专利名称：酶催化、分子蒸馏提取天然维生素e、植物甾醇、脂肪酸甲酯新方法
技术领域：
本发明涉及一种酶催化、分子蒸馏提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸甲 酯新方法。
背景技术：
天然生育酚有八种异构体，即a-生育酚，|3-生育酚，Y-生育酚，5 -生育酚和a -生育三烯酚，p-生育三烯酚，Y-生育三烯酚，5-生育三 烯酚。天然维生素E八种异构体均具有旋光性。其中(RRR)-oc-生育酚的光学活 性很小。比旋光度(2， 2， 4-三曱基戊烷中)仅为+0. 16° ,乙醇中比旋光度[a] 255^ 为+0. 32° 。 P-生育酚比旋光度[a:T跟为+2. 9° (c=7. 15，乙醇中)。y-生育酚 比旋光度[a] "为+2. 2° (c =9. 32,乙醇中)。5-生育酚比旋光度[a ] ^为 + 3.4。 (c =15.5,乙醇中)。天然维生素E是一种淡黄色粘稠状透明液体，无臭，无味。天然维生素E 不溶于水，可溶于乙醇、丙酮、氯仿、丙酮。其密度为0. 947 ~ 0. 955g/m3(25°C), 熔点为2. 5-3. 5°C， 66. 7Pa下沸点为200-220。C。对热稳定，即4吏加热到120°C 也不分解。但易被氧化，在有氧存在的情况下，会緩慢氧化成暗红色。尤其在 碱性条件下极易氧化分解，紫外线可促进其分解。维生素E性质非常活泼。它们的酯类衍生物如乙酸酯、琥珀酸酯则稳定的 多。维生素E是强抗氧化剂，本身很容易被氧化。这是在维生素E提取、纯化 和储存过程中必须要注意的。在温和的条件下，如在过氧化物、单线态氧、氧 气等存在下，维生素E的氧化途径和产物非常复杂。不同维生素E的氧化途径 和产物不同。氧化过程还受光照、金属离子、底物、溶剂、维生素E浓度、温 度、pH值等影响。植物甾醇在自然界普遍存在，不同的植物种类，其含量不同， 一般认为，植物油及其加工副产物是植物甾醇最丰富的自然来源，16种植物油中大多含有 菜油甾醇、豆甾醇和p-谷甾醇。除了菜油甾醇、豆甾醇和P-谷甾醇三种主要 甾醇普遍存在于各种植物中，其它甾醇只是存在于某些植物中。甾醇通常为片状或粉末状白色固体，经溶剂结晶处理的甾醇为白色鳞片状 或针状晶体，其中在乙醇溶剂中结晶为针状或菱片状，在二氯乙烷溶剂中形成 针刺状或长棱晶状，在丙酮溶剂中形成针状或片状晶体。甾醇分子中，碳原子 数一般为27-31，分子量约在386-456之间。甾醇熔点较高，都在100 。C以上， 最高达215 'C。甾醇相对密度略大于水，不溶于水，可溶于多种有机溶剂。植 物甾醇具有乳化性。甾醇作为游离的醇类化合物，可以与脂肪酸或酚酸发生酯 化反应，也可以与烃类结合。脂肪酸曱酯是化学工业一种重要原料，也是目前所称的生物柴油，其物化 性能与石化柴油相近，并可以直接代替柴油或与柴油以任意比例互溶代替石化 柴油使用。植物油脱臭馏出物是制备天然维生素E、植物甾醇主要的工业来源，副产品 为脂肪酸甲酯。植物油脱臭馏出物常因植物油的种类，来源的不同以及植物油的脱臭工艺 设备的不同其所含的Ve和甾醇也会有所不同。脱臭馏出物约为植物油的0. 3~ 0.6%,主要成分有30%-60%的游离脂肪酸(包括亚油酸、油酸、棕榈酸等)、 10%-20°/。甘油三酸酯、10°/。-35°/。的甾醇及甾醇酯、1%-20%的天然维生素E(生育酚)、 10°/。-30°/。的烃类等。从脱臭馏出物中提取天然维生素E和甾醇通常采用萃取、分子蒸馏、精馏、 吸附、色谱等物理化学方法。但是，由于各组分的物理化学性质差别不大，并 且维生素E很容易被氧化，所以直接从脱臭馏出物中提取高含量的维生素E和 甾醇往往比较困难。中谷天科(天津)生物工程有P艮^^司专利ZL200510114851,提供了利用蒸 馏脱酸、碱催化酯化、冷析、四级分子蒸馏的方法，从植物油脱臭馏出物中提 取天然维生素E的方法。采用碱催化酯化，会造成部分维生素E被破坏。并且 产生碱性废水，污染环境，需要处理后才能排放。清华大学刘德华、杜维等人发明专利ZL200410008678. 0，提供了利用具有 酯化功能的脂肪酶Novozym435、 Lipozyme TL、 Lipozyme RM直接酯化植物油脱 臭馏出物中的脂肪酸，然后利用常规精馏工艺实现维生素E、甾醇与脂肪酸单酯 的分离的方法。由于植物油脱臭馏出物中含有较多的甘油三酸酯，而脂肪酶 Novozym435、 Lipozyme TL、 Lipozyme RM对游离脂肪酸与短碳链醇酯化催化效 果好，而对甘油三酸酯与短碳链醇酯交换催化效果差，不能使甘油三酸酯完全 转化为脂肪酸酯，给维生素E的提纯造成困难，得到的维生素E含量不高。从 该专利的实施实例可以看出，该方法采用三次酯化，时间比较长，在实际生产 中工艺繁瑣。该方法中利用常规蒸馏方法对维生素E破坏较大。发明内容本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用具有催化甘油三酸酯 水解功能的A类脂肪酶催化甘油三酸酯水解、具有催化脂肪酸与短石友链醇类酯 化功能的B类脂肪酶催化酯化、冷冻结晶、分子蒸馏从植物油脱臭馏出物中提 取天然维生素E和甾醇的新方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明的酶催化、分子蒸馏提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸曱酯新方 法，是将植物油脱臭馏出物中的甘油三酸酯，首先经过脂肪酶水解生成脂肪酸、 然后脂肪酶催化曱醇和脂肪酸酯化生成脂肪酸曱酯，通过二次分子蒸馏去除脂 肪酸曱酯，而得到天然维生素E和甾醇，具体工艺步骤如下在植物油脱臭馏出物加入一定量的水和脂肪酶A,馏出物与水的重量比为 1 : 0. 1 - 5. 0,脂肪酶A的加入量为馏出物重量的0. 5%-8%,在温度20-80°C, 反应1-14小时，使物料中的甘油三酸酯水解； (2)曱酯化采用固定化脂肪酶B作催化剂，催化脱臭馏出物中游离脂肪酸与曱醇的酯 化反应，使原料中游离脂肪酸转变成其曱酯，馏出物与曱醇摩尔比为1 : 1-3, 温度20-7(TC，反应时间l-14小时，脂肪酶B用量为植物油脱臭馏出物重量的0. 1-3. 5%;(3 )过滤反应完成后，在压力为0. Ql-O. 05MPa条件下抽滤，将脂肪酶从物料中分出，重复利用；(4) 脱溶将过滤去除脂肪酶的物料在压力为0. 02-0. 06MPa、温度50-70。C下，蒸发 回收过量甲醇；(5) 冷冻脱甾醇脱溶的物料以l-2。C/hr冷冻到2-l(TC，保持1-12小时，然后迅速抽滤除去 结晶的甾醇；(6 ) —次分子蒸馏经过步骤(1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (5)处理的植物油脱臭馏出物，在温度 80-12(TC、压力0. l-10Pa条件下蒸馏第一次，轻相为脂肪酸曱酯； (7 ) 二次分子蒸馏步骤(6 )得到的重相在温度100-180°C、压力0. l-10Pa条件下蒸馏第二次， 轻相为维生素E产 品; (8)冷冻脱甾醇经过步骤(7)得到的重相，以l-2。C/hr冷冻到2-10。C，保持1-12小时， 然后迅速抽滤除去结晶的甾醇，滤液回水解重用。在本发明中，所述脂肪酶A为脂肪酶Lipolase-100T、 Lipolase-100L、 Lipopex-100T或Lipopex-100L中的任意一种，所述脂肪酶B为脂肪酶 Novozym435、 Novozym735或LipozymeTL IM中的4壬意一种。本发明的步骤(1 )中，馏出物与水的重量比为1 : 0. 5-3. 0，水解温度为 25-75°C。水解反应时间为2-10小时。脂肪酶A的加入量为馏出物重量的 0. 8°/「5. 0%。本发明的步骤(2)中，脂肪酶B的加入量为馏出物重量的0. 5%-3%。 本发明的步骤(6)和(7)中，分子蒸馏装置可选用单级模式，也可选用 双级模式；分子蒸馏压力均为l-10Pa;在步骤(6)和(7)中，分子蒸馏温度分别是 一级为90 —ll(TC， 二级为120—180°C。 本发明的工艺路线见附图。本发明的实质性特点是将植物油脱臭馏出物中的甘油三酸酯，首先经过脂 肪酶水解生成脂肪酸、然后脂肪酶催化甲醇和脂肪酸酯化生成脂肪酸曱酯，通 过二次分子蒸馏去除脂肪酸甲酯，提高天然维生素E含量。本工艺采用酶催化 甘油三酸酯水解、然后,化脂肪酸酯化、二次分子蒸馏新工艺，不产生废水， 缩短了酯化时间，提高了天然维生素E的含量。本工艺采用二次冷冻洁净除甾 醇，甾醇回收率高。有利于维生素E纯度的提高。
附图为本发明的工艺路线图。
具体实施方式
本发明一下结合实施例作进一步描述，但并不是限制本发明。 实例1一种从植物油脱臭馏出物中提取天然维生素E的方法，包括如下步骤(1) 水解，在植物油脱臭馏出物中加入脂肪酶Lipolase-100T，酶浓度 1. 0%(即脂肪酶的加入量为馏出物重量的1%)，加入物料等量的水，反应温度55 °C，水解反应时间10小时。(2) 酯化，在按步骤(1)进行处理后得到的物料，加入摩尔比为1 : 1 的曱醇，加入脂肪酶Novozym435,酶浓度0. 5% (即脂肪酶用量为植物油脱臭馏 出物重量的O. 5%),反应温度35。C，反应时间2小时。(3) 过滤，在压力为0. 05MPa条件下抽滤，将脂肪酶从物料中分出，可重 复利用。(4) 脱溶，将过滤去除脂肪酶的物料在压力为0. 06MPa、温度50-7(TC下， 蒸发回收过量曱醇。(5 )冷冻脱甾醇，脱溶的物料以l°C/hr冷冻到4°C，结晶12小时，过滤除 去甾醇结晶。(6)—次分子蒸馏，经过冷冻过滤的物料，在120。C、压力5Pa条件下进 行第一次蒸馏，轻相为脂肪酸甲酯，(7 ) 二次分子蒸馏，步骤(6 )得到的重相在140°C、压力1Pa条件下蒸馏， 轻相为天然维生素E,纯度38%，重相返回步骤(2)。(8)冷冻脱甾醇，步骤(7)得到的物料以l°C/hr冷冻到4。C，结晶12小 时，过滤除去甾醇结晶。步骤(5)和步骤(8)得到的甾醇纯度为74%。实例2一种从植物油脱臭馏出物中提取天然维生素E的方法，包括如下步骤 (l)水解，在植物油脱臭馏出物中加入脂肪酶Lipolase-IOOL，酶浓度2. 0%(即脂肪酶的加入量为馏出物重量的2%),物料水为1 : 1，反应温度50°C,反应时间11小时。(2 )酯化，在按步骤(1)进行处理后得到的物料，加入摩尔比为1 : 1. 5的曱醇，加入脂肪酶Novozym735,酶浓度1. 0% (即脂肪酶用量为植物油脱臭馏出物重量的1.0%)，反应温度45。C,反应时间4小时。(3) 过滤，在压力为0. 06MPa条件下抽滤，将脂肪酶从物料中分出，重复利用。(4) 脱溶，将过滤去除脂肪酶B的物料在压力为0. 06MPa、温度5(TC下， 蒸发回收过量甲醇。(5 )冷冻脱甾醇，脱溶的物料以l°C/hr冷冻到4'C,结晶10小时，滤除去结晶。(6)—次分子蒸馏，经过冷冻过滤的物料，在110。C、压力2.5Pa条件下进行第一次蒸馏，轻相为脂肪酸曱酯，(7 ) 二次分子蒸馏，步骤(6 )得到的重相在150°C、压力2Pa条件下蒸馏， 轻相为天然维生素E,纯度38°/ ,重相返回步骤(2)。(8 )冷冻脱甾醇，脱溶的物料以l°C/hr冷冻到4'C，结晶12小时，滤除去 甾醇结晶。步骤(5)和步骤(8)得到的甾醇纯度为74.5%。实例3一种从植物油脱臭馏出物中提取天然维生素E的方法，包括如下步骤(1) 水解，在植物油脱臭馏出物中加入脂肪酶Lipopex-100T,酶浓度3. 0%(即脂肪酶的加入量为馏出物重量的3%),物料水为1 : 1.5,反应温度55 °C，反应时间12小时，水解。(2) 酯化，在按步骤(1)得到的物料进行处理后，加入摩尔比为1 : 1.8 的曱醇，加入脂肪酶LipozymeTL IM,酶浓度1. 5% (即脂肪酶用量为植物油脱 臭馏出物重量的1.5%)，反应温度5(TC,反应时间6小时。(3) 过滤，在压力为0. 05MPa条件下抽滤，将脂肪酶从物料中分出，重复利用。(4) 脱溶，将过滤去除脂肪酶的物料在压力为0. 05MPa、温度60。C下，蒸 发回收过量曱醇。(5 )冷冻脱甾醇，脱溶的物料以2°C/hr冷冻到2'C，结晶9小时，过滤除 去结晶。(6)—次分子蒸馏，经过冷冻过滤的物料，在100。C、压力3. 5Pa条件下 进行第一次蒸馏，轻相为脂肪酸曱酯，(7 ) 二次分子蒸馏，步骤(6 )得到的重相在160°C、压力1Pa条件下蒸馏， 轻相为天然维生素E，纯度39%,重相返回步骤(2)。(8)冷冻脱甾醇，脱溶的物料以rC/hr冷冻到4。C,结晶12小时，滤除去 甾醇结晶。步骤(5)和步骤(8)得到的甾醇纯度为74%。 实例4一种从植物油脱臭馏出物中提取天然维生素E的方法，包括如下步骤 (l)水解，在才直物油脱臭馏出物中加入脂肪酶Lipopex-IOOL，酶浓度2. 0%(即脂肪酶的加入量为馏出物重量的2%),物料水为1 : 1,反应温度50 °C，反应时间11小时，水解。(2酉旨化，在植物油脱臭馏出物物料中，加入摩尔比为l: 2的曱醇，加入 脂肪酶Novozym435，酶浓度2. 5% (即脂肪酶用量为植物油脱臭馏出物重量的2. 5%),反应温度30°C,反应时间10小时，酯化。(3) 过滤，在压力为0. 05MPa条件下抽滤，将脂肪酶B从物料中分出，重 复利用。(4) 脱溶，将过滤去除脂肪酶的物料在压力为0. 05MPa、温度6(TC下，蒸 发回收过量甲醇。(5 )冷冻抽滤，脱溶的物料以2°C/hr冷冻到2°C，结晶11小时，滤除去结曰曰》(6)—次分子蒸馏，经过冷冻过滤的物料，在10(TC、压力1.5Pa条件下 进行第一次蒸馏，轻相为脂肪酸曱酯。(7 ) 二次分子蒸馏，步骤(6 )得到的重相在15(TC、压力1Pa条件下蒸馏， 轻相为天然维生素E,纯度38%，重相返回步骤(2)。(8)冷冻脱甾醇，脱溶的物料以rc/hr冷冻到4。C,结晶12小时，滤除去 甾醇结晶。步骤(5)和步骤(8)得到的甾醇纯度为74%。 实例5一种从植物油脱臭馏出物中提取天然维生素E的方法，包括如下步骤(1) 水解，在植物油脱臭馏出物中加入脂肪酶Lipolase-100L,酶浓度3. 5M即脂肪酶的加入量为馏出物重量的3.5%)，物料水为1 : 1. 5，反应温度 60°C,反应时间12小时，水解。(2) 酯化，在植物油脱臭馏出物物料中，加入摩尔比为1 : 2的曱醇，力口 入脂肪酶Novozym435,酶浓度2. 5% (即脂肪酶用量为植物油脱臭馏出物重量的 2. 5%)，反应温度3(TC,反应时间10小时，酯化。(3) 过滤，在压力为0. 05MPa条件下抽滤，将脂肪酶B从物料中分出，重 复利用。(4) 脱溶，将过滤去除脂肪酶的物料在压力为0. 05MPa、温度6(TC下，蒸发回收过量曱醇。(5 )冷冻抽滤，脱溶的物料以2°C/hr冷冻到2°C,结晶12小时，滤除去结晶。(6) —次分子蒸馏，经过冷冻过滤的物料，在100。C、压力1.5Pa条件下 进行第一次蒸馏，轻相为脂肪酸曱酯，(7) 二次分子蒸馏，步骤(6)得到的重相在15(TC、压力lPa条件下蒸馏， 轻相为天然维生素E，纯度52%,重相返回步骤(2)。(8 )冷冻脱甾醇，脱溶的物料以rc/hr冷冻到4'C，结晶12小时，滤除去 甾醇结晶。步骤(5)和步骤(8)得到的甾醇纯度为75%。
权利要求
1. 一种酶催化、分子蒸馏提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸甲酯新方法，其特征在于是将植物油脱臭馏出物中的甘油三酸酯，首先经过脂肪酶水解生成脂肪酸、然后脂肪酶催化甲醇和脂肪酸酯化生成脂肪酸甲酯，通过二次分子蒸馏去除脂肪酸甲酯，而得到天然维生素E和甾醇，具体工艺步骤如下(1)、水解在植物油脱臭馏出物加入一定量的水和脂肪酶A，馏出物与水的重量比为1∶0.1-5.0，脂肪酶A的加入量为馏出物重量的0.5％-8％，在温度20-80℃，反应1-14小时，使物料中的甘油三酸酯水解；(2)、甲酯化采用固定化脂肪酶B作催化剂，催化脱臭馏出物中游离脂肪酸与甲醇的酯化反应，使原料中游离脂肪酸转变成其甲酯，馏出物与甲醇摩尔比为1∶1-3，温度20-70℃，反应时间1-14小时，脂肪酶B用量为植物油脱臭馏出物重量的0.1-3.5％；(3)、过滤反应完成后，在压力为0.01-0.05MPa条件下抽滤，将脂肪酶从物料中分出，重复利用；(4)、脱溶将过滤去除脂肪酶的物料在压力为0.02-0.06MPa、温度50-70℃下，蒸发回收过量甲醇；(5)、冷冻脱甾醇脱溶的物料以1-2℃/hr冷冻到2-10℃，保持1-12小时，然后迅速抽滤除去结晶的甾醇；(6)、一次分子蒸馏经过步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)处理的植物油脱臭馏出物，在温度(80-120℃)、压力(0.1-10Pa)条件下蒸馏第一次，轻相为脂肪酸甲酯；(7)、二次分子蒸馏步骤(6)得到的重相在温度(100-180℃)、压力(0.1-10Pa)条件下蒸馏第二次，轻相为维生素E产品；(8)冷冻脱甾醇经过步骤(7)得到的重相，以1-2℃/hr冷冻到2-10℃，保持1-12小时，然后迅速抽滤除去结晶的甾醇，滤液回水解重用。
2、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸曱酯新 方法，其特征在于所述脂肪酶A为脂肪酶Lipolase-100T、 Lipolase-100L、 Lipopex-100T或Lipopex-100L中的任意一种，所述脂肪酶B为脂肪酶 Novozym435、 Novozym735或LipozymeTL IM中的任意一种。
3、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸甲酯新 方法，其特征在于在步骤(1)中，馏出物与水的重量比为1 : 0.5-3.0。
4、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸曱酯新 方法，其特征在于在步骤(1 )中，脂肪酶A的加入量为馏出物重量的0. 8%-5. 0%。
5、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸甲酯新 方法，其特征在于在步骤(l)中，水解温度为25-75。C。
6、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸曱酯新 方法，其特征在于在步骤(l)中，水解反应时间为2-10小时。
7、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸曱酯新 方法，其特征在于在步骤(2)中，脂肪酶B的加入量为馏出物重量的0. 5%-3%。
8、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸曱酯新 方法，其特征在于在步骤(6)和(7)中，分子蒸馏装置可选用单级模式， 也可选用双级模式。
9、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸甲酯新 方法，其特征在于在步骤(6)和(7)中，分子蒸馏压力为1-10Pa。
10、 根据权利要求1所述的提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸曱酯新 方法，其特征在于在步骤(6)中，分子蒸馏温度为90-110°C,在步骤(7) 中，分子蒸馏温度为120 - 180°C。
全文摘要
一种酶催化、分子蒸馏提取天然维生素E、植物甾醇、脂肪酸甲酯新方法，其特征在于是将植物油脱臭馏出物中的甘油三酸酯，首先经过脂肪酶水解生成脂肪酸、然后脂肪酶催化甲醇和脂肪酸酯化生成脂肪酸甲酯，再经过滤、脱溶、冷冻脱甾醇，最后通过二次分子蒸馏去除脂肪酸甲酯，而得到天然维生素E和甾醇，本发明相比现有技术的优点在于采用先酶催化油脂水解、然后酶催化脂肪酸酯化、二次分子蒸馏新工艺，不产生废水，缩短了酯化时间，提高了天然维生素E的含量。本工艺采用二次冷冻结晶除甾醇，甾醇回收率高。有利于维生素E纯度的提高。
文档编号C12P7/62GK101225414SQ20081004903
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者萍 夏, 江秀明, 王宏雁, 王秀花, 肖咏梅, 谷克仁, 郑丽梅 申请人:河南工业大学