CN102604748A - 一种油脂共轭反应的方法 - Google Patents

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杨日福
邓琪琦
阎杰
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Abstract

本发明公开了一种油脂共轭反应的方法，其特征在于超声协同固体催化剂共同作用于植物油脂进行共轭反应。具体方法是将油脂移入反应器中，置于磁力搅拌器上边搅拌边加热，温度恒定至目标温度后，加入固体催化剂，通入高纯氮气作保护气，采用变幅杆式超声强化油脂反应，反应后抽滤，从反应物中分离催化剂。本发明采用超声强化可大大提高其反应速率，产物易于分离，固体催化剂可循环使用，形成了环境友好的工艺过程。

Description

一种油脂共轭反应的方法
技术领域
本发明涉及油脂共轭反应技术。 
背景技术
人们通过大量研究已经证实，共轭亚油酸（Conjugated linoleic acid, CLA）具有抑制癌症和肿瘤的形成、抗动脉粥样硬化、改善免疫功能、改善骨组织代谢、降低胆固醇、促进生长、抑制脂肪积聚等多种生物活性。因此，共轭亚油酸在医药、保健品及食品等领域都有着广泛的应用前景，CLA人工合成方法中主要通过油脂发生共轭反应制得。
此外，油脂共轭反应可以大大提高油脂的聚合与干燥性能，从而代替价格高昂且有强烈刺激性气味的桐油，用于化工、机械、造船、织网等工业以及木制家具和木制农具油漆方面，这些因素激起了世界各国对油脂共轭反应研究的热情。
目前在工业上进行油脂共轭反应方法大体分为两类：生物法和化学法。生物法反应时间长、得率低、分离困难。化学法绝大多数以强酸强碱（如H2SO4、NaOH等）作为均相催化剂，在高温条件下进行反应，该工艺虽反应速率快、产率高，但后期需中和洗涤，会产生大量的废酸和废碱液，造成环境污染，溶剂回收难等问题，并且需要在高温下反应，导致能耗高。在油脂氢化中，常以过渡金属作为催化剂，吸附于催化剂表面的不饱和双键首先发生位置异构，多烯烃类中具有二双键中夹一单键之结构者，形成共轭双键，然后再与H2发生加成反应，如果在这过程中，以惰性气体作为保护气，共轭双键无法加成反应，无疑可以直接得到共轭油脂。不但反应条件温和、产物易于分离而且催化剂可循环使用，并能减少环境污染。
但由于采用固体催化剂催化进行非均相反应，反应过程慢，得率低。超声波是频率高于20kHz的声波，在媒质中传播时，会产生机械、热和空化等系列效应，有着很好的乳化作用，可以促进反应的进行。
现有专利号为“02145196.6”的发明专利公开了一种共轭亚油酸的制造方法，它以含亚油酸75％以上的红花籽油为原料，采用金属镍为催化剂，充入惰性气体氮气作为保护气，进行搅拌，但该方法要求温度比较高（250-300℃），反应时间比较长（2.5-3小时）。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种油脂共轭反应的方法，反应条件温和、产物易于分离，而且催化剂可循环使用，减少环境污染。另外，由于超声场的存在，在媒质中传播时，会产生机械、热和空化等系列效应，有着很好的乳化作用，可以促进反应的进行，因此采用超声强化可大大提高其反应速率。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种油脂共轭反应的方法，其特征在于超声协同固体催化剂共同作用于植物油脂进行共轭反应。
进一步的，所述油脂共轭反应的方法包括下述步骤：
a.用磁力搅拌器搅拌加热植物油脂；
b.将固体催化剂加入到植物油脂中，通入高纯氮气作保护气，同时采用变幅杆式超声作用于油脂，反应0.5～3小时后过滤，从反应物中分离固体催化剂。
进一步的，植物油脂为廉价的大豆油。
进一步的，固体催化剂为镍粉、雷尼镍、镍/铝、镍/硅或镍/铜等，其中镍/铝、镍/硅或镍/铜为二元催化剂。
进一步的，反应温度为60～200℃，固体催化剂用量为植物油脂重量的2～12% 。
进一步的，超声频率为20～100kHz，超声功率密度为0.2～50W/cm3。超声功率密度是指作用于每单位体积植物油脂的超声功率。
进一步的，超声作用方式为工作3～7s再间隔3～7s，交替作用。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1．产物易于分离，固体催化剂可循环使用，形成了环境友好的工艺过程；
2．采用超声强化可大大提高植物油脂共轭反应速率。
附图说明
图1是超声强化固体催化剂催化油脂共轭反应装置示意图；
图中示出，1：超声发生器；2：超声换能器；3：氮气瓶；4：氮气入口； 5：植物油脂；6：固体催化剂；7：电热丝；8：集热式恒温加热磁力搅拌器；9：三口烧瓶反应器；10：温度传感器；11：导热油；12磁搅拌子；13：磁搅拌电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示为超声强化固体催化剂催化油脂共轭反应装置，包括集热式恒温加热磁力搅拌器8，三口烧瓶反应器9，超声波发生器1和超声换能器2，氮气瓶3等，先将集热式恒温加热磁力搅拌器8中集热锅加入导热油11，三口烧瓶反应器9加入植物油脂5，放到集热锅油浴，磁搅拌子12放到三口烧瓶反应器9中，温度传感器10插入三口烧瓶反应器9的其中一个小口，引出线连接集热式恒温加热磁力搅拌器8进行恒温控制，选定反应所需的温度，磁搅拌电机13由低速逐步调至高速开始边搅拌边加热，当升温至目标温度，称取固体催化剂6，置于三口烧瓶反应器9中与植物油脂混合，从三口烧瓶反应器9的氮气入口4通入高纯氮气于油脂表面作保护气，超声换能器2（变幅杆）从三口烧瓶反应器9中间大口插入到植物油脂中，开启超声工作，计时开始，反应后过滤，从反应物中分离催化剂，测定滤液共轭亚油酸浓度。
实施例1
温度为180℃，植物油脂选用大豆油，固体催化剂选用镍粉，固体催化剂用量为植物油脂重量的8%，超声频率为20kHz，超声功率密度为6W/cm3,超声作用方式为5s/7s（即工作5s，间隙7s），反应时间为60 分钟，油脂反应后共轭亚油酸得率为4.38mg/mL。
实施例2
温度为120℃，植物油脂选用大豆油，固体催化剂选用雷尼镍，固体催化剂用量为植物油脂重量的10%，超声频率为20kHz，超声功率密度为4W/cm3,超声作用方式为5s/5s（即工作5s，间隙5s），反应时间为60 分钟，油脂共轭反应后共轭亚油酸得率为2.27 mg/mL。
实施例3
温度为140℃，植物油脂选用大豆油，固体催化剂选用镍/铝二元催化剂，固体催化剂用量为植物油脂重量的10%，超声频率为20kHz，超声功率密度为4W/cm3,超声作用方式为3s/5s（即工作5s，间隙5s），反应时间为40 分钟，油脂共轭反应后共轭亚油酸得率为2.04mg/mL。
实施例4
温度为60℃，植物油脂选用大豆油，固体催化剂选用镍/硅二元催化剂，固体催化剂用量为植物油脂重量的12%，超声频率为100kHz，超声功率密度为0.2W/cm3,超声作用方式为3s/5s（即工作3s，间隙5s），反应时间为180 分钟，油脂共轭反应后共轭亚油酸得率为1.89 mg/mL。
实施例5
温度为200℃，植物油脂选用大豆油，固体催化剂选用镍/铜二元催化剂，固体催化剂用量为植物油脂重量的2%，超声频率为40kHz，超声功率密度为12W/cm3,超声作用方式为7s/3s（即工作7s，间隙3s），反应时间为120 分钟，油脂共轭反应后共轭亚油酸得率为5.36 mg/mL。
对比实施例
应用超声强化和无超声作用固体催化剂催化油脂共轭反应对比。植物油脂选用大豆油，固体催化剂选用镍粉，温度为120℃。超声频率为20kHz，超声功率密度为4W/cm3,超声作用方式为5s/7s（即工作5s，间隙7s），反应时间为40 分钟，分别考察催化剂用量为植物油脂重量的4%、6%、8%、10%、12%对油脂共轭反应的影响。
 表1 有、无超声作用亚油酸得率对比
Figure 201210077334X100002DEST_PATH_IMAGE001
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种油脂共轭反应的方法，其特征在于超声协同固体催化剂共同作用于植物油脂进行共轭反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括下述步骤：
a.用磁力搅拌器搅拌加热植物油脂；
b.将固体催化剂加入到植物油脂中，通入高纯氮气作保护气，同时采用变幅杆式超声作用于油脂，反应0.5～3小时后过滤，从反应物中分离固体催化剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于植物油脂为大豆油。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于固体催化剂为镍粉、雷尼镍、镍/铝、镍/硅或镍/铜。
5.根据权利要求2～4任一项所述的方法，其特征在于：反应温度为60～200℃，固体催化剂用量为植物油脂重量的2～12% 。
6.根据权利要求2～4任一项所述的方法，其特征在于：超声频率为20～100kHz，超声功率密度为0.2～50W/cm3。
7.根据权利要求2～4任一项所述的方法，其特征在于：超声作用方式为工作3～7s，再间隔3～7s，交替作用。
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