CN107216253A - 一种利用酶-化学联合技术从大豆油脱臭馏出物中提取ve、甾醇的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用酶‑化学联合技术从大豆油脱臭馏出物中提取VE、甾醇的生产方法，所述方法包括首先利用固定化脂肪酶作为催化剂将脱臭馏出物中的脂肪酸转化为脂肪酸甲酯，然后利用甲醇钠作为催化剂对物料进行酯交换反应将脱臭馏出物中的甘油酯和甾醇酯转化为脂肪酸甲酯、甘油和甾醇，水洗去除甘油，冷却、结晶、过滤得到粗甾醇，再通过蒸馏得到脂肪酸甲酯和VE。本发明利用脂肪酶代替强酸进行酯化反应，在温和条件下将脱臭馏出物中的脂肪酸转化为脂肪酸甲酯，不会产生废水，操作简单，无环境污染，容易实现工业化，显著提高脂肪酸甲酯和甾醇的收率，并且通过酶法和化学法的结合，最终得到较高纯度的VE和粗甾醇。

Description

一种利用酶-化学联合技术从大豆油脱臭馏出物中提取VE、甾醇的生 产方法
技术领域
本发明属于生物化工技术领域，具体地说是一种利用酶-化学联合技术从大豆油脱臭馏出物中提取VE、甾醇的生产方法。
背景技术
天然VE具有抗自由基、抗氧化、抗衰老、提高免疫等重要的生理功能，并且天然VE在生理活性及安全性上都优于合成VE是一种无毒高效的天然抗氧化剂，目前被广泛应用于油脂、食品、化妆品、医药等工业产品中。
植物油及其加工副产物是植物甾醇最丰富的来源，主要包括菜油甾醇、豆甾醇和谷甾醇，其广泛应用在食品、医药、化妆品、动物生长剂及纸张加工、印刷、纺织等领域，特别是在欧洲作为食品添加剂非常普遍，广泛用于食品中以降低人体胆固醇。
天然VE和甾醇的提取主要来源是油脂精炼过程得到的副产物脱臭馏出物，脱臭馏出物中主要含游离脂肪酸(45％-65％)、甘油酯(16％-25％)、生育酚(7％-10％)、植物甾醇(6％-10％)、甾醇酯及其他氧化分解产物等。由于天然VE和游离脂肪酸以及甘油酯的很多性质相似，因此直接从脱臭馏出物中获得天然VE比较困难，目前可行的方法是将脱臭馏出物中的脂肪酸和甘油酯转化为生物柴油，再通过蒸馏的方式将生物柴油和VE进行分离。
专利CN201010140389.1使用固体酸作为催化剂催化游离脂肪酸的甲酯化和甘油酯的酯交换。专利CN02147814.7利用甲醇钠作为催化剂对脱臭馏出物进行处理，得到脂肪酸甲酯后通过蒸馏富集VE。然而前面所述的工艺对馏出物中的甘油酯的转化并不明显，导致后面分离VE和甾醇都比较困难，因此很多研究者采用两步法催化。首先利用强酸催化脂肪酸的甲酯化反应，然后利用碱催化甘油酯的转酯化反应。专利CN1074217利用浓硫酸酯化，利用碱醇解甘油酯，水洗，干燥等工艺，再进行高真空蒸馏对VE进行提纯。虽然两步法提纯VE工艺在分离VE和甾醇过程中无论是收率还是操作都优于一步法工艺，但是其过程先使用强酸酯化，再使用强碱酯交换，存在着能耗高，腐蚀设备，产生大量废水等一系列问题，而且在强酸强碱处理过程中会导致VE的损失。与酸碱法相比，酶催化反应具有条件温和、高效专一、无污染、副产物少等优点，近年来受到国内外研究者的高度重视。
专利CN101225414A利用脂肪酶先将脱臭馏出物中的甘油三酯水解成脂肪酸，然后再利用脂肪酶将脂肪酸和甲醇酯化，然后过滤、脱溶、冷冻脱甾醇，最后通过二次分子蒸馏去除甲酯得到天然VE和甾醇。专利CN101153035先通过结晶预先分离粗甾醇和分子蒸馏分离甾醇酯等重组分，先后采用两种脂肪酶分别实现脱臭馏出物中的游离脂肪酸的甲酯化和甘油酯的转酯化，然后运用分子蒸馏技术实现脂肪酸甲酯和维生素E的分离，得到维生素E浓缩品。还有许多其他专利和文章对酶法催化植物油脱臭馏出物反应进行了描述，但是目前酶法工艺依然很少用到工业化生产中，一方面是酶的成本问题，另外一方面是没有有效的将脱臭馏出物中的甘油酯和甾醇酯醇解。
综上所述，利用强酸强碱从植物油脱臭馏出物中提纯维生素E的工艺，酯化和醇解都能反应完全，故甾醇和甲酯的收率都很高，但是存在着工序繁琐，产品品质不好，产生大量废水，劳动强度大等缺点。利用酶法从植物油脱臭馏出物中提纯维生素E的工艺，具有反应条件温和，不产生废水，得到产品的品质高等优点，但是由于脱臭馏出物中的甘油三酯和甾醇酯醇解不完全，导致后续的分离困难，甲酯和甾醇的收率也有所降低。酶法和化学法结合，可以弥补各自的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种利用酶-化学联合技术从大豆油脱臭馏出物中提取VE、甾醇的生产方法。利用固定化脂肪酶对脱臭馏出物进行酯化反应，使其中的脂肪酸全部转化为脂肪酸甲酯，然后利用化学法进行醇解，使其中的甘油酯和甾醇酯转化为脂肪酸甲酯及甾醇。本发明结合了酶法和化学法的优点，酯化过程反应条件温和，对VE破坏少，过程不用水洗，避免废水产生；醇解过程反应完全，能够将甘油酯和甾醇酯完全转化，提高VE和甾醇的收率，同时副产物生物柴油的收率也有提高。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种利用酶-化学联合技术从大豆油脱臭馏出物中提取VE、甾醇的生产方法，1)甲酯化，以大豆油脱臭馏出物为原料，加入甲醇、固定化脂肪酶，进行酯化反应；其中，甲醇的用量为10～50v/m％固定化脂肪酶的添加量为0.5～10m/m％，反应温度为20～50℃，物料中的脂肪酸酯化反应的时间为1～5h，以得到产物1；2)酯交换，以甲醇钠为催化剂，将步骤1)中酯化反应后的物料作为底物进行醇解反应，以得到产物2，其中，甲醇的添加量为10～30v/m％，甲醇钠的添加量为1～3％v/m；3)水洗，将酯交换后的产物加酸中和，水洗至中性，得到水洗产物3；4)冷析，将步骤3)的产物3进行梯度降温、结晶、过滤，得到粗甾醇；以及5)将步骤4)的滤液通过蒸馏得到脂肪酸甲酯和VE组分。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤1)中所述固定化脂肪酶为固定化脂肪酶Novozym 435、Lipozyme TL IM、Lipozyme RM IM中的一种或多种。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤1)中所述固定化脂肪酶的添加量为脱臭馏出物质量的0.5～10m/m％。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤1)中所述甲醇的添加量为脱臭馏出物质量的10～50v/m％。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤1)中酯化反应的温度为20～50℃。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤1)中酯化反应的时间为1～5h。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤2)的酯交换中甲醇的添加量为10～30v/m％。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤2)的酯交换中甲醇钠的添加量为0.3～3v/m％。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤2)的酯交换反应温度为60～70℃。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤4)中粗甾醇的结晶方法为1～2℃/hr冷冻到3～15℃，保持2～10h，然后抽滤分离粗甾醇。
本发明的优选技术方案中，优选地，步骤5)中蒸馏分离甲酯温度为150～240℃，分离VE温度为240～280℃，操作压力为1～50Pa。
本发明的有益效果主要体现在：1)酯化反应利用脂肪酶代替强酸，反应条件温和，有利于维生素E的回收和利用，另外过程不需要水洗，不会产生废水。2)酯交换反应使用甲醇钠做催化剂可以将物料中的甘油三酯和甾醇酯完全醇解，不仅有利于后续VE的提纯，而且提高了甾醇和生物柴油的得率。3)酶-化学技术的联合使用，能够有效的避免彼此的缺点，改善传统工艺高耗能、高污染的弊端。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明做进一步说明，本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
实施例1
100g植物油脱臭溜出物(购自南通嘉吉粮油有限公司)，加入10ML甲醇，加入5g固定化脂肪酶Novozym435，控制温度40℃，搅拌反应1h后停止反应。过滤回收固定化脂肪酶，减压或者常压脱溶后加入50ML甲醇，滴加1ML甲醇钠，70℃搅拌2h完成酯交换反应。反应完成后加入适量的硫酸中和，水洗成中性后的料液以2℃/hr冷冻到10℃，结晶8h，过滤得到滤饼粗甾醇和滤液。滤液去蒸馏，其中150℃-240℃收集甲酯馏分，240-280℃收集VE馏分，操作压力为1-50Pa。
实施例2
500g植物油脱臭溜出物(购自南通嘉吉粮油有限公司)，加入150ML甲醇，加入2.5g固定化脂肪酶Novozym 435，控制温度50℃，搅拌反应5h后停止反应。过滤回收固定化脂肪酶，减压或者常压脱溶后加入40ML甲醇，滴加5ML甲醇钠，70℃搅拌2h完成酯交换反应。反应完成后加入适量的硫酸中和，水洗成中性后的料液以2℃/hr冷冻到5℃，结晶8h，过滤得到滤饼粗甾醇和滤液。滤液去蒸馏，其中150℃-240℃收集甲酯馏分，240-280℃收集VE馏分，操作压力为1-50Pa。
实施例3
1000g植物油脱臭溜出物(购自南通嘉吉粮油有限公司)，加入500ML甲醇，加入100g固定化脂肪酶Lipozyme RM IM，控制温度20℃，搅拌反应3h后停止反应。过滤回收固定化脂肪酶，减压或者常压脱溶后加入200ML甲醇，滴加30ML甲醇钠，60℃搅拌2h完成酯交换反应。反应完成后加入适量的硫酸中和，水洗成中性后的料液以2℃/hr冷冻到15℃，结晶10h，过滤得到滤饼粗甾醇和滤液。滤液去蒸馏，其中150℃-240℃收集甲酯馏分，240-280℃收集VE馏分，操作压力为1-50Pa。
实施例4
1000g植物油脱臭溜出物(购自南通嘉吉粮油有限公司)，加入500ML甲醇，加入100g固定化脂肪酶Lipozyme TL IM，控制温度50℃，搅拌反应5h后停止反应。过滤回收固定化脂肪酶，减压或者常压脱溶后加入300ML甲醇，滴加30ML甲醇钠，60℃搅拌1h完成酯交换反应。反应完成后加入适量的硫酸中和，水洗成中性后的料液以2℃/hr冷冻到15℃，结晶15h，过滤得到滤饼粗甾醇和滤液。滤液去蒸馏，其中150℃-240℃收集甲酯馏分，240-280℃收集VE馏分，操作压力为1-50Pa。
实施例5
1000g植物油脱臭溜出物(购自南通嘉吉粮油有限公司)，加入500ML甲醇，加入100g固定化脂肪酶Novozym 435，控制温度50℃，搅拌反应3h后停止反应。过滤回收固定化脂肪酶，减压或者常压脱溶后加入300ML甲醇，滴加30ML甲醇钠，60℃搅拌2h完成酯交换反应。反应完成后加入适量的硫酸中和，水洗成中性后的料液以1℃/hr冷冻到3℃，结晶2h，过滤得到滤饼粗甾醇和滤液。滤液去蒸馏，其中150℃-240℃收集甲酯馏分，240-280℃收集VE馏分，操作压力为1-50Pa。
上文中描述了本发明的具体实施方式。但是在本领域中的普通技术人员能够理解，不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书限定的范围内。

Claims (10)

1.一种利用酶-化学联合技术从大豆油脱臭馏出物中提取VE、甾醇的生产方法，所述方法包括以下步骤：
1)甲酯化，以大豆油脱臭馏出物为原料，加入甲醇、固定化脂肪酶，进行酯化反应；其中，甲醇的用量为10～50v/m％固定化脂肪酶的添加量为0.5～10m/m％，反应温度为20～50℃，物料中的脂肪酸酯化反应的时间为1～5h，以得到产物1；
2)酯交换，以甲醇钠为催化剂，将步骤1)中酯化反应后的物料作为底物进行醇解反应，以得到产物2，其中，甲醇的添加量为10～30v/m％，甲醇钠的添加量为1～3v/m％；
3)水洗，将酯交换后的产物加酸中和，水洗至中性，得到水洗产物3；
4)冷析，将步骤3)的产物3进行梯度降温、结晶、过滤，得到粗甾醇；以及
5)将步骤4)的滤液通过蒸馏得到脂肪酸甲酯和VE组分。
2.如权利要求1所述的生产方法，其中，步骤1)中所述固定化脂肪酶为固定化脂肪酶Novozym 435、Lipozyme TL IM、LipozymeRM IM中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的生产方法，其中，步骤1)中所述固定化脂肪酶的添加量为脱臭馏出物质量的0.5～10m/m％。
4.如权利要求1所述的生产方法，其中，步骤1)中所述甲醇的添加量为脱臭馏出物质量的10～50v/m％。
5.如权利要求1所述的生产方法，其中，步骤1)中酯化反应的温度为20～50℃。
6.如权利要求1所述的生产方法，其中，步骤1)中酯化反应的时间为1～5h。
7.如权利要求1所述的生产方法，其中，步骤2)的酯交换中甲醇的添加量为10～30v/m％，优选为0.3～3v/m％。
8.如权利要求1所述的生产方法，其中，步骤2)的酯交换反应温度为60～70℃。
9.如权利要求1所述的生产方法，其中，步骤4)中粗甾醇的结晶方法为1～2℃/hr冷冻到3～15℃，保持2～10h，然后抽滤分离粗甾醇。
10.如权利要求1所述的生产方法，其中，步骤5)中蒸馏分离甲酯温度为150～240℃，分离VE温度为240～280℃，操作压力为1～50Pa。
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