山茶油脂肪酸甲酯化条件研究

1、山茶油脂肪酸甲酯化条件研究唐芳1,李小元1,吴卫国1,刘军鸽2(1. 湖南农业大学食品科技学院,食品科学与生物技术湖南省重点试验室,湖南长沙410128;2. 湖南农业大学分析测试中心,湖南长沙410128摘要:油脂甲酯法是应用气相色谱法测定油脂脂肪酸组成一个必不可少预处理工序。该文报道对比研究KOH甲醇溶液法、H 2SO 4甲醇溶液法对山茶油进行甲酯化效果,着重探讨振荡温度、振荡时间、催化剂用量等因素对山茶油甲酯化效果影响规律,通过气相色谱法测定油酸峰面积及油酸甲酯转化率为考核指标,优化KOH甲醇溶液法和H 2SO 4甲醇溶液法甲酯化条件,并提出酸碱结合甲酯化新方法,研究结果表明,采用酸碱结

2、合法对山茶油进行甲酯化效果优于KOH甲醇溶液法和H 2SO 4甲醇溶液法,对应用气相色谱法测定油脂脂肪酸组成具有实际指导意义。关键词:山茶油;甲酯化;KOH甲醇溶液法;H 2SO 4甲醇溶液法;酸碱结合法Study on methylesterification conditions of fatty acid in camellia oilTANG Fang 1,LI Xiao-yuan 1,WU Wei-guo 1,LIU Jun- ge 2(1. College of Food Science & Technology of Hunan Agricultural Universi

3、ty,Food Science &Biotechnology of Key Laboratory of Hunan Province,Changsha 410128,China;2. Center of Analytic Testing of Hunan Agricultural University,Changsha 410128,ChinaAbstract:The methylesterification method of oils was an essential pretreatment process for the determination of fatty acid

4、composition in oils by gas chromatography.The paper studied the effects of methylesterification in camellia oil through the comparation of KOH methanol solution method,H 2SO 4methanol solution method;and explored the rule that the oscillations of temperature and time,the contents of catalyst and oth

5、er factors would impacted on the effect of methylesterification in camellia oil.With peak area of oleic acid gas chromatography determined and the efficiency of oleic acid methyl ester as an indicators for the assessment,it optimized the conditions of methylesterification of KOH methanol solution me

6、thod,and H 2SO 4methanol solution method,and made a new method of methylesterification of acid alkali combination.The results on study indicated that acid alkali combination method for the effect of methylesterification in camellia oil was superior to KOH methanol solution method and H 2SO 4methanol

7、 solution method for that,and that it had a significance of the practical guide to determine the composition of fatty acid in olein by gas chromatography.Key words:camellia oil;methylesterification;KOH methanol solution method;H 2SO 4methanol solution method;acid alkali combination method 中图分类号:O657

8、.7+1文献标识码:A文章编号:10089578(201008003604收稿日期:20100703作者简介:唐芳(1985 ,女,硕士研究生,研究方向:食品工程。山茶油(Camellia oil系从油茶籽制取优质保健食用植物油,对山茶油脂肪酸组成和含量进行分析,有利于了解山茶油功能特性,并对鉴别市场上山茶油掺假现象具有现实意义。山茶油脂肪酸测定方法一般有气相色谱法和红外光谱法,采用前者居多。由于山茶油脂肪酸极性较大,挥发性差2,直接进行气相色谱分析,柱温太高,固定相很难抉择,保留时间不易重复,容易有假峰;因此必须经衍生为易挥发脂肪酸甲酯。脂肪酸甲酯化,是将高沸点不易挥发、汽化脂肪酸酯先水解得

9、脂肪酸和甘油,再使脂肪酸与甲醇反应生成相应脂肪酸甲酯,使其变成低沸点易挥发、汽化物质;或将油脂直接与甲醇发生醇解反应制取脂肪酸甲酯,从而降低汽化温度、提高分离效果,有利于气相色谱法分离并逐一测定其组成和含量方法3。脂肪酸甲酯化方法可分为三大类:酸催化法、碱催化法和三甲基硅重氮甲烷(TMS法,三甘油酯型脂肪酸可采用酸催化法或碱催化法4。如快速甲酯化法、室温KOH 甲醇溶液法、H 2SO 4甲醇溶液法、NaOH 甲醇溶液法等5。经预实验检测、对比发现,快速甲酯化法甲酯化程度不太好,室温KOH 甲醇溶液法和NaOH 甲醇溶液法检测结果显示,甲酯化程度相似,而KOH 甲醇溶液法与H 2SO 4甲醇溶液

10、法存在较大差异。本研究通过气相色谱法测定油酸峰面积及油酸甲酯转化率为考核指标,着重探讨振荡温度、振荡时间、催化剂用量等因素对山茶油KOH 甲醇溶液法和H 2SO 4甲醇溶液法甲酯化效果影响规律,优化KOH 甲醇溶液法和H 2SO 4甲醇溶液法甲酯化条件,并试验对山茶油采用酸碱结合甲酯化新方法效果。1 材料与方法1.1 材料和试剂山茶油:湖南永丰生物科技有限公司;甲醇溶液(色谱纯、正己烷(色谱纯、无水硫酸钠(分析纯、KOH(分析纯、H2SO4(分析纯;脂肪酸甲酯混标:湖南农业大学分析检测中心提供。1 mol/L KOH甲醇溶液:称取5.6 g KOH置于100 ml烧杯中,用甲醇溶液慢慢溶解后,

11、将其引入100 ml容量瓶中,再加甲醇溶液于容量瓶至刻度,摇匀;然后将其浑浊液用快速滤纸过滤,澄清即可。5% H2SO4甲醇溶液:用移液管取5 ml H2SO4置于100 ml容量瓶中,再将甲醇溶液加至容量瓶刻度即可。1.2 主要仪器SHZ82水浴恒温振荡器:上海浦东物理光学仪器厂;电子天平:北京赛多利斯仪器系统有限公司; DZ4763通风柜:上海人民成套电器厂;HH8数显恒温水浴锅:上海浦东物理光学仪器厂。1.3 甲酯化条件优化1.3.1 气相色谱条件Agient气相色谱仪,HP5毛细管柱(30.0 m×0.32 mm×0.25 m,进样口温度:250,FID温度:280

12、,柱温:初始温度110,15/min升温至230,保持40 min;线速度:33 cm/sec,分流比: 51,H2 30 ml/min、N2 30 cm/s,尾吹30 ml/min、air 30ml/min、进样量:1 l。1.3.2 KOH甲醇溶液法取100 mg山茶油样置于10 ml具塞试管中,加入2 ml、1 mol/L KOH甲醇溶液,常温下振荡,静置15 min,加入2 ml正己烷,静置10 min,取上清液,加入少许无水硫酸钠,归一化面积。分别变动振荡温度、振荡时间、KOH甲醇用量等因素,考察其对山茶油甲酯化效果影响。1.3.3 H2SO4甲醇溶液法取100 mg山茶油样置于10

13、 ml具塞试管中,加入2 ml、5% H2SO4甲醇溶液,在室温下振摇,加入2 ml 正己烷,静置10 min,取上清液,加入少许无水硫酸钠,归一化面积。分别变动振荡温度、振荡时间、H2SO4甲醇用量等因素,考察其对山茶油甲酯化效果影响。1.3.4 酸碱结合法在确定KOH甲醇溶液法和H2SO4甲醇溶液法优化条件基础上,先对油脂进行KOH甲醇溶液法甲酯化,然后进行H2SO4甲醇溶液法甲酯化。1.3.5 油酸甲酯转化率计算67X%=AB×100%式中:x%:油酸甲酯转化率;A:为反应试样中油酸甲酯在气相色谱中面积;B:为脂肪酸甲酯混标(与山茶油脂肪酸比例相 近中油酸甲酯在气相色谱中峰面积

14、。2 结果与分析2.1 KOH甲醇溶液甲酯化方法各因素对山茶油甲酯化效果影响以气相色谱法测定山茶油甲酯化后油酸峰面积及油酸甲酯转化率为考核指标,分别考察KOH甲醇溶液法KOH甲醇溶液量、振摇时间、振摇温度对山茶油甲酯化程度影响。2.1.1 振摇温度对山茶油甲酯化影响振摇温度分别取室温、40、60、80进行单因素试验,获得气相色谱图油酸峰面积、油酸酯化率与振摇温度关系,如图1。从图1可知,当振摇温度为室温时,油酸峰面积及转化率都相对较小,此时甲酯化不完全。甲酯反应是一个吸热可逆反应78,随温度升高,则甲酯转化率和油酸峰面积越来越大;当振摇温度为40时,甲酯化效率最好;超过此温度,伴随脱羧及其它副

15、反应加强,导致反应速率变慢,甚至发生逆反应。因此,确定振摇温度为40,进行后续试验。2.1.2 振摇时间对山茶油甲酯化影响在振摇温度为40条件下,振摇时间分别取10 min、30 min、60 min进行单因素试验,获得油酸峰面积、油酸酯化率与振摇时间关系,如图2。从图2可知:当振摇时间增加时,油酸峰面积和酯化率增大,说明甲酯化程度渐好;30 min时, 油酸峰面积和转化率最大,甲酯化程度最好。而随振摇时间增加,各参与反应物质混合均匀,油酸峰面积和酯化率变化不大,其甲酯化程度基本上没明显变化。因此,确定振摇时间为30 min,进行后续试验。2.1.3 催化剂含量对山茶油甲酯化影响在振摇温度为4

16、0、振摇时间为30 min条件下, 1 mol/L KOH甲醇溶液分别取0.5 ml、1 ml、3 ml、5 ml、7 ml进行单因素试验,获得油酸峰面积、油酸酯化率与催化剂关系,如图3。从图3可知,随KOH甲醇溶液含量增加,油酸酯化率和峰面积下降,说明催化剂过量,导致脂肪酸甲酯皂化,同时还伴随其它副反应发生。当KOH含量为0.5 ml时,油酸转化率最高,但山茶油气相色谱测定的脂肪酸比1 ml KOH时少2个。因此,确定采用1 ml KOH甲醇溶液,进行试验。2.1.4 优化KOH甲醇溶液法取100 mg山茶油置于10 ml具塞试管中,加入1 ml、1 mol/L KOH甲醇溶液,在40下振荡

17、30 min,静置15 min,加入2 ml正己烷,静置10 min,取上清液,加入少许无水硫酸钠,归一化面积。2.2 H2SO4甲醇溶液甲酯化法各因素对山茶油甲酯效果影响以气相色谱法测定山茶油甲酯化后油酸峰面积及油酸酯化率为考核指标,分别考察H2SO4甲醇溶液法中H2SO4甲醇溶液量、振摇时间、振摇温度对山茶油甲酯化程度影响。2.2.1 振摇温度对山茶油甲酯化影响振摇温度分别取60、70、80进行单因素试验,获得气相色谱图中油酸峰面积、油酸酯化率与振摇温度关系,如图4。从图4可知,随温度增加,甲酯率和油酸峰面积渐好;当温度为70时,其甲酯化程度最好。甲醇沸点为65,温度超过70时,甲酯反应中

18、正向反应物浓度降低,导致逆反应发生,脱羧及其它副反应加强。因此,确定采用70为振摇温度,进行后续试验。2.2.2 振摇时间对山茶油甲酯化影响在振摇温度为70条件下,振摇时间分别取10 min、30 min、60 min进行单因素试验,获得油酸峰面积、油酸酯化率与振摇时间关系,如图5。从图5可知:当振摇时间增加时,油酸峰面积和酯化率增高;振摇60 min时,较其它振摇时间而言,油酸峰面积和酯化率最好;而随振摇时间增加,各参与反应物质混合均匀,油酸峰面积和酯化率变化不大,其甲酯化程度基本上没明显变化。因此,确定振摇时间60 min,进行后续试验。2.2.3 催化剂含量对山茶油甲酯化影响在振摇温度为

19、70、振摇时间为60 min条件下,5% H2SO4甲醇溶液分别取0.5 ml、1 ml、2 ml、3 ml、4 ml进行单因素试验,获得油酸峰面积、油酸酯效率与催化剂含量关系,如图 6。从图6可知,随着H2SO4甲醇溶液含量增加,油酸峰面积和油酸甲酯转化率增加,说明甲酯化程度越来越好;当为2 ml时,油酸峰面积和油酸甲酯转化率最大,甲酯化效果最佳。超过该值时,油酸峰面积和甲酯率越来越小,说明参与反应H2SO4甲醇溶液过量,会产生脂肪酸甲酯皂化反应并伴随其它副反应。因此,确定采用2 ml H2SO4甲醇溶液,进行实验。2.2.4 优化H2SO4甲醇溶液法H2SO4甲醇溶液法:取100 mg山茶

20、油置于10 ml具塞试管中,加入2 ml、5% H2SO4甲醇溶液,在70下振摇60 min,加入2 ml正己烷,静置10 min,取上清液,加入少许无水硫酸钠,归一化面积。2.2.5 酸碱结合法取100 mg山茶油置于10 ml具塞试管中,加入1 ml、1 mol/L KOH甲醇溶液,在40水浴中反复振摇30 min,静置15 min,置入70水浴中将其蒸干,加入2 ml、5% H2SO4甲醇溶液,在70水浴中振摇60 min,加入2 ml正己烷,静置10 min,取上清液,加入少许无水硫酸钠,面积归一化分析。2.3 不同甲酯化方法对脂肪酸甲酯化影响据参考文献可知,针对脂质多油脂,KOH甲醇

21、溶液法效果显著,针对游离脂肪酸多油脂,H2SO4甲醇溶液法效果较显著3、9,可将KOH甲醇溶液法和H2SO4甲醇溶液法结合进行酸碱结合法甲酯化处理,比较KOH甲醇溶液法、H2SO4甲醇溶液法和酸碱结合法对山茶油甲酯化效果,如图7。从图7可知:三种方法中,酸碱结合法油酸甲酯转化率为95.5%,油酸峰面积也高。说明在本实验中通过酸碱结合法,游离脂肪酸和甘油三酯都能很好甲酯化,因此确定最终采用酸碱结合法甲酯化处理测定脂肪酸组成和含量。2.4 山茶油主要脂肪酸含量及组成经酸碱结合法甲酯化处理,通过气相色谱仪,获得山茶油脂肪酸含量、组成及其气相色谱图如图8。山茶油脂肪酸组份中以油酸含量最高,占81.58%、肉豆蔻酸为0.45%、棕榈酸为9.12%、亚油酸为