CN101544677B - 一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法。所采用的技术方案是：将脂肪酸和植物甾醇两种原料按物质的量比为1～5∶1混合后加热至80～160℃，再加入上述两种原料0.2～15wt％的树脂催化剂；然后在80～160℃和真空度为80～99KPa条件下酯化反应3～15小时，最后将反应液分离纯化得植物甾醇脂肪酸酯。树脂催化剂为含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂、含季胺基的苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂中的一种以上，树脂催化剂活化处理后重复使用。本发明具有酯化率高、工艺简单、成本低、环境友好、便于大规模生产的特点，所制备的植物甾醇脂肪酸酯纯度高。

Description

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法

技术领域

本发明涉及植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法。特别涉及一种在无溶剂体系中利用树脂催化剂催化制备植物甾醇脂肪酸酯的制备方法。

背景技术

大量研究表明，通过向饮食中添加一定量的植物甾醇能有效减少胆固醇的吸收，降低血液胆固醇含量，成为防治心脑血管疾病的有效途径。临床实验也证明了植物甾醇能明显降低胆固醇的吸收，起到降血胆固醇的作用。P.A.Hepburn等对植物甾醇及植物甾醇脂肪酸酯作了一系列的安全性研究，发现甾醇剂量达到4.1g/(kg体重·天)时，仍未表现出生理副作用(P.A.HEPBURN，S.A.HORNER，M.SMITH.Safety Evaluation of Phytosterol Esters.Part 2.Subchronic 90-Day Oral Toxicity Study on Phytosterol Esters-A Novel Functional Food[J].Foodand Chemical Toxicology，1999，37：521-532.)。1998年FDA已经批准植物甾醇为GRAs物质。目前美国、日本等国家已将其广泛应用于黄油、乳制品、面包、巧克力等食品中。研究表明，植物甾醇脂肪酸酯可被小肠酶水解，产生具有生理活性的甾醇形式。因此作为食品添加剂的用量与日俱增，这在很大程度上促进了高脂溶性产品植物甾醇脂肪酸酯的开发，使植物甾醇脂肪酸酯成为一种新型功能性食品基料。

不饱和脂肪酸对人体也有着保持细胞膜的相对流动性、降低血液中胆固醇和甘油三酯含量、改善血液微循环、增强记忆力等多方面的功效，其中甘油三酯在血液中的高含量也会引起心血管疾病的发作。植物甾醇脂肪酸酯在体内可以被水解为游离甾醇和脂肪酸，从而具备了植物甾醇和脂肪酸两者的生理功效，且以酯的形式摄入人体能起到一定的缓释作用。此外，相对于甾醇，甾醇酯更加适合添加到透明的食用油食品中。因此，植物甾醇脂肪酸酯作为食品添加剂有着很好的应用前景。

另外植物甾醇抑制肿瘤、防治前列腺肥大、抑制乳腺增生和调节免疫等方面也有重要作用。但游离型植物甾醇有易结晶性，且水溶性和油溶性都不好，很大程度上限制了它的应用。

到目前为止，已有一些相关的研究尝试，将游离甾醇转化为甾醇酯。

美国专利6410758(专利号，Roden et al)公开了一种用甾醇与脂肪酸直接酯化合成酯的方法，体系中不添加溶剂，并且不添加任何催化剂。存在的问题是反应温度太高，需要在190～250℃的高温下进行，可能导致较多量副产物的产生，且影响产物外观色度，能耗大。

美国专利5502045(专利号，Miettinen et al)公开了一种甾烷醇与脂肪酸甲酯通过酯交换反应制备甾烷醇脂肪酸酯的方法。存在的问题是，反应的产物之一为甲醇，这给食品级甾醇酯的纯化过程带来了很大的困难，并且反应所用催化剂为乙醇钠，会对设备产生强腐蚀性。

美国专利6147236(专利号，Higgins，III)公开了一种无溶剂体系中合成植物甾醇脂肪酸酯的方法，过程中未使用有害健康的有机溶剂。但存在的问题是所用催化剂为NaHSO₄，会对反应设备产生一定的腐蚀性，会产生酸性废水，不利于环境保护。

CN 101235067A(申请号200810059243.7，孟祥河)公开了一种以氧化钙、氧化镁、氧化镧混合物作为催化剂，催化植物甾醇与用大豆油制得的脂肪酸合成植物甾醇脂肪酸酯的方法，过程无需添加强腐蚀性的强酸或强碱，并且不用有机溶剂。但催化剂很难回收重复使用，成本相对较高，并且会产生一定量的碱性废水。

CN 101200754A(申请号200710168653.0，胡小加)公开了一种在无溶剂系统中用固定化全细胞酶催化生产甾醇酯的方法，全细胞酶内含有脂肪酶。反应条件温和，专一性强，产物特性好，环境友好，催化剂可回收使用，省掉了酶的提纯工艺，成本相比脂肪酶作催化剂有大幅降低，但仍然存在成本高的问题。且催化活性较低，尚不能满足工业化需要。

总的来说，目前存在的工艺大多使用了对反应设备产生强腐蚀性的催化剂，或者是用到了有害健康的有机溶剂，或者是制备成本较高，或者是产生酸性或碱性的废水，后处理繁琐，给大规模工业化生产带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种酯化率高、工艺简单、成本低、环境友好和便于大规模生产的植物甾醇脂肪酸酯制备方法；用该方法制备的植物甾醇脂肪酸酯纯度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将脂肪酸和植物甾醇两种原料按物质的量比为1～5∶1混合后加热至80～160℃，再加入上述两种原料0.2～15wt％的树脂催化剂；然后在80～160℃和真空度为80～99KPa条件下酯化反应3～15小时，最后将反应液分离纯化得植物甾醇脂肪酸酯。

树脂催化剂为含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂、含季胺基的苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂中的一种以上，树脂催化剂活化处理后重复使用。

所述的脂肪酸或为单一脂肪酸、或为混合脂肪酸，脂肪酸碳链长度为C₄～C₂₂。

所述的植物甾醇为β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、菜籽甾醇中的一种以上。

所述的树脂催化剂的孔径范围为50～1200

所述的树脂催化剂活化处理过程如下：

a.收集反应后的树脂催化剂，用该树脂催化剂体积3～5倍的石油醚或正己烷洗涤30～60min，去除树脂上残留的反应液；b.用该树脂催化剂体积2～4倍的乙醇浸泡洗涤25～35min，去除残留物质；c.按照GB 5476-1996所述的离子交换树脂预处理方法进行处理；d.将洗净的树脂催化剂于60～100℃干燥至恒重；

活化过程中洗涤完的石油醚、正己烷和乙醇通过蒸馏回收重复使用。

所述的分离纯化步骤或为：a.对反应后的热反应液进行过滤处理，回收树脂催化剂；b.步骤a所得滤液用分子蒸馏设备于80～180℃和真空度为0.01～0.06MPa条件下回收游离脂肪酸，并收集馏余液；c.向步骤b所得馏余液中加入3～5倍体积的石油醚或正己烷，溶解，每100mL溶液用0.5～2.0g活性炭脱色，过滤，收集滤液，从滤液中脱除溶剂石油醚或正己烷，得到淡黄色油状植物甾醇脂肪酸酯产品。

分离纯化步骤或为：a.对反应后的热反应液进行过滤处理，回收树脂催化剂；b.向步骤a所得滤液中添加0.5～3.0倍体积的浓度为2～5wt％的NaHCO₃溶液，摇匀；c.向步骤b所得溶液中添加0.5～1.0倍体积的石油醚或正己烷，充分振荡混匀，静置分层，取油层；d.向c步骤所得油相中加入1.0～2.0倍体积的浓度为2～5wt％的NaHCO₃溶液，摇匀，静置分层，取油层；e.重复d步骤1～3次；f.将e步骤得到的纯化的油相加热到45～50℃，每100mL油相用0.5～2.0g活性炭脱色处理，充分搅拌，过滤，从滤液中脱除溶剂石油醚或正己烷，得到淡黄色油状的植物甾醇脂肪酸酯产品。

由于采用上述技术方案，本发明同已有技术相比，具有如下特点：

1)本发明所使用的催化剂不会对设备产生腐蚀作用，且合成工艺简单、酯化率高，便于大规模生产；

2)本发明所使用的催化剂经过活化处理后可重复使用，产品制备成本低；

3)本发明的合成过程和分离纯化过程均不含有害健康的有机溶剂；

4)本发明的合成过程和分离纯化过程不产生酸性或者碱性三废，环境友好；

本发明采用TLC监测反应过程；采用高效液相色谱(HPLC)检测酯化率和产品纯度，其酯化率为90.0％以上，纯度为92.0％以上。

因此，本发明具有酯化率高、工艺简单、成本低、环境友好、便于大规模生产的特点，所制备的植物甾醇脂肪酸酯纯度高。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

实施例1

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法：先将脂肪酸和植物甾醇两种原料按物质的量比为1～2.5∶1混合后加热至80～120℃，再加入上述两种原料0.2～5wt％的含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂；然后在80～120℃和真空度为95～99KPa条件下酯化反应3～8小时，最后将反应液分离纯化得植物甾醇脂肪酸酯。

反应液分离纯化步骤是：a.对反应后的热反应液进行过滤处理，回收树脂催化剂；b.步骤a所得滤液用分子蒸馏设备于80～180℃和真空度为0.01～0.06MPa条件下回收游离脂肪酸，并收集馏余液；c.向步骤b所得馏余液中加入3～5倍体积的石油醚或正己烷，溶解，每100mL溶液用0.5～2.0g活性炭脱色，过滤，收集滤液，从滤液中脱除溶剂石油醚或正己烷，得到淡黄色油状植物甾醇脂肪酸酯产品。

树脂催化剂活化处理后重复使用。树脂催化剂活化处理过程：a.收集反应后的树脂催化剂，用该树脂催化剂体积3～5倍的石油醚或正己烷洗涤30～60min，去除树脂上残留的反应液；b.用该树脂催化剂体积2～4倍的乙醇浸泡洗涤25～35min，去除残留物质；c.按照GB5476-1996所述的离子交换树脂预处理方法进行处理；d.将洗净的树脂催化剂于60～100℃干燥至恒重；

活化过程中洗涤完的石油醚、正己烷和乙醇通过蒸馏回收重复使用。

在本实施例1中：植物甾醇原料为纯菜籽甾醇，脂肪酸是碳链长度为C₄～C₆的单一脂肪酸或混合脂肪酸；含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂孔径范围为50～1200

本实施例1的反应过程用TLC监测；经HPLC检测，酯化率为91.0～97.3％，分离提纯后产品的纯度≥96.0％。

实施例2

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法：先将脂肪酸和植物甾醇两种原料按物质的量比为2～3∶1混合后加热至85～120℃，再加入上述两种原料0.5～6wt％的含季胺基的苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂；然后在85～120℃和真空度为90～99KPa条件下酯化反应5～9小时，最后将反应液分离纯化得植物甾醇脂肪酸酯。

在本实施例2中：植物甾醇原料为纯菜油甾醇；脂肪酸是碳链长度为C₆～C₁₀的单一脂肪酸或混合脂肪酸；含季胺基的苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂孔径范围为50～1200

其余同实施例1。

本实施例2的反应过程用TLC监测；经HPLC检测，酯化率为92.3～96.7％，分离提纯后产品的纯度≥95.0％。

实施例3

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法：先将脂肪酸和植物甾醇两种原料按物质的量比为2.5～3.5∶1混合后加热至100～130℃，再加入上述两种原料2～8wt％的含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂；然后在100～130℃和真空度为90～99KPa条件下酯化反应7～10小时，最后将反应液分离纯化得植物甾醇脂肪酸酯。

反应液分离纯化步骤是：a.对反应后的热反应液进行过滤处理，回收树脂催化剂；b.向步骤a所得滤液中添加0.5～3.0倍体积的浓度为2～5wt％的NaHCO₃溶液，摇匀；c.向步骤b所得溶液中添加0.5～1.0倍体积的石油醚或正己烷，充分振荡混匀，静置分层，取油层；d.向c步骤所得油相中加入1.0～2.0倍体积的浓度为2～5wt％的NaHCO₃溶液，摇匀，静置分层，取油层；e.重复d步骤1～3次；f.将e步骤得到的纯化的油相加热到45～50℃，每100mL油相用0.5～2.0g活性炭脱色处理，充分搅拌，过滤，从滤液中脱除溶剂石油醚或正己烷，得到淡黄色油状的植物甾醇脂肪酸酯产品。

在本实施例3中：植物甾醇原料为纯豆甾醇；脂肪酸是碳链长度为C₁₀～C₁₄的单一脂肪酸或混合脂肪酸；含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂孔径范围为50～1200

树脂催化剂活化处理后重复使用。树脂催化剂活化处理过程同实施例1。

本实施例3的反应过程用TLC监测；经HPLC检测，酯化率为90.8～94.3％，分离提纯后产品的纯度≥92.3％。

实施例4

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法：先将脂肪酸和植物甾醇两种原料按物质的量比为1.5～4∶1混合后加热至100～150℃，再加入上述两种原料3～10wt％的含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂；然后在100～150℃和真空度为80～95KPa条件下酯化反应8～13小时，最后将反应液分离纯化得植物甾醇脂肪酸酯。

在本实施例4中：植物甾醇原料为菜籽甾醇、菜油甾醇、豆甾醇、β-谷甾醇的混合物；脂肪酸是碳链长度为C₁₄～C₂₀的单一脂肪酸或混合脂肪酸；含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂孔径范围为50～1200

其余同实施例1。

本实施例4的反应过程用TLC监测；经HPLC检测，酯化率为92.1～95.6％，分离提纯后产品的纯度≥94.5％。

实施例5

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法：先将脂肪酸和植物甾醇两种原料按物质的量比为3～5∶1混合后加热至110～160℃，再加入上述两种原料6～15wt％的含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂；然后在110～160℃和真空度为80～90KPa条件下酯化反应10～15小时，最后将反应液分离纯化得植物甾醇脂肪酸酯。

在本实施例5中：植物甾醇原料为纯β-谷甾醇；脂肪酸是碳链长度为C₂₀～C₂₂的单一脂肪酸或混合脂肪酸；含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂含有磺酸基孔径范围为50～1200

其余同实施例1。

本实施例5的反应过程用TLC监测，经HPLC检测，酯化率为90.5～93.4％，分离提纯后产品的纯度≥92.8％。

实施例6

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法：除“植物甾醇原料为菜油甾醇、豆甾醇、β-谷甾醇的混合物”外，其余同实施例4。

本实施例6的反应过程用TLC监测，经HPLC检测，酯化率为91.5～92.9％，分离提纯后产品的纯度≥93.0％。

实施例7

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法：除“植物甾醇原料为豆甾醇和β-谷甾醇的混合物”外，其余同实施例4。

本实施例7的反应过程用TLC监测，经HPLC检测，酯化率为93.1～94.2％，分离提纯后产品的纯度≥94.0％。

实施例8

一种植物甾醇脂肪酸酯及其制备方法：除“植物甾醇原料为菜籽甾醇和菜油甾醇的混合物”外，其余同实施例3。

本实施例8的反应过程用TLC监测，经HPLC检测，酯化率为91.2～93.6％，分离提纯后产品的纯度≥93.0％。

本实施例1～8工艺简单、便于大规模生产、不会对设备产生腐蚀作用；使用的催化剂经过活化处理后可重复使用，产品制备成本低；合成过程和分离纯化过程均不含有害健康的有机溶剂，也不产生酸性或者碱性的三废，环境友好。

本具体实施方式采用TLC监测反应过程；采用高效液相色谱(HPLC)检测酯化率和产品纯度，其酯化率为90.5％以上，纯度为92.3％以上。

因此，本具体实施方式具有酯化率高、工艺简单、成本低、环境友好、便于大规模生产的特点，所制备的植物甾醇脂肪酸酯纯度高。

Claims (5)

1.一种植物甾醇脂肪酸酯的制备方法，其特征在于先将脂肪酸和植物甾醇两种原料按物质的量比为1～5∶1混合后加热至80～160℃，再加入上述两种原料0.2～15wt％的树脂催化剂；然后在80～160℃和真空度为80～99KPa条件下酯化反应3～15小时，最后将反应液分离纯化得植物甾醇脂肪酸酯；

树脂催化剂为含磺酸基的苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂、含季胺基的苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂中的一种以上，树脂催化剂活化处理后重复使用；

所述的分离纯化步骤或为：a.对反应后的热反应液进行过滤处理，回收树脂催化剂；b.步骤a所得滤液用分子蒸馏设备于80～180℃和真空度为0.01～0.06MPa条件下回收游离脂肪酸，并收集馏余液；c.向步骤b所得馏余液中加入3～5倍体积的石油醚或正己烷，溶解，每100mL溶液用0.5～2.0g活性炭脱色，过滤，收集滤液，从滤液中脱除溶剂石油醚或正己烷，得到淡黄色油状植物甾醇脂肪酸酯产品；

分离纯化步骤或为：a.对反应后的热反应液进行过滤处理，回收树脂催化剂；b.向步骤a所得滤液中添加0.5～3.0倍体积的浓度为2～5wt％的NaHCO₃溶液，摇匀；c.向步骤b所得溶液中添加0.5～1.0倍体积的石油醚或正己烷，充分振荡混匀，静置分层，取油层；d.向c步骤所得油相中加入1.0～2.0倍体积的浓度为2～5wt％的NaHCO₃溶液，摇匀，静置分层，取油层；e.重复d步骤1～3次；f.将e步骤得到的纯化的油相加热到45～50℃，每100mL油相用0.5～2.0g活性炭脱色处理，充分搅拌，过滤，从滤液中脱除溶剂石油醚或正己烷，得到淡黄色油状的植物甾醇脂肪酸酯产品。

2.根据权利要求1所述的植物甾醇脂肪酸酯的制备方法，其特征在于所述的脂肪酸或为单一脂肪酸、或为混合脂肪酸，脂肪酸碳链长度为C₄～C₂₂。

3.根据权利要求1所述的植物甾醇脂肪酸酯的制备方法，其特征在于所述的植物甾醇为β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、菜籽甾醇中的一种以上。

4.根据权利要求1所述的植物甾醇脂肪酸酯的制备方法，其特征在于所述的树脂催化剂的孔径范围为

5.根据权利要求1所述的植物甾醇脂肪酸酯的制备方法，其特征在于所述的树脂催化剂活化处理过程如下：

a.收集反应后的树脂催化剂，用该树脂催化剂体积3～5倍的石油醚或正己烷洗涤30～60min，去除树脂上残留的反应液；b.用该树脂催化剂体积2～4倍的乙醇浸泡洗涤25～35min，去除残留物质；c.按照GB 5476-1996所述的离子交换树脂预处理方法进行处理；d.将洗净的树脂催化剂于60～100℃干燥至恒重；

活化过程中洗涤完的石油醚、正己烷和乙醇通过蒸馏回收重复使用。