專利名稱：：一種植物甾醇酯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及植物甾醇酯的制備方法，特別涉及一種無溶劑體系中化學(xué)法合成植物甾醇酯的綠色方法。
背景技術(shù)：
：眾所周知，心腦血管疾病是危害人類健康的第一殺手，而高血膽固醇是心腦血管疾病最主要的風(fēng)險因子。因此阻斷或減少膽固醇的吸收成為防治心腦血管疾病的有效途徑。無數(shù)臨床實驗證明植物甾醇能明顯降低膽固醇的吸收，起到降血膽固醇的作用。由于來源于天然植物油脂副產(chǎn)物，安全性高(1998年FDA批準(zhǔn)為GRAS物質(zhì))，尤其適合輕度高血膽固醇患者或作為功能因子添加于食品中供普通人群預(yù)防之用。此外植物甾醇還有軟化血管，防止高血壓的功能，因此作為食品添加劑的應(yīng)用與日俱增。加拿大國家膽固醇教育計劃委員會制定的新的治療及生活習(xí)慣指南建議在采用藥物治療之前最好選擇植物甾醇作為膳食治療。目前歐盟、美國、日本等國家已將其廣泛應(yīng)用于涂抹脂、黃油、乳制品、巧克力、面包等食品中。為擴大植物甾醇的應(yīng)用范圍，方便植物甾醇的在食品中的傳遞，研究人員作了大量的工作，并申請了諸多的專利。目前，改善甾醇油溶性方法的主要是乳化法和通過植物甾醇修飾技術(shù)獲得的留醇脂肪酸酯兩類。乳化法雖然簡單易行，但有效傳遞量不高，產(chǎn)品口感有白堊味而且穩(wěn)定性欠佳，應(yīng)用范圍有限，尤其不適合透明的食用油產(chǎn)品中。植物甾醇酯的開發(fā)較為廣泛，生產(chǎn)方法根據(jù)催化劑的不同可分為生物法(酶法、活體微生物法)和化學(xué)法。根據(jù)反應(yīng)的形式可分為酯交換法(轉(zhuǎn)酯化、酯交換)、直接酯化法。例如，EP195311描述了脂肪酶催化脂肪酸、植物甾醇直接酯化合成甾醇酯的方法，其反應(yīng)體系為含水的有機溶劑。直接酯化法優(yōu)點是可得到單一脂肪酸甾醇酯，方便地調(diào)整產(chǎn)品熔點等特性，并可實現(xiàn)功能性多不飽和脂肪酸與甾醇的協(xié)同增效作用。US0020098536公開了以大豆油脫臭物為原料，脂肪酶催化植物甾醇、甘油三酯轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)生產(chǎn)混合脂肪酸甾醇酯的方法。該法可原位生產(chǎn)(脫嗅物無需分離即可直接作為反應(yīng)原料，不需純的甾醇、脂肪酸作原料)，成本低。總體來講，生物催化劑專一性強，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物特性好，環(huán)境友好。但催化活性不高，容易失活，成本較高，尚不能滿足工業(yè)化需要。US20020010349公開了甾(烷)醇與脂肪酸直接酯化合成甾醇直接酯化改善油溶性的方法，體系中不添加溶劑、無機酸，不需催化劑。CN1245810A公開了以亞硫酸氫鈉催化不飽和脂肪酸、植物甾醇合成甾醇酯的方法。上述方法反應(yīng)條件較溫和，無需添加無機酸和有機溶劑。存在的問題是催化劑活性較低，用量大(高達10%)，要實現(xiàn)95%的酯化率，所需時間長達18小時。US5，502，045、W09219640、CN1982326分別公開了化學(xué)法甾(烷)醇與食用油來源的脂肪酸甲脂轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)改善油溶性的研究，反應(yīng)以甲醇鈉為催化劑，反應(yīng)過程易于工業(yè)化，也是目前市場上甾醇酯產(chǎn)品的主要生產(chǎn)方法。但甲醇鈉的強腐蝕性及副產(chǎn)物甲醇是食品生產(chǎn)中所不期望的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是開發(fā)一種無溶劑體系中化學(xué)法合成植物甾醇酯的綠色、高效、簡潔、便于大規(guī)模生產(chǎn)的制備、分離。包括原料、催化劑的制備、甾醇酯的合成及產(chǎn)物的分離。為達到發(fā)明目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案將脂肪酸和植物甾醇，加熱至12018(TC溫度，溶解，加入催化劑，控制溫度在12018(TC進行酯化反應(yīng)512小時，反應(yīng)液分離純化得植物甾醇酯；所述的脂肪酸和植物甾醇物質(zhì)的量比為15:1;所述的催化劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭中的一種或一種以上任意比例的混合物；所述的催化劑占植物甾醇與脂肪酸總質(zhì)量的0.23%。本發(fā)明所述的植物甾醇為谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、菜籽甾醇一種或一種以上的任意比例的混合物。本發(fā)明所述的脂肪酸為己酸、辛酸、月桂酸、棕櫚酸、油酸、亞油酸或硬脂酸。本發(fā)明所述的脂肪酸優(yōu)選為以大豆油制得的混合脂肪酸。本發(fā)明所述的催化劑為優(yōu)選為氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭的混合物，所述氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭的物質(zhì)的量比為3:2:5;所述氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭的混合物總質(zhì)量優(yōu)選為植物甾醇與脂肪酸總質(zhì)量的0.5%.本發(fā)明所述的脂肪酸與植物甾醇物質(zhì)的量比優(yōu)選為1.31.5:1。本發(fā)明酯化反應(yīng)條件優(yōu)選為控制溫度在16017(TC進行68小時酯化反應(yīng)。本發(fā)明中酯化程度采用酸價間接衡量。本發(fā)明所述的分離純化有以下兩種方法，優(yōu)選為(l)法反應(yīng)液分離純化方法(l):反應(yīng)液熱過濾后，去濾渣，濾液用分子蒸餾設(shè)備回收游離脂肪酸，重相組份用活性炭脫色，過濾，收集濾液即得植物甾醇酯。反應(yīng)液分離純化方法(2)按如下步驟進行a、在反應(yīng)液中添加體積為反應(yīng)液0.31.0倍的質(zhì)量濃度為3G/。的NaHC03溶液，搖勻；b、加a步驟所得溶液等體積的正己垸溶液，混勻，'靜置分層，棄水層，取油層；c、對b步驟所得油層加入0.5倍油相體積、質(zhì)量濃度為2%的NaCl溶液，洗滌，取油層油相；d、對c步驟所得油相重復(fù)ac操作得純化的油相，添加純化的油相1%(w/v，％)的活性炭，在405(TC條件下，充分?jǐn)嚢瑁ǔＴ?0100r/min下攪拌2小時，過濾，濾液真空脫正己垸，得到植物甾醇酯產(chǎn)品。本發(fā)明以大豆油制得的脂肪酸按如下方法制得取質(zhì)量比為100:30100:0.10.5的大豆油、蒸餾水、抗氧化劑，通入氮氣，徹底排除氧氣，密封條件下加熱至120195°C，再通氮氣至壓力為0.35MPa，保溫、水解24小時得水解液，降溫、減壓，取水解液離心，棄水相，油相用分子篩干燥，得到所述以大豆油制得的混合脂肪酸；所述抗氧化劑為TBHQ、TBHA或蓓酸。本發(fā)明所述以大豆油制得的脂肪酸過程中優(yōu)選大豆油、蒸餾水、抗氧化劑的質(zhì)量比為100:50:0.2?？寡趸瘎﹥?yōu)選天然蓓酸。本發(fā)明所述以大豆油制得的脂肪酸過程中水解溫度優(yōu)選16017(TC，水解壓力優(yōu)選0.50.6MPa。大豆油的水解過程及水解度采用薄層色譜法監(jiān)測，大豆油混合脂肪酸的摩本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)其有益效果為本發(fā)明植物甾醇酯的合成中采用無溶劑體系，合成途徑綠色、高效、簡潔、便于大規(guī)模生產(chǎn)的制備、分離。具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。實施例19以大豆油制備脂肪酸大豆油盛于高壓反應(yīng)釜中，添加不同體積的蒸餾水，不同種類及質(zhì)量的抗氧化劑，底部通氮氣10分鐘，在不同的溫度，通氮氣至期望的壓力，保溫、保壓24小時，冷卻，降溫減壓。產(chǎn)物離心分離，除水相，油相用分子篩干燥得到游離的混合脂肪酸。油脂的水解度采用TLC法監(jiān)測，終產(chǎn)物脂肪酸采用氣相色譜法測定。數(shù)據(jù)如表l所示-<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表1可知，水解度隨溫度、壓力升高而增大，但壓力高設(shè)備成本增加顯著，存在安全問題，因此優(yōu)選0.5MPa。溫度優(yōu)選17(TC，溫度低，原料利用不充分，過高，不飽和脂肪酸易氧化，顏色變深?？寡趸瘎﹥?yōu)選蓓酸，添加量0.30%.實施例1039甾醇酯的合成實驗前，將甾醇原料置于烘箱中，6(TC干燥過夜。脂肪酸原料采用分子篩3A吸附脫水。稱取一定質(zhì)量的混合植物甾醇PS，于500mL燒杯中，添加既定質(zhì)量脂肪酸，通氮氣，油浴加熱融化樣品，再升溫至期望的溫度，保溫。然后，添加適量催化劑，攪拌，反應(yīng)312小時。中間過程采用TLC監(jiān)測酯化過程，終產(chǎn)物釆用GC測定酯化度。所述的各反應(yīng)物的量及甾醇酯化條件及酯化率如表23所示表2.催化劑及其用量對油酸、甾醇酯化的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>脂肪酸為油酸，表2中混合甾醇組成為谷甾醇42.49%，豆甾醇27.26%，菜油甾醇24.50%，菜籽留醇3.58%，混合催化劑中氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭摩爾比為3:2:5。表3.混合催化劑催化不同脂肪酸、甾醇酯化的研究<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3中混合甾醇組成為谷甾醇42.49%，豆甾醇27.26%，菜油甾醇24.50%，菜籽甾醇3.58%，混合催化劑中氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭摩爾比為3:2:5。顯而易見，混合催化劑活性最高，其次為氧化鑭、氧化鈣、氧化鎂。增大脂肪酸比例、提高反應(yīng)溫度，加大催化劑用量，延長反應(yīng)時間具有利于提高甾醇的酯化率。但實際生產(chǎn)中需綜合考慮產(chǎn)物的得率、質(zhì)量、原料利用率，生產(chǎn)效率、設(shè)備利用率、經(jīng)濟性等指標(biāo)。實施例40.按實例33酯化操作得產(chǎn)物約350克反應(yīng)溶液，反應(yīng)終止后，熱過濾，濾液轉(zhuǎn)入分子蒸餾器中，真空壓力3mmHg，120。C蒸餾，回收輕相65克，重相280克，顏色深棕色，在重相中添加2.8克活性碳，90°C，100r/min攪拌2hr,熱過濾得275克淡黃色澄清透明的甾醇酯產(chǎn)品。實施例41.按實例20條件放大得到的酯化產(chǎn)物約50克反應(yīng)溶液，反應(yīng)終止后，熱過濾，濾液冷至607(TC，加入25mL3。/。的NaHC03溶液，小心搖勻，再加入約75mL正己烷，混勻，靜置分層，棄水層，取油層，油相重復(fù)上述操作2次，所得純化的油相添加1.5克活性炭，45°C，100r/min下攪拌2小時，過濾，濾液真空濃縮脫正己垸，得到澄清、透明常溫半流動態(tài)的油酸甾醇酯產(chǎn)品42.5克。權(quán)利要求1.一種植物甾醇酯的制備方法，其特征在于所述的方法為將脂肪酸和植物甾醇，加熱至120～180℃溫度，溶解，加入催化劑，控制溫度在120～180℃進行酯化反應(yīng)5～12小時，反應(yīng)液分離純化得植物甾醇酯；所述的脂肪酸和植物甾醇物質(zhì)的量比為1～5∶1；所述的催化劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭中的一種或一種以上任意比例的混合物；所述的催化劑用量為植物甾醇與脂肪酸總質(zhì)量的0.2～3％。2.如權(quán)利要求l所述植物甾醇酯的制備方法，其特征在于所述的植物甾醇為谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、菜籽甾醇屮一種或一種以上的任意比例的混合物。3.如權(quán)利要求1所述植物甾醇酯的制備方法，其特征在于所述的脂肪酸為己酸、辛酸、月桂酸、棕櫚酸、油酸、亞油酸或硬脂酸。4.如權(quán)利要求l所述植物甾醇酯的制備方法，其特征在于所述的脂肪酸為以大豆油制得的混合脂肪酸。5.如權(quán)利要求l所述植物甾醇酯的制備方法，其特征在于所述的催化劑為氧化鈣、氧化鎂及氧化鑭的混合物，所述氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭的質(zhì)量比為3:2:5。6.如權(quán)利要求l所述植物留醇酯的制備方法，其特征在于所述的脂肪酸與植物甾醇物質(zhì)的量比為1.31.5:1。7.如權(quán)利要求1所述植物甾醇酯的制備方法，其特征在于控制溫度在16017(TC進行酯化反應(yīng)68小時。8.如權(quán)利要求17之一所述植物甾醇酯的制備方法，其特征在于所述的分離純化為反應(yīng)液熱過濾后，去濾渣，濾液用分子蒸餾設(shè)備回收游離脂肪酸，重相用活性炭脫色，過濾，收集濾液即得植物甾醇酯。9.如權(quán)利要求17之一所述植物甾醇酯的制備方法，其特征在于所述的分離純化按如下步驟進行a、在反應(yīng)液中添加體積為反應(yīng)液O.31.0倍的質(zhì)量濃度為3M的NaHC03溶液，搖勻；b、添加步驟a所得溶液等體積的正己烷溶液，混勻，靜置分層，棄水層，取油層；c、對b步驟所得油層加入0.5倍油相體積2。/。的NaCl溶液洗滌，取油相；d、對c步驟所得油相重復(fù)ac操作得純化的油相，最終添加純化的油相1%(g/ml)的活性炭，在4050。C條件下，充分?jǐn)嚢?，過濾，濾液真空脫正己烷，得到植物甾醇酯產(chǎn)品。10.如權(quán)利要求4所述植物甾醇酯的制備方法，其特征在于以大豆油制得的脂肪酸按如下方法制得取質(zhì)量比為100:30100:0.10.5的大豆油、蒸餾水、抗氧化劑，通入氮氣，徹底排除氧氣，密封條件下加熱至120195°C，再通氮氣至壓力為0.35MPa，保溫、水解24小時得水解液，降溫、減壓，取水解液離心，棄水相，油相用分子篩干燥，得到所述以大豆油制得的混合脂肪酸；所述抗氧化劑為TBHQ、TBHA或蓓酸。全文摘要本發(fā)明涉及植物甾醇酯的制備方法，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為將脂肪酸和植物甾醇，加熱至120～180℃溫度，溶解，加入催化劑，控制溫度在120～180℃進行酯化反應(yīng)5～12小時，反應(yīng)液分離純化得植物甾醇酯；所述的脂肪酸和植物甾醇物質(zhì)的量比為1～5∶1；所述的催化劑為氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭中的一種或一種以上任意比例的混合物；所述的催化劑與植物甾醇、脂肪酸總質(zhì)量比為0.2～3％。本發(fā)明植物甾醇酯的合成中采用無溶劑體系，合成途徑綠色、高效、簡潔、便于大規(guī)模生產(chǎn)的制備、分離。文檔編號C07J9/00GK101235067SQ20081005924公開日2008年8月6日申請日期2008年1月11日優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日發(fā)明者孫培龍,孟祥河,潘秋月,平邵申請人:浙江工業(yè)大學(xué)