CN102605013B - 共轭亚油酸短链醇酯的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种共轭亚油酸短链醇酯的制备方法，该方法以天然红花籽油或葵花籽油为原料，经过脂肪酶催化与C_1～4短链醇酯交换反应生成亚油酸C_1～4短链醇酯，经过过滤、脱溶、碟式离心得到精制亚油酸C_1～4短链醇酯；而后通过碱催化亚油酸C_1～4短链醇酯直接转位制备共轭亚油酸C_1～4短链醇酯，后经过二次酯化、过滤、脱溶加入助滤剂过滤、分子蒸馏得到共轭亚油酸C_1～4短链醇酯产品。

Description

共轭亚油酸短链醇酯的制备方法

技术领域

本发明涉及以天然植物油为原料制备共轭亚油酸短链醇酯的新方法。

背景技术

共轭亚油酸(Conjugated linoleic acid简称CLA)是含有共轭双键的十八碳二烯酸，属人体必需脂肪酸-亚油酸的同分异构体，其中以c9，t11-CLA和t10，c12-CLA为主要活性异构体。自上世纪八十年代被发现以来，科学家对其进行了大量深入的研究，研究发现共轭亚油酸及其酯类、盐类衍生物具有降低动物和人体脂肪而增加肌肉、降低血脂、抗动脉粥样硬化、提高骨质密度、调节血糖、调节血压等多种重要生理功能，共轭亚油酸及其酯类、盐类衍生物也因此引起了国际食品界和医药界的关注。

游离脂肪酸型共轭亚油酸(Conjugated linoleic acid-Free Fatty Acid，简称FFA-CLA)在空气中不稳定，容易发生氧化变质，导致其过氧化值升高，氧化酸败产生的一些小分子物质会对人体产生不良的影响；而共轭亚油酸的盐类衍生物由于其水溶性较差，应用受到很大的限制；所以共轭亚油酸的酯类衍生物的应用越来越广泛，例如共轭亚油酸乙酯产品，因其具有优异的亲脂性更利于人体吸收，并且稳定性好，完全没有任何脂肪酸气味，可以在饮料、鲜奶等口感要求较高的食品中添加。

目前，共轭亚油酸短链醇酯的制备方法以酸催化共轭亚油酸与醇酯化合成共轭亚油酸酯为主，常用的催化剂如浓硫酸、磷酸、对甲苯磺酸等(精细化工，2003年1月，第20卷第1期：38-40)。但是，经过我们实验研究发现，以浓硫酸等作为催化剂催化CLA与醇进行酯化合成共轭亚油酸酯时，由于硫酸等的强氧化性、脱水性容易导致副反应的发生，得到的共轭亚油酸酯产品中除c9，t11-/t9，c11-共轭亚油酸酯外的其他共轭亚油酸酯的含量较高，比如结构为t9，t11-，t10，t12-，c9，c11-及c10，c12-等的共轭亚油酸酯的异构体，是主要活性成分的含量降低，影响活性作用的发挥；同时酸催化的方法存在后处理复杂、废水排放量大、对设备腐蚀严重等弊端，给环保带来很大压力，而且酸催化CLA与醇反应合成共轭亚油酸酯的工艺，要先将富含亚油酸的植物油经过酯化、皂化异构化、酸化得到CLA后再进行酯化合成，整个工艺过程复杂、生产成本高。

而专利《共轭亚油酸乙酯的制造方法》(CN 101565373A)中，采用分析纯KOH作为催化剂催化植物油乙酯化，分析纯KOH价格昂贵；同时，乙酯化反应后要静置过夜，加工周期长，这都大大增加了生成成本，也造成能源的浪费。此专利方法采用甲醇钠、甲醇钾作为催化剂制备共轭亚油酸乙酯，经过我们实验证明，采用甲醇钠和甲醇钾催化得到的产物为共轭亚油酸乙酯和共轭亚油酸甲酯的混合物，这是不符合国际市场指标要求的；同时固体的甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠和乙醇钾不但价格昂贵，而且储存过程中特别容易吸潮变质，而且在生产投料过程中也易吸潮变质且不易操作。此专利得到的产品c9，t11-CLA和t10，c12-CLA异构体出现不对称的问题，且产品中其它异构体含量高，造成主要活性成分的含量降低造成。

苯并芘英文缩写BaP，是多环芳烃(PAHs)的一种，属于高活性间接致癌物。我国《食用植物油卫生标准》要求苯并芘残留≤10ppb(μg/Kg)，欧盟的相关标准要求食用油中苯并芘残留≤2ppb(μg/Kg)。在现有文献报道的CLA的生产工艺中，经常使用乙二醇、丙二醇、丙三醇进行异构化反应，在反应结束后，一些报道中采用正己烷、环己烷、乙酸乙酯或者混合溶剂进行萃取得到CLA，大量溶剂的使用不仅增加了生产成本，而且在回收溶剂过程中不可能将溶剂完全去除，这必将大大增加产品的安全性问题。而且在现有有关共轭亚油酸乙酯制备方法的文献和专利的报道中未见低苯并芘产品的制备方法和工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生产低酸值、低过氧化值、低苯并芘含量的共轭亚油酸C_1～4短链醇酯的新方法。本发明所述的共轭亚油酸短链醇酯的制备方法，包括如下步骤：

①植物油和C_1～4短链醇按摩尔比1∶3～12混合，加入植物油质量5.0～10.0％的脂肪酶I，在45～65℃条件下反应3～8小时后，过滤回收脂肪酶后脱除反应溶剂，分出甘油，制得亚油酸C_1～4短链醇酯；

②氮气保护下，将步骤①制得的亚油酸C_1～4短链醇酯与碱性催化剂在80～150℃条件下进行直接转位反应1～8小时制备共轭亚油酸短链醇酯粗品，

其中所述的碱性催化剂用量为亚油酸C_1～4短链醇酯质量的1～10％；

③步骤②的反应体系降温至40℃后，加入硫酸醇溶液调Ph值至6～7，过滤，然后向滤液中加入脂肪酶II，在45～65℃条件下进行二次酯化反应2～6小时，过滤回收脂肪酶后，减压脱溶；

其中所述的硫酸醇溶液的溶剂醇是C_1～3短链醇；脂肪酶II的用量为步骤①制得的亚油酸C_1～4短链醇酯质量的5.0～10.0％；

④向步骤③制得的产品中加入其质量0.5～5.0％的助滤剂，40～90℃搅拌0.5～3小时后过滤；

⑤步骤④所得滤液于140～180℃，1～30Pa条件下进行分子蒸馏得共轭亚油酸C_1～4短链醇酯产品。

所述方法中，步骤①中的的植物油优选红花籽油或葵花籽油，植物油与C_1～4短链醇的投料摩尔比优选1∶5～10。

所述方法中，脂肪酶I和脂肪酶II相同，选自绿微康碱性脂肪酶和Novo435脂肪酶，其用量均为植物油质量的5.0～10.0％。

所述方法中，步骤①分离甘油的方法优选碟式离心。

所述方法中，步骤②中的碱性催化剂是液体C_1～4短链醇钾，其用量为亚油酸C_1～4短链醇酯质量的2～6％。步骤②的转位反应的温度优选90～140℃，反应时间2～6小时。更优选地，本发明优选采用不含苯类溶剂的、安全性高的C_1～4短链醇钾产品，产品中短链醇钾质量浓度20～25％；游离碱质量浓度≤1.5％。

所述方法中，步骤③中的硫酸醇溶液是质量百分浓度为4.9％～14.7％的硫酸C_1～4短链醇溶液。

上述本发明的方法中，步骤④中的助滤剂是硅藻土、活性白土、凹凸土、活性炭中的一种或几种以任意比例混合的组合物；

助滤剂的用量为步骤④制得的产品质量的0.7～3.0％；

加入助滤剂后，在60～85℃条件下搅拌0.6～1.5小时后过滤。

上述本发明的方法中，所述的步骤⑤的分子蒸馏温度是155～180℃；真空度5～25Pa。

最优选地，上述本发明的共轭亚油酸短链醇酯的制备方法包括如下步骤：

①植物油与无水C_1～4短链醇按摩尔比1∶5～10混合，在脂肪酶的催化下，在45～65℃条件下反应3～8小时，然后过滤回收脂肪酶，脱除反应溶剂，碟式离心分出甘油制得亚油酸C_1～4短链醇酯；

所述的植物油是红花籽油或葵花籽油；

所述的脂肪酶酶选自绿微康碱性脂肪酶和Novo435脂肪酶，酶的用量为植物油质量的5.0～10.0％；

②氮气保护下，将步骤①制得的亚油酸C_1～4短链醇酯与碱性催化剂在90～140℃条件下进行直接转位反应2～6小时制备共轭亚油酸C_1～4短链醇酯粗品，所述的碱性催化剂是液体C_1～4短链醇钾，其用量为亚油酸C_1～4短链醇酯质量的2～6％；

③步骤②的反应体系降温至40℃后，加入硫酸醇溶液调pH值至6～7，过滤，然后向滤液中加入与步骤①所述脂肪酶相同的脂肪酶，在45～65℃条件下进行二次酯化反应2～6小时，过滤回收脂肪酶后，减压脱溶；

该步骤反应中脂肪酶的用量为步骤①制得的亚油酸C_1～4短链醇酯质量的5.0～10.0％；

④向步骤④制得的产品中加入其质量0.7～3.0％的助滤剂，60～85℃搅拌0.6～1.5小时后过滤；

所述的助滤剂是硅藻土、活性白土、凹凸土、活性炭中的一种或两种以任意比例混合的组合物；

⑤步骤⑤所得滤液于155～180℃；真空度5～25Pa条件下进行分子蒸馏得共轭亚油酸C_1～4短链醇酯产品。

考虑到现有技术存在的问题，本发明以天然红花籽油为原料，经过经济的且反应条件温和的酶催化与C_1～4短链醇酯交换反应生成亚油酸C_1～4短链醇酯，经过高效的碟式离心分离甘油的方法得到精制亚油酸C_1～4短链醇酯；而后通过碱催化亚油酸C_1～4短链醇酯直接转位制备共轭亚油酸C_1～4短链醇酯，后经过洗涤、脱溶、加入助滤剂过滤、分子蒸馏得到共轭亚油酸C_1～4短链醇酯产品。

本发明的方法突出优点在于：

(1)充分利用天然资源，亚油酸C_1～4短链醇酯直接转位制备共轭亚油酸C_1～4短链醇酯，过程简短、生产效率高；

(2)采用酶催化酯交换反应，产物直接采用碟式离心的方式除去甘油，反应条件温和、生产周期短，大大降低了能耗和生产成本；

(3)采用液体醇钾催化亚油酸C_1～4短链醇酯直接转位制备共轭亚油酸C_1～4短链醇酯，操作方便，异构化率98.5％以上，改善产品品质提高安全性；

(4)产品中其它CLA异构体少，提高了主要的c9，t11-CLA和t10，c12-CLA含量；

(5)制备方法有效控制了过氧化值和苯并芘两个关键指标，共轭亚油酸乙酯产品过氧化值小于1.0meq/kg，苯并芘小于0.5ppb。

(6)制备方法中采用亚油酸C_1～4短链醇酯转位后酶催化二次酯化，原料利用率高且产品收率大大提高。酶回收循环利用，安全环保。

与现有技术相比，本发明改变了以往先将植物油酯化后皂化异构化、酸化得到CLA，而后经过酸催化与C_1～4短链醇酯化合成共轭亚油酸C_1～4短链醇酯的复杂过程，采用植物油乙酯化后直接转位制备共轭亚油酸C_1～4短链醇酯的方法，反应速度快，效率高；也克服了现有方法中工艺复杂，成本高且其它CLA异构体多等缺点；本发明方法得到的产物，经过脱溶，加入助滤剂过滤后采用分子蒸馏进行分离纯化，得到的共轭亚油酸C_1～4短链醇酯产品酸值低，在1.0mgKOH/g以下；共轭亚油酸酯化率98％以上且c9，t11-CLA和t10，c12-CLA异构体含量对称；最主要是产品过氧化值小于1.0meq/kg，苯并芘小于0.5ppb。产品安全稳定，具有更高的亲脂性、有利于生物体吸收，生物利用度高；可广泛应用于功能食品、保健品、乳制品等领域。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如无特殊说明，本发明中所使用的脂肪酶购自诺维信(中国)生物技术有限公司和深圳绿微康生物工程有限公司。

产品脂肪酸组成的测定参照AOCs、GB/T 17376和GB/T 17377中所记载的方法。

产品过氧化值的测定参照GB/T 5538中所记载的方法。

产品酸值的测定参照GB/T 5530中所记载的方法。

产品苯并芘含量检测由欧陆分析(Eurofins)技术有限服务公司完成。

实施例1

①将500g红花籽油和260ml无水乙醇混合后加入25g绿微康碱性脂肪酶，加热至45℃，进行酯交换反应5小时；

②过滤回收酶后减压脱溶；

③碟式离心(离心机型号ZYDH315)分出甘油；

④在氮气保护下，向加热至90℃的500g亚油酸乙酯中滴加50g液体乙醇钾(质量百分浓度为20％)，130℃反应3小时至亚油酸乙酯含量≤1.5％；

⑤降温、加入150ml硫酸乙醇溶液(含硫酸7.4g)中和至pH＝7；

⑥加入25g绿微康碱性脂肪酶，加热至50℃，进行酯化反应2小时后过滤、减压脱溶；

⑦向共轭亚油酸乙酯中加入1.0％的硅藻土、1％的活性炭加热至60℃搅拌时间1小时后过滤；

⑧180℃下，25Pa进行分子蒸馏分离纯化得到的共轭亚油酸乙酯产品，酸值0.8mgKOH/g；过氧化值0.42meq/Kg；苯并芘未检出。

脂肪酸组成：

实施例2

①将3000g红花籽油和840ml无水乙醇混合后加入300gNovo435脂肪酶，加热至65℃，进行酯交换反应8小时；

②过滤回收酶后减压脱溶；

③碟式离心(离心机型号ZYDH315)分出甘油；

④在氮气保护下，向加热至100℃的1000g亚油酸甲酯中滴加146g甲醇钾溶液(质量百分浓度为25％)，120℃反应4小时至亚油酸甲酯含量≤1.5％；

⑤降温、加入1500ml硫酸甲醇溶液(含硫酸21.7g)中和至pH＝6；

⑥加入240g Novo435脂肪酶，加热至50℃，进行酯化反应4小时后过滤、减压脱溶；

⑦向共轭亚油酸甲酯中加入10g活性白土、10g活性炭加热至75℃搅拌时间1.5小时后过滤；

⑧175℃下，20Pa进行分子蒸馏分离纯化得到的共轭亚油酸甲酯产品，酸值0.82mgKOH/g；过氧化值0.46meq/Kg；苯并芘＜0.5ppb。

脂肪酸组成：

实施例3

①将50Kg葵花籽油和31.9L无水异丙醇混合后加入3Kg绿微康碱性脂肪酶，加热至55℃，进行酯交换反应4小时；

②过滤回收酶后减压脱溶；

③碟式离心(离心机型号ZYDH315)分出甘油；

④在氮气保护下，向加热至105℃的30Kg亚油酸异丙醇酯中滴加6Kg液体异丙醇钾(质量百分浓度为30％)，135℃反应3小时至亚油酸异丙醇酯含量≤1.5％；

⑤降温、加入20L硫酸异丙醇溶液(含硫酸0.9Kg)中和至pH＝7；

⑥加入3.5Kg绿微康碱性脂肪酶，加热至50℃，进行酯化反应6小时后过滤、减压脱溶；

⑦向共轭亚油酸异丙醇酯中加入0.15Kg凹凸土加热至70℃搅拌时间2小时后过滤；

⑧180℃下，30Pa进行分子蒸馏分离纯化得到的共轭亚油酸异丙醇酯产品，酸值0.56；过氧化值0.65meq/Kg；苯并芘未检出。

脂肪酸组成：

实施例4

①将500Kg红花籽油和150L无水乙醇混合后加入35Kg绿微康碱性脂肪酶加热至50℃，进行酯交换反应6小时；

②过滤回收酶后减压脱溶；

③碟式离心(离心机型号ZYDH315)分出甘油；

④在氮气保护下，向加热至115℃的450Kg亚油酸乙酯中滴加90Kg乙醇钾溶液(质量百分浓度为24％)，115℃反应5.5小时至亚油酸乙酯含量≤1.5％；

⑤降温、加入175L硫酸乙醇溶液(含硫酸13.4Kg)中和至pH＝7；

⑥加入25Kg Novo435脂肪酶，加热至50℃，进行酯化反应3小时后过滤、减压脱溶；

⑦向共轭亚油酸乙酯中加入22.5Kg硅藻土加热至75℃搅拌时间1小时后过滤；

⑧140℃下，1Pa进行分子蒸馏分离纯化得到的共轭亚油酸乙酯产品，酸值0.76mgKOH/g；过氧化值0.55meq/Kg；苯并芘＜0.5ppb。

脂肪酸组成：

Claims (2)

1.共轭亚油酸短链醇酯的制备方法，包括如下步骤： 

①植物油和C_1～4短链醇按摩尔比1:5～10混合，加入植物油质量5.0～10.0%的脂肪酶I，在45～65℃条件下反应3～8小时后，过滤回收脂肪酶后脱除反应溶剂，分出甘油，制得亚油酸C_1～4短链醇酯，所述的植物油是红花籽油或葵花籽油；分离甘油的方法为碟式离心； 

②氮气保护下，将步骤①制得的亚油酸C_1～4短链醇酯与碱性催化剂在90～140℃条件下进行直接转位反应2～6小时制备共轭亚油酸短链醇酯粗品，所述的碱性催化剂是液体C_1～4短链醇钾，其用量为亚油酸C_1～4短链醇酯质量的2～6%； 

③步骤②的反应体系降温至40℃后，加入硫酸醇溶液调pH值至6～7，过滤，然后向滤液中加入脂肪酶II，在45～65℃条件下进行二次酯化反应2～6小时，过滤回收脂肪酶后，减压脱溶； 

其中所述的硫酸醇溶液的溶剂醇是C_1～3短链醇；脂肪酶II的用量为步骤①制得的亚油酸C_1～4短链醇酯质量的5.0～10.0%； 

④向步骤③制得的产品中加入其质量0.7～3.0%的助滤剂，60～85℃搅拌0.6～1.5小时后过滤,所述的助滤剂是硅藻土、活性白土、凹凸土、活性炭中的一种或几种以任意比例混合的组合物； 

⑤步骤④所得滤液于155～180℃，5～25Pa条件下进行分子蒸馏得共轭亚油酸C_1～4短链醇酯产品； 

其中，所述的脂肪酶I和脂肪酶II相同，选自绿微康碱性脂肪酶和Novo435脂肪酶。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤③中的硫酸醇溶液是质量百分浓度为4.9%～14.7%的硫酸C_1～4短链醇溶液。