CN105001083B - 植物甾醇油酸酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物甾醇油酸酯的制备方法，是在以甲醇作为溶剂的反应体系中，加入植物甾醇和油酸按1:1.8～3质量比混合作为原料，加入DMAP作为催化剂，80℃搅拌条件下进行酯化反应；酯化反应结束后的混合物进行分子蒸馏，分子蒸馏温度为170～200℃，将多余的油酸分离出去，同时将DMAP热分解除去，得到纯化的植物甾醇油酸酯。本发明采用羧酸酰化酯化法制备植物甾醇油酸酯，可以有效解决酯化反应慢、产物提纯难，收率低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物甾醇油酸酯的制备方法。
背景技术
植物甾醇的脂溶性和水溶性都较差，很难直接被人体吸收，这一特性限制了它的实际应用。研究表明，植物甾醇酯具有比植物甾醇更好的脂溶性，在人体中其吸收利用率是植物甾醇的5倍，具有更高效的降胆固醇效果。植物甾醇酯对人体的安全性高，可以作为功能性食品添加剂。研究表明，按照脂溶性大小排序，植物甾醇油酸酯>植物甾醇乙酸酯>植物甾醇硬脂酸酯>甾醇，植物甾醇油酸酯在大豆色拉油中的溶解度约是植物甾醇的20倍，植物甾醇乙酸酯的溶解度约是植物甾醇的5倍，可见植物甾醇油酸酯比植物甾醇乙酸酯具有更高的脂溶性，更具有合成价值。
植物甾醇的酯化方法目前的代表性专利有：
中国专利公开号CN101985460A(公开日2011.03.16)描述了以固体酸为催化剂的直接酯化法合成植物甾醇酯，催化剂为固体酸SO4 2-/SiO2-TiO2、SnCl4/OMS-2、Zr(SO4)2/AC。
中国专利公开号CN101538306(公开日2009.09.23)描述了油酸醇解酯化，再进行植物甾醇在催化剂作用下进行酯交换反应的方法制备植物甾醇酯。
中国专利公开号CN102321138A(公开日2012.01.18)描述了利用胶束催化剂直接酯化法合成脂肪酸植物甾醇酯。
中国专利公开号CN102603846A(公开日2012.07.25)描述了在离子液体中直接酯化法制备植物甾醇酯。
中国专利公开号CN102250869A(公开日2011.11.23)描述了磁性固定化酶直接酯化法制备植物甾醇酯的方法。
中国专利公开号CN102190700A(公开日2011.09.21)描述了特定催化剂存在下直接酯化法制备脂肪酸植物甾醇酯，催化剂选自氧化铝、氢氧化铝、铝盐(如氯化铝、硫酸铝、硅酸铝等)、IIIA族其它元素的氧化物、五氧化二磷、磷酸、磷酸盐(如磷酸二氢钠、磷酸氢二钾等)、分子筛或硅胶中的一种或多种的催化剂。
中国专利公开号CN103509076A(公开日2014.01.15)公开了一种二氧化硅催化制备脂肪酸植物甾醇酯的方法，该方法采用二氧化硅作为脂肪酸与植物甾醇酯化的催化剂。
中国专利公开号CN103789384A(公开日2014.05.14)公开了生物催化直接酯化法合成制备植物甾醇酯的方法。
中国专利公开号CN102618615A(公开日2012.08.01)公开了一种利用超声波强化酶促合成植物甾醇酯/植物甾烷醇酯的方法。
中国专利公开号CN103467556A(公开日2013.12.25)描述了以离子液体和三氟甲磺酸亚铈为复合催化剂直接酯化法合成肉桂酸植物甾醇酯的方法。
中国专利公开号CN103352067A(公开日2013.10.16)公开了一种通过脂肪酶和抗氧化剂和分子筛进行非水酶促酯交换反应制备富含植物甾醇酯和甘油二酯功能油脂。
中国专利公开号CN101845473A(公开日2010.09.29)公开了一种脂肪酶类催化剂直接催化合成植物甾醇酯的合成方法。
中国专利公开号CN101235067(公开日2008.08.06)公开了以氧化钙、氧化镁、氧化镧中的一种或一种以上任意比例的混合物为催化剂直接酯化合成植物甾醇酯的制备方法。
美国专利US4239691A介绍了以钯为萃取剂的植物甾醇酯化方法，该催化剂把钯负载于碳颗粒和全氟磺酸树脂颗粒上，在溶液过柱子的过程中进行酯化制备。
植物甾醇油酸酯的合成有许多方法，如羧酸直接酯化法、羧酸酰化酯化法、醇酯交换法、酸酐酯化法、酶催化合成法等，但植物甾醇油酸酯作为商品主要用于食品添加剂及药物、化妆品等，其安全性必须贯彻整个生产过程，同时得兼顾合成酯化率及生产成本和生产的便利性等因素，必须选择合适的合成路线及方法才能克服这些因素的制约。
直接酯化法是由醇与羧酸在催化剂等条件下直接化合生成酯。在相同羧酸条件下，直接酯化法中，醇的结构与醇和酸的酯化反应的难易程度有较大关系，伯醇羟基受结构影响小，反应速度最快，仲醇次之，叔醇中羟基键角最小，受三个成键轨道的“挤压”，空间位阻大，反应速度最小。植物甾醇属于仲醇，并且其母体分子骨架为环戊烷全氢菲结构，羟基反应的空间位阻较大，导致其与脂肪酸的羧基直接缩合脱水酯化比较困难，反应速度较慢，合成效率不高。专利CN101985460A，CN102321138A，CN102603846A，CN102190700A，CN103509076A，CN103467556A，US4239691A等属于该类反应，都存在反应效率不高，后期催化剂处理困难，催化剂或溶剂残留有安全隐患的问题。
长碳链饱和以及不饱和脂肪酸、长支链脂肪酸、芳香族羧酸结构都较庞大，直接酯化也存在空间位阻的问题，不宜采用直接酯化法进行合成，该类羧酸采用酰氯酯化法合成酯，却是个比较适合的方法。酰氯的反应活性强，酰氯的酯化反应要比相应的羧酸和酸酐容易进行，可以用来制备难以采用直接酯化法生成的酯。但采用酰氯酯化法合成植物甾醇油酸酯，由于增加了油酸的酰氯化，而增加了反应体系的复杂程度，酰氯的存在致使植物甾醇油酸酯产品的安全性留下重大隐患，增加了提纯难度，采用该方法仍然难以解决产品的安全性问题。
酯交换法是指在反应过程中酯与反应物发生酯基交换，从而生成新的酯和醇的反应。但酯交换法通常采用烷氧基碱金属化合物作为碱性催化剂，这些催化剂应用后，对其处理很有难度，带来非常大的成本压力，对于食品和食品添加剂产品而言，还带来极大的安全隐患。专利CN101538306属于该方法。
酶催化合成法是由于酶具有在温和条件下具有高效和专一的催化性能，在酯的合成、酯交换和内酯化等合成反应中起到催化作用。脂肪酶作为生物催化剂目前已实现商品化。在非水相中通常采用固化酶的方法对肪肪酶进行固载处理，固载脂肪酶进行催化酯化反应，工艺处理比较简单，产物的纯化分离容易，由于酶被固载，其回收与再利用也较容易。但目前脂肪酶价格较高，脂肪酶的固载化处理不可避免地损失一部分脂肪酶及脂肪酶的活性，导致该类酯化方法的生产成本较高。CN102250869A，CN103509076A，CN102618615A，CN103352067A，CN101845473A均属于该类方法，存在着这些问题。
酸酐直接酯化法是由于羧酸酐是比较强的酰化剂，该类酯化反应中没有水生成，生成的羧酸不会使酯发生水解，反应较容易进行完全。一些比较容易制得并且稳定存在的酸酐可与植物甾醇直接酯化得到相应的植物甾醇酯，如植物甾醇乙酸酯，由于乙酸酐较容易制备，并且稳定性好，采用该方法就比较容易制备，目前市面上存在的植物甾醇乙酸酯就是采用酸酐直接酯化法制得。但植物甾醇油酸酯很难以酸酐酯化法合成，因为油酸是长链不饱和酸，酸酐很难制备，并且稳定性很差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种植物甾醇油酸酯的制备方法。
本发明采用羧酸酰化酯化法制备植物甾醇油酸酯，特别是以从植物油提取出的植物甾醇与油酸为反应底物的合成方法，可以有效解决酯化反应慢、产物提纯难，收率低等问题。
本发明提供的植物甾醇油酸酯的制备方法，是在以甲醇作为溶剂的反应体系中，加入植物甾醇和油酸按1:1.8～3的质量比混合作为原料，加入DMAP作为催化剂，80℃搅拌条件下进行酯化反应。
羧酸酰化酯化虽然反应是两步，但羧酸酰化反应比较容易进行，酯化反应是快反应，所以羧酸酰化酯化法是一种重要的酯法方法，特别是对于羧酸难以直接酯化或者是酯化反应平衡容易逆向进行的酯化，该方法尤显优势。
酰化剂的选用是羧酸酰化酯化的关键，它决定了酯化率及反应体系的复杂性。
DMAP，化学名称4-二甲氨基吡啶，分子式为C7H10N，为无色淡黄色粉末或晶体，熔点112℃～113℃，可溶于水、乙醇、丙酮、苯、乙酸乙酯等，微溶于正己烷，在170℃以上温度可以完全分解。由于4-二甲氨基吡啶中吡啶环上的二甲氨基的两个甲基的推电子效应，强烈地增加吡啶环中氮原子的电子云密度，DMAP的C-N键间偶极距由吡啶的2.23D增加到4.40D，使得DMAP的亲核性明显增强。即使在非极性溶剂中，DMAP与酰化试剂也可以形成高浓度的N-酰基-4-二甲氨基吡啶盐，该盐分子中心电荷分散，有一个连接不紧密的离子对形成，在酸碱催化下，与醇、酚、酐(以:YH代表)反应时，有利于Y-向活化的酰基进行亲核性进攻。
DMAP参与的反应有催化剂用量少，产率高，反应条件温和，容易控制，反应时间短，以及适用的溶剂范围广等优点，对于空间位阻大、反应活性低的醇，酯化反应中DMAP的催化作用尤其显著，能使一般条件下难以完成的反应顺利进行，产率较高。
酯化反应容器可以为带搅拌器的玻璃反应釜，搪瓷反应釜，本发明在此不作要求，可以水浴加热并有冷凝回流装置，水浴温度为80℃，反应过程中搅拌速度优选为每分钟100转。
优选地，所述DMAP加入量为植物甾醇质量的0.2～1.0％。该用量范围的催化剂保证了满足反应充分进行的前提下尽量少加，方便后期分解除去，也节省生产成本。
优选地，80℃搅拌条件下进行酯化反应时间为3～7小时。合适的酯化反应时间有利于反应效率的提高。
优选地，所述甲醇溶剂加入质量为植物甾醇质量的2～3倍。
优选地，上述制备方法还包括精制步骤，即酯化反应结束后的混合物进行分子蒸馏，分子蒸馏温度为170～200℃，将多余的油酸分离出去，同时DMAP热分解除去，得到精制的植物甾醇油酸酯。
优选地，植物甾醇和油酸的质量比为1:1.4，DMAP加入量为植物甾醇质量的1.0％，甾醇和甲醇用量的质量体积比为1:3，80℃搅拌条件下进行酯化反应3小时；酯化反应结束后的混合物进行分子蒸馏的温度为190℃。
采用上述工艺组合，所得植物甾醇酯纯度最高。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的植物甾醇油酸酯的制备方法，采用羧酸酰化酯化，可以有效解决酯化反应慢、产物提纯难，收率低等问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
取100g植物甾醇(江西宜春大海龟生命科学有限公司，纯度为99％)于玻璃反应器中，加入油酸(江西宜春大海龟生命科学有限公司99％)，甲醇(国药集团化学试剂有限公司，AR)，催化剂4-二甲氨基吡啶(国药集团化学试剂有限公司，AR)，水溶加热回流，水浴温度为80℃，以每分钟100转速度进行搅拌，具体反应条件如下实例表一：
表一反应条件与产物纯度关系表
从上表可以看出，植物甾醇酯的纯度较高，反应进行得较好。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (4)
1.一种植物甾醇油酸酯的制备方法，其特征在于，在以甲醇作为溶剂的反应体系中，加入植物甾醇和油酸按1:1.8～3的质量比混合作为原料，加入DMAP作为催化剂，所述DMAP加入量为植物甾醇质量的0.2～1.0％，80℃搅拌条件下进行酯化反应；
还包括精制步骤，即酯化反应结束后的混合物进行分子蒸馏，分子蒸馏温度为170～200℃，将多余的油酸分离出去，同时DMAP热分解除去，得到精制的植物甾醇油酸酯。
2.根据权利要求1所述的植物甾醇油酸酯的制备方法，其特征在于，80℃搅拌条件下进行酯化反应时间为3～7小时。
3.根据权利要求1所述的植物甾醇油酸酯的制备方法，其特征在于，所述甲醇溶剂加入质量为植物甾醇质量的2～3倍。
4.根据权利要求1所述的植物甾醇油酸酯的制备方法，其特征在于，DMAP加入量为植物甾醇质量的1.0％，甾醇和甲醇用量的质量体积比为1:3，80℃搅拌条件下进行酯化反应3小时；酯化反应结束后的混合物进行分子蒸馏的温度为190℃。
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