CN110257445A - 从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然ve和植物甾醇的方法 - Google Patents

从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然ve和植物甾醇的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然VE和植物甾醇的方法，包括如下步骤：1)生物酶法酯化，得到产物1；2)固定床连续酯化，得到产物2；管式反应器酯交换，得到产物3；4)冷析结晶：将产物3降温，冷却结晶，过滤分离后得到粗甾醇和滤液，粗甾醇重结晶得到精制植物甾醇；5)分子蒸馏：将步骤4)的滤液通过分子蒸馏后，分离得到脂肪酸甲酯和天然VE。本发明一次性使用固体或液体酶，成本低，酶酯化不需要反应彻底，只需要将酸价降到一定程度即可。将酶酯化后产物经装填强酸性树脂的固定床酯化，使酯化反应彻底，实现连续和自动化控制。进一步酯交换，提升脂肪酸甲酯的收率，有利于后续天然VE和植物甾醇的分离。

Description

从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然VE和植物甾醇的 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生物-固定床-化学联合法从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油(脂肪酸甲酯)、天然VE和植物甾醇的方法。
背景技术
植物油脱臭馏出物是油脂加工的副产物，是天然维生素E和植物甾醇的不可多得的天然来源，其主要成分包括脂肪酸、天然VE、植物甾醇、角鲨烯、甘油酯及植物甾醇酯等。经过物理化学分离可以提取到天然VE、植物甾醇、角鲨烯等天然产物，以及脂肪酸甲酯、甘油、植物甾醇酯等化学产物。
植物油脱臭馏出物中含有游离脂肪酸(40％-70％)、甘油酯(10％-20％)、生育酚(3％-12％)、植物甾醇(3％-12％)、角鲨烯(0.5-2％)、少量的植物甾醇酯及其他油脂衍生物等。由于脱臭馏出物中天然VE、植物甾醇以及游离脂肪酸在物化性质上与甘油酯相似相溶，单纯的物理分离技术手段较难将天然VE和植物甾醇从脂肪酸体系中分离开来，目前的技术路线通常是是将脱臭馏出物中的脂肪酸进行甲酯化，在甲酯化溶液体系中通过冷却结晶的方式析出植物甾醇固相，分离的得到的滤液经过分子蒸馏分离后得到脂肪酸甲酯(也称为生物柴油)和天然VE以及渣油等。
中国专利CN200410008678公开一种以脂肪酶作为催化剂,在常温常压下催化植物油脱臭馏出物中的脂肪酸和中性油脂同时发生转酯化反应生成脂肪酸单酯，该反应采用的是一种固体脂肪酶，可以多次反复使用，但是该固体酶的成本高，并且不能实现连续生产，在实际应用中不具备成本优势。
中国专利CN200810049033公开了一种两步酶催化的方法，首先用脂肪酶A水解生成脂肪酸，然后用脂肪酶B对游离脂肪酸和生成的脂肪酸进行催化酯化的方法制备脂肪酸甲酯。
中国专利CN201510835356公开了一种基于两次酶解法从番茄籽油脱物中提取维生素E的方法，主要包括骤两次酶解，即先使用脂肪酶进行一次酶水解，之后再使用脂肪酶和甲醇的混合物进行二次酶催化，然后用正己烷溶剂进行萃取分离的技术路线。
中国专利CN201110062697提供了一种生物柴油的制备方法，该方法包括两阶段使用固液两种酶进行催化反应，首先将油脂、短链醇、水和液体脂肪酶进行反应，反应液分离成含酶的重相和轻相，回收再利用重相中的酶，轻相用于后续的固定化酶转化；将轻相和短链醇流入装有固定化脂肪酶的一级或多级酶反应器中进行再次反应。
中国专利CN20150434030公开了一种生物柴油的制备方法，该方法的原料适用于废弃油脂，采用的催化剂为固定化脂肪酶，过程在气升式反应体系中进行，利用循环气而无需外源气，在该酶法反应进行的过程中对所述循环气冷凝并分离冷凝液该脂肪酶后碱法反应的方式制备生物柴油。
综上所述，在对植物油副产物中脂肪酸进行酯化反应制备脂肪酸甲酯的过程包括化学催化法和脂肪酶催化法，采用化学法使用的酸性催化剂容易造成酸性废水的生产，对于环保生产造成压力；采用脂肪酶法在一定程度上能克服酸性废水的问题，但是往往采用多种固体和液体酶试剂，分多个阶段进行间歇式反应，不仅生产成本高，生产过程不能连续进行，不能实现自动化生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然VE和植物甾醇的方法
本发明的技术方案概述如下：
从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然VE和植物甾醇的方法，包括如下步骤：
1)生物酶法酯化：向植物油脱臭馏出物中加入植物油脱臭馏出物质量10％-30％的甲醇和植物油脱臭馏出物质量0.05％-5％的脂肪酶，在35-50℃，在搅拌下，酯化反应15-30h，将反应后的物料水洗至中性、减压脱甲醇和水，使水分质量含量控制在0.5％以下，得到产物1；
此时物料酸价在5-25mg KOH/g范围；
2)固定床连续酯化：将产物1和产物1质量5％-10％的甲醇混合，加热到50-100℃，通过装有强酸性树脂的固定床，进行连续酯化反应，通过的速度为每小时0.1-1倍柱体积，用碱水溶液在线中和至中性、出料减压脱甲醇和水，使水分含量控制在0.5％以下，得到产物2；
此时物料酸价在0.5-5mg KOH/g范围；
3)管式反应器酯交换：在管式反应器中，将产物2与产物2质量5％-10％的甲醇混合后，得混合物，加混合物质量0.5％-3％的甲醇钠溶液为催化剂，对产物2进行连续酯交换反应，将反应后的物料水洗至中性得到产物3；
此时物料酸价为3mg KOH/g以下；
4)冷析结晶：将产物3降温，冷却结晶，过滤分离后得到粗甾醇和滤液，粗甾醇重结晶得到精制植物甾醇；
5)分子蒸馏：将步骤4)的滤液通过分子蒸馏后，分离得到脂肪酸甲酯和天然VE。
脂肪酶优选Novozym435、Novozym735和LipozymeTL IM中的至少一种。
强酸性树脂的型号为D061、NKC-9、HD-8、D002、D006、005CR、CAT601、C005或CAT600。
碱水溶液为质量浓度是3％～5％，所述碱为KOH、NaOH、甲醇钠或乙醇钠。
本发明的优点：
本发明所采用的制备脂肪酸甲酯的方法包括三个主要阶段，第一阶段生物催化法使用的生物酶是一种一次性使用的固体或者液体酶，生产成本低廉，酶酯化不需要反应彻底，只需要将酸价降到一定程度即可。第二阶段是将酶酯化后的产物经过装填强酸性树脂的固定床进一步酯化后，可以使酯化反应更为彻底，且这个过程易于实现连续和自动化控制。第三阶段在管式反应器中，进一步进行酯交换反应，提升脂肪酸甲酯的收率，也有利于后续天然VE和植物甾醇的分离，同时这个过程液易于实现连续和自动化控制。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然VE和植物甾醇的方法，包括如下步骤：
1)生物酶法酯化：向植物油脱臭馏出物中加入植物油脱臭馏出物质量10％的甲醇和植物油脱臭馏出物质量0.05％的Novozym435(脂肪酶)，在35℃，在搅拌下，酯化反应30h，将反应后的物料水洗至中性、减压脱甲醇和水，使水分质量含量控制在0.5％以下，得到产物1；
此时物料酸价为22mg KOH/g；
2)固定床连续酯化：将产物1和产物1质量5％的甲醇混合，加热到50℃，通过装有型号为D061的强酸性树脂的固定床，进行连续酯化反应，通过的速度为每小时0.1倍柱体积，用质量浓度3％的KOH水溶液在线中和至中性、出料减压脱甲醇和水，使水分含量控制在0.5％以下，得到产物2；
此时物料酸价为4mg KOH/g；
3)管式反应器酯交换：在管式反应器中，将产物2与产物2质量5％的甲醇混合后，得混合物，加混合物质量0.5％的甲醇钠溶液为催化剂，对产物2进行连续酯交换反应，将反应后的物料水洗至中性得到产物3；
此时物料酸价为2.9mg KOH/g；
4)冷析结晶：将产物3降温，冷却结晶，过滤分离后得到粗甾醇和滤液，粗甾醇重结晶得到精制植物甾醇(纯度94％)；
5)分子蒸馏：将步骤4)的滤液通过分子蒸馏后，分离得到脂肪酸甲酯(生物柴油，收率96％)和天然VE(纯度51％)。
用型号D002、D006、005CR、CAT601、C005或CAT600的强酸性树脂分别替代本实施例的型号为D061强酸性树脂，其它同本实施例，分别得到与本实施例相近纯度和收率的各种产物。
实施例2
从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然VE和植物甾醇的方法，包括如下步骤：
1)生物酶法酯化：向植物油脱臭馏出物中加入植物油脱臭馏出物质量20％的甲醇和植物油脱臭馏出物质量1％的Novozym735(脂肪酶)，在40℃，在搅拌下，酯化反应20h，将反应后的物料水洗至中性、减压脱甲醇和水，使水分质量含量控制在0.5％以下，得到产物1；
此时物料酸价为15mg KOH/g；
2)固定床连续酯化：将产物1和产物1质量8％的甲醇混合，加热到80℃，通过装有型号为NKC-9的强酸性树脂的固定床，进行连续酯化反应，通过的速度为每小时0.5倍柱体积，用质量浓度3％的NaOH水溶液在线中和至中性、出料减压脱甲醇和水，使水分含量控制在0.5％以下，得到产物2；
此时物料酸价为1mg KOH/g；
3)管式反应器酯交换：在管式反应器中，将产物2与产物2质量8％的甲醇混合后，得混合物，加混合物质量1％的甲醇钠溶液为催化剂，对产物2进行连续酯交换反应，将反应后的物料水洗至中性得到产物3；
此时物料酸价为0.5mg KOH/g；
3)冷析结晶：将产物3降温，冷却结晶，过滤分离后得到粗甾醇和滤液，粗甾醇重结晶得到精制植物甾醇(纯度97％)；
4)分子蒸馏：将步骤4)的滤液通过分子蒸馏后，分离得到脂肪酸甲酯(生物柴油，收率92)和天然VE(纯度47％)。
实施例3
从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然VE和植物甾醇的方法，包括如下步骤：
1)生物酶法酯化：向植物油脱臭馏出物中加入植物油脱臭馏出物质量30％的甲醇和植物油脱臭馏出物质量5％的(质量比为1：1的Novozym735和LipozymeTL IM)脂肪酶，在50℃，在搅拌下，酯化反应15h，将反应后的物料水洗至中性、减压脱甲醇和水，使水分质量含量控制在0.5％以下，得到产物1；
此时物料酸价为8mg KOH/g；
2)固定床连续酯化：将产物1和产物1质量10％的甲醇混合，加热到100℃，通过装有型号为HD-8的强酸性树脂的固定床，进行连续酯化反应，通过的速度为每小时1倍柱体积，用质量浓度是5％甲醇钠水溶液(也可以选用乙醇钠水溶液)在线中和至中性、出料减压脱甲醇和水，使水分含量控制在0.5％以下，得到产物2；
此时物料酸价为2mg KOH/g；
3)管式反应器酯交换：在管式反应器中，将产物2与产物2质量10％的甲醇混合后，得混合物，加混合物质量3％的甲醇钠溶液为催化剂，对产物2进行连续酯交换反应，将反应后的物料水洗至中性得到产物3；
此时物料酸价为1mg KOH/g；
4)冷析结晶：将产物3降温，冷却结晶，过滤分离后得到粗甾醇和滤液，粗甾醇重结晶得到精制植物甾醇(纯度90％)；
5)分子蒸馏：将步骤4)的滤液通过分子蒸馏后，分离得到脂肪酸甲酯(生物柴油，收97％)和天然VE(纯度59％)。

Claims (4)

1.从植物油脱臭馏出物中制备生物柴油、天然VE和植物甾醇的方法，其特征是包括如下步骤：
1)生物酶法酯化：向植物油脱臭馏出物中加入植物油脱臭馏出物质量10％-30％的甲醇和植物油脱臭馏出物质量0.05％-5％的脂肪酶，在35-50℃，在搅拌下，酯化反应15-30h，将反应后的物料水洗至中性、减压脱甲醇和水，使水分质量含量控制在0.5％以下，得到产物1；
2)固定床连续酯化：将产物1和产物1质量5％-10％的甲醇混合，加热到50-100℃，通过装有强酸性树脂的固定床，进行连续酯化反应，通过的速度为每小时0.1-1倍柱体积，用碱水溶液在线中和至中性、出料减压脱甲醇和水，使水分含量控制在0.5％以下，得到产物2；
3)管式反应器酯交换：在管式反应器中，将产物2与产物2质量5％-10％的甲醇混合后，得混合物，加混合物质量0.5％-3％的甲醇钠溶液为催化剂，对产物2进行连续酯交换反应，将反应后的物料水洗至中性得到产物3；
4)冷析结晶：将产物3降温，冷却结晶，过滤分离后得到粗甾醇和滤液，粗甾醇重结晶得到精制植物甾醇；
5)分子蒸馏：将步骤4)的滤液通过分子蒸馏后，分离得到脂肪酸甲酯和天然VE。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述脂肪酶为Novozym435、Novozym735和LipozymeTL IM中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述强酸性树脂的型号为D061、NKC-9、HD-8、D002、D006、005CR、CAT601、C005或CAT600。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述碱水溶液为质量浓度是3％～5％，所述碱为KOH、NaOH、甲醇钠或乙醇钠。
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