一种甘油酯型多不饱和脂肪酸的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种甘油酯型多不饱和脂肪酸的制备方法，具体包括在碱性催化剂催 化条件下，多不饱和脂肪酸原料与甘油或者甘油酯进行酯化反应得到甘油酯型多不饱和脂 肪酸。工艺创造性选用低级脂肪醇钠/钾或其溶液作为催化剂，可以很大程度提高酯化反 应程度，减少反应时间，提高反应收率，同时尽可能减少由于催化剂的强碱性对多不饱和脂 肪酸原料的破坏，最终得到品质较高的甘油酯型多不饱和脂肪酸。
【背景技术】
[0002] 随着社会进步和人们生活的富足，大众对于自身的健康投入了更多的关注，其中 以鱼油等为代表的多不饱和脂肪酸（PUFA)类产品在科学研究和大众营养健康膳食补充等 方面引起了很多兴趣。
[0003] 多不饱和脂肪酸（PUFA)在机体代谢，特别是婴幼儿大脑发育等活动中的重要物 质基础，是细胞膜的构成成分，主要起到保持细胞膜流动性等生理功能，对机体的功效包 括降低胆固醇、改善胰岛素敏感度、降低血糖、降低胆固醇血、减少脂肪积累、治疗糖尿病、 降低血压、调节心率、调节血栓以及治疗关节炎等。而人体自身无法合成多不饱和脂肪酸 (PUFA)的物质，必须通过饮食进行摄取获得。
[0004] 多不饱和脂肪酸（PUFA)种类繁多，主要包括ω-3多不饱和脂肪酸（C0-3PUFA)、 ω-6多不饱和脂肪酸（ω-6ΡΙΡΑ)、ω-9多不饱和脂肪酸（c〇-9PUFA)等形式，如α-亚 麻酸（ALA)、二十碳五烯酯（ΕΡΑ)、二十二碳六烯酸（DHA)、二十二碳五烯酸（DPA)、亚油酸 (LA)、γ-亚麻酸（GLA)、花生四烯酸（AA)等，其中以二十碳五烯酸（EPA)和二十二碳六烯 酸（DHA)为主要代表的ω-3多不饱和脂肪酸（c〇-3PUFA)对人体和动物的健康具有的改善 和促进作用最为突出，这些多不饱和脂肪酸的分子结构式如下：
[0005]
[0006] Alpha-linolenic acid (ALA) C18H300218 ：3(n-3)
[0007]
[0008] Eicosapentaenoic acid(EPA)C20H300220 ：5(n-3)
[0009]
[0010] Docosahexaenoic acid (DHA) C22H320222 :6 (ω-3)
[0011]
[0012] Linoleic acid (LA) C18H320218 :2 (n_6)
[0013]
[0014] gamma-Linolenic acid(GLA)C18H300218 ：3(n-6)
[0015]
[0016] Arachidonic acid (AA) C20H320220 :4 (ω-6)
[0017] 多不饱和脂肪酸主要来源藻类提取物和水产动物油，其中一个重要来源为鱼油。
[0018] 目前工业上多不饱和脂肪酸产品或原料主要应用形式中，甘油酯型多不饱和脂肪 酸占有较大的比例，主要原因是相对于游离型多不饱和脂肪酸容易氧化不够稳定，乙酯型 多不饱和脂肪酸和甲酯型多不饱和脂肪酸在机体中吸收利用率偏低以及可能存在一定的 安全性问题等，甘油酯型多不饱和脂肪酸则相对稳定，同时甘油酯型多不饱和脂肪酸在机 体吸收利用率较其他形式多不饱和脂肪酸要高，也已得到证明对人体具有较好的安全性 等。
[0019] 由于甘油酯型多不饱和脂肪酸沸点较高，很难通过直接蒸馏或其他方式得到，目 前工业上甘油酯型多不饱和脂肪酸主要制备方式为游离型或乙酯型或甲酯型等各型多不 饱和脂肪酸与甘油或甘油酯进行直接酯化或者酯交换反应得到。
[0020] 现有制备技术主要包括使用脂肪酶催化各种类型多不饱和脂肪酸原料与甘油或 甘油酯进行酯化或者酯交换反应，或者使用氢氧化钠或氢氧化钾等碱性催化酯化或酯交 换反应，或者无催化（加锌粉保护）高温直接进行酯化或酯交换反应，然后经过相关后续处 理，最终得到甘油酯型多不饱和脂肪酸产品。制备技术的难点主要集中在甘油酯的反应活 性较差以及原料或产品物质很容易被氧化破坏（分子结构中具有许多双键）。
[0021] 其中脂肪酶催化工艺具有以下缺陷：1)由于酶成本较高，导致工艺反应成本偏 高；2)酶催化具有选择性，即对甘油1，3位醇羟基有效，对2位醇羟基无效，最终得到的产 品有一定的局限性；3)酶催化工艺一般都表现反应时间较长，导致工艺在工业规模化生产 推广中有一定困难；4)酶在反应中容易受原料或环境因素影响导致酶失活，工艺对原料和 环境都有较高的要求，总体上酶催化工艺成本较高，在工业规模化生产推广应用中有一定 的局限性。
[0022] 应用氢氧化钠或氢氧化钾等强碱性催化剂催化化学法工艺制备甘油酯型多不饱 和脂肪酸，也存在一定的缺陷，主要表现为：1)氢氧化钠或氢氧化钾等强碱性催化剂碱性 较强，对多不饱和脂肪酸原料具有一定的破坏作用；2)氢氧化钠或氢氧化钾的催化活性较 差，导致催化剂投料量较大，反应温度较高，反应不够完全，反应收率较低，反应时间较长， 也进一步导致强碱对原料的破坏，产品颜色较深，最终得到的产品品质较差。
[0023] 无催化制备甘油酯型多不饱和脂肪酸工艺主要局限于原料必须为游离型多不饱 和脂肪酸，要求必须先将各种酯类多不饱和脂肪酸原料先进行水解得到游离型多不饱和脂 肪酸，然后才能进行相关酯化或酯交换反应，工艺较为复杂，同时工艺在反应过程中由于 没有催化剂，所以反应程度不高，反应收率较低，反应时间较长，而且反应温度很高，最终得 到的产品品质较差。
[0024] 目前有部分文献公开了利用多不饱和脂肪酸原料制备甘油酯型多不饱和脂肪酸， 如
[0025] 专利CN102277237主要介绍先将乙酯型多不饱和脂肪酸皂化，再酸化水洗，回收 溶剂得到游离型多不饱和脂肪酸，然后在游离型多不饱和脂肪酸中加入锌粉、氢氧化钠或 者氢氧化钾作催化剂，在180~225°C条件下反应，最后通过急速冷却的淬火反应以及萃 取、水洗、干燥和浓缩等步骤得到甘油酯型多不饱和脂肪酸，此发明工艺较为复杂，产品品 质较差，收率较低，约80%。
[0026] 专利CN103242969介绍使用催化剂氢氧化钾或氢氧化钠作催化剂，直接将乙酯型 多不饱和脂肪酸与甘油反应生成甘油酯型多不饱和脂肪酸，由于催化剂催化活性较差，所 以要求反应温度较高，产品品质较差，反应收率也较低（约70% )。
[0027] 专利 JP2000213359、CN101161819、CN101255380、CN10176044、CN1884564、 CN101818176、CN103436563、CN102028711等都利用脂肪酶催化乙酯型多不饱和脂肪酸或者 游离型多不饱和脂肪酸与甘油或者甘油酯进行反应，制备甘油酯型多不饱和脂肪酸，工艺 存在以下缺陷：脂肪酶成本较高；对甘油酯化有位置选择性；生物催化脂肪酶容易中毒，整 体上工艺较为复杂，成本较高等。
[0028] 总体上，现有甘油酯型多不饱和脂肪酸生产工艺都具有以下一个或多个缺陷：1) 工艺较为复杂，成本较高；2)反应程度不高，时间较长，收率较低；3)由于工艺条件或环境 的原因（如温度较高或强酸碱性等）导致原料被破坏，产品品质较差等。
[0029] -般情况下，由于甘油酯型多不饱和脂肪酸产品主要是由多不饱和脂肪酸原料和 甘油或甘油酯进行反应得到，其中由于甘油或者甘油酯具有三个反应位点，存在结构上的 空间位阻，同时甘油或甘油酯的反应活性不是很高，导致直接与多不饱和脂肪酸原料反应 的困难较大，一般必须加入一定的催化剂。在酯化反应的催化剂选择上，强酸性催化剂会对 原料直接造成破坏，弱酸或弱碱性或其他类的催化剂活性较差，无法催化此类反应等等。
[0030] 强碱性催化剂一般对此类反应具有相对较好的催化活性，广泛适用于制备低级脂 肪酸酯，具有较好的效果，对原料的破坏性也较小，得到产品品质较好，但用于制备高级脂 肪酸酯时，特别是稳定性较差的原料，催化剂的碱性对原料就可能存在一定的破坏。其中氢 氧化钠或氢氧化钾的活性较差，所以催化剂投料量也较大，在此类多不饱和脂肪酸甘油酯 制备工艺中会导致工艺反应不完全，收率较低，同时催化剂的碱性对多不饱和脂肪酸原料 的破坏较严重，产品品质较差。各种醇钠或醇钾或其溶液的催化活性较好，使用量较小，能 够促进工艺反应很完成，收率较高，但催化剂醇钠或醇钾或其溶液的碱性对原料和产品的 破坏性也较大，无法得到正常的或品质较好的对应产品。
【发明内容】
[0031] 本发明提供了一种甘油酯型多不饱和脂肪酸的制备方法，即在碱性催化剂催化 条件下，多不饱和脂肪酸原料与甘油或者甘油酯进行酯化反应得到甘油酯型多不饱和脂肪 酸。具体包括在先将碱性催化剂与甘油或甘油酯进行均匀混合，再将混合物缓慢加入到多 不饱和脂肪酸原料中，在一定条件下进行酯化反应得到甘油酯型多不饱和脂肪酸，其中碱 性催化剂为低级脂肪醇钠/钾或其溶液。工艺过程比较简单，反应条件较为温和，反应时间 较短，收率较高，得到的产品品质较好。
[0032] 具体来说，本发明的工艺过程包括以下步骤：
[0033] 1)投料：先将碱性催化剂与甘油或甘油酯进行均匀混合，再在搅拌状态下将混合 物缓慢加入到多不饱和脂肪酸原料中；
[0034] 2)反应：投料完毕，加热温度至80~200°C，开始反应，反应产生的醇和酯类低沸 点物质不断被冷凝回收，反应完毕；以及
[0035] 3)水洗及回收产品：反应完毕，将反应釜冷却至0~60°C，加少量水萃取碱性催化 剂，有机层回收剩余少量水等即得甘油酯型多不饱和脂肪酸产品。
[0036] 本发明的工艺过程整体上比较简单，反应条件十分温和，而且催化剂简单易得，成 本很低，最终得到的甘油酯型多不饱和脂肪酸产品收率较高，品质较好。
[0037] 工艺过程如下：
[0038]
[0039]
[0040] 其中&、R2为Q~C5烷基；R3、R 4、R5为相同或不同的羟基或Q~C4的低级羧酸 基^、馬為。为相同或不同的羟基或Q~c 4的低级羧酸基或c6~c4。的烯基，。不 能全部为羟基或Q~C 4的低级羧酸基；R7、R9、Rn为相同或不同的Η或Q~C 4的烷基。
[0041] 相比其他工艺，本发明具有较多的优点：1)工艺较为简单，成本较低；2)反应程度 较高，反应