CN111321191A - 一种酶法制备植物甾醇酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合成技术领域，公开了一种酶法制备植物甾醇酯的方法。本发明酶法制备植物甾醇酯的方法包括以下步骤：(1)在反应器中加入有机溶剂、碱性离子液体和固定化脂肪酶，加热，再加入脂肪酸和植物甾醇进行酯化反应；(2)反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收有机溶剂和碱性离子液体，然后去除未反应的脂肪酸，得到植物甾醇酯。该方法工艺简单，酶催化活性高，反应温度低，经济环保。

Description

一种酶法制备植物甾醇酯的方法
技术领域
本发明涉及合成技术领域，公开了一种酶法制备植物甾醇酯的方法。
背景技术
植物甾醇是天然存在的物质，其作为植物油微量成分而存在于食物中。植物甾醇在植物中的作用与胆固醇在哺乳动物中的作用相似，比如形成细胞膜组织。对于人体而言，植物甾醇具有显著的降血脂功能，这一点己被大量研究证实。但是，由于植物甾醇不溶于水，在油相中的溶解度也相当有限，这一缺点限制了它的应用。多年来，人们一直试图将植物甾醇改性，以拓展其应用范围。国外自90年代初就已开始探索植物甾醇应用的途径，通过纯化、改性己开发出植物甾醇产品多种。其中将植物甾醇酯化为甾醇酯是最重要的改性手段之一，可以获得的含有植物甾醇酯的普通食物主要是油、人造黄油和某些乳制品。除了这些应用，植物甾醇酯与营养产品地结合是也具有重要意义，例如为正常人群早期胆固醇血症的预防性治疗，以及在严重高胆固醇血症中结合他汀类药物，为血清胆固醇降低的预防治疗提供了一种饮食选择。
到目前为止，将植物甾醇转化为植物甾醇酯已进行了一些尝试，以期扩大其生产和应用。例如，US20020098536公开了以大豆油脱臭物为原料(脱臭物无需分离即可直接作为反应原料，不需要纯的甾醇、脂肪酸做原料)，脂肪酶催化植物甾醇、甘油三酯转酯化反应生成混合脂肪酸甾醇酯的方法，该方法原料成本低，但催化活性不高，容易失活，尚不能满足工业化需要；又如CN101235067公开了以脂肪酸、植物甾醇直接酯化合成甾醇酯的方法，其所述催化剂为氧化钙，氧化镁，氧化镧等，其中的氧化钙与氧化镁与脂肪酸发生反应形成皂，造成后续工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种新的酶法制备植物甾醇酯的方法，该方法工艺简单，酶催化活性高，反应温度低，经济环保。
为达到本发明的目的，本发明酶法制备植物甾醇酯的方法包括以下步骤：
(1)在反应器中加入有机溶剂、碱性离子液体和固定化脂肪酶，加热，保温条件下加入脂肪酸和植物甾醇进行酯化反应；
(2)反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收有机溶剂和碱性离子液体，然后去除未反应的脂肪酸，得到植物甾醇酯。
进一步地，所述植物甾醇为谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、菜籽甾醇中的一种或多种。
优选地，所述植物甾醇中植物总甾醇含量在90％以上。
进一步地，所述脂肪酸为豆蔻酸、己酸、辛酸、月桂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、二十二碳六烯酸或硬脂酸中的一种或多种。
进一步地，所述脂肪酸与植物甾醇的摩尔比为1.5-2：1。
进一步地，所述固定化脂肪酶为Lipozyme435、Novozyme435中的一种或多种。
进一步地，所述固定化脂肪酶的质量为植物甾醇的5-10％，为碱性离子液体的2-5％。
一般而言，提高酯化反应体系的温度有利于提高反应效率，促进酶催化反应的进行，但在酯化反应中过高的温度会导致醇的脱水、酯的水解、副产物多(植物甾醇在高于85℃时易氧化)等，且温度太高也不适于工业化大规模生产，资源消耗高，对设备要求也高，本发明中反应体系的有机溶剂优选为叔戊醇、叔丁醇、异丁醇、正己醇中的一种或多种；在该反应体系中，酶法制备植物甾醇的温度可以为30-50℃，优选为30-40℃，更优选为35-40℃，反应时间为12-18小时。
进一步地，所述碱性离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基-咪唑碳酸盐离子液体或1-丁基-3-甲基-咪唑碳酸氢盐离子液体中的一种或多种。
进一步地，所述碱性离子液体与有机溶剂的体积比为3：1-2。
与现有技术相比，本发明酶法制备植物甾醇酯的方法避免了化学法高能耗、副产物多的缺陷，在本发明有机溶剂和碱性离子液体中，酶法催化反应条件温和，能耗低，不仅可得到高收率、高纯度的植物甾醇酯产品，还可以回收利用反应过程中使用的溶剂，固定化脂肪酶也可多批次循环使用，经济环保。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。
实施例1
在反应容器中加入异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到30℃，保温条件下再加入植物甾醇400g、油酸378g反应16h，其中固定化脂肪酶Novozyme435的质量为植物甾醇的8％，为1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体的3％，1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体与异丁醇的体积比为3：1。反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体，然后蒸馏去除未反应的脂肪酸，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为89％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度达到97.5％。
实施例2
在反应容器中加入异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到35℃，其他反应条件同实施例1，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为95％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度达到98.2％。
实施例3
在反应容器中加入异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到40℃，其他反应条件同实施例1，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为96％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度达到97.9％。
实施例4
在反应容器中加入异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到45℃，其他反应条件同实施例1，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为90％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度达到97.3％。
实施例5
在反应容器中加入异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到50℃，其他反应条件同实施例1，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为84％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度为93.4％。
实施例6
在反应容器中加入异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到35℃，保温条件下再加入植物甾醇400g、油酸378g反应16h，其中固定化脂肪酶Novozyme435的质量为植物甾醇的8％，为1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体的3％，1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体与异丁醇的体积比为3：2。反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体，然后蒸馏去除未反应的脂肪酸，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为93％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度达到97.5％。
实施例7
在反应容器中加入异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到35℃，保温条件下再加入植物甾醇400g、油酸378g反应16h，其中固定化脂肪酶Novozyme435的质量为植物甾醇的8％，为1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体的3％，1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体与异丁醇的体积比为1：1。反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收异丁醇、1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体，然后蒸馏去除未反应的脂肪酸，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为85％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度为95.1％。
实施例8
在反应容器中加入1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到35℃，保温条件下再加入植物甾醇400g、油酸378g反应16h，其中固定化脂肪酶Novozyme435的质量为植物甾醇的8％，为1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体的3％。反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体，然后蒸馏去除未反应的脂肪酸，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为73％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度为96.8％。
实施例9
在反应容器中加入1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到40℃，保温条件下再加入植物甾醇400g、油酸378g反应16h，其中固定化脂肪酶Novozyme435的质量为植物甾醇的8％，为1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的3％，1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体与异丁醇的体积比为3：1。反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，然后蒸馏去除未反应的脂肪酸，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为65％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度为93.7％。
实施例10
在反应容器中加入异丁醇、氢氧化1-乙基-3-甲基咪唑离子液体和固定化脂肪酶Novozyme435，加热到35℃，保温条件下再加入植物甾醇400g、油酸378g进行酯化反应，其中固定化脂肪酶Novozyme435的质量为植物甾醇的8％，为氢氧化1-乙基-3-甲基咪唑离子液体的3％，1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体与异丁醇的体积比为3：1。反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收异丁醇、氢氧化1-乙基-3-甲基咪唑离子液体，然后蒸馏去除未反应的脂肪酸，最后得到植物甾醇酯，植物甾醇的转化率为86％，经GC-MS测定植物甾醇酯纯度为95.2％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在反应器中加入有机溶剂、碱性离子液体和固定化脂肪酶，加热，保温条件下加入脂肪酸和植物甾醇进行酯化反应；
(2)反应结束后，过滤，滤液添加脱色剂搅拌脱色，再过滤除去脱色剂，减压蒸馏回收有机溶剂和碱性离子液体，然后去除未反应的脂肪酸，得到植物甾醇酯。
2.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述植物甾醇为谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、菜籽甾醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述脂肪酸为豆蔻酸、己酸、辛酸、月桂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、二十二碳六烯酸或硬脂酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述脂肪酸与植物甾醇的摩尔比为1.5-2：1。
5.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述固定化脂肪酶为Lipozyme435、Novozyme435中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述固定化脂肪酶的质量为植物甾醇的5-10％，为碱性离子液体的2-5％。
7.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述有机溶剂为叔戊醇、叔丁醇、异丁醇、正己醇中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述步骤(1)中加热至温度为30-50℃，优选为30-40℃，更优选为35-40℃，反应时间为12-18小时。
9.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述碱性离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基-咪唑醋酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基-咪唑碳酸盐离子液体或1-丁基-3-甲基-咪唑碳酸氢盐离子液体中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的酶法制备植物甾醇酯的方法，其特征在于，所述碱性离子液体与有机溶剂的体积比为3：1-2。
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Applicant after: Shandong Depu New Material Technology Co.,Ltd.

Address before: 271200 No.19 Guangming Road, Xintai Development Zone, Tai'an City, Shandong Province

Applicant before: SHANDONG DEPU CHEMICAL INDUSTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
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