有机碱固体催化剂的制备及其催化合成中长碳链油脂的研究

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根据实验室之前的研究以樟树籽仁油(CCSKO)、大豆油和亚麻籽油为原料,通过脂肪酶催化合成了富含新型的中、长碳链三酰基甘油脂(MLCT)的油脂。结果表明,该功能油脂的熔点较低,适合人体吸收,中链脂肪酸(MCFA)与长链脂肪酸(LCFA)的比例为3:1,α-亚麻酸(9.86±0.54%)与亚油酸(5.22±0.12%)的比例接近2:1。分别用CCSKO和MLCT油脂代替高脂(HF)饲料中油脂的食物喂养C57BL/6小鼠,观察该MLCT油脂的抗肥胖作用。研究表明,MLCT油脂组和CCSKO组的体重增加和体脂沉积均低于普通高脂饲料喂养的HF组。MLCT油脂组与CCSKO组相比,MLCT油脂组的血清三酰基甘油(TG)、总胆固醇(TC)、肝脏TG和TC水平更低,且高/低密度脂蛋白胆固醇比值(HDL-C/LDL-C)较高。MLCT油脂喂养的小鼠表现出一个更健康的状态。综上所述,MLCT油脂比CCSKO能更有效的改善血脂和肝脂质预防肥胖。针对该MLCT油脂的生产中使用的Novozyme 435脂肪酶作催化剂价格过于昂贵,且现阶段国内厂商生产工艺的不成熟的状况,迫切需要寻找一种脂肪酶的替代品用于生产MLCT油脂。在本研究中分析各类催化剂的优劣后,考虑到有机碱TBD的强碱性和较多的结合位点,制备了一种具有磁性的有机碱固体催化剂(γ-Fe2O3@SiO2@TBD)。该催化剂容易分离,根据碱量测定确定了在TBD与有磁性载体比值为8时达到最大的碱量负载1.23mmol/g。接着通过傅里叶红外、元素分析、热重分析、氮气吸附脱附测定,扫描电镜等表征手段证实活性组分成功负载于磁性载体上,同时活性组分的负载没有改变载体的结构,较好的保存了载体的形貌。将该催化剂用于催化樟树籽仁油、大豆油和亚麻籽油进行酯交换反应。确定最适反应条件为:60℃、催化剂添加量8wt.%、反应时间4h时酯交换率达到43%。催化剂在反应后经过石油醚清洗和烘干,再在NaOH的甲醇溶液中活化后,重复使用5次后,催化活性均没有明显下降,证明该催化剂具有较好的稳定性。接着对化学催化剂催化的酯交换产品和酶催化的酯交换产品进行表征,酯交换产品经过碱炼脱酸后,酸价均降至0.4mg(KOH)/g以下,完全符合食用油的市售标准。熔点也大幅降低,适合人体使用。产品甲酯化后经过气相色谱分析了脂肪酸组成,结果表明化学催化酯交换产品与酶催化酯交换产品在脂肪酸组成上相差不大,同时sn-1,3和sn-2位的脂肪酸无较大差别表明该催化剂和酶对酯交换反应的催化位点没有特异性。相较于传统的当量碳数法无法清晰地表征复杂甘油三酯的成分。本研究通过超高效飞行时间液相质谱测定了两种不同催化方式的酯交换产品的甘油三酯组成。结果成功的在两种酯交换产品中找到50余种MLCT构型的甘油三酯,其中酶催化酯交换产品中MLCT型甘油三酯占比59.93~74.17%,化学催化酯交换产品中MLCT型甘油三酯占比38.59%-53.99%。综上所述,本研究制备的γ-Fe2O3@SiO2@TBD催化剂被成功制备,其可以代替昂贵的脂肪酶去合成具有预防肥胖作用的MLCT油脂。
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