
提高，提高生活质量已是人们普遍关心的大事，特别是高血脂、高胆固醇等现代
文明病的普遍存在，使人们愈来愈重视对不饱和脂肪酸的研究和综合利用。亚油
酸在保健、医药、食品等行业的需求越来越高，这些年更是成为保健品的热门话
题之一。研究发现，胆固醇必须与亚油酸结合后才能在人体内进行正常的运转和
代谢。但是，由于亚油酸在人体不能合成，必须从外界摄取。因此，制备高纯度
亚油酸具有广阔的开发利用前景，其潜在的医用和药用极其在食品方面的价值受
到广泛的关注。
1．1 本课题研究的意义
1.1.1 亚油酸的物理化学性质
亚油酸的分子式为CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH，是十八碳的
顺顺式二烯酸，它是无色至浅黄色液体。不溶于水，但能与任何比例的甲醇和乙
醚互溶，也和绝大多数有机溶剂互溶[1]。
1.1.2亚油酸的主要用途及对人体健康的益处
亚油酸是人体必需脂肪酸，是维持生命的重要物质。研究表明亚油酸可维持
体内细胞膜完整，控制细胞新陈代谢。除此之外，亚油酸还具有降低血脂血压，
软化血管，促进微循环的作用，而体内的胆固醇只有通过与亚油酸的结合才能在
体内进行正常的运转和代谢，从而预防或者降低心血管病的发病率，特别是对高
血压、高血脂、心绞痛、冠心病、动脉粥样硬化、老年性肥胖症等的防治和治疗
极为有利，因能起到防止人体血清胆固醇在血管壁的沉积，有“血管清道夫”的
美誉，同时它还有促进生长发育、增强机体免疫力及美容美发等多种功能[2]。
在人体内，亚油酸可以转化成花生四烯酸，然后合成前列腺素，其中前列腺
素PG-11是抗血栓、治疗周围血管疾病、预防心肌梗死的有效成分[1]。另外，在
人体内亚油酸还可以进一步代谢成二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸
（DHA），EPA和DHA具有延缓血栓形成、抑制血栓素生成，预防老年痴呆症等作用。DHA能促进脑细胞生长发育被称为脑黄金。
综上所述，亚油酸是人体内不可或缺的一种脂肪酸，因此进行高纯度亚油酸制备的研究及工艺设计对人们生命质量的保证和提高具有深远的意义。美国日本等发达国家已经开发出一系列不饱和脂肪酸的保健品和药品，大多数用于研制复合微胶囊或医用注射制剂的原料。目前，在不少欧美国家，特别是在美国已将ω-6亚油酸作为运动食品和营养辅助保健食品的原料[3]。我国在这一领域起步较晚，与国外发达国家还存在一定的差距。因此研究制备高纯度亚油酸的工艺条件的优化及改进对后续不饱和脂肪酸的研究将会有很大的贡献，对于提高我国人民的生活水平有着十分重要的意义。
1.2 国内外研究现状
对于高纯度亚油酸的制备，国内外的研究人员已经做了很多研究。国内外常用的方法都是先皂化再酸解的方法制备混合脂肪酸。这里我们不做进一步的讨论。
目前，分离纯化多不饱和脂肪酸的方法国内外有十余种，其中有分子真空蒸馏法、超临界流体CO2萃取法、低温结晶法、尿素包合法和脂肪酶富集法等。现将不同分离纯化不饱和脂肪酸的方法的优缺点归纳总结如下。
1.2.1 利用分子量不同对脂肪酸进行分离
利用脂肪酸分子量不同进行分离以达到富集亚油酸目的的方法包括分子真空蒸馏法和超临界流体二氧化碳萃取法。
分子蒸馏法的原理是利用混合物组分挥发度的不同来进行分离。其特点在于蒸馏温度低于常规的温度，且物料受热时间短，有利于保护多不饱和脂肪酸受热氧化分解，从而保持它的生理活性，生产过程不使用有机溶剂，环境污染小，工艺成本低，易于工业化连续生产，尤其适用于高沸点高热敏性物质的分离提纯。其缺点在于需要高真空设备，因此能耗较高。傅红等[4]已经通过3级分子蒸馏法将鱼油中多不饱和脂肪酸富集至90.96%。但是因为分子蒸馏技术需要高真空设
备，且耗能较高，所以使得这种方法受到了限制。
超临界CO2萃取是近几年发展的一种新的分离技术，也是目前国内外研究的热点，它是一种环保、无溶剂残留的分离技术，因此制备的不饱和脂肪酸质量较高。但是操作需要在相当高的压力下操作，所需设备的要求高，加工费用较大，设备昂贵，工业化困难；此外，超临界CO2萃取在连续化生产上还存在工艺设备方面的困难，而间歇生产又远不如连续生产经济。超临界萃取特别适用于热敏性物料和易氧化物质的分离，因此随着工业技术的发展，成本费用的降低，因此超临界CO2萃取在富集PUFA方面应用前景广泛[5]。
超临界CO2萃取技术和分子蒸馏技术都是纯物理技术，操纵温度低因而有利于保持产品的纯天然特性，选择性好、分离过程一步完成、萃取无残留，是提取及精制PUFA较理想的方法；缺点在于这两种方法都是利用分子量大小来分离脂肪酸，可以分离碳原子数目不同的脂肪酸，但对碳原子数目相同饱和度不同的脂肪酸则难以分离[5]。
1.2.2 利用脂肪酸溶解度不同分离纯化脂肪酸
脂肪酸的种类不同其在某些溶剂中的溶解度就会相应不同。利用溶解度差异来分离纯化脂肪酸的方法有低温结晶法和脂肪酸金属盐法。
低温结晶分离要求饱和脂肪酸及低不饱和脂肪酸以晶体析出，而多不饱脂肪酸仍留在溶液中，从而将饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸分离。因此要求溶剂在较低温度时仍对不饱和脂肪酸有较好的溶解性。袁小燕等[6]将混合脂肪酸以1:3 (酸：溶剂)溶解在石油醚中，冷却至5~7℃经减压抽滤、真空蒸馏得到不饱和脂肪酸，产品得率80%。该种方法工艺原理简单、操作方便，但需要大量的有机溶剂、且分离纯度较低。
脂肪酸金属盐法是利用不同脂肪酸的金属盐在有机溶剂中的溶解度不同来分离的方法。金属盐沉淀法操作简单，成本低，去除饱和脂肪酸和C16~~C18低不饱和脂肪酸的效果较好，缺点在于存在金属离子回收的麻烦，对环境污染较重，生产周期长[5]。
1.2.3 利用吸附剂选择性吸附脂肪酸分离纯化
吸附分离法是利用吸附剂选择性吸附分离多不饱和脂肪酸的方法，是利用不同饱和度的脂肪酸在吸附剂上的分配系数不同而将混合脂肪酸分离。该方法分离效果好，产品纯度较高，但是分离规模较小、成本较高。通常只适用于实验室等小规模研究，无法实现产业化[7]。
1.2.4 利用脂肪酶催化法分离纯化脂肪酸
脂肪酶作为催化剂在工业上的应用日渐增多，其选择性、催化高效性以及工艺条件温和的特点，使得在PUFA富集方面引起人们广泛的研究兴趣。目前在油脂方面的处理主要有酶催化水解、酶催化酯化、酶催化酯交换等几个方面，其中酶催化水解应用最多[5]。
酶催化水解法富集PUFA方法简单，但富集效率不是很高，因此，需要进行进一步研究或与其他方法结合。有些脂肪酶对不同脂肪酸的酯化反应有一定的选择性，因此可以通过选择性酯化，达到富集的目的。G.Gudmundur等[8]采用酶催化酯交换分离EPA和DHA。在固定化酶Rhizmucor miehei酶的作用下，反应时间减少、分离效果更好。通过酯交换反应使不饱和脂肪酸转变成甘油酯，甘油酯形式比相应PUFA乙酯或者游离脂肪酸状态更有利于人体吸收与利用[9]，加之甘油酯是PUFA的天然存在形式，作为商品更容易被消费者所接受，所以作为研究经济有效富集PUFA的甘油酯有着广阔的前景。酶法由于其独特的反应条件，在PUFA富集方面有很大的应用前景，然而酶的成本目前仍然比较昂贵，因此要加大固定化酶的研究，以提高酶的使用次数，降低生产成本。
1.2.5 利用脂肪酸的不饱和双键分离纯化脂肪酸
利用脂肪酸碳链上的不饱和双键对脂肪酸进行分离富集的方法有银离子络合法和尿素包合法。
银离子络合法是根据脂肪酸双键数目不同来分离纯化不饱和脂肪酸的方法。银离子络合法选择性强，可分离出PUFA含量很高的产品，缺点是化学反应具有专一性，适用范围小，不能分离碳原子数不同而双键数相同的脂肪酸，且分离过
程中有银离子，对制药不利。银离子络合法还面临着一系列问题，PUFA有一定还原性，易还原银离子；银离子不稳定，遇光易被还原；银价格昂贵，导致无法考虑进行大规模生产。同时AgNO3的回收与再利用也是问题等[10]。
尿素包合法[11.12]是分离提纯脂肪酸的一种常用手段，用该方法分离饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸早已实现商业化。它主要是尿素分子在结晶过程中能够与饱和脂肪酸形成较稳定的包合物析出，与单不饱和脂肪酸形成不稳定的晶体包合物析出，而多不饱和脂肪酸不易被尿素包合，之后采用过滤的方法除去饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸与尿素形成的络合物，这样可以得到纯度较高的脂肪酸[13]。中科院新疆石河子大学药学院赵文斌等[14]人对此进行过研究，但纯化后的亚油酸含量只有91.24%，最高回收率也只有83.2%。曹健等[15]在传统尿素包合的基础上，对红花油进行三次尿素包合，并分阶段改变尿素包合温度，亚油酸的纯度提高到99.65% 。传统的尿素包合法需要大量的尿素和溶剂（甲醇和乙醇），低温或超低温设备，溶剂回收成本高且产品质量不高。张爱军等[16]对尿素包合法的改进做了初步研究，在尿素包合富集葵花籽油中的亚油酸时加入助晶剂，包合反应在常温下进行，不使用乙醇或甲醇溶剂，节省了能源和溶剂的耗费，不产生溶剂污染，成本比传统方法大为降低；所得产品亚油酸含量及得率都得到提高高，产品色泽等品质好。用尿素包合法富集PUFA，原料成本低，不在高温下进行，有利于保持不饱和脂肪酸的分子结构和理化性质；工艺成熟，操作简单，适合大规模生产，国外已经实现工业化。但此法需要大量的尿素，成本高，也要考虑到有毒有机溶剂甲醇的使用、回收以及在多不饱和脂肪酸中有残留，污染环境，并难以将双键相近的脂肪酸分开，分离纯度不高；若经多次包合，产品回收率较低。要提高纯度还需优化工艺条件，克服其中出现的问题，寻找最优的反应条件，从而得到高纯度、高得率的亚油酸。
1.3 本课题研究的目的
目前，关于高纯度亚油酸的制备已得到国内外研究人员的高度重视，尿素包合法作为分离提纯不饱和脂肪酸的一种常用方法在已经实现商业化。本文通过将红花油先皂化再酸解的方法得到混合脂肪酸，然后与尿素、乙醇溶液在低温下结
晶，从而得到纯度较高的亚油酸。经过多次试验，对尿素包合法分离纯化红花油中亚油酸的工艺进行了进一步的研究，期望能得到更理想的结果，从而更好的指导生产，适应大规模的商业化加工。
1.4 本课题研究的主要内容
将市售红花油加入氢氧化钠乙醇溶液中于一定温度下皂化回流一定时间，用石油醚萃取不皂化物后加入盐酸酸化得到混合脂肪酸。然后将混合脂肪酸同尿素乙醇溶液加热回流一定时间，至均一相后置于低温环境下结晶，一定时间后抽滤除去尿素络合物晶体，液体用石油醚萃取出亚油酸，真空旋蒸有机溶剂得到高纯度的亚油酸。亚油酸经三氟化硼甲酯化后进气相检测得到产品亚油酸的纯度。
2. 材料与方法
2.1 研究材料
2.1.1 原料
红花籽油 酒泉市甘肃区地新一油坊
2.1.2 主要试剂
试剂名称 无水乙醇 无水乙醚 氢氧化钠 石油醚 食用盐 无水硫酸钠 尿素 三氟化硼 甲醇 正己烷 甲酸 石油醚
类型 分析纯 分析纯 优级纯 分析纯(30-60) 分析纯 分析纯 化学纯 分析纯 色谱纯 分析纯 分析纯(60-90)
产地
洛阳市化学试剂厂
天津市科密欧化学试剂有限公司 天津市科密欧化学试剂有限公司 天津市津东天正精细化学试剂厂 河南省盐业总公司出品 天津市德恩化学试剂有限公司 天津市科密欧化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 天津市科密欧化学试剂有限公司 天津市科密欧化学试剂有限公司 天津市化学试剂有限公司 天津市津东天正精细化学试剂厂
2.1.3 主要实验仪器装置
仪器名称 天子天平 DT系列电子天平 JB90-D型强力电动搅拌器 二列四孔智能水浴锅
RRV10数显型旋转蒸发仪 IKA○
101型电热鼓风干燥箱 JULOBO低温水浴锅 Agilent 6890N气相色谱仪
地产
Sartorious（Max 210 g d=0.1mg） 中国江苏常熟长青仪器代表厂 上海标本模型厂
巩义市予华仪器有限责任公司 德国
北京市永光明医疗仪器厂 ......... 美国
2.2 主要实验方法
2.2.1 混合脂肪酸的制备 2.2.1.1 皂化
称取100g红花籽油于500mL三口烧瓶中，加入20gNaOH，放入10粒左右玻璃珠，然后加入100mL乙醇后放入水浴锅中，于90℃下加热回流5h，冷凝回流过程中不断用玻璃棒搅拌。
2.2.1.2 酸解及水洗
将生成的皂取出冷却到室温，加入50mL石油醚萃取不皂化物，经离心分离取下层皂加入6mL/L的HCL酸解至分层明显，取上层，然后先用饱和食盐水水洗然后用蒸馏水水洗至中性，取上层油层用真空旋蒸仪除去有机溶剂，即得到混合脂肪酸。
2.2.2薄层色谱法(TLC)观察皂化程度
用微量取样器取0.2mL混合脂肪酸，点样于硅胶薄层板上，然后用展开剂（石油醚：乙醚：乙酸=70：30:1）展开，在紫外灯下进行观察，若只出现大片脂肪酸，而没有甘一酯、甘二酯则为皂化完全。
2.2.3 多不饱和脂肪酸亚油酸的富集 2.2.3.1尿素包合
将适量尿素加入一定量的95%乙醇中，边搅拌边加热回流，至尿素完全溶解后，按预定的设计方案加入一定量的混合脂肪酸，于60℃水浴锅中搅拌回流2小时左右，取出，自然冷却到室温。然后在一定温度下结晶一定时间，取出来后减压抽滤除去尿素晶体，加适量饱和食盐水和石油醚至分层，取上层油层水洗至无尿素后加入无水硫酸钠脱水，再真空旋蒸出有机溶剂，即得到尿素包合法分离的亚油酸。本文重点对尿素脂肪酸比例、乙醇用量及结晶温度、结晶时间对包合后亚油酸的纯度和得率进行研究。
2.2.4.2 脂肪酸甲酯化（BF3甲酯化）
取三滴尿素包合制得的亚油酸，加入50mL圆底烧瓶中，加入7mLBF3-甲醇溶液，在电炉上加热冷凝回流1min，加入3mL正己烷，冷凝回流1min，冷却到室温后加入饱和食盐水，上下摇晃后静置分层，取上清液用于气相色谱分析。 气相色谱分析条件：
仪器：Agilent 6890N 型气相色谱仪 检测器：氢火焰离子化检测器（FID） 毛细管柱： BPX70 30.0m×320μm×0.50μm， SGE 进样口温度：210℃ 柱温：180℃
检测器温度：300℃ 空气流速: 400mL/min 氮气流速：0.5mL/min 氢气流速：30mL/min
3 结果与讨论
3.1 原料红花籽油脂肪酸成分的分析
通过对原料红花籽油气相色谱分析，可知红花籽油中脂肪酸成分及其含量。见图1及表1。
图1 红花籽油成分的气相色谱图
表1 原料红花籽油脂肪酸组成及含量
脂肪酸 含量（%）
棕榈酸 5.35
硬脂酸 2.47
油酸 11.05
亚油酸 79.69
亚麻酸 0.80
3.2 影响尿素包合亚油酸的主要因素
3.2.1 结晶时间对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响
图2 结晶时间对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响
图3 结晶时间对尿素晶体内亚油酸的纯度和得率的影响
尿素包合过程中尿素包合晶体将会随着结晶时间的延长而有所增加，但是当
结晶至一定时间后，晶体已经充分形成，这时即使再延长包合时间，亚油酸的纯
度和得率将不会有明显的变化。如图2、3所示，当其它条件相同，结晶时间24h时，亚油酸的纯度随结晶时间的延长而变化不是太大,而产品得率却呈现下降趋势。对于尿素晶体包和混合脂肪酸而言，当时间24h后，尿素晶体内包合混合脂肪酸中亚油酸的纯度提高而得率反而下降，这是因为随着时间的延长部分亚油酸被包合进尿素晶体中。因此考虑到工业制备过程中的经济成本和时间成本，确定最佳包合时间是24h。
3.2.2 尿素与脂肪酸比例对亚油酸的影响
图4 尿素/脂肪酸的比例对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响
图5 尿素与脂肪酸的对尿素晶体内亚油酸纯度及得率的影响
在尿素包合法纯化亚油酸的过程中，尿素的用量直接影响亚油于不同碳原子数的脂肪酸都有固定不变的络合比例（3:1），如果尿素的用量大，所能包络的脂肪酸就多，其中除了饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸外，还会有部分的亚油酸和亚麻酸被包合进去，这样就导致尿素晶体外亚油酸的得率降低，但是相应的纯度会提高。反之则会降低亚油酸的纯度而提高得率。这是因为包络的脂肪酸多了尿素晶体内的亚油酸量会增加从而导致尿素晶体内亚油酸的纯度和得率都有所升高。如图4、5所示，在乙醇用量为200mL，结晶时间为24h，结晶温度为0℃时，随着尿素/脂肪酸（g/g）的比例的增加，亚油酸的纯度有所增加，得率降低，晶体内的亚油酸纯度和得率都有所增加。当尿素：脂肪酸比例为4:3时纯度、得率综合考虑较好。继续增加尿素的用量，尿素晶体外的亚油酸纯度有较小的提高同时得率下降，而晶体内包络的亚油酸的纯度和得率都增加。因此考虑到工业生产中经济成本，尿素/脂肪酸的比例为4:3时最理想。
3.2.3 尿素与乙醇的比例对亚油酸的影响
图6 尿素与乙醇的比例对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响
图7 尿素/乙醇比对尿素晶体内亚油酸纯度和得率的影响
尿素包合过程中，尿素的用量影响亚油酸的纯度和得率，而溶剂乙醇的加入量直接影响着尿素与被包合的脂肪酸在溶剂中的分散程度。当尿素/乙醇比例较低时，几乎起不到选择性包合脂肪酸的效果，亚油酸的产品的纯度和得率都会很低。随着尿素/乙醇比例的增加，选择性包合的效果越来越好，亚油酸的纯度将有所增加。如图6所示，当选择脂肪酸为30g，尿素加入量为40g,于0℃下结晶24h时随着尿素/乙醇比例的降低，亚油酸的得率呈现明显升高的趋势，但是它的纯度呈现下降趋势，因为此时尿素乙醇溶液不能很好的包合脂肪酸。对于尿素晶
体内的亚油酸纯度和得率而言，如图7所示，随着尿素/乙醇比例的增加，晶体内包合的亚油酸纯度呈现明显增高的趋势，而当尿素/乙醇比例增加到4:20后得率不再有明显的增高。
3.2.4 结晶温度对尿素包合亚油酸的纯度和得率的影响
图8 不同结晶温度对尿素包合亚油酸的纯度及得率的影响
图9 结晶温度对尿素晶体内亚油酸纯度和得率的影响
尿素包合时晶体的形成过程是一个放热的过程，随着温度的降低，反应向形成包合物的方向进行，并且当温度低时，包合物晶体快速形成，晶核来不及长大，因此形成的晶体细小而且均匀。但是如果温度过低，包合物会和晶体一起凝固，晶体会较大，且尿素包合形成的混合物稠度变大，使得减压抽滤变得很困难，滤
液中浑有混合脂肪酸而导致其的损失。而温度较高时，包合物晶体缓慢形成，晶核会在此温度下缓慢长大，形成大而呈针状的晶体，且因为尿素包合过程是一个动态平衡过程，因此尿素包合物分子的运动加剧并且有向尿素分子分解方向的趋势，这样就使得饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸被包合的不牢固，容易脱离包合物晶体，因此亚油酸产品的纯度随温度的升高而降低，而得率会升高。如图8所示，当尿素/脂肪酸的比例为4:3，尿素/乙醇的比例为4:15，反应时间为24h时，在0℃温度下亚油酸产品和尿素晶体内亚油酸的纯度和得率都是非常理想的，温度过高或者过低都会使得亚油酸的纯度有所降低得率随之升高。
3.3 正交试验设计及分析
选择影响尿素包合的四个主要因素：尿素与脂肪酸比例、尿素乙醇比例、结晶温度、结晶时间来设计正交试验，以尿素包合后亚油酸的纯度和得率为指标，采取L9(34)正交试验表，正交试验因素水平见表2.
表2 正交试验因素水平表
水平
A
尿素/脂肪酸(g/g)
1 2 3
3:3 4:3 5:3
B
尿素/乙醇（g/mL）
4:15 4:20 4:25
因素
C
结晶温度(℃)
-5 0 5
D 结晶时间(h)
12 24 36
表3 正交试验结果
1 2 3 4 5 6 7 8 9
3:3 3:3 3:3 4:3 4:3 4:3 5:3 5:3 5:3
4:15 4:20 4:25 4:15 4:20 4:25 4:15 4:20 4:25
-5 0 5 0 5 -5 5 -5 0
12 24 36 36 12 24 24 36 12
90.59 94.22 89.95 96.07 96.64 93.44 92.41 96.75 97.36
68.93 69.13 71.63 54.30 60.70 64.27 55.70 42.77 51.57
44.41 48.48 40.74 61.54 57.10 53.96 62.34 63.60 63.66 26.53 29.70 23.70 42.53 37.90 34.67 31.13 49.53 48.37
3.3.1亚油酸纯度及得率试验结果分析
K值 K1 K2 K3 K1 K2 K3 R 主次顺序
A 247.76 286.15 286.52 91.59 95.38 95.50 3.91 A>C>B>D
B 279.07 287.5 280.75 93.02 95.83 93.58 2.81
C 280.82 287.65 279 93.08 95.88 93 2.88
D
284.59
280.07 282.66 94.86
93.36 94.22 1.5
表4 亚油酸纯度正交试验结果
K值 K1 K2 K3 K1 K2 K3 R 主次顺序
A 209.69 179.27 150.04 69.90 59.76
50.01 19.89 A>D>B>C
B 177.53 172.60 187.47 59.18 57.53 62.49 4.96
表5 亚油酸得率正交试验结果
C 175.97 175
186.63 58.66 58.33 62.21 3.88
D 181.2 187.7 168.7 60.4 62.57 56.23 6.34
正交试验及分析可知，对尿素包合纯化亚油酸产品的纯度和得率的影响顺序为：A（尿素/脂肪酸）>C（结晶温度）>B（尿素/乙醇）>D（结晶时间），纯度的最优组合为A3C2B2D1 ，得率的最优组合为 A1D2B3C3 ，综合考虑纯度和得率的影响因素，以制备纯度高、得率多、经济合理为目的，最终确定最佳工艺条件是：A2B2C3D1 ，此条件进行的试验测得亚油酸的纯度是96.64%，得率为60.7%。
。
3.3.2尿素晶体内亚油酸的纯度及得率实验结果分析
K值 K1 K2 K3 K1 K2 K3 R
主次顺序
A 133.63 172.6 189.60 44.54 57.53 63.20 18.66 A>C>B>D
B 168.30 169.18 158.36 56.10 56.39 52.79 3.6
C 161.97 173.68 160.18 53.99 57.89 53.39 4.5
D 165.17 164.78 165.88 55.06 54.93 55.29 0.36
表6 尿素晶体内亚油酸纯度正交试验结果
K值 K1 K2 K3 K1 K2 K3 R 主次顺序
A 79.93 115.1 129.03 26.64 38.37 43.01 16.37 A>C>D>B
B 100.19 117.13 106.74 33.40 39.04 35.58 5.64
C 110.73 120.60 92.73 36.91 40.20 30.91 9.29
D 112.8 95.5 115.76 37.6 31.83 38.59 6.76
表7 尿素晶体内亚油酸得率正交试验结果
正交试验及分析可知，对尿素包合纯化亚油酸尿素晶体内亚油酸产品的纯度和得率的影响顺序为：A（尿素/脂肪酸）>C（结晶温度）>B（尿素/乙醇）>D（结晶时间），本文所要考虑的是尿素晶体外的产品纯度和得率，因此尿素晶体中包合的亚油酸纯度和得率越低越好，纯度的最优组合为：A1C3B3D2 ，得率的最优组合为 ：A1C3D2B2，综合考虑纯度和得率的影响因素，最终确定的最佳工艺条件是：A1C3B2D2。
综合考虑尿素晶体外和尿素晶体内亚油酸的纯度和得率，最佳工艺条件为：尿素：脂肪酸(g:g)为4:3，尿素：乙醇（g:mL），结晶温度为5℃，结晶时间12h。在此条件下，亚油酸产品的纯度达到96.64%，得率60.7%。尿素晶体内亚油酸的纯度为57.10%，得率37.9%。
结 论
本文研究尿素包合过程中尿素与脂肪酸的比例、尿素与乙醇的比例、结晶温度、结晶时间对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响，采用单因素试验和正交水平试验，得出以下结论：
1. 本实验中先采用皂化，再酸解得到混合脂肪酸，然后对混合脂肪酸进行尿素包合的方法制备高纯度亚油酸。所得到的亚油酸产品纯度最高可达到97.36%，是实验室制备亚油酸较好的办法，为工业化大规模生产提供了理论依据。 2. 混合脂肪酸的制备在90℃皂化5h，红花籽油皂化近乎完全，用薄层硅胶板在紫外灯下观察，几乎全为脂肪酸只有很细的一条甘二酯。证明此条件下皂化效果很好。
3. 由尿素包合后亚油酸的纯度和得率结果综合分析，可知在尿素/脂肪酸为4:3、尿素/乙醇为4:20、结晶温度5℃、结晶时间为12h时，亚油酸的纯度可达到96.64%，得率60.7%。尿素晶体内亚油酸纯度大到57.1%，得率37.9%。
致 谢
在论文完成之际，十分的感谢在实验和完成论文期间给予我帮助和关心的老师和同学们。
首先，我衷心的感谢我的指导老师杨国龙老师，在他的悉心指导和帮助下，试验才得以顺利的完成。在试验过程中杨老师为我们提供了最先进的设备和最及时详尽的指导。从杨老师那里，我不仅学会了扎实的专业知识，也学会了怎样在实验过程中寻找方法和有利条件，更学会了许多为人处事的道理，这些东西将会使我受益终生。
其次，非常的感谢付海霞师姐和孙江彦师姐在实验中给予我宝贵的建议和无私帮助，解决试验中许多难题和困惑，才使得实验可以顺利的完成。非常感谢范萌萌、薄风艳、张梦霞同学在实验中给予我不断的鼓励和支持。同时还有8252油脂化学试验室所有的指导老师和师姐们，他们对试验的严谨态度和投入精神深深打动和激励着我，让我不自觉的融入这个勤学踏实肯干的试验队伍中。在8252实验室的这三个月的时间里，我不仅在学问方面的到了提高，也在为人做事方面学到了很多知识。他们以实验室为家，以试验室的同学们为家人的融洽关系温暖感动着我们。这些无形的知识和精神将会在我以后的求学路上时刻指引激励着我。
同时，非常感谢我的父母对我的养育之恩和无私的支持，谢谢！ 最后，衷心感谢在百忙中抽出时间审阅本论文的专家们！
参 考 文 献
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2012届毕业生
毕业论文
题 目: 高纯度亚油酸的制备与设计
院系名称： 粮油食品学院 专业班级： 食工F0808班
学生姓名： 郭倩倩 学 号： [1**********]7
指导教师： 杨国龙 教师职称： 副教授
2012年 05 月 4 日
摘要
亚油酸具有独特的生理作用和保健功能，是人体必需脂肪酸的一种。红花籽
油中的亚油酸含量能达到75%~83%，是制取亚油酸的理想原料。本文以红花籽
油为原料，经皂化、酸解得到混合脂肪酸，然后经尿素包合制得高纯度的亚油酸。
本文介绍了尿素包合法纯化红花籽油中亚油酸的方法，对亚油酸的制备及尿
素包合法过程中的工艺进行了研究，重点研究研究了尿素/脂肪酸的加入量（3:3、
4:3、5:3，g/g），尿素/乙醇的比例（4:5、4:20、4:25，g/mL），结晶温度（-5℃、
0℃、5℃、10℃），结晶时间（12h、24h、36h）这些因素对尿素包合纯化亚油酸
效果的影响。结果表明，当尿素/脂肪酸的比例为4:3，尿素：乙醇的比例为4:15
结晶温度为0℃，结晶时间为24h时，所制得的亚油酸纯度达到96.25%，得率为
44%，尿素晶体内亚油酸纯度达到63.09%，得率42.57%.
关键词：红花籽油 亚油酸 尿素包合
Title Preparation of high purity linoleic acid and design
Abstract ：
Linoleic acid has a unique physiology function and health care function, is one of
the essential fatty acids. Content of linoleic acid in safflower oil can reach 75%~83%, is the ideal raw material preparation of linoleic acid. Safflower oil as raw material in
this article the saponification, acid solution are of mixed fatty acid and urea inclusion
of high purity linoleic acid. This describes has urea package legitimate purification
safflower seed oil Central linoleic acid of preparation, on Asia oil acid of preparation
and the urea package legitimate process in the of technology for has research, Focus
on the urea / fatty acid amount (3:3,4:3,5:3, g / g), urea / ethanol ratio (4:5,4:20,4:25,
g / mL), crystallization temperature (-5 ° C, 0 ° C, 5 ° C, 10 ° C), crystallization time
(12h, 24h, 36h) of these factors impact on the effect of urea inclusion purified linoleic
acid. Results show that, when the urea:fatty acid rato is 4:3, the ratio of urea:ethanol is
4:15, the crystallization temperature is 0 ° C, the crystallization time 24 h, the system
of linoleic acid purity can reach 96.25%, yield 44%. the purity of linoleic acid in urea
crystals can reach 63.09%, 42.57% of the yield.
目 次
Title ............................................................................................................................... II
1 引言.......................................................................................................................... 1
1．1 本课题研究的意义................................................................................... 1
1.1.1 亚油酸的物理化学性质...................................................................... 1
1.1.2亚油酸的主要用途及对人体健康的益处........................................... 1
1.2 国内外研究现状............................................................................................. 2
1.2.1 利用分子量不同对脂肪酸进行分离.................................................. 2
1.2.2 利用脂肪酸溶解度不同分离纯化脂肪酸.......................................... 3
1.2.3 利用吸附剂选择性吸附脂肪酸分离纯化.......................................... 4
1.2.4 利用脂肪酶催化法分离纯化脂肪酸.................................................. 4
1.2.5 利用脂肪酸的不饱和双键分离纯化脂肪酸...................................... 4
1.3 本课题研究的目的......................................................................................... 5
1.4 本课题研究的主要内容................................................................................. 6
2. 材料与方法............................................................................................................... 6
2.1 研究材料......................................................................................................... 6
2.1.1 原料...................................................................................................... 6
2.1.2 主要试剂.............................................................................................. 7
2.1.3 主要实验仪器装置.............................................................................. 7
2.2 主要实验方法................................................................................................. 8
2.2.1 混合脂肪酸的制备.............................................................................. 8
2.2.2薄层色谱法(TLC)观察皂化程度 ........................................................ 8
2.2.3 多不饱和脂肪酸亚油酸的富集.......................................................... 8
3 结果与讨论................................................................................................................ 9
3.1 原料红花籽油脂肪酸成分的分析................................................................. 9
3.2 影响尿素包合亚油酸的主要因素............................................................... 10
3.2.1 结晶时间对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响............................ 10
3.2.2 尿素与脂肪酸比例对亚油酸的影响................................................ 11
3.2.3 尿素与乙醇的比例对亚油酸的影响................................................ 13
3.2.4 结晶温度对尿素包合亚油酸的纯度和得率的影响........................ 14
3.3 正交试验设计及分析................................................................................... 15
3.3.1亚油酸纯度及得率试验结果分析..................................................... 17
3.3.2尿素晶体内亚油酸的纯度及得率实验结果分析............................. 18
结 论.......................................................................................................................... 20
参 考 文 献................................................................................................................ 22
1 引言
亚油酸是含有两个双键的人体必需脂肪酸，具有独特的生理作用和功能特
性，同时也是维持生命的重要物质。近年来，随着经济的发展，人民生活水平的
提高，提高生活质量已是人们普遍关心的大事，特别是高血脂、高胆固醇等现代
文明病的普遍存在，使人们愈来愈重视对不饱和脂肪酸的研究和综合利用。亚油
酸在保健、医药、食品等行业的需求越来越高，这些年更是成为保健品的热门话
题之一。研究发现，胆固醇必须与亚油酸结合后才能在人体内进行正常的运转和
代谢。但是，由于亚油酸在人体不能合成，必须从外界摄取。因此，制备高纯度
亚油酸具有广阔的开发利用前景，其潜在的医用和药用极其在食品方面的价值受
到广泛的关注。
1．1 本课题研究的意义
1.1.1 亚油酸的物理化学性质
亚油酸的分子式为CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH，是十八碳的
顺顺式二烯酸，它是无色至浅黄色液体。不溶于水，但能与任何比例的甲醇和乙
醚互溶，也和绝大多数有机溶剂互溶[1]。
1.1.2亚油酸的主要用途及对人体健康的益处
亚油酸是人体必需脂肪酸，是维持生命的重要物质。研究表明亚油酸可维持
体内细胞膜完整，控制细胞新陈代谢。除此之外，亚油酸还具有降低血脂血压，
软化血管，促进微循环的作用，而体内的胆固醇只有通过与亚油酸的结合才能在
体内进行正常的运转和代谢，从而预防或者降低心血管病的发病率，特别是对高
血压、高血脂、心绞痛、冠心病、动脉粥样硬化、老年性肥胖症等的防治和治疗
极为有利，因能起到防止人体血清胆固醇在血管壁的沉积，有“血管清道夫”的
美誉，同时它还有促进生长发育、增强机体免疫力及美容美发等多种功能[2]。
在人体内，亚油酸可以转化成花生四烯酸，然后合成前列腺素，其中前列腺
素PG-11是抗血栓、治疗周围血管疾病、预防心肌梗死的有效成分[1]。另外，在
人体内亚油酸还可以进一步代谢成二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸
（DHA），EPA和DHA具有延缓血栓形成、抑制血栓素生成，预防老年痴呆症等作用。DHA能促进脑细胞生长发育被称为脑黄金。
综上所述，亚油酸是人体内不可或缺的一种脂肪酸，因此进行高纯度亚油酸制备的研究及工艺设计对人们生命质量的保证和提高具有深远的意义。美国日本等发达国家已经开发出一系列不饱和脂肪酸的保健品和药品，大多数用于研制复合微胶囊或医用注射制剂的原料。目前，在不少欧美国家，特别是在美国已将ω-6亚油酸作为运动食品和营养辅助保健食品的原料[3]。我国在这一领域起步较晚，与国外发达国家还存在一定的差距。因此研究制备高纯度亚油酸的工艺条件的优化及改进对后续不饱和脂肪酸的研究将会有很大的贡献，对于提高我国人民的生活水平有着十分重要的意义。
1.2 国内外研究现状
对于高纯度亚油酸的制备，国内外的研究人员已经做了很多研究。国内外常用的方法都是先皂化再酸解的方法制备混合脂肪酸。这里我们不做进一步的讨论。
目前，分离纯化多不饱和脂肪酸的方法国内外有十余种，其中有分子真空蒸馏法、超临界流体CO2萃取法、低温结晶法、尿素包合法和脂肪酶富集法等。现将不同分离纯化不饱和脂肪酸的方法的优缺点归纳总结如下。
1.2.1 利用分子量不同对脂肪酸进行分离
利用脂肪酸分子量不同进行分离以达到富集亚油酸目的的方法包括分子真空蒸馏法和超临界流体二氧化碳萃取法。
分子蒸馏法的原理是利用混合物组分挥发度的不同来进行分离。其特点在于蒸馏温度低于常规的温度，且物料受热时间短，有利于保护多不饱和脂肪酸受热氧化分解，从而保持它的生理活性，生产过程不使用有机溶剂，环境污染小，工艺成本低，易于工业化连续生产，尤其适用于高沸点高热敏性物质的分离提纯。其缺点在于需要高真空设备，因此能耗较高。傅红等[4]已经通过3级分子蒸馏法将鱼油中多不饱和脂肪酸富集至90.96%。但是因为分子蒸馏技术需要高真空设
备，且耗能较高，所以使得这种方法受到了限制。
超临界CO2萃取是近几年发展的一种新的分离技术，也是目前国内外研究的热点，它是一种环保、无溶剂残留的分离技术，因此制备的不饱和脂肪酸质量较高。但是操作需要在相当高的压力下操作，所需设备的要求高，加工费用较大，设备昂贵，工业化困难；此外，超临界CO2萃取在连续化生产上还存在工艺设备方面的困难，而间歇生产又远不如连续生产经济。超临界萃取特别适用于热敏性物料和易氧化物质的分离，因此随着工业技术的发展，成本费用的降低，因此超临界CO2萃取在富集PUFA方面应用前景广泛[5]。
超临界CO2萃取技术和分子蒸馏技术都是纯物理技术，操纵温度低因而有利于保持产品的纯天然特性，选择性好、分离过程一步完成、萃取无残留，是提取及精制PUFA较理想的方法；缺点在于这两种方法都是利用分子量大小来分离脂肪酸，可以分离碳原子数目不同的脂肪酸，但对碳原子数目相同饱和度不同的脂肪酸则难以分离[5]。
1.2.2 利用脂肪酸溶解度不同分离纯化脂肪酸
脂肪酸的种类不同其在某些溶剂中的溶解度就会相应不同。利用溶解度差异来分离纯化脂肪酸的方法有低温结晶法和脂肪酸金属盐法。
低温结晶分离要求饱和脂肪酸及低不饱和脂肪酸以晶体析出，而多不饱脂肪酸仍留在溶液中，从而将饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸分离。因此要求溶剂在较低温度时仍对不饱和脂肪酸有较好的溶解性。袁小燕等[6]将混合脂肪酸以1:3 (酸：溶剂)溶解在石油醚中，冷却至5~7℃经减压抽滤、真空蒸馏得到不饱和脂肪酸，产品得率80%。该种方法工艺原理简单、操作方便，但需要大量的有机溶剂、且分离纯度较低。
脂肪酸金属盐法是利用不同脂肪酸的金属盐在有机溶剂中的溶解度不同来分离的方法。金属盐沉淀法操作简单，成本低，去除饱和脂肪酸和C16~~C18低不饱和脂肪酸的效果较好，缺点在于存在金属离子回收的麻烦，对环境污染较重，生产周期长[5]。
1.2.3 利用吸附剂选择性吸附脂肪酸分离纯化
吸附分离法是利用吸附剂选择性吸附分离多不饱和脂肪酸的方法，是利用不同饱和度的脂肪酸在吸附剂上的分配系数不同而将混合脂肪酸分离。该方法分离效果好，产品纯度较高，但是分离规模较小、成本较高。通常只适用于实验室等小规模研究，无法实现产业化[7]。
1.2.4 利用脂肪酶催化法分离纯化脂肪酸
脂肪酶作为催化剂在工业上的应用日渐增多，其选择性、催化高效性以及工艺条件温和的特点，使得在PUFA富集方面引起人们广泛的研究兴趣。目前在油脂方面的处理主要有酶催化水解、酶催化酯化、酶催化酯交换等几个方面，其中酶催化水解应用最多[5]。
酶催化水解法富集PUFA方法简单，但富集效率不是很高，因此，需要进行进一步研究或与其他方法结合。有些脂肪酶对不同脂肪酸的酯化反应有一定的选择性，因此可以通过选择性酯化，达到富集的目的。G.Gudmundur等[8]采用酶催化酯交换分离EPA和DHA。在固定化酶Rhizmucor miehei酶的作用下，反应时间减少、分离效果更好。通过酯交换反应使不饱和脂肪酸转变成甘油酯，甘油酯形式比相应PUFA乙酯或者游离脂肪酸状态更有利于人体吸收与利用[9]，加之甘油酯是PUFA的天然存在形式，作为商品更容易被消费者所接受，所以作为研究经济有效富集PUFA的甘油酯有着广阔的前景。酶法由于其独特的反应条件，在PUFA富集方面有很大的应用前景，然而酶的成本目前仍然比较昂贵，因此要加大固定化酶的研究，以提高酶的使用次数，降低生产成本。
1.2.5 利用脂肪酸的不饱和双键分离纯化脂肪酸
利用脂肪酸碳链上的不饱和双键对脂肪酸进行分离富集的方法有银离子络合法和尿素包合法。
银离子络合法是根据脂肪酸双键数目不同来分离纯化不饱和脂肪酸的方法。银离子络合法选择性强，可分离出PUFA含量很高的产品，缺点是化学反应具有专一性，适用范围小，不能分离碳原子数不同而双键数相同的脂肪酸，且分离过
程中有银离子，对制药不利。银离子络合法还面临着一系列问题，PUFA有一定还原性，易还原银离子；银离子不稳定，遇光易被还原；银价格昂贵，导致无法考虑进行大规模生产。同时AgNO3的回收与再利用也是问题等[10]。
尿素包合法[11.12]是分离提纯脂肪酸的一种常用手段，用该方法分离饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸早已实现商业化。它主要是尿素分子在结晶过程中能够与饱和脂肪酸形成较稳定的包合物析出，与单不饱和脂肪酸形成不稳定的晶体包合物析出，而多不饱和脂肪酸不易被尿素包合，之后采用过滤的方法除去饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸与尿素形成的络合物，这样可以得到纯度较高的脂肪酸[13]。中科院新疆石河子大学药学院赵文斌等[14]人对此进行过研究，但纯化后的亚油酸含量只有91.24%，最高回收率也只有83.2%。曹健等[15]在传统尿素包合的基础上，对红花油进行三次尿素包合，并分阶段改变尿素包合温度，亚油酸的纯度提高到99.65% 。传统的尿素包合法需要大量的尿素和溶剂（甲醇和乙醇），低温或超低温设备，溶剂回收成本高且产品质量不高。张爱军等[16]对尿素包合法的改进做了初步研究，在尿素包合富集葵花籽油中的亚油酸时加入助晶剂，包合反应在常温下进行，不使用乙醇或甲醇溶剂，节省了能源和溶剂的耗费，不产生溶剂污染，成本比传统方法大为降低；所得产品亚油酸含量及得率都得到提高高，产品色泽等品质好。用尿素包合法富集PUFA，原料成本低，不在高温下进行，有利于保持不饱和脂肪酸的分子结构和理化性质；工艺成熟，操作简单，适合大规模生产，国外已经实现工业化。但此法需要大量的尿素，成本高，也要考虑到有毒有机溶剂甲醇的使用、回收以及在多不饱和脂肪酸中有残留，污染环境，并难以将双键相近的脂肪酸分开，分离纯度不高；若经多次包合，产品回收率较低。要提高纯度还需优化工艺条件，克服其中出现的问题，寻找最优的反应条件，从而得到高纯度、高得率的亚油酸。
1.3 本课题研究的目的
目前，关于高纯度亚油酸的制备已得到国内外研究人员的高度重视，尿素包合法作为分离提纯不饱和脂肪酸的一种常用方法在已经实现商业化。本文通过将红花油先皂化再酸解的方法得到混合脂肪酸，然后与尿素、乙醇溶液在低温下结
晶，从而得到纯度较高的亚油酸。经过多次试验，对尿素包合法分离纯化红花油中亚油酸的工艺进行了进一步的研究，期望能得到更理想的结果，从而更好的指导生产，适应大规模的商业化加工。
1.4 本课题研究的主要内容
将市售红花油加入氢氧化钠乙醇溶液中于一定温度下皂化回流一定时间，用石油醚萃取不皂化物后加入盐酸酸化得到混合脂肪酸。然后将混合脂肪酸同尿素乙醇溶液加热回流一定时间，至均一相后置于低温环境下结晶，一定时间后抽滤除去尿素络合物晶体，液体用石油醚萃取出亚油酸，真空旋蒸有机溶剂得到高纯度的亚油酸。亚油酸经三氟化硼甲酯化后进气相检测得到产品亚油酸的纯度。
2. 材料与方法
2.1 研究材料
2.1.1 原料
红花籽油 酒泉市甘肃区地新一油坊
2.1.2 主要试剂
试剂名称 无水乙醇 无水乙醚 氢氧化钠 石油醚 食用盐 无水硫酸钠 尿素 三氟化硼 甲醇 正己烷 甲酸 石油醚
类型 分析纯 分析纯 优级纯 分析纯(30-60) 分析纯 分析纯 化学纯 分析纯 色谱纯 分析纯 分析纯(60-90)
产地
洛阳市化学试剂厂
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2.1.3 主要实验仪器装置
仪器名称 天子天平 DT系列电子天平 JB90-D型强力电动搅拌器 二列四孔智能水浴锅
RRV10数显型旋转蒸发仪 IKA○
101型电热鼓风干燥箱 JULOBO低温水浴锅 Agilent 6890N气相色谱仪
地产
Sartorious（Max 210 g d=0.1mg） 中国江苏常熟长青仪器代表厂 上海标本模型厂
巩义市予华仪器有限责任公司 德国
北京市永光明医疗仪器厂 ......... 美国
2.2 主要实验方法
2.2.1 混合脂肪酸的制备 2.2.1.1 皂化
称取100g红花籽油于500mL三口烧瓶中，加入20gNaOH，放入10粒左右玻璃珠，然后加入100mL乙醇后放入水浴锅中，于90℃下加热回流5h，冷凝回流过程中不断用玻璃棒搅拌。
2.2.1.2 酸解及水洗
将生成的皂取出冷却到室温，加入50mL石油醚萃取不皂化物，经离心分离取下层皂加入6mL/L的HCL酸解至分层明显，取上层，然后先用饱和食盐水水洗然后用蒸馏水水洗至中性，取上层油层用真空旋蒸仪除去有机溶剂，即得到混合脂肪酸。
2.2.2薄层色谱法(TLC)观察皂化程度
用微量取样器取0.2mL混合脂肪酸，点样于硅胶薄层板上，然后用展开剂（石油醚：乙醚：乙酸=70：30:1）展开，在紫外灯下进行观察，若只出现大片脂肪酸，而没有甘一酯、甘二酯则为皂化完全。
2.2.3 多不饱和脂肪酸亚油酸的富集 2.2.3.1尿素包合
将适量尿素加入一定量的95%乙醇中，边搅拌边加热回流，至尿素完全溶解后，按预定的设计方案加入一定量的混合脂肪酸，于60℃水浴锅中搅拌回流2小时左右，取出，自然冷却到室温。然后在一定温度下结晶一定时间，取出来后减压抽滤除去尿素晶体，加适量饱和食盐水和石油醚至分层，取上层油层水洗至无尿素后加入无水硫酸钠脱水，再真空旋蒸出有机溶剂，即得到尿素包合法分离的亚油酸。本文重点对尿素脂肪酸比例、乙醇用量及结晶温度、结晶时间对包合后亚油酸的纯度和得率进行研究。
2.2.4.2 脂肪酸甲酯化（BF3甲酯化）
取三滴尿素包合制得的亚油酸，加入50mL圆底烧瓶中，加入7mLBF3-甲醇溶液，在电炉上加热冷凝回流1min，加入3mL正己烷，冷凝回流1min，冷却到室温后加入饱和食盐水，上下摇晃后静置分层，取上清液用于气相色谱分析。 气相色谱分析条件：
仪器：Agilent 6890N 型气相色谱仪 检测器：氢火焰离子化检测器（FID） 毛细管柱： BPX70 30.0m×320μm×0.50μm， SGE 进样口温度：210℃ 柱温：180℃
检测器温度：300℃ 空气流速: 400mL/min 氮气流速：0.5mL/min 氢气流速：30mL/min
3 结果与讨论
3.1 原料红花籽油脂肪酸成分的分析
通过对原料红花籽油气相色谱分析，可知红花籽油中脂肪酸成分及其含量。见图1及表1。
图1 红花籽油成分的气相色谱图
表1 原料红花籽油脂肪酸组成及含量
脂肪酸 含量（%）
棕榈酸 5.35
硬脂酸 2.47
油酸 11.05
亚油酸 79.69
亚麻酸 0.80
3.2 影响尿素包合亚油酸的主要因素
3.2.1 结晶时间对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响
图2 结晶时间对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响
图3 结晶时间对尿素晶体内亚油酸的纯度和得率的影响
尿素包合过程中尿素包合晶体将会随着结晶时间的延长而有所增加，但是当
结晶至一定时间后，晶体已经充分形成，这时即使再延长包合时间，亚油酸的纯
度和得率将不会有明显的变化。如图2、3所示，当其它条件相同，结晶时间24h时，亚油酸的纯度随结晶时间的延长而变化不是太大,而产品得率却呈现下降趋势。对于尿素晶体包和混合脂肪酸而言，当时间24h后，尿素晶体内包合混合脂肪酸中亚油酸的纯度提高而得率反而下降，这是因为随着时间的延长部分亚油酸被包合进尿素晶体中。因此考虑到工业制备过程中的经济成本和时间成本，确定最佳包合时间是24h。
3.2.2 尿素与脂肪酸比例对亚油酸的影响
图4 尿素/脂肪酸的比例对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响
图5 尿素与脂肪酸的对尿素晶体内亚油酸纯度及得率的影响
在尿素包合法纯化亚油酸的过程中，尿素的用量直接影响亚油于不同碳原子数的脂肪酸都有固定不变的络合比例（3:1），如果尿素的用量大，所能包络的脂肪酸就多，其中除了饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸外，还会有部分的亚油酸和亚麻酸被包合进去，这样就导致尿素晶体外亚油酸的得率降低，但是相应的纯度会提高。反之则会降低亚油酸的纯度而提高得率。这是因为包络的脂肪酸多了尿素晶体内的亚油酸量会增加从而导致尿素晶体内亚油酸的纯度和得率都有所升高。如图4、5所示，在乙醇用量为200mL，结晶时间为24h，结晶温度为0℃时，随着尿素/脂肪酸（g/g）的比例的增加，亚油酸的纯度有所增加，得率降低，晶体内的亚油酸纯度和得率都有所增加。当尿素：脂肪酸比例为4:3时纯度、得率综合考虑较好。继续增加尿素的用量，尿素晶体外的亚油酸纯度有较小的提高同时得率下降，而晶体内包络的亚油酸的纯度和得率都增加。因此考虑到工业生产中经济成本，尿素/脂肪酸的比例为4:3时最理想。
3.2.3 尿素与乙醇的比例对亚油酸的影响
图6 尿素与乙醇的比例对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响
图7 尿素/乙醇比对尿素晶体内亚油酸纯度和得率的影响
尿素包合过程中，尿素的用量影响亚油酸的纯度和得率，而溶剂乙醇的加入量直接影响着尿素与被包合的脂肪酸在溶剂中的分散程度。当尿素/乙醇比例较低时，几乎起不到选择性包合脂肪酸的效果，亚油酸的产品的纯度和得率都会很低。随着尿素/乙醇比例的增加，选择性包合的效果越来越好，亚油酸的纯度将有所增加。如图6所示，当选择脂肪酸为30g，尿素加入量为40g,于0℃下结晶24h时随着尿素/乙醇比例的降低，亚油酸的得率呈现明显升高的趋势，但是它的纯度呈现下降趋势，因为此时尿素乙醇溶液不能很好的包合脂肪酸。对于尿素晶
体内的亚油酸纯度和得率而言，如图7所示，随着尿素/乙醇比例的增加，晶体内包合的亚油酸纯度呈现明显增高的趋势，而当尿素/乙醇比例增加到4:20后得率不再有明显的增高。
3.2.4 结晶温度对尿素包合亚油酸的纯度和得率的影响
图8 不同结晶温度对尿素包合亚油酸的纯度及得率的影响
图9 结晶温度对尿素晶体内亚油酸纯度和得率的影响
尿素包合时晶体的形成过程是一个放热的过程，随着温度的降低，反应向形成包合物的方向进行，并且当温度低时，包合物晶体快速形成，晶核来不及长大，因此形成的晶体细小而且均匀。但是如果温度过低，包合物会和晶体一起凝固，晶体会较大，且尿素包合形成的混合物稠度变大，使得减压抽滤变得很困难，滤
液中浑有混合脂肪酸而导致其的损失。而温度较高时，包合物晶体缓慢形成，晶核会在此温度下缓慢长大，形成大而呈针状的晶体，且因为尿素包合过程是一个动态平衡过程，因此尿素包合物分子的运动加剧并且有向尿素分子分解方向的趋势，这样就使得饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸被包合的不牢固，容易脱离包合物晶体，因此亚油酸产品的纯度随温度的升高而降低，而得率会升高。如图8所示，当尿素/脂肪酸的比例为4:3，尿素/乙醇的比例为4:15，反应时间为24h时，在0℃温度下亚油酸产品和尿素晶体内亚油酸的纯度和得率都是非常理想的，温度过高或者过低都会使得亚油酸的纯度有所降低得率随之升高。
3.3 正交试验设计及分析
选择影响尿素包合的四个主要因素：尿素与脂肪酸比例、尿素乙醇比例、结晶温度、结晶时间来设计正交试验，以尿素包合后亚油酸的纯度和得率为指标，采取L9(34)正交试验表，正交试验因素水平见表2.
表2 正交试验因素水平表
水平
A
尿素/脂肪酸(g/g)
1 2 3
3:3 4:3 5:3
B
尿素/乙醇（g/mL）
4:15 4:20 4:25
因素
C
结晶温度(℃)
-5 0 5
D 结晶时间(h)
12 24 36
表3 正交试验结果
1 2 3 4 5 6 7 8 9
3:3 3:3 3:3 4:3 4:3 4:3 5:3 5:3 5:3
4:15 4:20 4:25 4:15 4:20 4:25 4:15 4:20 4:25
-5 0 5 0 5 -5 5 -5 0
12 24 36 36 12 24 24 36 12
90.59 94.22 89.95 96.07 96.64 93.44 92.41 96.75 97.36
68.93 69.13 71.63 54.30 60.70 64.27 55.70 42.77 51.57
44.41 48.48 40.74 61.54 57.10 53.96 62.34 63.60 63.66 26.53 29.70 23.70 42.53 37.90 34.67 31.13 49.53 48.37
3.3.1亚油酸纯度及得率试验结果分析
K值 K1 K2 K3 K1 K2 K3 R 主次顺序
A 247.76 286.15 286.52 91.59 95.38 95.50 3.91 A>C>B>D
B 279.07 287.5 280.75 93.02 95.83 93.58 2.81
C 280.82 287.65 279 93.08 95.88 93 2.88
D
284.59
280.07 282.66 94.86
93.36 94.22 1.5
表4 亚油酸纯度正交试验结果
K值 K1 K2 K3 K1 K2 K3 R 主次顺序
A 209.69 179.27 150.04 69.90 59.76
50.01 19.89 A>D>B>C
B 177.53 172.60 187.47 59.18 57.53 62.49 4.96
表5 亚油酸得率正交试验结果
C 175.97 175
186.63 58.66 58.33 62.21 3.88
D 181.2 187.7 168.7 60.4 62.57 56.23 6.34
正交试验及分析可知，对尿素包合纯化亚油酸产品的纯度和得率的影响顺序为：A（尿素/脂肪酸）>C（结晶温度）>B（尿素/乙醇）>D（结晶时间），纯度的最优组合为A3C2B2D1 ，得率的最优组合为 A1D2B3C3 ，综合考虑纯度和得率的影响因素，以制备纯度高、得率多、经济合理为目的，最终确定最佳工艺条件是：A2B2C3D1 ，此条件进行的试验测得亚油酸的纯度是96.64%，得率为60.7%。
。
3.3.2尿素晶体内亚油酸的纯度及得率实验结果分析
K值 K1 K2 K3 K1 K2 K3 R
主次顺序
A 133.63 172.6 189.60 44.54 57.53 63.20 18.66 A>C>B>D
B 168.30 169.18 158.36 56.10 56.39 52.79 3.6
C 161.97 173.68 160.18 53.99 57.89 53.39 4.5
D 165.17 164.78 165.88 55.06 54.93 55.29 0.36
表6 尿素晶体内亚油酸纯度正交试验结果
K值 K1 K2 K3 K1 K2 K3 R 主次顺序
A 79.93 115.1 129.03 26.64 38.37 43.01 16.37 A>C>D>B
B 100.19 117.13 106.74 33.40 39.04 35.58 5.64
C 110.73 120.60 92.73 36.91 40.20 30.91 9.29
D 112.8 95.5 115.76 37.6 31.83 38.59 6.76
表7 尿素晶体内亚油酸得率正交试验结果
正交试验及分析可知，对尿素包合纯化亚油酸尿素晶体内亚油酸产品的纯度和得率的影响顺序为：A（尿素/脂肪酸）>C（结晶温度）>B（尿素/乙醇）>D（结晶时间），本文所要考虑的是尿素晶体外的产品纯度和得率，因此尿素晶体中包合的亚油酸纯度和得率越低越好，纯度的最优组合为：A1C3B3D2 ，得率的最优组合为 ：A1C3D2B2，综合考虑纯度和得率的影响因素，最终确定的最佳工艺条件是：A1C3B2D2。
综合考虑尿素晶体外和尿素晶体内亚油酸的纯度和得率，最佳工艺条件为：尿素：脂肪酸(g:g)为4:3，尿素：乙醇（g:mL），结晶温度为5℃，结晶时间12h。在此条件下，亚油酸产品的纯度达到96.64%，得率60.7%。尿素晶体内亚油酸的纯度为57.10%，得率37.9%。
结 论
本文研究尿素包合过程中尿素与脂肪酸的比例、尿素与乙醇的比例、结晶温度、结晶时间对尿素包合亚油酸纯度及得率的影响，采用单因素试验和正交水平试验，得出以下结论：
1. 本实验中先采用皂化，再酸解得到混合脂肪酸，然后对混合脂肪酸进行尿素包合的方法制备高纯度亚油酸。所得到的亚油酸产品纯度最高可达到97.36%，是实验室制备亚油酸较好的办法，为工业化大规模生产提供了理论依据。 2. 混合脂肪酸的制备在90℃皂化5h，红花籽油皂化近乎完全，用薄层硅胶板在紫外灯下观察，几乎全为脂肪酸只有很细的一条甘二酯。证明此条件下皂化效果很好。
3. 由尿素包合后亚油酸的纯度和得率结果综合分析，可知在尿素/脂肪酸为4:3、尿素/乙醇为4:20、结晶温度5℃、结晶时间为12h时，亚油酸的纯度可达到96.64%，得率60.7%。尿素晶体内亚油酸纯度大到57.1%，得率37.9%。
致 谢
在论文完成之际，十分的感谢在实验和完成论文期间给予我帮助和关心的老师和同学们。
首先，我衷心的感谢我的指导老师杨国龙老师，在他的悉心指导和帮助下，试验才得以顺利的完成。在试验过程中杨老师为我们提供了最先进的设备和最及时详尽的指导。从杨老师那里，我不仅学会了扎实的专业知识，也学会了怎样在实验过程中寻找方法和有利条件，更学会了许多为人处事的道理，这些东西将会使我受益终生。
其次，非常的感谢付海霞师姐和孙江彦师姐在实验中给予我宝贵的建议和无私帮助，解决试验中许多难题和困惑，才使得实验可以顺利的完成。非常感谢范萌萌、薄风艳、张梦霞同学在实验中给予我不断的鼓励和支持。同时还有8252油脂化学试验室所有的指导老师和师姐们，他们对试验的严谨态度和投入精神深深打动和激励着我，让我不自觉的融入这个勤学踏实肯干的试验队伍中。在8252实验室的这三个月的时间里，我不仅在学问方面的到了提高，也在为人做事方面学到了很多知识。他们以实验室为家，以试验室的同学们为家人的融洽关系温暖感动着我们。这些无形的知识和精神将会在我以后的求学路上时刻指引激励着我。
同时，非常感谢我的父母对我的养育之恩和无私的支持，谢谢！ 最后，衷心感谢在百忙中抽出时间审阅本论文的专家们！
参 考 文 献
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