本发明涉及羊毛脂加工领域，具体地涉及一种利用羊毛脂制备胆固醇的方法。
背景技术：
胆固醇是维生素d3工业合成的关键原料，其来源主要有两类。一类是从猪牛羊等动物脑中提取。近年来，由于疯牛病的发生，一些国家对于动物脑来源的胆固醇持抵制态度，使得该类胆固醇及其衍生产品的发展受到限制；另一类是从羊毛脂中提取。羊毛脂来源广泛，但其中胆固醇主要以长链脂肪酸酯的形式存在，首先要使胆固醇解离后才能进行后续分离提取。解离羊毛脂中胆固醇的方法主要有皂化法和酯交换法。酯交换法需用到甲醇钠等强碱作催化剂，反应条件苛刻，存在副产品处理问题。皂化法原料成本低，工艺条件相对简单，在工业上被广泛采用。
目前，羊毛脂皂化法提取胆固醇通常采用在甲醇或乙醇体系，加入氢氧化钠、氢氧化钾等强碱，在一定温度下进行皂化反应。皂化结束后，加入氯化钙，使羊毛酸钠盐或钾盐转变为不溶性钙盐，再进行后续分离。该方法在实际生产中，为缩短反应时间，一般采用密闭带压操作，给生产带来一定安全风险。另外，钙盐转变过程中形成大量氯化物盐，不利于后续分离。
直接采用氢氧化钙进行皂化，可减少氯化物的生成，并可简化操作步骤。us3983147公开了一种羊毛脂皂化方法，羊毛脂与氢氧化钙水悬浊液，在180-190℃和一定压力下反应10h。该法采用高温长时间反应，过程易造成物料破坏，不利于生产操作。
cn103102380b给出了一种羊毛脂提取高纯度胆固醇的方法，采用水-乙醇-氢氧化钠体系，在微波作用下皂化。皂化后分馏除去乙醇，过滤得到羊毛酸钙与羊毛醇混合物。该工艺采用分馏萃取方式分离得到粗产品，过程产生大量废水。由于缺乏工业适用的微波反应器，其实际应用存在困难，并且成品胆固醇的收率仍待进一步提高。
技术实现要素：
为了克服现有技术利用羊毛脂制备胆固醇的过程中存在的成本较高、存在安全隐患以及对设备要求高等问题，本发明提供一种利用羊毛脂制备胆固醇的方法，该方法包括如下步骤：
(1)将羊毛脂、稀释剂、氧化钙、水及相转移催化剂混合，升温进行皂化反应，获得羊毛脂皂化产物；
(2)从所述羊毛脂皂化产物中分离获得羊毛脂醇；
(3)在水、乙醇、有机溶剂的存在下，使所述羊毛脂醇与氯化钙接触获得胆固醇氯化钙络合物；
(4)将所述胆固醇氯化钙络合物进行解络，然后固液分离获得胆固醇粗品；
(5)将所述胆固醇粗品与低级有机酸和低级醇的混合溶剂混合，重结晶获得胆固醇成品。
本发明提供的方法具有成本低廉，条件温和以及环境友好等优点，使用本发明提供的方法，胆固醇的收率达到75.2％以上，制得的成品中胆固醇的含量在98重量％以上。相比于使用氢氧化钠的传统工艺，本发明提供的方法条件温和并且实现了工艺的简化。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种利用羊毛脂制备胆固醇的方法，该方法包括如下步骤：
(1)将羊毛脂、稀释剂、氧化钙、水及相转移催化剂混合，升温进行皂化反应，获得羊毛脂皂化产物；
(2)从所述羊毛脂皂化产物中分离获得羊毛脂醇；
(3)在水、乙醇、有机溶剂的存在下，使所述羊毛脂醇与氯化钙接触获得胆固醇氯化钙络合物；
(4)将所述胆固醇氯化钙络合物进行解络，然后固液分离获得胆固醇粗品；
(5)将所述胆固醇粗品与低级有机酸和低级醇的混合溶剂混合，重结晶获得胆固醇成品。
本发明的发明人在研究过程中发现，在常压及相对缓和的温度下，羊毛脂、稀释剂、水及新生成的氢氧化钙形成乳浊体系。在相转移催化剂存在下，羊毛脂可顺利进行皂化反应。从而避免了一般羊毛脂皂化工艺高温、带压的做法，提高了生产安全性。
根据本发明，步骤(1)中所述稀释剂的作用是降低皂化体系粘度，使羊毛脂与体系中的氢氧化钙悬浊物更充分接触。
根据本发明，其中，步骤(1)中对稀释剂的种类没有特别限制，任意可达到上述目的的稀释剂均可以适用于本发明提供的方法。
优选地，所述稀释剂包括c6-8的烷烃、石油醚、甲苯和二甲苯中的一种或多种。
更优选地，所述稀释剂为石油醚、甲苯、庚烷、辛烷中的一种或多种。
根据本发明，其中，步骤(1)中采用氧化钙进行羊毛脂的皂化，其优点是简化羊毛脂制备胆固醇的工艺，提高制备效率等。其原因在于传统羊毛脂采用氢氧化钠等皂化工艺，为促进皂化反应彻底进行，皂化之前均需对羊毛脂进行脱水，皂化后进行钙化将羊毛酸钠等可溶性羊毛脂盐转变为不溶性羊毛酸钙。而以氧化钙为原料，则可利用羊毛脂中水分与其反应生成氢氧化钙作为皂化原料，直接反应得到羊毛酸钙，简化皂化过程，提高了制备效率。
根据本发明，其中，步骤(1)中所述相转移催化剂的作用是降低皂化反应能垒，促进羊毛脂皂化反应在较温和的条件下进行。
根据本发明，其中，步骤(1)中对相转移催化剂的种类没有特别限制，任意可发挥上述作用的相转移催化剂皆可适用于本发明提供的方法。
优选地，所述相转移催化剂为季铵盐。
更优选地，所述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、苄基三乙基溴化铵、三辛基甲基氯化铵、三辛基甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化胺和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
进一步优选地，所述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、苄基三乙基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
根据本发明，其中，步骤(1)中所述羊毛脂、稀释剂、氧化钙、水和相转移催化剂的质量比为1：(0.5-5)：(0.1-0.5)：(0.01-0.1)：(0.01-0.1)。
优选地，所述羊毛脂、稀释剂、氧化钙、水和相转移催化剂的重量比为1：(0.5-1)：(0.1-0.2)：(0.02-0.05)：(0.01-0.05)。
根据本发明，其中，步骤(1)中所述皂化反应的条件可以包括：温度50-100℃，时间4-8h。
优选地，步骤(1)中所述皂化反应的条件包括：温度60-90℃，时间4-6h。
根据本发明优选的实施方式，步骤(1)中所述混合可以为先将羊毛脂与稀释剂混合，再加入氧化钙，而后再将所的混合物与水和相转移催化剂混合。
根据本发明的优选实施方式，步骤(2)中分离羊毛脂醇的方式为：将所述羊毛脂皂化产物与甲醇混合，搅拌溶解并调节溶液ph值后固液分离，所得液相经冷却结晶，再次固液分离获得羊毛脂醇。
优选地，所述甲醇与步骤(1)中所述羊毛脂的质量比为(1-10)：1，优选为(3-5)：1。
具体地，所述溶解的温度为55-65℃。
具体地，溶解后调节溶液ph至7-10。
优选地，溶解后调节溶液ph至8-9。
根本发明的优选实施方式，步骤(2)中用于调节ph的试剂为硫酸、盐酸、磷酸和醋酸中的任意一种或几种。
优选地，步骤(2)中用于调节ph的试剂为盐酸。
根据本发明，其中，对固液分离的方式没有特别限制，本领域内任意常规固液分离方式均可适用于本发明提供的方法。
优选地，采用55-65℃热滤的方法进行固液分离。
优选地，所述冷却结晶的条件包括：温度0-10℃，时间1-2h。
根据本发明，其中，步骤(2)中所述固液分离的方法没有特殊限制，只要能够将羊毛酸钙和羊毛脂醇溶液分离即可。
根据本发明，具体地，将步骤(2)中所得液相冷却至0-10℃，结晶后再次固液分离，固相经干燥获得羊毛脂醇。其中，所述干燥可以为本领域任意常用干燥方式，只要能够达到获取干燥羊毛脂醇的目的即可。
根据本发明的一种优选实施方案，其中，所述干燥的条件可以为温度60-70℃，时间2-4h。
羊毛脂皂化后经处理得到含游离胆固醇的羊毛脂醇，利用胆固醇与金属离子形成络合物的特点可有效去除杂质，但是在络合物制备过程中，络合物过滤分离较为困难。本发明的发明人在研究中发现，在胆固醇与金属离子络合体系中加入一定量的水可以改善络合物的结晶形态，有利于后续的络合物分离，所述水可以通过乙醇水溶液的方式引入反应体系。
根据本发明，其中，步骤(3)中所述有机溶剂的作用为溶解羊毛脂醇。本发明提供的方法对所述有机溶剂没有特殊限制，只要是能够起到前述作用的有机溶剂即可。
优选地，所述有机溶剂为烃类溶剂。
更优选地，所述烃类溶剂为c6-8的烷烃、石油醚、甲苯和二甲苯中的一种或多种。
进一步优选地，所述烃类溶剂为石油醚、甲苯、庚烷和辛烷中的一种或多种。
根据本发明，其中，步骤(3)中所述反应中所述羊毛脂醇、有机溶剂、氯化钙、乙醇与水的重量比为1：(5-20)：(0.2-2)：(0.2-2)：(0.02-0.2)。
优选地，步骤(3)中羊毛脂醇与有机溶剂、氯化钙、乙醇、水的重量比为1：(5-10)：(0.2-1)：(0.2-1)：(0.05-0.1)。
根据本发明，其中，步骤(3)中所述接触的条件包括：升温至60-70℃，加入乙醇，搅拌至溶液清澈后冷却至20-30℃，再固液分离。
根据本发明的一种优选实施方式，其中，步骤(3)中所述接触中乙醇与水的加入方式为：在搅拌的条件下，将乙醇与水的混合溶液在20-30min内滴加至羊毛脂醇、有机溶剂和氯化钙的混合物中。
根据本发明，其中，步骤(4)中所述解络的条件可以包括：温度60-70℃，时间0.5-1h。
根据本发明，其中，步骤(4)中解络完成后应将溶液进行冷却，以使其中的胆固醇粗品结晶析出。任意可达到使胆固醇粗品结晶析出目的的冷却方式均可适用于本发明提供的方法。
优选地，所述冷却温度为20-30℃。
根据本发明，其中，步骤(4)中所述甲醇与步骤(2)中所述羊毛脂醇的质量比为(2-10)：1，优选为(3-6)：1。
在胆固醇精制中，由于主要杂质24-脱氢胆固醇与胆固醇的结构和物性相似，导致其去除困难。本发明的发明人在研究中发现，采用某些低级有机酸和低级醇组成的混合溶剂作为结晶溶剂，可以提高杂质24-脱氢胆固醇的去除效率，从而获得高品质的胆固醇产品。
根据本发明，其中，步骤(5)中对于所述低级有机酸和低级醇的混合溶剂没有特殊限制，只要能够达到提高24-脱氢胆固醇的去除效率的目的即可。
根据本发明，具体地，所述低级有机酸可以为c1-4的一元有机酸。所述低级醇可以为c1-4的一元醇。
优选地，所述低级有机酸为甲酸、乙酸和丙酸中任意一种或几种。所述低级醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇和异丁醇中任意一种或几种。
更优选地，所述低级有机醇为甲醇和/或乙醇。
进一步优选地，所述低级有机酸为乙酸。所述低级醇为甲醇。
根据本发明，其中，步骤(5)中所述低级有机酸和低级醇的混合溶剂中，所述低级醇的含量为10-90重量％，优选为20-50重量％。低级有机酸的含量为10-90重量％，优选为50-80重量％。
根据本发明，其中，步骤(5)中所述低级有机酸和低级醇的混合溶剂与所述胆固醇粗品的重量比为(5-40)：1。
优选地，所述低级有机酸和低级醇的混合溶剂与所述胆固醇粗品的重量比为(5-15)：1。
步骤(5)中所述重结晶的条件包括：将所述胆固醇粗品与所述低级酸和低级醇的混合溶剂混合后升温至60-70℃，搅拌至溶液清澈，冷却至25-30℃1-2h使胆固醇晶体析出，而后固液分离，将所得固相在60-70℃干燥2-8h。
根据本发明，所述方法还可以包括脱色的步骤，所述脱色步骤中使用的脱色剂优选为活性炭。
优选地，所述活性炭与胆固醇粗品的重量比为1：(10-30)。
更优选地，所述活性炭与胆固醇粗品的重量比为1：(20-30)。
根据本发明，其中，步骤(5)中所述重结晶的条件使得胆固醇成品中胆固醇的含量≥98重量％。
以下结合具体实施例对本发明的具体实施方式进行进一步解释说明。应当理解的是，此处所列举的实施例仅为范例性地说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1：
(1)将200g羊毛脂(胆固醇含量12重量％)加热熔融，投入配备冷凝管的三口烧瓶中，加入150g石油醚，搅拌均匀。加入30g氧化钙，搅拌下加入6g水，再加入4g十六烷基三甲基氯化铵。搅拌升温至90℃，并保持该温度反应4h。
(2)反应结束，加入甲醇1000g，搅拌均匀，用盐酸中和至ph8.2，温度58℃，过滤。滤饼为羊毛酸钙副产，滤液冷却至5℃结晶1.5h。过滤，65℃烘干3h，得羊毛脂醇51.0g，其中胆固醇含量43.3重量％。
(3)将所得羊毛脂醇投入500g石油醚中，加入32g无水氯化钙，升温至65℃，滴入38g乙醇及2.5g水的混合溶液，滴加用时约25min。搅拌至溶液清澈。冷却至25℃，过滤，得胆固醇氯化钙络合物。
(4)将所得络合物投入300g甲醇中，升温至65℃，搅拌1h，冷却至25℃，过滤，得胆固醇粗品，折干21.2g，其中胆固醇含量92.1重量％。
(5)将胆固醇粗品投入200g乙酸与甲醇的混合液(其中甲醇含量40重量％)中，升温至60℃搅拌至溶液清澈，加入活性炭1g，脱色30min，过滤除去活性炭，滤液冷却至25℃结晶1.5h。过滤，65℃烘干3h，获得胆固醇成品。
使用上述方法制得胆固醇成品18.8g，其中胆固醇含量98.6重量％，收率77.2％。
实施例2：
(1)将200g羊毛脂(胆固醇含量12重量％)加热熔融，投入配备冷凝管的三口烧瓶中，加入100g甲苯，搅拌均匀，加入25g氧化钙，搅拌下加入5g水，再加入十六烷基三甲基溴化铵4g。搅拌升温至80℃，并保持该温度反应4h。
(2)反应结束，加入甲醇700g，搅拌均匀，用盐酸中和至ph8.5，温度63℃，过滤。滤饼为羊毛酸钙副产，滤液冷却至8℃结晶1.5h。过滤，62℃烘干3h，得羊毛脂醇56.0g，其中胆固醇含量41.0重量％。
(3)将所得羊毛脂醇投入500g甲苯中，加入35.0g无水氯化钙，升温至65℃，滴入乙醇40g及水2g的混合溶液，滴加用时约25min。搅拌至溶液清澈。冷却至28℃，过滤，得胆固醇氯化钙络合物。
(4)将所得络合物投入300g甲醇中，升温至67℃，搅拌1h，冷却至25℃，过滤，得胆固醇粗品，折干22.5g，含量90.5重量％。
(5)将胆固醇粗品投入200g乙酸与甲醇的混合液(甲醇含量40重量％)中，升温至60℃，搅拌至溶液清澈，加入活性炭1g，脱色30min，过滤除去活性炭，滤液冷却至25℃结晶1.5h。过滤，65℃烘干4h。
使用上述方法制得胆固醇成品19.4g，其中胆固醇含量98.4重量％，收率79.5％。
实施例3：
(1)将200g羊毛脂(胆固醇含量12重量％)加热熔融，投入配备冷凝管的三口烧瓶中，加入200g甲苯，搅拌均匀，加入30g氧化钙，搅拌下加入8g水，再加入苄基三乙基氯化铵6g。搅拌升温至80℃，并保持该温度反应6h。
(2)反应结束，加入甲醇600g，搅拌均匀，用盐酸中和至ph为8.5，控制温度63℃，过滤。滤饼为羊毛酸钙副产，滤液冷却至4℃结晶1.5h。过滤，70℃烘干3h，得羊毛脂醇52.0g，其中胆固醇含量45.1重量％。
(3)将所得羊毛脂醇投入500g甲苯中，加入40.0g无水氯化钙，升温至65℃，滴入乙醇50g及水2.5g的混合溶液，滴加用时约20min。搅拌至溶液清澈。冷却至23℃，过滤，得胆固醇氯化钙络合物。
(4)将所得络合物投入300g甲醇中，升温至70℃，搅拌1h，冷却至25℃，过滤，得胆固醇粗品，折干23.4g，含量90.3重量％。
(5)将胆固醇粗品投入200g乙酸与甲醇的混合液(其中甲醇含量为50重量％)中，升温至60℃，搅拌至溶液清澈，加入活性炭1g，脱色30min，过滤除去活性炭，滤液冷却至25℃结晶1h。过滤，70℃烘干4h。
使用上述方法制得胆固醇成品20.2g，其中胆固醇含量98.3重量％，收率82.7％。
实施例4：
(1)将200g羊毛脂(胆固醇含量12重量％)加热熔融，投入配备冷凝管的三口烧瓶中，加入150g辛烷，搅拌均匀，加入40g氧化钙，搅拌下加入10g水，再加入苄基三乙基溴化铵4g。搅拌升温至90℃，保温反应4h。
(2)反应结束，加入甲醇600g，搅拌均匀，用盐酸中和至ph为8，控制温度65℃，过滤。滤饼为羊毛酸钙副产，滤液冷却至0℃结晶2h。过滤，60℃烘干3h，得羊毛脂醇53.0g，其中，胆固醇含量为43.6重量％。
(3)将所得羊毛脂醇投入500g辛烷中，加入53.1g无水氯化钙，升温至65℃，滴入乙醇60g及水3g的混合溶液，滴加用时约30min。搅拌至溶液清澈。冷却至20℃，过滤，得胆固醇氯化钙络合物。
(4)将所得络合物投入300g甲醇中，升温至60℃，搅拌1h，冷却至25℃，过滤，得胆固醇粗品，折干25.5g，其中胆固醇含量90.2重量％。
(5)将胆固醇粗品投入200g乙酸与甲醇的混合液(甲醇含量50重量％)中，升温至60℃，搅拌至溶液清澈，加入活性炭1g，脱色30min，过滤除去活性炭，滤液冷却至25℃结晶1h。过滤，60℃烘干4h。
使用上述方法制得胆固醇成品19.0g，其中胆固醇含量98.3重量％，收率77.8％。
实施例5：
(1)将200g羊毛脂(胆固醇含量12％)加热熔融，投入配备冷凝管的三口烧瓶中，加入100g石油醚，搅拌均匀，加入20g氧化钙，搅拌下加入4g水，再加入苄基三乙基氯化铵10g。搅拌升温至80℃，并保持该温度反应6h。
(2)反应结束，加入甲醇600g，搅拌均匀，用盐酸中和至ph为9，控制温度65℃，过滤。滤饼为羊毛酸钙副产，滤液冷却至7℃结晶2h。过滤，70℃烘干3h，得羊毛脂醇55.0g，胆固醇含量40.2重量％。
(3)将所得羊毛脂醇投入500g石油醚中，加入25.3g无水氯化钙，升温至65℃，滴入乙醇35g及水1.8g的混合溶液，滴加用时约30min。搅拌至溶清。冷却至27℃，过滤，得胆固醇氯化钙络合物。
(4)将所得络合物投入300g甲醇中，升温至70℃，搅拌1h，冷却至25℃，过滤，得胆固醇粗品，折干21.2g，其中胆固醇含量91.2重量％。
(5)将胆固醇粗品投入200g乙酸与甲醇的混合液(甲醇含量为30重量％)中，搅拌升温至60℃溶清，加入活性炭1g，脱色30min，过滤除去活性炭，滤液冷却至25℃结晶2h。过滤，70℃烘干4h。
使用上述方法制得胆固醇成品18.4g，其中胆固醇含量98.1重量％，收率75.2％。
对比例1
与实施例1所述的方法相同，不同的是，步骤(1)中采用氢氧化钙进行皂化反应，也即将氧化钙替换为氢氧化钙。
使用上述方法制得胆固醇成品16.3g，其中胆固醇含量96.7重量％，收率65.7％。
对比例2
与实施例1所述的方法相同，不同的是，步骤(3)中采用无水乙醇，也即步骤(3)在没有水的存在下进行。
使用上述方法制得胆固醇成品17.5g，其中胆固醇含量91.8重量％，收率66.9％。
对比例3
与实施例1所述的方法相同，不同的是，步骤(5)重结晶溶剂采用甲醇作为重结晶溶剂。
使用上述方法制得胆固醇成品18.7g，其中胆固醇含量96.3重量％，收率75.0％。
对比例4
与实施例1所述的方法相同，不同的是，步骤(3)中采用丙醇替换乙醇进行络合。
使用上述方法制得胆固醇成品12.3g，其中胆固醇含量86.1重量％，收率44.1％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明，但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容。