蓖麻酸酯合成共轭亚油酸研究进展.docx

油脂化学蓖麻酸 (酯 )合成共轭亚油酸研究进展晁建平 1 ,李响敏 2 ,陈志玲 1 ,佟拉嘎 1 ,林世静 1 ,丁虹 1( 11北京石油化工学院 恩泽生物质精细化工实验室 ,北京 102617; 21南昌大学 中德联合研究院 ,南昌 330047)摘要 :蓖麻酸 (酯 )是蓖麻油的最主要成分 ,其结构决定了它很容易转变成共轭亚油酸 ( cla ) 。综 述了由蓖麻酸 (酯 )合成 cla 的研究进展 ,并对 cla的合成发展进行了展望 ,以期为 cla 的高效合 成提供参考。关键词 :蓖麻酸 (酯 ) ; cla;生物合成 ;化学合成 ;研究进展中图分类号 : tq641; r97文献标志码 : a文章编号 : 1003 - 7969 ( 2009) 07 - 0034 - 04research advance in syn thesis of con juga ted linole ic ac id from r ic in ic ac id ( ester)chao j ianp ing1 , l i xiangm in2 , chen zhiling1 ,ton g laga1 , l in shijing1 , d in g hong1( 11enze b iom ass fine chem icals laborato ry, beijing institute of petrochem ical techno logy, beijing 102617, china; 21sino - germ an joint research institute, nanchang university,nanchang 330047, china)abstract: r icinic acid ( ester) is the main componen t in casto r oil, and it can be transfo rm ed easily to conjugated linoleic acids (cla ) by chem ical synthesis or bio synthesis. the research advance in synthesis of cla was reviewed, the developm ent of cla synthesis was also p ro spected, which could p rovide refer2 ence fo r the efficient synthesis of cla.key words: ricinic acid ( ester) ; cla; bio synthesis; chem ical synthesis; research advance共轭亚油酸 (conjugated l inoleic acid, cla )作 为一种游离脂肪酸 ,主要存在于乳制品以及各种肉 制品中 。天然 cla 60%存在于前者中 , 37%存在于 后者中 , 其余存在于功能食品中 。由蓖麻酸形成共 轭脂肪酸的研究 ,可以上溯到 20 世纪四五十年代 。 当时为了提高油漆和清漆的品质 ,研究人员陆续以 蓖麻油 、大豆油 、葵花籽油等为原料进行天然油脂的 改性研究 ,其首要目标是提高油的官能度 ,以改善油 的成膜性 。直到 1979 年美国 w isconsin大学的 m i2 chael pariza偶然发现在烤牛肉中存在能抑制大鼠 肝细胞突变的物质 , 1987 年 ha 等人将其确证为 cla后 ,对其研究和报道才重新引起了人们的广泛 关注。cla 是具有 18 个碳和 1 对双键的亚油酸分子中双键处于共轭位置的一种结构形式 ,有多种位 置异构和几何异构体 。在 cla 的众多异构体中 ,具 有生理活性的可能是 cis - 9, trans - 11 - c182 和 1 trans - 10, cis - 12 - c182异构体 。从 20 世纪 80 年代起 , cla 的生理活性以及在 食品 、保健品等方面的应用研究一直非常活跃 ,并 已取得了一系列成果 。以 cla 中的 cis - 9, trans - 11 - cla 为例 ,研究表明它有很高的抗癌活性 ,在 饲料中添加这种 cla 可以减小哺乳动物皮肤肿 瘤 2, 3 ;而在哺乳动物组织中 ,这种 cla 水平的增 加将相对地降低它们患乳腺癌和前列腺癌的风 险 4, 5 。同时研究也表明 :一些 cla 能减少机体脂 肪而起到减肥作用 6, 7 ,动物实验证明 cla 还能增 进免疫力 8 ,治疗关节炎及其他炎症 9 ,治疗动脉 10 收稿日期 : 2009 - 01 - 06粥样硬化症。虽然 cla 的研究和应用已经展作者简介 :晁建平 ( 1963) ,男 ,副教授 ,主要从事有机合成与 药物合成方面的研究工作 ( e2m ail) chaojp bip t. edu. cn。现出诱人的前景 ,但是 cla 的天然来源并不丰富 ,具有活性的 cla 异构体主要存在于瘤胃动物的乳脂及肉制品中 ,且含量甚微 (每克乳脂中含 2 25 mg) ,难以富集 ;而且多种异构体并存 , 难以纯化 。 而普通植物油中几乎不含 cla , 在一些稀有植物 种子中虽然发现有共轭多烯酸的存在 , 但未发现 上述 2 种 已 证 实 具 有 生 理 活 性 的 异 构 体 的 存 在 11 。因此 ,如何低成本制备高纯度共轭亚油酸 成为化学化工领域的研究焦点 。蓖麻油酸 r - ( z ) - 12 - 羟基 - 9 - 十八一烯 酸来自于蓖麻油的水解 , 由于蓖麻油脂肪酸中蓖麻 油酸为其主要成分 , 其质量分数为 89% 12 , 同时其 分子结构中 9位已经存在 1 个顺式双键 , 12 位有 1 个羟基 , 若将该羟基进行分子内脱水 , 就可以顺利得 到 9, 11 - 共轭亚油酸 , 假如这种脱水能得到 trans - 11烯键 , 亦即得到了 cis - 9, trans - 11 - cla。正是由于分子结构上的这种优势 ,再加上蓖麻 油酸在蓖麻油水解物中高含量的存在 ,以蓖麻油酸 为原料合成 cla 不失为一条既简捷 、高效 ,而又具 有实际意义的工艺路线 。事实上 ,这一工作已有研 究者在积极探索 ,也取得了一些进展 ,本文拟对这些 工作的进展进行总结评述。1 化学方法从蓖麻酸 (酯 )合成 cla以蓖麻酸为原料用化学方法来合成 cla 是目 前从蓖麻油基质原料合成 cla 的较常用且较为成 熟的方法 。但在蓖麻酸 (酯 )分子中 ,羟基本身并不 是一个好的离去基团 ,而且消除反应常用的酸性条 件可能导致新生成双键的重排 、异构化等缺陷 ,所以 这种羟基脱除成烯过程往往是通过脱除羟基的衍生 物 (如羧酸酯 、磺酸酯基等 )来实现的。早在 1887 年 kraft就实现了蓖麻油的脱水 ,其 后蓖麻油脱水技术不断发展 , 硫酸 、磷酸 、硫酸 盐 以及强酸性树脂等都先后用于催化蓖麻油脱水的 研究 13 。但是质子酸催化蓖麻酸直接脱水的缺点 是反 应 很 难 进 行 到 底 , 生 成 的 产 物 中 cis - 9, trans - 12 - cla 所占比例高达 65 % 75 % ,而共 轭亚油 酸 cis - 9, trans - 11 - cla 的 比 例 只 占 35% 25%。1953年 crumm itt研究了用蓖麻油为原料 ,以活 性氧化铝为催化剂 , 在 235 反应 得到了 cis - 9, trans - 11 - cla ,收率 15% 35% 14 。但当时人们 还没有认识到 cla的重要性 ,他的这一研究是脱水 蓖麻油研究工作的一部分 ,目的是将其用于涂料方 面。美国专利 15, 16 以及 berdeaux等 17 人报道了以 蓖麻酸甲酯为原料 ,先制备 12 - 羟基甲磺酸酯或对 甲苯磺酸酯衍生物 ,然后使其与强有机碱 1, 8 - 二氮杂双环 5. 4. 0 十一碳 - 7 - 烯 (dbu )反应得到 cis - 9, trans - 11 - cla ,得率 75% 79%。其缺点 主要是 :反应中有强腐蚀性的盐酸 ,严重腐蚀反应设 备 ;反应副产物是 dbu 的磺酸盐 ,完全去除比较困 难 ;工艺中使用的有机碱 dbu 价格较贵 ,也是影响 该工艺工业化的重要因素 。yang等 18 人报道了以蓖麻油为原料合成 cla 的工艺路线 。作者用 koh 代替了有机碱 dbu 作催 化剂 ,反应的转化率达 77% ,产物中 cis - 9, trans - 11 - cla 的含量为 72%。由于该工艺涉及到蓖麻 酸甲酯的甲磺酰化和对甲苯磺酰化 ,同样存在盐酸 的腐蚀问题 ;另外还存在强碱 koh 的腐蚀问题 。ghisalberti 19 报道了一条类似于文献 15, 16 的工艺路线 ,不同的是以蓖麻油为起始原料 。该路 线也具有文献 15, 16 中存在的问题和缺陷 ,而且 它是由无机酸来处理甲磺酸酯和对甲苯磺酸酯的 , 使得后续产物纯化更加复杂。rongione等 20 人报道了以蓖麻酸甲酯为原料 , 用羧酸及其衍生物 (如酰氯 、酸酐等 )为酰化剂对其 12 - 羟基进行酰化得到相应的羧酸酯 ,然后于 80 140 下在碱 (如 kor ) 存在下加热消除相应的羧 酸 ,得到相应的 cla 甲酯 (收率为 48. 8% ) , 其中大 于 80%的是 cis - 9, trans - 11 - cla 甲酯 。这条工 艺路线的缺陷是对 12 - 羟基进行羧酸酯衍生化的 原料一般是酰氯或酸酐 (如三甲基乙酸酐等 ) ,同样 存在设备腐蚀和不经济的问题 ,另外 ,收率不高和异 构体选择性差也是本工艺的突出问题 。2 生物方法从蓖麻酸 (酯 )合成 clacla 的生物合成研究较多 ,目前已有一些综述 性报道 11, 21 。研究工作多以蓖麻油酸 (酯 )为原料 , 最常用的微生物是植物乳酸菌 (lactobacillus p lanta2 rum ) 。如 ogawa 等 22 人筛选到 1 株植物乳酸菌 (lactobacillus p lantarum ) a ku1009a,能转化蓖麻油 合成 cla。ando等 23 人进行了更为深入细致的研究工 作 。他们以植物乳酸菌 jcm1551 为催化剂 ,以蓖麻 油酸为原料 ,反应 90 h,得到的产物包括 2 种混合 物 : cis - 9, trans - 11 - cla (占 总 cla 21% ) , trans - 9, trans - 11 - cla (占总 cla 79% ) 。而且 还发现 ,向反应体系中添加 - 亚麻酸和亚油酸混 合物或添加表面活性剂能增加 cla 产量 。以脂肪 酶水解的蓖麻油作为原料 ,在最适条件 ( 110 mol/l 柠檬酸钠缓冲液 , ph 610, 37 )下 ,洗涤过的细胞 ( 12% ,湿细胞 )作催化剂反应 99 h, 5. 0 mg/ml 蓖 麻油 产 生 2. 7 mg/ml cla, 占 脂 肪 酸 总 量 的4515% ,其中 26%是 cis - 9, trans - 11 - cla , 74% 是 trans - 9, trans - 11 - cla;反应 171 h, 30 mg/ml 蓖麻油产生 715 mg/ml cla 24 。3 展 望cla 生物活性的发现 ,使人们的研究目的由原 来以改善油脂的干性和成膜性转变为使其最终产品 能应用于食品 、药品领域 。由于食品 、药品领域对其 产品有着严格的法规限制 ,客观上要求 cla 必须有 较高的品质 、纯度 ,同时还要具备有竞争性的合成路 线和生产工艺 。对以蓖麻油酸 (酯 )合成 cla 这条 工艺来说 ,蓖麻油中蓖麻酸的高含量是它作为原料 合成 cla 的潜在优势 ,关键问题是生产工艺和纯化 工艺的研究和开发 。在 cla 的化学合成中 ,不可避 免地产生多种异构体 ,因此 ,高纯度单一异构体的合 成要做到尽可能地减少副产物的比例 ; 同时研究更 好的分离方法 ,从混合物中分离提纯产品 。如前所 述 ,蓖麻酸甲酯直接脱水获得的 cla含量在 30%左 右 ;而蓖麻酸甲酯甲磺酰后消除得到 cis - 9, trans - 11 - cla 含量高达 70% ,从化学反应的角度来看 , 已经是一个可以接受的结果 。而对于 cla 的分离 来说 ,其常用的方法有脲包法 、低温结晶法 、脂肪酶 选择酯化法和银基色谱法等 。脲包法和低温结晶法 能够用于大规模分离 ,操作成本较低 ,但分离效率较 差 ,需要多次重复操作 ,所得产品纯度不高 。银基色 谱法能够实现 cla的精细分离 ,但处理样品量却较 少 。其实 ,合成工艺研究和产品分离纯化是一个相 互关联的问题 。如果能优化出较好的蓖麻油酸生产 cla的反应条件 ,此时的杂质少 ,纯度高 ,经过简单 的分离纯化就能得到合格的 cla。所以化学法以 后要解决的问题还是寻找较好的脱水方式 、条件及 催化剂 ; 另外就是继续寻找简单 、有效的 cla 的分 离纯化方法 。生物法以蓖麻酸 (酯 )为原料 ,在乳酸 菌存在下合成 cla ,虽然条件比较缓和 ,但目前收 率和 cla 选择性仍不理想 ,同时游离的脂肪酸还会 抑制菌种的生长 ,这些问题还有待于继续研究 ,寻找 更好的方法加以解决 。参考文献 : 1 郭诤 ,张根旺 ,孙彦. 共轭亚油酸制备方法的研究进展 j . 化学通报 , 2003, 66 ( 9) : 592 - 597. 2 ip c, br iggs s p, haegel e a d, et al. the efficacy of conjugated linoleic acid in m amm ary cancer p revention is independent of the level or type of fat in the diet j . carci2nogenesis, 1996, 17 ( 5) : 1045 - 1050. 3 b elury m a, n ickel a p, b ird c e, et al. d ietary con2jugated linoleic acid modulation of phorbol ester skin tumo rp romotion j . nutr cancer, 1996, 26 ( 2) : 149 - 157. 4 yuraw ecz m p, mossoba m m , kram er j k g, etal. advances in conjugated linoleic acid research: volum e 1 m . champaign: aocs press, 1999: 276 - 282. 5 ochoa j j , farquharson a j , grant i, et al. conju2gated linoleic acids ( cla s) decrease p rostate cancer cell p roliferation: different molecular mechanism s for cis - 9, trans - 11 and trans - 10, cis - 12 isom ers j . carcinogen2 esis, 2004, 25: 1185 - 1191. 6 zamb ell k l, ke im n l, van loan m d, et al. conju2gated linoleic acid supp lem entation in humans: effects on body composition and energy expenditure j . l ip ids, 2000, 35: 777 - 782. 7 jahre is g, kra ft j, t ischendorf f, et al. conjuga2ted linoleic acids: physiological effects in anim al and man with special regard to body compo sition j . eur j l ip id sci technol, 2000, 102: 695 - 703. 8 kell ey d s, warr en j m , simon v a, et al. sim ilareffects of c9, t11 - cla and t10, c12 - cla on imm une cell functions in m ice j . l ip ids, 2002, 37: 725 - 728. 9 shen c l, dunn d m , henr y j h, et al. decreased p ro2duction of inflamm ato ry mediators in hum an osteoarthritic chondrocytes by conjugated linoleic acids j . l ip ids, 2004, 39 ( 2) : 161 - 166. 10 mcl eod r s, l eblanc a m , lang ill e m a, et al.conjugated linoleic acids, atherosclero sis, and hepatic very - low - density lipop ro tein metabolism j . am j clin nutr, 2004, 79 ( 6) : 1169s - 1174s. 11 黄耀威 , 潘力. 共轭亚油酸生物合成的研究进展 j .食品工业科技 , 2007 ( 7) : 236 - 239. 12 邵丽 , 谢文磊 ,李会 ,等. 蓖麻油深加工方法及产品用 途 j . 精细石油化工进展 , 2007, 8 ( 7) : 51 - 54. 13 sw ern d. baileys industrial oil and fat p roductsm . fourth edition. n ew yo rk: john w iley & son inc, 1976. 14 ol iv er g, d ean m. a lternative method for dehydrating castor oil j . j am o il chem soc, 1953, 30 ( 1) : 21 - 25. 15 se idel m c. synthesis of conjugated linoleic acid (cla ) : us, 5892074 p . 1999 - 04 - 06. 16 se id el m c. silver ion chrom atography of high purity co2njugated linoleic acid (cla) : us, 6153774 p . 2002 - 11 - 28. 17 berd eaux o, chr ist ie w w , gun ston e f d, et al.large - scale synthesis of methyl cis - 9, trans - 11 - oc2 tadecadienoate from methyl ricinoleate j . j am o il chem soc, 1997, 74: 1011 - 1015. 18 yan g l in, huang yu, wang hanqing, et al. produc2tion of conjugated linoleic acids through koh - catalyzed dehydration of ricinoleic acid j . chem istry and physics of l ip ids, 2002, 119: 23 - 31.油脂化学不饱和脂肪酸植物甾醇酯的合成工艺研究进展张品 ,邓乾春 ,黄庆德 ,黄凤洪(中国农业科学院 油料作物研究所 ,武汉 430062)摘要 :详细介绍了不饱和脂肪酸植物甾醇酯的性质 、应用 、合成方法及国内外研究进展 ,为开发不饱 和脂肪酸植物甾醇酯功能性食品添加剂提供参考 。不饱和脂肪酸植物甾醇酯的合成方法有化学法 和酶法 。随着生物技术与食品科技的发展 ,不饱和脂肪酸植物甾醇酯的合成工艺将朝着绿色 、低能 耗 、无污染和高安全性方向发展 。关键词 :植物甾醇 ;不饱和脂肪酸 ;植物甾醇酯 ;合成中图分类号 : tq641; r97文献标志码 : a文章编号 : 1003 - 7969 ( 2009) 07 - 0037 - 05advance in syn thesis of phytosterol esters of un sa tura ted fa tty ac idszhan g pin, d en g q ianchun, huang q ingde, huang fenghong( institute of o il c rop s research, chinese academ y of agricultural sciences,w uhan 430062, china)abstract: the p roperty, app lication, various synthesis methods of phytosterol esters of unsaturated fatty acid in domestic and overseas were described so as to offer reference for the app lication of phytostero l esters of unsaturated fatty acids in functional food as food additives. the synthesismethod of phytosterol esters of un2 saturated fatty acids includes chem ical method and enzyme method. w ith the development of bio techno logy, and food science and techno logy, the synthesis p rocess of phytosterol esters of unsaturated fatty acids will develop in the direction of green, low - energy consump tion, non - polluting and high - security.key words: phyto stero l; unsaturated fatty acid s; phyto stero l esters; synthesis植物甾醇是一种从植物油工业副产物中得到的 天然活性物质 ,其结构与动物体内的胆固醇相似 1 。 至今已发现 100多种植物甾醇 ,含量较丰富的主要有 - 谷甾醇 、豆甾醇 、菜油甾醇和菜籽甾醇 1, 2 。早在收稿日期 : 2009 - 02 - 26作者简介 :张 品 ( 1984) ,女 ,硕士研究生 ,主要从事功能性 食品与生物活性物质方面的研究工作 ( e 2m ail) zhangp in 19840810126. com。1951年人们就发现了植物甾醇的降胆固醇功效 ,人体 每天摄入 1. 53. 0 g植物甾醇可使低密度脂蛋白水 平降低 8% 15%。除此之外 ,植物甾醇还具有抗癌、 抗动脉粥样硬化 、