一种利用生物极性树脂及连续反流液-固萃取提出高纯度植物甾醇的新工艺的制作方法

1.本发明阐述了用植物油精炼时的脱臭馏出物(简称为dd)为原料，利用生物极性树脂提取高纯度植物甾醇的新工艺，属于分离油脂类化合物和提纯其中微量功能性成分的技术。


背景技术：

2.植物油脂精炼时的脱臭馏出物(简称为dd)是提取植物甾醇等天然物质的有效资源。利用dd油提取植物的甾醇是数种甾醇的混合物，主要组分为β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇。它具有营养价值高、生理活性强等特点,在肠道中它能抑制人体对胆固醇的吸收，促进胆固醇降解代谢，在肝脏中它能抑制胆固醇的生化合成，因此，甾醇适用于治疗高胆固醇、高血脂等疾病。植物甾醇还具有良好的抗氧性，可作食品添加剂(抗氧化剂、营养添加剂)，也可作为动物生长剂原料，促进动物生长，增进动物健康。植物甾醇还用于预防治疗冠状动脉粥样硬化类的心脏病，对治疗溃疡、皮肤鳞癌、宫颈癌等有明显的疗效。同时，该产品在医药、化妆品及纸张加工、印刷、纺织、食品等领域有广泛用途。中华人民共和国卫生和计划委员会2010年3号公告中的物种范围和要求，认定植物甾醇属于新资源食品。另外，甾醇目前在生产中取代黄姜皂素进行发酵制药被广泛应用，是一种制药原料，同时植物甾醇还是重要的甾体药物和维生素d3的生产原料。甾体药物是一大类种类繁多、临床应用广泛的药物，用于风湿病、心血管、淋巴白血病、肿瘤、细菌性脑炎、皮肤病、内分泌失调、老年性疾病等的治疗，与抗生素等并列为治疗领域最广、市场最大的药物品种之一。在亚洲，中国和印度是甾环类药物的主要生产国。自九十年代以来，国际市场甾环类药物销售额每年以10％～15％的速度递增，保持快速发展势头。随着甾类药物中间体发酵规模的放大，甾醇的需求量日益加大。
3.生产植物甾醇的传统工艺是dd油先在浓硫酸的催化下与甲醇进行甲酯化反应，反应结束后洗去产生的水分和多余的甲醇、浓硫酸。真空脱水后在强减氢氧化钠的催化下使甘油三酯转化为脂肪酸和甘油、再经过一细列的工艺流程加工得出植物甾醇，这种工艺对环境污染大，甾醇收率低，而且只能间段性生产，加工效率低成本高。
4.专利号cn201710324735.3《一种脱臭馏出物中提取精制植物甾醇的方法》此发明公开了一种脱臭馏出物中提取精制植物甾醇的方法,它是采用少量低溶度的碱液先进行预处理除杂,然后在低温条件下添加低比例的甲醇,用生物酶法进行酯化反应,经对母液的养晶后就得到了粗甾醇,再通过多次漂洗,和再次养晶,过滤后得到精制甾醇。它的工艺创新特点是先采用皂化后酯化的方法,在酯化过程中采用了生物酶做催化剂，此方法不足之处是生物酶无法回收加工成本偏高，反应时间效长，生产效率效低。
5.专利号cn200910067652.6《一种从植物油脂脱臭馏出物渣油中提取天然植物甾醇的方法》此发明介绍了一种植物油脂脱臭馏出物渣油中提取天然植物甾醇的方法,该方法采用催化分解将渣油中的甾醇酯及甘油酯转化成游离甾醇和脂肪酸,然后通过冷析和过滤
分离出天然植物甾醇,滤液中含有的大量脂肪酸仍可用来制备表面活性剂或生物柴油。此发明不足之处是它只能限于植物油渣油为原料进行提取植物甾醇的方法。
6.专利号cn201710723449.4《一种从植物油脱臭馏出物提取植物甾醇的方法》此发明主要包括如下步骤:
⑴
将植物油脱臭馏出物,醇和固体超强酸按100:30:5的质量比加入到反应釜中,在75℃下搅拌反应4h；
⑵
步骤
⑴
反应结束后,过滤,取滤液；
⑶
将步骤
⑵
的滤液转移至冷析塔中,以1℃/h的梯度进行降温冷析结晶,当温度降至10℃时,保温48h；
⑷
将步骤
⑶
冷析结晶后的混合液进行压滤,得到植物甾醇粗产品；
⑸
将步骤
⑷
的植物甾醇粗产品溶于5倍重量的有机溶剂,加热溶解充分,再以1℃/h的梯度进行降温冷析结晶,当温度降至10℃时,保温48h,再压滤,烘干,得到植物甾醇.此工艺特点主要是介绍了固体超强酸进行酯化反应，但并没有介绍酯交换反应及甾醇酯转化成游离甾醇的是如何进行的。
7.专利号cn201310132738.9《一种从生物柴油渣油中提取植物甾醇的方法》此发明公开了一种从生物柴油渣油中提取植物甾醇的方法,该方法为:一,向反应釜中加入生物柴油渣油和甲醇钠水溶液进行醇解反应；二,向醇解反应后的反应釜中加入脂肪酸甲酯和浓硫酸进行酯化反应；三,将酯化反应后的物料用60℃～80℃的热水洗涤至中性,然后趁热过滤,得到滤液；四,对滤液进行四级分子蒸馏；五,将四级分子蒸馏的第三级蒸馏馏份和第四级蒸馏馏份混合,向混合馏分中加入脂肪酸甲酯,然后加热至甾醇完全溶解,再冷析,压滤,得到粗甾醇；六,将粗甾醇用酒精洗涤后干燥,得到精制植物甾醇。此发明工艺是采用生物柴油渣油为原料，而且必须利用分子蒸馏设备脱除甾醇中的杂质,来进一步保证甾醇纯度。
8.专利号cn201410670957.7《一种从玉米须中提取纯化植物甾醇的方法》此发明涉及一种从玉米须中提取纯化植物甾醇的方法,包括如下步骤:1)将粉碎干燥过的玉米须1g加入到2-6ml皂化液中于85
±
10℃皂化2-4h,然后再加入无水乙醇超声提取0.5-1h,超声提取结束后离心,取上清旋转蒸发获得粗提物；所述皂化液为浓度2-5mol/l的氢氧化钾乙醇溶液；2)粗提物用溶剂萃取后,再经乙酸乙酯重结晶,即得成品.此本发明是采用玉米须为原料进行提取植物甾醇的方法
9.专利号cn201911062053.5《一种从棉籽酸化油中提取植物甾醇的方法》此发明主要步骤是:(1)前处理,预处理:将原料油过滤除杂,脱水,加热,与磷酸,水混合经反应器,干燥塔得到脱胶油；(2)脂肪酸蒸馏:酸化油经加热,脱气进入主蒸馏塔,残渣蒸馏塔蒸馏；(3)蒸馏轻相酯化:分子蒸馏轻相与甲醇混合酯化反应,与甲醇混合二级酯化反应,得到酸值低于8的酯化液；(4)将酯化液加入冷析釜,经初冷,深冷,养晶,过滤得到粗甾醇滤饼；(5)将粗甾醇滤饼与乙醇混合加热,过滤杂质,进行初冷,深冷,停止搅拌,养晶得到植物甾醇,粉碎,过筛,得成品甾醇,此工艺特点是先对原料进行提纯处理以此来减少甾醇内含杂质，原料提纯分两次进行，一是预处理，二是用蒸馏塔蒸馏，此工艺成本效高，而且原料虽然进行了精制，但在后期的二级酯化反应后残留的无机k或na粒子是无法去除干净的，理论分析如此，实际检测成品质量也如此。
10.专利号cn201110310746.9《微生物发酵植物油脂脱臭馏出物生产植物甾醇的方法》此本发明是利用微生物发酵植物油脂脱臭馏出物生产植物甾醇的方法.该方法使用微生物发酵植物油脂脱臭馏出物,脱臭馏出物中的游离脂肪酸作为微生物的营养物质而被直接代谢利用.脱臭馏出物中的甘油酯在微生物所产生的脂肪酶,酯酶等水解酶的作用下水解为小分子物质,然后被微生物细胞吸收利用,转化为细胞物质.当游离脂肪酸,甘油酯被
消化利用后,便将与之结合的植物甾醇释放发酵液中,发酵液经过微滤除去其中的微生物细胞；由于植物甾醇不溶于水,滤液经浓缩后冷析即可分离出植物甾醇。此微生物发酵法只适用于低含量5～30％植物甾醇的生产且加工时间长，难以工业化生产。
11.专利号cn200510020486.6《一种生产植物甾醇和维生素e混合物的方法》此发明公开了一种生产植物甾醇和维生素e混合物的方法,其步骤是:以油脂脱臭馏出物作原料,经预热在13～600pa真空及200～240℃温度下,去除其中大部份游离脂肪酸,再在1～100pa真空,120～200℃温度下,进一步提纯,使酸价小于0.1,半成品经脱色精制后完成。此工艺只能精制得到含甾醇10～40％和维生素e10～30％的混合浓缩液。与国家甾醇的质量标准及甾醇出口纯度相差效远。
12.专利号：cn201010104339.8由中粮天科生物工程(天津)有限公司发明的《全连续提取天然维生素e和植物甾醇的方法》
13.此发明包括如下步骤:(1)用从植物油生产过程中产生的下脚料脱臭馏出物为原料过滤除去杂质,干燥；(2)将经过步骤(1)处理的物料与低碳一元醇充分混合,加热,通过树脂柱；(3)减压脱去低碳一元醇和水分；(4)将步骤(3)获得的物料与含有碱的低碳一元醇混合,加热,连续进入反应釜,使中性油转化为脂肪酸酯；(5)加酸中和；(6)水洗至中性；(7)进行结晶,过滤分离得到固相粗植物甾醇和液相；液相通过分子蒸馏分离出脂肪酸酯和天然维生素e。此工艺用到了强酸中和、强碱酯换反应以及多次水洗的处理方法。会产生效多废水废渣对环境有一定的影响。
14.专利号：cn 201410445798《一种植物甾醇脂肪酸酯及其催化合成方法》此发明原料是用植物甾醇脂和肪酸酯及其催化合成方法,该方法包括催化剂制备,反应物溶解,催化反应,蒸发与蒸馏等步骤,此发明成品中的总甾醇含量≧59％,酸值《1.0mgkoh/g,过氧化值≦5meq/kg,色泽为黄色≦15,红色≦1.5。这样的指标很难达到国家标准纯度要求95以上的标准。
15.专利号cn201010253358.7《一种植物甾醇酯的制备方法》,此发明将植物甾醇和脂肪酸加入带有回流冷凝装置的三口烧瓶中,添加催化剂和带水剂,并通入氮气作为保护气,于80-120℃反应8-72小时来合成高纯度植物甾醇酯(纯度超过90％)。此工艺是将甾醇合成甾醇酯的工艺。
16.经对上述各种工艺研究发现：各具特色，从原料来源、加工环保性、催化剂成本、生产效率，产品质量上分析，用生物极性树脂提取植物甾醇具有明显的优势。


技术实现要素：

17.本发明提供了一种以植物油精制过程的脱臭馏出物(dd油)为原料，利用生物极性树脂提取植物甾醇的新工艺。
18.本发明的植物油主要是指以米糠油、玉米胚芽油、花生油、葵花籽油、大豆油的脱臭馏(dd油)出物，所述工艺过程是利用生物极性树脂为催化剂使得原料dd油与低醇混合，分别两次通过分别用强酸生物极性树脂和强减极性树脂做成的固化床，在适当的温度和流速作用下，混合油脂与低醇分别发生酯化和酯交换反应，与此同时原料中的少量植物甾醇酯转化成游离甾醇。再将上述反应得出的酯化母液经过冷析分离后，再利用多级反流固液萃装置连续精制出高纯植物甾醇。具体工艺内容如下：
19.1、酯化反应：将植物油的脱臭馏出物(dd油)，加入12～20倍游离脂肪酸摩尔数的低碳醇，所述低碳醇为甲醇或乙醇，用型号为trong cation exchange resin c-25s强阳离子交换树脂为基的固化床，在40-55℃回流温度下反应2～4小时；使得原料油中的脂肪酸与低醇发生酯化反应，生成脂肪酸甲酯，完成后测(dd油)中酸价小于《3.0mgkoh/g为合格；
20.2、真空脱溶干燥：经过步骤(1)后，将原料油进行真空脱溶脱水，真空度为20～80mbar温度为80～100℃，测水份含量为《0.005为合格：
21.3、酯交换反应：经过步骤(1)和(2)后将步骤(2)产生的合格原料油补充12～20倍摩尔数的甲醇或乙醇溶液进行搅拌均匀后，将原料油进入用型号ambersep 900oh强碱性阴离子交换树脂为基的固化床，进行前先用微量甲醇碱将原料油ph值调整到7～7.5，在40～45℃回流温度条件下反应3～5小时，原料油中的甘油三脂与低醇发生酯交换化反应，生成脂肪酸甲酯，完成步骤(3)后测原料油中的甾醇酯含量《0.003，证明(dd油)中甾醇酯转化成游离甾醇,提高了总甾醇的产量和收率，此后再重复步骤(2)脱去多余的甲醇，此时处理后的原料油统称为合格母液；
22.4、冷冻分提：经过步骤(1)和(2)(3)处理后的合格母液转入特制的冷析釜内，从40～45℃温度起用每分钟5～10转的搅拌速度条件下，以每小时降温1度的降温速率降温，当所述合格母液温度降到25～30℃时开始固体甾醇析出，此时必须将搅拌速度降低至3～6转/每分钟，每小时降温0.5～0.8℃的降温速率继续降温。当温度降低至2～4℃时固相甾醇全部折出，所述固体植物质为含量低的粗植物甾醇：
23.5、多级反流液-固萃取：用步骤(3)冷冻分提低含量的粗甾醇，利用多级逆流液-固萃取专用装置进行处理；萃取液相溶剂溶为正己烷、石油或乙醇；固相为低含量的粗甾醇，固相质量(g)：液相溶剂体积(ml)：固、液量体比＝1:15～25；
24.6、固相脱溶：将步骤(4)的萃取固相通过减压蒸馏去除溶剂，干燥失重小于0.003为合格，得浓缩的植物甾醇产品；
25.7、液余相回收：将步骤(4)的萃余液相将萃余相在一定条件下经过(-20～-10℃)冷析(时间20～24小时)，可分离出甾类物。再将萃余液进行减压回收塔进行回收，得合格的液相溶剂，含水量小于0.002为合格。
附图说明
26.图1：本发明采用的工艺路线图。
27.dd油
→
强醇性树脂酯化
→
强碱性脂酯化冷析
→
冷析分离粗甾醇
→
反流连续萃取甾醇
→
脱溶干燥
→
95甾醇
具体实施方式
28.实施例1
29.用脱水脱渣后大豆油脱臭馏出物300g，酸值180，植物总甾醇9.5％。其中甾醇酯1.5％；游离甾醇8％；菜籽甾醇含量4％，菜油甾醇含量24％，豆甾醇含量25％，b-谷甾醇含量47％。
30.操作步骤是：
31.(1)将300g纯净原料加入带冷凝管的烧瓶中，加入甲醇6000ml，搅拌加温到45℃，
用分液瓶滴定加入用经trong cation exchange resin c-25s强阳离子交换树脂为基的固化床树脂柱。将树脂柱流出物进行检测酸价，酸价小于《3.0mgkoh/g为合格母液；当不合格时再用分液瓶滴定到树脂柱上口，直至下部流出物完全合格为止；
32.(2)当完成后把上述样品转移至间歇式蒸馏装置中用2x-4a真空泵脱溶脱水，真空度为60mbar温度为100℃，1小时后测水份为《0.005合格：此时测ph值为6，测总甾醇含量为9.4％称重得到一甲酯化样315g，油脂收率为315/300＝105％。
33.(3)把甲酯化样加入带冷凝管的烧瓶中，加入甲醇6000ml，搅拌加温到45℃，用微量的甲醇钠将ph调整至7-7.5后再用分液瓶滴定入用ambersep900oh强碱性阴离子交换树脂为基的固化床树脂柱上口。在树脂柱下口取样测得母液中甾醇酯＝0.2％结束，测ph＝7.5。
34.(4)当完成后把上述样品转移至间歇式蒸馏装置中用2x-4a真空泵脱溶脱水，真空度为60mbar温度为100℃，1小时后测干燥失重为《0.005合格：此时测ph值为7，测母液中总甾醇含量为9.4％称重得到二次甲酯化样295g，油脂收率为295/300＝98.3％。
35.(5)将二次酯化母液转入烧杯中，用塑料模封好口放入可控温的冰箱中从40～45℃温度起用每小时降温1度的降温速率降温，当所述合格母液温度降低至2～4℃时保持24小时静止固相甾醇全部析出；
36.(6)用布氏漏斗加定性滤纸加2x-4a真空泵抽真空过滤两次，得粗甾醇45g，母液为248g，测粗甾醇45g含量为59.8％；母液中总甾醇含量为0.1％。此时粗甾醇收率94.42％；
37.(7)把上述所得粗甾醇45g样品转移至多级反流液-固萃取装置中，慢慢加入900g含量为99.8％乙醇萃取液；萃取完成后从多级反流液-固萃取装置的下出口放出乙醇与固体甾醇的混合物，再将此混合物进行脱溶干燥处理，干燥失重小于0.002完毕；称重得精品甾醇27g，测总含量为98％，其中：菜籽甾醇含量4％，菜油甾醇含量24％，豆甾醇含量25％，b-谷甾醇含量47％。甾醇总收率为27
×
98％/9.5％
×
300＝92.85％；含量提纯高于传统工艺百分之3个点，收率高于传统工艺百分之9个百分点；且分组份百分比无变化。
38.实施例2
39.用脱水脱渣后的玉米脱臭馏出物dd油300g，酸值190，植物总甾醇5.5％。其中甾醇酯0.7％；游离甾醇4.8％；菜籽甾醇含量0％，菜油甾醇含量30％，豆甾醇含量10％，b-谷甾醇含量60％。
40.操作步骤是：
41.(1)将300g纯净原料加入带冷凝管的烧瓶中，加入甲醇6000ml，搅拌加温到45℃，用分液瓶滴定加入阳离子树脂柱。将树脂柱流出物进行检测酸价，测酸价小于＝1.5.0mgkoh/g；
42.(2)当完成后把上述样品转移蒸馏脱溶脱水，测水份0.003：测ph值为6，测总甾醇含量为50.％称重得到一甲酯化样310g，油脂收率为＝103％；
43.(3)把上所述油脂放入带冷凝管的烧瓶中，加入甲醇6000ml，搅拌加温到45℃，用滴定管点滴4点甲醇钠，测ph＝7.5；再用分液瓶滴定阴固化床上口。在树脂柱下口取样测得母液中甾醇酯＝0.1％结束，测ph＝7.5。
44.(4)当完成后真空脱溶脱水，1小时后测干燥失重为＝0.003：测ph值为7，测母液中总甾醇含量为5.4％称重得到二次甲酯化样290g，油脂收率为＝96.6％。
45.(5)将二次酯化母液转入烧杯中，用塑料模封好口放入可控温的冰箱中从40～45℃温度起用每小时降温1度的降温速率降温，当所述合格母液温度降低至2℃时保持24小时静止固相甾醇全部析出；
46.(6)用布氏漏斗真空过滤两次，得粗甾醇33g，母液为255g，测粗甾醇含量为47.8％；母液中总甾醇含量为0.15％。计算粗第一次甾醇收率95.98％；
47.(7)把上述所得粗甾醇33g样品转移至多级反流液-固萃取装置中，慢慢加入含量99.8％乙醇700g萃取液；萃取完成后脱溶干燥处理，测干燥失重＝0.002；称重得精品甾醇15g，测总含量为97％，其中：菜籽甾醇含量0％，菜油甾醇含量30％，豆甾醇含量10％，b-谷甾醇含量60％。甾醇总收率为＝89.44％；含量提纯高于传统工艺百分之3.5个点，收率高于传统工艺百分之7个百分点。
48.所述实施案例(1-2)可以得出，本发明专利采用生物极性树脂做固体催化床进行催化反应，质量稳定可靠且转化率高，在粗甾醇提纯精制过程中采用反流液-固萃取工艺提纯效果好且高效实用成本低的特点，全套工艺流程可实现完全连续工业化生产，与传统工艺相比具有明显的优势。