CN105884849A - 一种植物甾醇酯制备与纯化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物甾醇酯制备方法，包括植物甾醇和脂肪酸在真空条件下或氮气气氛下，在合适的温度下，脂肪酸的羧基与植物甾醇中的羟基进行酯化反应，得到植物甾醇酯，其中在所述反应过程中无需额外添加任何催化剂和溶剂。本发明的方法大大简化了生产工艺，降低了生产成本，并提高了产品品质。

Description

一种植物甾醇酯制备与纯化方法

技术领域：

本发明属于新资源食品技术领域，涉及一种植物甾醇酯制备方法，特别涉及一种通过植物甾醇与脂肪酸的自催化酯化反应制备植物甾醇酯的方法，并涉及所述植物甾醇酯的纯化。

技术背景：

世界卫生组织在最近的一份报告中指出，心脑血管疾病每年可夺走全世界1200万人的生命，是威胁人类健康的头号杀手。据国家卫生部门调查统计，我国每年死于心脑血管疾病近300万人，占我国每年总死亡病因的51％，且出现发病低龄化趋势。

植物甾醇(酯)是近年来在国际食品行业热门的营养元素，是国际营养学会推荐的未来十大功能性营养成分之一，被美国食品及药物管理局(FDA)认可为“降低血脂、预防动脉硬化”的天然保健食品新原料，是预防心脑血管疾病的“生命的钥匙”。早在1951年人们就发现了植物甾醇的降胆固醇功效，人体每天摄入1.5～3.0g植物甾醇可使低密度脂蛋白水平降低8％～15％。除此之外，植物甾醇还具有抗癌、抗动脉粥样硬化、抗氧化和抗炎等功效，被广泛应用于制药、保健品和化妆品等工业。但是植物甾醇无法被人体合成，只能从日常膳食中摄取。然而，膳食中植物甾醇的吸收率很低，约5％左右，每天摄入量仅为0.2～0.4克，达不到降低人体胆固醇的需要量。目前阻碍植物甾醇有效利用的最重要原因是植物甾醇的溶解性。游离的植物甾醇在水与油脂中的溶解性都很低，直接作用于人体时吸收率很低，导致其生物可利用性差。目前主要通过把植物甾醇转化为植物甾醇酯，以提高植物甾醇的溶解度。研究发现以酯形式存在的植物甾醇，方便植物甾醇在含脂食品中的溶解，能达到20％-40％的生物利用率，便于人体吸收。

植物甾醇酯由植物甾醇和油酸、亚油酸等脂肪酸或酯通过化学法或生物酶法合成得到。在制备植物甾醇酯的方法中，生物酶法一般要求在反应过程中添加有机溶剂，酶价格昂贵且易失活，对反应条件要求苛刻，而且反应时间长，生产效率低，生产成本较高，还没有广泛的应用价值。在传统化学法工艺中，常采用强酸(如H₂SO₄、H₃PO₄和对甲苯磺酸等)、强碱(如NaOH和KOH)为催化剂。但是液体强酸催化剂会造成植物甾醇羟基脱水，强碱易引起皂化反应而造成反应困难和物料损失。此外，这类均相催化剂还有强腐蚀性及不易分离等缺点，催化剂本身和被腐蚀物可能进入植物甾醇酯产品，容易对人体健康产生危害。

针对化学催化法和生物酶催化法存在的问题，本发明提供一种新的通过酯化反应制备植物甾醇酯的方法，其通过热动力学控制，以反应原料油酸作为催化剂催化酯化反应自发进行以制备出高产率、安全可靠的植物甾醇酯。本发明的方法不需额外添加无机、有机类催化剂和额外添加溶剂，同时在制备工艺中省去了催化剂和溶剂除去、产品洗涤、干燥等步骤，大大简化生产工艺，降低生产成本，并提高产品品质。

发明内容

本发明涉及一种植物甾醇酯制备方法，该方法通过植物甾醇与脂肪酸的酯化反应制备植物甾醇酯。

本发明的方法使用重量比为1∶1.5～3∶1的脂肪酸和植物甾醇，在0.1～1.33kPa真空的条件下或氮气流动气氛下，在120～260℃的温度下在200转/分钟的转速下连续搅拌，脂肪酸的羧基与植物甾醇的羟基发生酯化反应，反应2～20小时，得到植物甾醇酯。其中在所述反应过程中无需额外添加催化剂和任何溶剂。

本发明的方法进一步包含将所得到的植物甾醇酯纯化的步骤，包括：在反应完成后，用有机醇在一定温度下机械搅拌洗涤，离心分层，分出上层液；然后向分离出的下层油层里继续加入有机溶剂，如此反复3次以上后，将下层油层离心、减压蒸馏以除去残余有机醇，得到植物甾醇酯产品，洗涤后的有机醇溶剂通过减压蒸馏回收，可重新用作洗涤溶剂，避免常规碱洗和酸洗带来的环境污染以及对碱液和酸液对植物甾醇酯的污染。

所用的植物甾醇是指一类高碳环型一元仲醇及其混合物，其分子的基本骨架由三个六元环和一个五元环组成的环戊烷多氢菲核，C-3位上连有一个羟基，C-17位连有由8-10个碳原子构成的侧链。植物甾醇例如可以是β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇等几种甾醇及其混合物，其结构式如下：

所用的脂肪酸是指碳链碳原子数为12-24的饱和和/或不饱和脂肪酸中的一种或任意两种混合物，任意两种脂肪酸的混合比例为此比例1∶9～9∶1。所述脂肪酸例如为月桂酸、肉蔻酸、棕榈酸和硬脂酸。

其中洗涤所用的有机醇为乙醇、丙醇或丁醇，洗涤温度为40～110℃。

反应转化率由植物甾醇的转化率来表示，其指的是参与反应消耗的植物甾醇的量占原有原料植物甾醇的百分比。本实验采用气相色谱内标法定量测定并计算反应的转化率和产率。

转化率和产率测定方法如下：

本实验采用气相色谱内标法定量测定并计算植物甾醇的转化率。实验选择植物甾醇含量为95.3％的标准样品，胆植物甾醇作为内标物。首先加入标准样品100mg，胆植物甾醇(内标物)称30mg，误差±0.3mg，同时向烧瓶中加9ml吡啶，3ml乙酸酐。加磁子搅拌，开冷凝水回流，加热回流至130℃。从第一滴回流开始计时，反应15min后，停止反应，将反应液倒入样品瓶中准备进样。

产物样品的衍生与标准样品的衍生相同，首先准确称取100～120mg的样品，胆植物甾醇(内标物)称30mg，误差±0.3mg，同时向烧瓶中加9ml吡啶，3ml乙酸酐。加磁子搅拌，开冷凝水回流，加热回流至130℃。从第一滴回流开始计时，反应15min后，停止反应，将反应液倒入样品瓶中准备进样。

气相色谱分析条件为：色谱柱：HP-5号石英毛细管气相色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；检测器：FID，柱温280℃(程序升温，起始温度50℃，保持1min，升温速率35℃/min，升至250℃保持1min，此后升温速率改为30℃/min，升至终温280℃，保持30min左右)，柱流量1.0ml/min，气化室温度290℃，FID检测器温度300℃，载气为氮气，分流比30∶1。进样量3μL，柱压15MPa。

待测样品的总植物甾醇含量计算遵照方程(1)。其中，Y表示待测样品的总植物甾醇含量，F是校正因子，A_样品是样品中菜籽植物甾醇、菜油植物甾醇、豆植物甾醇、谷植物甾醇的对应峰面积的总和，A_内标物表示内标物胆植物甾醇的对应峰面积，m_内标物是胆固醇的质量，约30mg，m_样品是待测样品的质量，约100mg。

校正因子F由第一组进样的已知纯度为95.30％的植物甾醇标准品根据方程(1)求得。在测得产物中剩余的植物甾醇含量后，可根据公式2计算出植物甾醇的转化率。

$C=(1-\frac{Y_2}{Y_1})\×100\%---\left(2\right)$

其中：C，植物甾醇转化率；

Y₁，反应前植物甾醇含量；

Y₂，反应后植物甾醇含量。

植物甾醇酯产率的计算与植物甾醇转化率相似，首先准确称取100-120mg的样品，加入1mol/L的KOH-乙醇溶液20ml，在80℃水浴搅拌条件下皂化反应2h，使植物甾醇酯全部转化成植物甾醇，取出后往样品中加入20ml NaCl饱和溶液，混合均匀后将反应溶液放入分液漏斗中，用50ml异丙醚分三次萃取，合并萃取液，加入去离子水水洗至上层异丙醚层为中性，分液后将上层溶液减压蒸馏，再将得到的样品中加入胆植物甾醇(内标物)30mg，误差±0.3mg，同时向烧瓶中加9ml吡啶，3ml乙酸酐。加磁子搅拌，开冷凝水回流，加热回流至130℃。从第一滴回流开始计时，反应15min后，停止反应，将反应液倒入样品瓶中准备进样。

待测样品的总植物甾醇含量计算遵照公式(1)。通过测得产物中剩余的植物甾醇含量和皂化反应后产物中的植物甾醇含量可以计算得出反应生成的植物甾醇含量，再根据公式(3)计算出植物甾醇酯产率。

$R=\frac{P_2-P_3}{P_1}\×100\%---\left(3\right)$

其中：R，植物甾醇酯产率；

P₁，完全反应所得植物甾醇酯的理论含量；

P₂，催化酯化反应后所得植物甾醇酯含量；

P₃，原料中植物甾醇酯含量。

附图说明

图1本发明实施例4的产物气相色谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步示例性地详细说明本发明。本发明使用的任何原料和试剂可市场购得，在下面的实施例中，所使用的各种试剂与化合物均购自中粮集团。

实施例1

称取植物甾醇100克，月桂酸135克和油酸15克，反应温度为120℃，反应20小时，反应过程抽真空，压力为1.33kPa。反应结束后，停止加热，让反应自然降温到60℃左右，加100ml乙醇进行洗涤，然后离心分离。未反应的反应物溶解到乙醇上层。分离乙醇上层，下层为植物甾醇酯初产品，再向其中加入100ml乙醇进行洗涤，反复洗涤3次以上，回收上层乙醇液，下层植物甾醇酯含有少量乙醇通过蒸馏除去，得到植物甾醇酯产品。所得反应的转化率和产率通过气相色谱测定，按照公式(1)、(2)和(3)计算转化率和产率，计算得此条件下植物甾醇转化率为92.7％，产率89.2％。

实施例2

称取植物甾醇100克，二十四碳酸300克，反应温度为260℃，反应8小时，反应过程抽真空，压力为1.33kPa。反应结束后，停止加热，让反应自然降温到110℃左右，加100ml丁醇进行洗涤，然后离心分离。未反应的反应物溶解到丁醇上层。分离丁醇上层，下层为植物甾醇酯初产品，再向其中加入100ml丁醇进行洗涤，反复洗涤3次以上，上层丁醇液进行回收，下层植物甾醇酯含有少量丁醇通过加压蒸馏除去，得到植物甾醇酯产品。所得反应的转化率和产率通过气相色谱测定，按照公式(1)、(2)和(3)计算转化率和产率，计算得此条件下植物甾醇转化率为90.1％，产率85.3％。

实施例3

称取植物甾醇100克，油酸180克和葵花酸20克，反应温度为200℃，反应过程通氮气，反应6小时，反应结束后，停止加热，让反应自然降温到100℃左右，加120ml丁醇进行洗涤，然后离心分离。未反应的反应物溶解到丁醇上层。分离丁醇上层，下层为植物甾醇酯初产品，再向其中加入120ml丁醇进行洗涤，反复洗涤3次以上，上层丁醇液进行回收，下层植物甾醇酯含有少量丁醇通过减压蒸馏除去，得到植物甾醇酯产品。所得反应的转化率和产率通过气相色谱测定，按照公式(1)、(2)和(3)计算转化率和产率，计算得此条件下植物甾醇转化率为95.1％，产率92.4％。

实施例4

称取植物甾醇100克，肉桂酸300克，反应温度为220℃，反应过程通氮气，反应10小时。反应结束后，停止加热，让反应自然降温到60℃左右，加100ml乙醇进行洗涤，洗涤方法和转化率及产率计算方法如实施例1。得到反应转化率为99.2％，产率94.3％。

Claims (10)

1.一种植物甾醇酯制备方法，包括植物甾醇和脂肪酸在0.1～1.33kPa真空的条件下或氮气气氛下，在合适的温度下，脂肪酸的羧基与植物甾醇中的羟基发生酯化反应，得到植物甾醇酯，其中在所述反应过程中无需额外添加任何催化剂和溶剂。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述植物甾醇选自β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇及其混合物。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述脂肪酸是指碳链碳原子数为12-24的饱和和/或不饱和脂肪酸中的一种或任意两种混合物，任意两种脂肪酸的混合比例为1∶9～9∶1。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述脂肪酸为月桂酸、肉蔻酸、棕榈酸和硬脂酸。

5.如权利要求1所述的方法，其中所用脂肪酸和植物甾醇的重量比为1∶1.5～3∶1。

6.如权利要求1所述的方法，其中反应温度为120～260℃。

7.如权利要求1所述的方法，其中反应时间为2～20小时。

8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将所得植物甾醇酯纯化的步骤：将所得植物甾醇酯用有机醇在一定温度下机械搅拌洗涤，离心分层，分出上层液；接着向分离出的下层油层里继续加入有机醇，如此反复洗涤3次以上，然后将所得下层油层离心、减压蒸馏以除去残余有机醇，得到植物甾醇酯产品。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述有机醇为乙醇、丙醇或丁醇。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述洗涤温度为40～110℃。