CN109265508B - 离子液体复合萃取体系和分离植物甾醇同系物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及植物甾醇同系物分离领域，公开了离子液体复合萃取体系和分离植物甾醇同系物的方法。离子液体复合萃取体系包括：复合萃取剂和弱极性有机溶剂，所述复合萃取剂包括离子液体和稀释剂；其中，所述离子液体含有咪唑类阳离子，和选自Cl‑、Br‑、I‑、NO3 ‑、ClO4 ‑、BF4 ‑、PF6 ‑、CF3SO3 ‑、CH3COO‑、N(C2F5SO2)2 ‑、C(CF3SO2)3 ‑、NO3 ‑、CH3SO3 ‑和CF3CO2 ‑中的至少一种的阴离子；其中，所述离子液体复合萃取体系中，所述离子液体的摩尔分数为1‑40％，所述稀释剂的摩尔分数为1‑49％，所述弱极性有机溶剂的摩尔分数为30‑60％。可以提供更有效地分离植物甾醇同系物。
Description
技术领域
本发明涉及植物甾醇同系物分离领域，具体涉及离子液体复合萃取体系和分离植物甾醇同系物方法。
背景技术
植物油中的混合植物甾醇在油脂精炼过程中，约有35-40％的量进入了脱臭馏出物(植物油的加工副产物)，通过提取可以得到一些经济价值较高的植物甾醇同系物。不仅能充分利用油脂精炼副产物，生产出高附加值的植物甾醇产品，取得较好的经济效益，同时还可以减少脱臭馏出物排放造成的环境污染。
但是天然活性同系物分离是最具难度的化工分离过程之一。植物甾醇同系物之间的结构都很相似，生物活性相差很大，分离难度很大。至今没有一项技术(如溶剂结晶法、树脂吸附法和传统液-液萃取法)能把植物甾醇同系物的分离成本控制在可接受的范围，通过多次结晶或萃取等操作得到的产品仍达不到高纯度要求。
《结晶法分离纯化大豆甾醇中β-谷甾醇和豆甾醇单体》(万建春、姜波，食品科技，2008(08)，127-131)公开了采用结晶法提纯豆甾醇和β-谷甾醇，经4次结晶操作后才使β-谷甾醇的纯度达到90％。
目前，国内外关于植物甾醇同系物分离纯化技术有AgNO3络合色谱法、高效液相色谱法(HPLC)、硅胶柱层析法、金属螯合树脂吸附法、溶剂结晶法和液-液萃取法等。
离子液体具有独特的理化性质，尽管在萃取分离方面显示出高选择性的独特优势，但要想真正应用离子液体以解决植物甾醇同系物的分离纯化，还亟待解决离子液体在传质和极性上的不足。而且单纯依靠离子液体自身结构的调节难以达到满意的效果。
需要提供一种能用于萃取分离有效分离植物甾醇同系物，尤其是豆甾醇和β-谷甾醇、或者菜油甾醇和菜籽甾醇的萃取体系。
发明内容
本发明的目的是为了解决使用离子液体进行植物甾醇同系物萃取分离存在的分离选择性差，分离产物纯度低的问题，提供了离子液体复合萃取体系和分离植物甾醇同系物的方法，该复合萃取体系可以对植物甾醇同系物提供更好的萃取效果。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种离子液体复合萃取体系，包括：复合萃取剂和弱极性有机溶剂，所述复合萃取剂包括离子液体和稀释剂；其中，所述离子液体含有咪唑类阳离子，和选自Cl-、Br-、I-、NO3 -、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、CH3COO-、N(C2F5SO2)2 -、C(CF3SO2)3 -、NO3 -、CH3SO3 -和CF3CO2 -中的至少一种的阴离子；其中，所述离子液体复合萃取体系中，所述离子液体的摩尔分数为1-40％，所述稀释剂的摩尔分数为1-49％，所述弱极性有机溶剂的摩尔分数为30-60％。
优选地，所述离子液体复合萃取体系的氢键碱度为0.91-0.96，偶极性为0.84-1.06。
优选地，所述咪唑类阳离子为式(1)所示的化合物，其中，R1和R2各自独立地选自C1-C8的烷基，
优选地，所述离子液体的阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑、1-己基-3-甲基咪唑或1-辛基-3-甲基咪唑。
优选地，所述稀释剂选自甲醇、丙酮、乙酸、乙腈、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述弱极性溶剂选自正己烷、环己烷、正庚烷和石油醚中的至少一种。
优选地，所述离子液体复合萃取体系选自1-丁基-3-甲基咪唑-氯、乙腈和正己烷组成的复合萃取体系，或者1-丁基-3-甲基咪唑-氯、N,N-二甲基甲酰胺和正己烷组成的复合萃取体系。
本发明第二方面提供一种分离植物甾醇同系物的方法，包括将含有植物甾醇同系物的物料与本发明的离子液体复合萃取体系相接触进行萃取分离。
优选地，所述萃取分离的条件包括：萃取温度为30-40℃，萃取时间为15-25min；所述离子液体复合萃取体系中，离子液体：稀释剂：弱极性有机溶剂的摩尔分数比＝1:(1-9):(2-10)。
优选地，所述植物甾醇同系物为豆甾醇和β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇。
优选地，含有豆甾醇和β-谷甾醇的物料中，豆甾醇的含量≥36重量％。含有菜油甾醇和菜籽甾醇的物料中，菜油甾醇的含量≥30重量％。
通过上述技术方案，本发明提供了可以通过萃取分离有效地分离植物甾醇同系物中的同系物化合物的离子液体复合萃取体系。该萃取体系包括多种组分，可以具有显著增加的分配系数和萃取选择性系数。例如，1-丁基-3-甲基咪唑-氯、乙腈和正己烷组成的复合萃取体系，可以有效地分离豆甾醇和β-谷甾醇同系物，当1-丁基-3-甲基咪唑-氯的摩尔分数为10％时，豆甾醇的分配系数可达7.89，豆甾醇对β-谷甾醇的分离选择性可达65.8，豆甾醇纯度可达98.3％。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种离子液体复合萃取体系，包括：复合萃取剂和弱极性有机溶剂，所述复合萃取剂包括离子液体和稀释剂；其中，所述离子液体含有咪唑类阳离子，和选自Cl-、Br-、I-、NO3 -、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、CH3COO-、N(C2F5SO2)2 -、C(CF3SO2)3 -、NO3 -、CH3SO3 -和CF3CO2 -中的至少一种的阴离子；其中，所述离子液体复合萃取体系中，所述离子液体的摩尔分数为1-40％，所述稀释剂的摩尔分数为1-49％，所述弱极性有机溶剂的摩尔分数为30-60％。
本发明中，匹配特定的离子液体、稀释剂和弱极性有机溶剂而形成所述离子液体复合萃取体系，可以实现通过萃取分离的方法更有效地分离植物甾醇同系物。
根据本发明，所述离子液体复合萃取体系中各组分匹配，优选地，所述离子液体的摩尔分数为5-30％，所述稀释剂的摩尔分数为20-45％，所述弱极性有机溶剂的摩尔分数为40-50％。
根据本发明，含有上述组分的所述离子液体复合萃取体系可以具有特定溶解特性，可以更好地分离植物甾醇同系物。优选地，所述离子液体复合萃取体系的氢键碱度为0.91-0.96，偶极性为0.84-1.06。所述离子液体复合萃取体系具有的上述所述氢键碱度和偶极性可以相互作用，共同决定植物甾醇同系物中的目标萃取物的溶解度，可以提供更好的萃取分离效果。所述离子液体复合萃取剂的所述氢键碱度和偶极性可以通过Kamlet-Taft溶剂化显色参数关联方法测定。
根据本发明，选择合适的离子液体可以形成具有高选择性离子液体复合萃取体系。优选地，所述咪唑类阳离子为式(1)所示的化合物，其中，R1和R2各自独立地选自C1-C8的烷基，
根据本发明，优选地，R1和R2各自独立地为甲基、丁基、己基或辛基。
根据本发明，进一步地，所述离子液体的阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑、1-己基-3-甲基咪唑或1-辛基-3-甲基咪唑。
本发明中，优选地，所述离子液体包括阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim])、1-己基-3-甲基咪唑([Hmim])或1-辛基-3-甲基咪唑([Omim])；阴离子为Cl-、Br-、I-、NO3 -、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、CH3COO-、N(C2F5SO2)2 -、C(CF3SO2)3 -、NO3 -、CH3SO3 -和CF3CO2 -中的至少一种。
优选地，所述离子液体可以选自[Bmim][Cl]、[Bmim][Br]、[Bmim][BF4]、[Bmim][CF3AcO]、[Bmim][CF3SO3]、[Bmim][HSO4]、[Bmim][N(CN)2]、[Bmim][NO3]、[Bmim][NTf2]、[Bmim][OAc]、[Bmim][PF6]、[Bmim][SCN]、[Bmim][TfO]、[Hmim][Cl]、[Hmim][BF4]、[Hmim][CF3AcO]、[Hmim][CF3SO3]、[Hmim][HSO4]、[Hmim][Br]、[Hmim][N(CN)2]、[Hmim][NO3]、[Hmim][NTf2]、[Hmim][OAc]、[Hmim][PF6]、[Hmim][SCN]、[Hmim][TfO]、[Omim][Cl]、[Omim][BF4]、[Omim][CF3AcO]、[Omim][CF3SO3]、[Omim][HSO4]、[Omim][Br]、[Omim][N(CN)2]、[Omim][NO3]、[Omim][NTf2]、[Omim][OAc]、[Omim][PF6]、[Omim][SCN]、[Omim][TfO]。更优选，所述离子液体为[Bmim][Cl]、[Bmim][Br]或[Bmim][CF3SO3]。上述离子液体的表示以[Bmim][Cl]为例说明，[Bmim]为阳离子，[Cl]为阴离子，其他相似。
根据本发明，所述稀释剂和弱极性有机溶剂可以用于配合所述离子液体，可以实现调控所述离子液体复合萃取体系具有上述的氢键碱度和偶极性，提高萃取分离效果。优选地，所述稀释剂选自甲醇、丙酮、乙酸、乙腈、二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一种，优选为乙腈或DMF；所述弱极性溶剂选自正己烷、环己烷、正庚烷和石油醚中的至少一种，优选为正己烷。
根据本发明，更为优选地，所述离子液体、稀释剂和弱极性溶剂之间相配合，选择组成所述离子液体复合萃取剂体系，可以提供萃取分离植物甾醇同系物以更好的分离效果。优选地，所述离子液体复合萃取体系选自1-丁基-3-甲基咪唑-氯、乙腈和正己烷组成的复合萃取体系(可以表示为[Bmim][Cl]+乙腈/正己烷)，或者1-丁基-3-甲基咪唑-氯、N,N-二甲基甲酰胺和正己烷组成的复合萃取体系(可以表示为[Bmim][Cl]+DMF/正己烷)。其中，1-丁基-3-甲基咪唑-氯表示离子液体，“1-丁基-3-甲基咪唑”为阳离子，“氯”为阴离子，“-”表示连接阳离子和阴离子，也可以用[Bmim][Cl]表示。1-丁基-3-甲基咪唑-氯，为相似表示。
本发明中，进一步优选地，所述离子液体复合萃取体系中离子液体：稀释剂：弱极性有机溶剂的摩尔分数比＝1:(1-9):(2-10)。
本发明中最优选的，用于萃取分离植物甾醇同系物的所述离子液体复合萃取体系为[Bmim][Cl]+乙腈/正己烷，或[Bmim][Cl]+DMF/正己烷。其中，离子液体的摩尔分数为1-40％，稀释剂的摩尔分数为1-49％，弱极性有机溶剂的摩尔分数为30-60％；优选，离子液体的摩尔分数为5-30％，稀释剂的摩尔分数为20-45％，弱极性有机溶剂的摩尔分数为40-50％。更优选地，离子液体：稀释剂：弱极性有机溶剂的摩尔分数比＝1:(1-9):(2-10)。进一步优选地，最优选的所述离子液体复合萃取体系用于萃取分离豆甾醇和β-谷甾醇、或者菜油甾醇和菜籽甾醇。
本发明第二方面提供一种分离植物甾醇同系物的方法，包括将含有植物甾醇同系物的物料与本发明的离子液体复合萃取体系相接触进行萃取分离。
本发明中，所述分离植物甾醇同系物的方法可以具体包括：
将所述物料溶解于所述离子液体复合萃取体系中的弱极性有机溶剂中配成原料液，然后将所述原料液与所述离子液体复合萃取体系中的复合萃取剂混合得到液-液两相体系混合物，该混合物进行萃取分离，分离出萃取相和萃余相。
根据本发明，优选地，所述萃取分离的条件包括：萃取温度为30-40℃，萃取时间为15-25min。
优选地，所述离子液体复合萃取体系中，离子液体：稀释剂：弱极性有机溶剂的摩尔分数比＝1:(1-9):(2-10)；优选为1:(1-4):(2-5)。
根据本发明，优选地，所述植物甾醇同系物为豆甾醇和β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇。
本发明提供的上述方法，还可以包括向萃取相中添加有机溶剂进行反萃取回收，可以提高目标产物的纯度，并回收离子液体重新利用。有机溶剂可以是所述弱极性有机溶剂。
本发明提供的上述方法可以采取间歇式操作，如单釜操作；也可以采用连续式操作，如连续萃取或塔式连续抽提操作。以上操作为本领域常规操作，在此不再赘述，只要实现本发明的萃取分离即可。
本发明中，一种优选的具体实施方式，提供一种将含有植物甾醇同系物为豆甾醇和β-谷甾醇的物料进行萃取分离方法，包括使用[Bmim][Cl]+乙腈/正己烷萃取剂体系，在30-40℃的萃取分离温度下进行15-25min的萃取分离，在萃取相中得到豆甾醇。其中，可以通过液相色谱(美国Waters公司)HPLC分析测定所述物料中，豆甾醇含量≥36重量％，β-谷甾醇含量≥42重量％；复合萃取体系中，[Bmim][Cl]的摩尔分数为1-40％，优选为10％；乙腈的摩尔分数为1-49％，优选为40％；正己烷的摩尔分数为30-60％，优选为50％；[Bmim][Cl]：乙腈：正己烷的摩尔分数比＝1:(1-9):(2-10)，优选为1:(1-4):(2-5)，更优选为1：4：5。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，离子液体复合萃取剂的氢键碱度和偶极性参数通过Kamlet-Taft溶剂化显色参数关联方法测得；离子液体购自上海艾科股份有限公司。甾醇原料和萃取产物中甾醇的含量通过HPLC分析测定。
离子液体复合萃取体系对甾醇的分配系数通过甾醇在萃取相中浓度除以萃余相中浓度的方法确定；甾醇同系物之间的分离选择性通过一种甾醇分配系数除以另一种甾醇分配系数的方法确定。
实施例1
将甾醇原料(豆甾醇含量为36重量％，β-谷甾醇含量为42重量％)溶于正己烷中配成原料液，然后将原料液与复合萃取剂([Bmim][Cl]+乙腈)混合，将得到的液-液两相体系混合物(其中离子液体复合萃取体系为[Bmim][Cl]+乙腈/正己烷萃取体系，其中离子液体[Bmim][Cl]的摩尔分数为5％，乙腈的摩尔分数为45％，正己烷的摩尔分数为50％，[Bmim][Cl]：乙腈：正己烷的摩尔分数比＝1：9：10，氢键碱度为0.957，偶极性为0.870)在温度35℃下进行萃取分离20min(取样用HPLC分析)，分离出萃取相和萃余相。
向萃取相中加入正己烷进行反萃取回收，得到豆甾醇产物，纯度为88.6％。
离子液体复合萃取体系对豆甾醇的分配系数为7.56，豆甾醇对β-谷甾醇分离选择性为5.32。
实施例2
将甾醇原料(豆甾醇含量为40重量％，β-谷甾醇含量为45重量％)溶于正己烷中配成原料液，然后将原料液与复合萃取剂([Bmim][Cl]+乙腈)混合，将得到的液-液两相体系混合物(其中离子液体复合萃取体系为[Bmim][Cl]+乙腈/正己烷萃取体系，其中离子液体[Bmim][Cl]的摩尔分数为25％，乙腈的摩尔分数为25％，正己烷的摩尔分数为50％，[Bmim][Cl]：乙腈：正己烷的摩尔分数比＝1：1：2，氢键碱度为0.915，偶极性为1.06)在温度35℃下进行萃取分离20min(取样用HPLC分析)，分离出萃取相和萃余相。
向萃取相中加入正己烷进行反萃取回收，得到豆甾醇产物，纯度为90.2％。
离子液体复合萃取体系对豆甾醇的分配系数为7.68，豆甾醇对β-谷甾醇分离选择性为15.5。
实施例3
将甾醇原料(豆甾醇含量为36重量％，β-谷甾醇含量为42重量％)溶于正己烷中配成原料液，然后将原料液与复合萃取剂([Bmim][Cl]+乙腈)混合，将得到的液-液两相体系混合物(其中离子液体复合萃取体系为[Bmim][Cl]+乙腈/正己烷萃取体系，其中离子液体[Bmim][Cl]的摩尔分数为10％，乙腈的摩尔分数为40％，正己烷的摩尔分数为50％，[Bmim][Cl]：乙腈：正己烷的摩尔分数比＝1：4：5，氢键碱度为0.941，偶极性为0.938)在温度35℃下进行萃取分离20min(取样用HPLC分析)，分离出萃取相和萃余相。
向萃取相中加入正己烷进行反萃取回收，得到豆甾醇产物，纯度为98.3％。
离子液体复合萃取体系对豆甾醇的分配系数为7.89，豆甾醇对β-谷甾醇分离选择性为65.8。
实施例4
将甾醇原料(豆甾醇含量为36重量％，β-谷甾醇含量为42重量％)溶于正己烷中配成原料液，然后将原料液与复合萃取剂([Bmim][Cl]+DMF)混合，将得到的液-液两相体系混合物(其中离子液体复合萃取体系为[Bmim][Cl]+DMF/正己烷萃取体系，其中离子液体[Bmim][Cl]的摩尔分数为10％，DMF的摩尔分数为40％，正己烷的摩尔分数为50％，[Bmim][Cl]：DMF：正己烷的摩尔分数比＝1：4：5，氢键碱度为0.956，偶极性为0.972)在温度35℃下进行萃取分离20min(取样用HPLC分析)，分离出萃取相和萃余相。
向萃取相中加入正己烷进行反萃取回收，得到豆甾醇产物，纯度为97.4％。
离子液体复合萃取剂对豆甾醇的分配系数为8.32，豆甾醇对β-谷甾醇分离选择性为64.6。
对比例1
将甾醇原料(豆甾醇含量为36重量％，β-谷甾醇含量为42重量％)溶于正己烷中配成原料液，然后将原料液与离子液体([Bmim][Cl]萃取剂)混合，将得到的液-液两相体系混合物([Bmim][Cl]/正己烷萃取体系，其中离子液体[Bmim][Cl]的摩尔分数为50％，正己烷的摩尔分数为50％，氢键碱度为0.842，偶极性为0.715)在温度35℃下进行萃取分离20min(取样用HPLC分析)，分离出萃取相和萃余相。
向萃取相中加入正己烷进行反萃取回收，得到豆甾醇产物，纯度为43.2％。
离子液体复合萃取剂对豆甾醇的分配系数为7.46，豆甾醇对β-谷甾醇分离选择性为2.25。
以上实施例和对比例结果见表1。
表1
注：*豆甾醇；**豆甾醇对β-谷甾醇
通过实施例、对比例和表1的结果可以看出，采用本发明提供离子液体复合萃取体系可以实现植物甾醇同系物的更有效的萃取分离，可以将含有豆甾醇和β-谷甾醇的原料经萃取分离得到高纯度的豆甾醇目标产物。在优选的组成和摩尔分数比范围内，可以获得更好的豆甾醇分离效果，分配系数和分离选择性更高。
而对比例1中使用组成上缺少稀释剂的萃取体系，结果萃取体系的氢键碱性和偶极性的数据不在本发明的限定范围内，不能提供好的萃取分离植物甾醇同系物的效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种分离植物甾醇同系物的方法，包括将含有植物甾醇同系物的物料与离子液体复合萃取体系相接触进行萃取分离；
其中，所述离子液体复合萃取体系包括：复合萃取剂和弱极性有机溶剂，所述复合萃取剂包括离子液体和稀释剂；其中，
所述离子液体含有咪唑类阳离子，和选自Clˉ或Brˉ的阴离子；所述咪唑类阳离子为1-丁基-3-甲基咪唑、1-己基-3-甲基咪唑或1-辛基-3-甲基咪唑；
所述稀释剂为乙腈或DMF；所述弱极性有机溶剂为正己烷；
其中，所述离子液体复合萃取体系中，所述离子液体的摩尔分数为1-40％，所述稀释剂的摩尔分数为1-49％，所述弱极性有机溶剂的摩尔分数为30-60％；
所述离子液体复合萃取体系中，离子液体：稀释剂：弱极性有机溶剂的摩尔分数比＝1:(1-9):(2-10)；
所述离子液体复合萃取体系的氢键碱度为0.91-0.96，偶极性为0.84-1.06；
所述植物甾醇同系物为豆甾醇和β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离子液体的摩尔分数为5-30％，所述稀释剂的摩尔分数为20-45％，所述弱极性有机溶剂的摩尔分数为40-50％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述离子液体复合萃取体系选自1-丁基-3-甲基咪唑-氯、乙腈和正己烷组成的复合萃取体系，或者1-丁基-3-甲基咪唑-氯、N,N-二甲基甲酰胺和正己烷组成的复合萃取体系。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述萃取分离的条件包括：萃取温度为30-40℃，萃取时间为15-25min。
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