（化学工程专业论文）植物甾醇提取工艺研究.pdf

浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 摘要 本文研究了从脱臭馏出物中提取植物甾醇的工艺，该工艺主要包括甾醇酯 转酯化反应和转酯化物萃取结晶工艺两个主要过程。 在原料脱臭馏出物预处理后，以甲酵钠为碱催化剂，将原料与甲酵进行反 应，使原料中的甾醇酯转化为游离甾醇。实验研究了甲醇原料质量比、甲醇钠 厂 原料质量比、反应温度，反应时间等因素对甾醇酯转酯化反应的影响。瞻果表 明，在甲醇沸点温度下，甾醇酯转化率随温度的升高而增大；转化率随反应时 间延长而增大，并逐渐趋向平衡值。得到了适合论文研究体系的甾醇酯转酯化 反应的优化条件：甲醇原料质量比为0 8 、催化剂甲醇钠原料质量比为0 0 l 、6 1 、反应时间2 小时。在此条件下，可使甾醇酯转化率达到9 3 左右。该反应 优化条件下，表观速率方程为： ( - r a ) = 8 3 3 3 + ( 0 0 0 0 0 2 3 8 8 ) 2o + ( 1 - x ) o9 ( 4 9 4 3 - x ) 1 1 一 - 3 7 9 5 + ( o 0 0 0 0 2 3 8 8 ) 24 + ( 1 4 0 8 + x a ) o6 ( 5 2 2 6 + x a ) 1 1 8 广扩 研究了从转酯化物中提取甾醇的工艺，主要采取冷却结晶的方法。采取萃 取结晶工艺可以得到9 0 以上的甾醇产品；当溶剂为正己烷，加入比例为2 - 3 m l g 物料时，甾醇纯度甚至可达到9 9 左右。 甾醇产品精制可通过重结晶工艺实现，溶剂可采用丙酮或正己烷，初温分 别设在近沸点温度5 4 或6 5 ，终温设在5 ，纯度均可达到9 9 左右。测得 其熔程为1 2 7 - 1 3 2 。 关键词：甾醇，b - 谷甾醇，脱臭馏出物，转酯化反应，结晶，提吮 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) a b s t r a c t a p r o c e s sf o re x t r a c t i n gp l a n ts t e r o lf r o mp l a n to i ld e o d o r i z e rd i s t i l l a t e ( p o d d ) w a ss t u d i e di nt h i sp a p e r t h ep r o c e s si n c l u d e st r a n s e s t e r i f i c a t i o no fs t e r o le s t e ri n p o d da n dp u r i f i c a t i o no fs t e r o lf r o mt h ep r o d u c to ft r a n s e s t e r i f i c a t i o nb ye x t r a c t i o n a n dc r y s t a l l a t i o n a f t e rt h ep r e t r e a t m e n to fp o d d ，s t e r o le s t e ri np o d dc a r lb et r a n s e s t e r i f i e di n t o f r e es t e r o lw i t hm e t h a n o lw h i l em e t h a n o l i cs o d i u ma s c a t a l y s t t h e e f f e c to f p r o p o r t i o n o fm e t h a n o lt o o i l ，p r o p o r t i o no fm e t h a n o l i cs o d i u mt oo i l ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nt i m ew a 5s t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a te n h a n c i n gt e m p e r a t u r e a n dp r o l o n g i n gt h ec o n t a c tt i m ea r ei nf a v o ro ft h er e a c t i o n m li t g e t st o t h e e q u i l i b r i u mo fc o n v e r s i o n f u r t h e r m o r e ，t h eo p t i m a lc o n d i t i o nf o rt r a n s e s t e r i f i c a t i o n o fs t e r o le s t e rh a sb e e no b t a i n e da s f o l l o w e d ：c h 3 0 h ：p o d d = o 8 ( w w ) ， n a o c h 3 ：p o d d = 0 0 1 ( w w ) ，6 1 ，2h o u r w h i l eu n d e rt h i sc o n d i t i o n ，9 3 a st h e r a t i oo ft r a n s e s t e r i f i c a t i o nw a so b t a i n e d a n dt h ek i n e t i co fr e a c t i o nw a sa l s os t u d i e d ， t h ea p p a r e n t e q u a t i o no f r e a t i o ni ss h o w na sf o l l o w e d ： ( 一r d = 8 3 3 3 + ( o 0 0 0 0 2 3 8 8 ) 2o + ( 1 - x ) o9 ( 4 9 4 3 一x j ) 1 1 3 7 9 5 + ( 0 0 0 0 0 2 3 8 8 ) 2 4 + ( 1 4 0 8 + x j ) o6 ( 5 2 2 6 + x ) ” t h ee x t r a c t i o nf r o mt h et r a n s e s t e r i f i e ds u b s t a n c ew a ss t u d i e d s t e r o lw a so b t a i n e d m o s t l yb yc r y s t a l l a t i o n a f t e re x a c t i o n ，t h ep u r i t yo fs t e r o lp r o d u e t e db yc r y s t a l l a t i o n m a yg e tt o9 0 a b o v e w h i l en - h e x a n ew a su s e da sm u c ha s2 - 3 m l go i l ，t h ep u r i t y e v e n m a yg e t t o9 9 t h e p u r i f i c a t i o n o fs t e r o l p r o d u c t w a ss t u d i e d b y r e c r y s t a l l a t i o n w h e nt h e s o l v e n tw a sc h o s e n 船a c e t o n eo rn h e x a n e t h ei n i a t i a l t e m p e r a t u r ew a s s e to nt h ec l o s eb o i l i n gp o i n to ft h es o l v e n t 5 4 c o r6 5 。c t h ef i n a l t e m p e r a t u r ew a ss e to n5 c t h ep u r i t ym a yb o t hg e tt o9 9 t h er a n g eo fm e l t i n g p o i n t o f s t e r o lp r o d u c tw a sd e t e r m i n e da s1 2 7 - 1 3 2 ( 2 k e y w o r d ：s t e r o l ，b s t e r o l ，p l a n to i l d e o d o r i z e r d i s t i l l a t e ，t r a n s e s t e r i f i c a t i o n ， c r y s t a l l a t i o n ，e x t r a c t i o n i i 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 、上j l 月l 舌 甾醇在自然界中分布极广，虽说含量不多，但它具有很高的应用价值，自 从在植物油中发现谷甾醇( s i t o s t e r 0 1 ) 和豆甾醇( s t i g m a s t e r 0 1 ) 以来，人们对植 物甾醇进行了广泛深入的研究，特别是六十年代以来，在理论研究和生产技术， 应用等方面有了重大的进展。目前植物甾醇在甾体药物合成、化妆品、动物生 长剂、植物生长激素等方面得到了广泛应用。由于甾醇属于天然物质，本身无 毒性，而且具有乳化性和稳定性等特点，因此引起各国科学家对甾醇开发应用 的重视。 天然甾醇能起到降低胆固醇的作用，在医药方面的研究还发现b 谷甾醇有 类似于氢化可的松和羟基保泰松等具有的较强的抗炎作用，具有类似阿斯匹林 的退热作用，此外豆甾醇也有抗炎作用。国内外临床已证明，植物甾醇能预防 和治疗冠心动脉粥样硬化类的心脏病，对治疗溃疡、皮肤鳞癌、宫颈癌等也有 明显疗效。谷甾醇不仅是一种降脂药，据国外报道，它对抗肿瘤方面具有一定 活性，还能促进血纤维蛋白溶酶原激活因子可用如血纤溶解触发素对血栓症有 预防作用，此外植物甾醇能作为胆结石形成的阻止剂。 在日本、欧美一些国家和地区，植物甾醇主要来自于植物油精炼下脚，特 别是脱臭馏出物。我国是油脂生产大国，全精炼生产能力已达1 2 0 万吨，作为 精炼脱臭工序副产品脱臭馏出物的合理利用已成为当前应重点解决的问题 之一，目的是充分实现经济价值和环保效益。 本论文着眼于在前人工作提取分离维生素e 的工艺基础上，进一步充 分利用脱臭馏出物资源，提取甾醇，以实现创造更多的经济效益和环保效益。 主要是先采用转酯化反应将体系中的甾醇酯转化为游离甾醇，然后采用萃取、 溶剂结晶及重结晶等方法提取分离游离甾醇，得到很高纯度的甾醇产品。 本论文共分五章。第一章为文献综述，主要介绍甾醇结构和理化性质、生 理活性和应用领域、甾醇来源、各种提取方法、相关的定性定量分析方法以及 转酯化反应研究情况：第二章为甾醇定性定量方法的研究，根据论文所研究体 系的特点，选择考察合适的分析方法和实验条件，以便于为其它论文工作服务； i i i 塑坚盔堂堡主兰堡丝苎! 兰鱼! ! ! 第三章为转酯化工艺的研究，以预处理后的豆油脱臭馏出物为原料，研究考察 适合该体系的甾醇酯转酯化反应的最优条件，如甲醇原料质量比、催化剂原料 质量比、反应温度、反应时间以及实验操作等，并建立最优反应条件下的反应 速率模型：第四章为甾醇提取工艺研究，选择考察萃取工艺和不同溶剂对甾醇 结晶效果的影响，以及重结晶的效果等；第五章为总结和建议，对整个论文工 作进行归纳和总结。 i v 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 第一章文献综述 1 1 甾醇结构和性状 甾醇( s t e r 0 1 ) 是甾族化合物( s t e r o i d ) 的一类。甾醇是高碳环型一元仲醇。 r r 1 = o h例如：r 2 =b 谷甾醇( s i t o s t e r 0 1 ) 豆甾醇( s t i g m a s t e r 0 1 ) c 2h 5 r w 菜油甾靴锄p e s t e r 0 1 ) r y 胆愀c h 0 1 e 咖1 ) 甾醇分子的基本骨架( 主体甾核称为环戊烷多氢菲核) 由三个六元环和一 个五元环组成。c 3 位上连有一个羟基，c 1 7 位连有由8 1 0 个碳原子构成的侧 链，多数甾醇c 5 位为双键。甾醇这种结构特点决定了它的多方面的生理活性 及其广泛用途。c 3 位羟基是甾醇的重要活性基团，通过它甾醇在自然界形成 多种多样的衍生物，如甾醇脂肪酸酯、甾醇阿魏酸酯( 谷维素) 、甾醇葡萄糖苷， 飞飞 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 酰基甾醇葡萄糖苷等。工业上通过甾醇c 3 位羟基与环氧乙烷、环氧丙烷、环 氧乙烯等加成，生成多种表面活性各异的产品。医药工业上通过微生物发酵， 将c 1 7 位连有的侧链切断，制成重要的甾体药物半合成的中间体，使甾醇尤其 是谷甾醇成为当今甾体药物生产的重要原料i “。 甾醇因其呈固态又俗称固醇，如胆固醇、谷固醇等。天然甾醇种类繁多， 现已鉴别出的有近1 6 0 种。分布很广，在各种生物体中几乎都有甾醇。早年根 据来源不同，把甾醇分为植物甾醇、动物甾醇和菌类甾醇三大类。植物甾醇主 要有b 一谷甾醇( b - s i t o s t e r 0 1 ) 、菜油甾醇( c a m p e s t e r 0 1 ) 和豆甾醇 ( s t i g m a s t e r 0 1 ) ，其它还包括燕麦甾醇、菠菜甾醇、钝叶大戟甾醇、芦竹甾醇、 环木菠萝烯醇和2 4 一噩甲基环木菠萝醇等；动物甾醇主要有胆甾醇；菌类甾醇 主要有麦角甾醇。科学研究中，一般按结构类型把甾醇分为4 一无甲基甾醇、4 一 单甲基甾醇和4 ，4 - 双甲基甾醇三大类( 见表l _ 1 ) 。当今开发应用的游离甾醇 多为无甲基甾醇，化妆品原料用甾醇称为“植物甾醇”，它是无甲基甾醇的混合 物，其中以谷甾醇为主，还含有菜油甾醇和豆甾醇，美国把从大豆油脱臭馏出 物中制取的植物甾酵称为“大豆甾醇( s o y as t e r 0 1 ) ” i , 2 , 3 0 j 。 表1 i 甾醇分类表 类名4 无甲基甾醇4 单甲基甾醇4 ，4 - 双甲基甾醇 其他名无甲基甾醇、单甲基甾醇、双甲基甾醇、 甾醇甲基甾酵 三萜烯醇 类型胆甾烷型4a 甲基胆甾烷型羊毛甾烷型 甾醇举例b 一谷甾醇、豆钝叶大戟甾酵、环木菠萝烯醇 甾醇、胆甾醇芦竹甾醇a 一香树精 甾醇通常为片状或粉末状白色固体，经溶剂结晶处理的甾醇为白色鳞片状 或针状晶体，其中由乙醇中结晶形成针状或菱片状，由二氯甲烷形成针刺状或 长棱晶。甾醇分子中碳原子数一般为2 7 3 l ，分子量为3 8 6 , - - 4 5 6 ，甾醇熔点较高， 都在1 0 0o c 以上，最高达到2 1 5 。c 。甾醇比重略大于水，如胆甾醇为1 0 3 1 0 7 ， 麦角甾醇为1 0 4 。甾醇不溶于水，可溶于多种有机溶剂。 2 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 1 2 甾醇研究概况 甾醇在自然界中分布极广，虽说含量不多，但它具有很高的应用价值，自 从在植物油中发现谷甾醇( s i t o s t e r 0 1 ) 和豆甾醇( s t i g m a s t e r 0 1 ) 以来，人们对植 物甾醇进行了广泛深入的研究，特别是六十年代以来，在理论研究和生产技术， 应用等方面有了重大的进展。目前植物甾醇在甾体药物合成、化妆品、动物生 长剂、植物生长激素等方面得到了广泛应用。由于甾醇属于天然物质，本身无 毒性，而且具有乳化性和稳定性等特点，因此引起各国科学家对甾醇开发应用 的重视 在日本、欧美一些国家和地区，植物甾醇主要来自于植物油精炼下脚，特 别是脱臭馏出物。我国是油脂生产大国，全精炼生产能力已达1 2 0 万吨，作为 精炼脱臭工序副产品脱臭馏出物的合理利用已成为当前应重点解决的问题 之- - ”。 国外多位学者对许多主要植物油中所含的甾醇用气液色谱( g a sl i q u i d c h r o m a t o g r a p h y , g l c ) 作了分析鉴定。e i s n e r 和f i r e s t o n e t 3 1 测定了九种植物油中 甾醇的组成，发现1 3 谷甾醇、y 谷甾醇和豆甾醇是主要成分，其中以d 谷甾醇的 含量最高。j a c i n i 等人【4 1 分析了1 8 种植物油中甾醇成分，发现所研究的所有植 物油中均含有菜油甾醇( c a m p e s t e r 0 1 ) ，豆甾醇和1 3 谷甾醇，棕榈的叶和核仁中含 有胆甾醇( 胆固醇，c h o l e s t e r 0 1 ) ，油菜籽中含有菜子甾醇( b r a s s i e a s t e r 0 1 ) ，而向 日葵中含有一种未确认的甾醇，其相对保留体积为4 ( 以d 谷甾醇为1 o o ，1 s e - 3 0 ) 。k a r l e s k i n d 等人嘲报道了1 6 种植物油大多含有菜油甾醇、豆甾醇和1 3 谷甾醇，而且发现棕榈、卷心菜、花生和亚麻籽的油脂中含有胆甾醇，以及一 种相对保留时间( r r t ) 符合7 - 豆甾醇特征的甾醇存在于茶叶、向日葵和亚 麻籽的油脂中。g r a c i a n 和m a r k e l t 6 1 鉴定了1 2 种植物油中的甾醇成分，除了以 上三种常见甾醇外，发现可可油、棕榈油和椰子油中含有胆甾醇，红花油可能 存在一种7 甾醇。t i t o h 等人1 1 i 提取分析鉴定了1 9 种植物油中的甾醇成分， 通过比较，可得到1 6 种常见植物油中甾醇成分的各个单一甾醇的百分含量。除 了三种主要甾醇：菜油甾醇、豆甾醇和1 3 谷甾醇外，其它甾醇只是存在于某些 植物油中，而7 豆甾醇，5 和7 燕麦甾醇( a v e n a s t e r 0 1 ) 广泛存在，其中7 豆 甾醇在向日葵油和红花油的含量高于其它油脂。曾经有报导1 2 7 1a 5 燕麦甾醇仅存 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 在于燕麦种子油中，7 - 燕麦甾醇存在于燕麦种子油【2 7 1 和v e r n o n i ca n t h e l m i n t i c a 种子油中m 瑚，而且并不存在于普通植物油中。既然向日葵、红花和v e r n o n i c a n t h e l m i n t i c a 同属于菊科植物，7 甾醇在甾醇成分中的大量存在可视为菊科植 物油的特征性质，富油酸的红花油和富亚油酸的红花油在甾醇成分方面相似， 而在脂肪酸组成上明显不同。两种橄榄油的甾醇中5 燕麦甾醇含量明显不同， 菜子甾醇在油菜籽油中含量丰富，而在其它植物油中含量很小，胆甾醇在椰子 果、棕榈、棕榈核和亚麻籽的油中含量很大。 二十世纪六七十年代，从皂化植物油、松浆油、动物油脂及硫酸纤维素皂 化物的不皂化物中般采用溶剂溶解、萃取、蒸馏及结晶的方法提取甾醇陆”1 。 随着分离操作方法的改进和发明，出现了吸附法配合溶剂提取的工艺方法 1 9 t 1 1 ， 引进色谱柱分离的方法简化了操作步骤，提高了分离效率【1 8 】。到了九十年代超 临界流体( s u p e r c r i t i c a lf l u i d ) 的出现更是使提高从复杂体系中提取的甾醇的纯 度成为可能口”。另外，采用微生物培养技术可使一些甾醇转化为合成其它甾体 类药物的重要中间体陋。 1 3 甾醇生理活性和用途 3 3 - 3 5 1 3 1 生理活性 1 抗炎和退热作用 b 一谷甾醇对克服由角叉胶在鼠身上诱发的水肿和由棉籽粉移植引起的肉芽 组织生成，均表现出强烈的抗炎作用。此外，1 3 谷甾醇还具有类似阿司匹林( 乙 酰水杨酸) 的退热作用，且也不会引起溃疡，因此b 谷甾醇是一种抗炎和退热 作用显著、应用安全的天然药物。 豆甾醇和菠菜甾醇也具有抗炎作用。 2 降胆甾醇作用 在正常情况下，机体内合成胆甾醇和从食物中摄入胆甾醇，转化为甾体激 素或成为细胞膜的成分，并使血液中胆甾醇浓度保持恒定。当肝脏因实质性损 4 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 坏时，胆甾醇浓度降低，但临床上通常出现的是胆甾醇浓度过高。当从食物中 摄入过多胆甾醇后，使体内胆甾醇超过正常所需范围时，对于机体调节机能衰 退的人尤其是年龄较大的，肝脏等器官对胆甾醇的吸收和排泄的自动调节功能 发生障碍，则会导致血清中胆甾醇含量过高，形成高胆甾醇血症或高脂血症。 其中一部分胆甾醇还会在血管内壁上产生沉积，致使血管内有效流通面积减小， 尤其使主动脉变硬、弹性变小，即产生粥样动脉硬化症，由此可进一步导致高 血压和冠心病。 人本身不能合成植物甾醇，需从食物中摄入，一般食用谷物、植物油、各 类蔬菜、瓜果和副食品中都含有植物甾醇。 植物甾醇的结构跟胆甾醇相似， 胰脂酶水解成为游离型甾醇被吸收， 般为5 - 1 0 。 在体内的吸收的方式也相同。甾醇酯通过 但植物甾醇的吸收率比胆甾醇低得多，一 植物甾醇能阻碍胆甾醇吸收，从而起到降低血液中胆甾醇含量的作用，其 作用机理是： ( 1 ) 抑制肠内对胆辔醇的吸收。 ( 2 ) 促进胆甾醇的异化。 ( 3 ) 在肝脏内抑制胆甾醇的生物合成。 植物甾醇如b 谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇不仅对游离态胆甾醇，而且对胆 甾醇酯都有降低作用，并且其本身的游离型和脂肪酸酯型具有相同效果。含植 物甾醇的大豆油不皂化物也是一种降血脂药。 3 皮肤保健和美容作用 皮肤以其含甾醇的经常性分泌物维持柔软和润滑，当局部机能减退，分泌 物减少或消失，皮肤会出现干燥和角质化( 硬化) 。甾醇具有消除皮肤角质化的 作用，化妆品中添加甾醇后，皮肤卫生保健和美容功效更为显著。那是由于甾 醇具有较好的生理活性和表面活性，此取决于烃链与分子间的内聚力和甾醇分 子对c 1 9 上角甲基呈顺式的c - 3 位1 3 型羟基的空间化学性质。甾醇具有较强的 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 皮肤渗透性和促进皮脂分泌、保持湿润和柔软的生理活性，因此甾醇具有防止 皮肤干燥和硬化以及使已角质化的皮肤恢复柔软的功能。 4 促进动物生长，增进健康作用 植物甾醇和植物生长激素与能在水中形成分子膜的脂质结合，生成植物激 素- 植物甾醇- 核糖核蛋白，这种复合物具有促进动物性蛋白质合成功能，且增 加了原植物激素对环境温度、动物体温和体内分解的稳定性，因而是一种新型 的动物生长激素。其中植物甾醇主要指e 一谷甾醇，同时也包括菜油甾醇和豆甾 醇。 1 3 2 实际应用 1 临床医学 由于甾醇中b 一谷甾醇和豆甾醇、菠菜甾醇、环木菠萝甾醇、2 4 一亚甲基环 木菠萝烷醇都具有显著的抗炎、退热和抗溃疡作用，又有较宽的安全系数，具 有治疗价值。其中含有b 一谷甾醇或豆甾醇的药物在抗炎方面应用较为广泛，如 一种用于治疗“牙周脓肿、牙龈出血、牙龈炎、牙周炎诸症”的“牙周宁”就 是含有b 一谷甾醇的药物，它是一种总甾醇含量6 0 的米糠油不皂化物，属粗植 物甾醇。b 一谷甾醇软膏在治疗富颈癌和皮肤癌方面也有效果，尤其对设备条件 差进行放疗困难的地区，以及不能手术的患者，b 一谷甾醇的应用具有很好的前 途。另外，b 一谷甾醇可用来医治高胆甾醇、高甘油三酸酯血症，在预防高脂血 症同时，少摄入富含胆甾醇的动物性食品，多摄入富含b 一谷甾醇的植物性食品， 从而降低动脉粥样硬化和冠心病等心血管病发病率，还有可在动物饲料中添加 植物甾醇以间接降低人类食品胆甾醇的含量。 2 甾体药物原料 胆甾醇、b 一谷甾醇通过生物降解，c - 1 7 位侧链切断，生成甾体药物半合 成的重要中间体雄辔- 4 - 烯一3 ，1 7 - 2 酮( 4 a d ) 或雄甾一1 ，4 一二烯- 3 ，1 7 - 二酮 ( a d d ) 。由此通过几步合成，可制得当今药物市场上几乎所有的甾体药物。国 外多将植物甾醇分离成b 一谷甾醇和豆甾醇两部分，b 一谷甾醇( 含菜油甾醇) 用于发酵法生产4 a d 和a d d ，豆甾醇通过化学法从c 一2 2 双键处切断，再进行结 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 构修饰，可制造出多种甾体皮质激素药物。另外，近年有不少专利可不需分离 植物甾醇，直接用于发酵法生产4 a d 和a d d ，随着技术的进步，当今用作发酵 法生产4 a d 和a d d 的原料，已不要求高纯度，可用甾醇浓缩物，其伴随脂质通 过发酵过程的完全分解而排除。 3 化妆品 植物甾醇、氢化植物甾醇、甾醇脂肪酸酯、以及甾醇与环氧乙烷、环氧乙 烯、环氧丙烯的加成物在化妆品中得到应用，尤其是植物甾醇及其乙氧基化物 应用更为普遍。在化妆品中起着乳化剂、调稠剂、增溶剂、分散剂、软化剂和 护发剂等作用。 植物甾醇及其衍生物在皮肤清洁剂和护肤剂中被用作乳化剂，并能改善皮 肤触感。在浴用化妆品中与阳离子或阴离子表面活性剂合用，能起到稳定泡沫 的作用。低乙氧基化物能起到去除油脂的作用。植物甾醇亲和性弱，在头发香 波中起到调节剂作用，在洗发剂和护发剂中，可使头发变强劲、不易断裂，此 外还有减少对头皮的静电作用。 由于植物甾醇的医学特性，用其制成雀斑霜，起到医疗和美容的双重功效。 由于甾醇的皮肤渗透和软化特性，还用于治疗鸡眼等皮肤角质化病变的化妆品。 4 家蚕人工饲育 六十年代初，日本发现b 一谷甾醇对家蚕具有显著的促进咀嚼和吞咽作用， 并兼有一定的促进摄食作用后，将b 一谷甾醇添加到混合饲料中代替桑叶，从而 为人工养蚕开辟了一条新途径。 5 促进动物生长 b 一谷甾醇和植物生长激素及能在水中形成分子层膜的脂质制成的核糖核蛋 白，用作动物生长剂添加到饲料中，可通过注射由动物皮下吸收，或作为养殖 池水添加剂，或表面喷雾由皮肤吸收，适用于蚕、鱼、虾、鸟、家禽和家畜， 可以达到促进动物生长，提高产量，降低成本的良好经济效益。 植物甾醇具有许多重要的生理特性，对人体健康、卫生、美容有很大作用。 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 对发展我国新型蚕业生产和鱼虾禽蛋等副食品生产也有特殊功能，尤其对甾体 药物工业的发展意义更大，因此有必要加强甾醇的应用研究。 我国的甾体药物工业有着相当规模，植物油中的甾醇就是一种重要的甾体 药源，实际就是植物油脂精炼下脚中的甾醇的利用，油脂下脚已成为当今一种 价廉的、具有工业应用价值的直接甾醇资源。国外从大豆油等植物油的脱臭馏 出物中大量生产豆甾醇、b 谷甾醇，用于甾体药物和化妆品工业，我国原有的 甾体药源薯蓣，因其野生而资源日趋枯竭，由甾醇代替已是必由之路，近年我 国甾醇微生物降解制备中间体4 a d 和a d d 的研究取得很大进展，实现工业规 模生产已成为可能，因此植物甾醇的开发利用将出现一个良好的前景和市场。 1 4 植物甾醇来源 甾醇因其植物种类、产地、来源不同而含量、组成会不同。植物油中普遍 含有甾醇，以米糠油、小麦胚芽油及玉米胚芽油中甾醇含量较高，绝大部分油 品中无甲基甾醇占总甾醇的7 0 以上。植物油提炼过程产生的脱臭馏出物、硫 酸纤维素制皂过程中的不皂化物、妥尔油( 松桨油) 中也含有b 一谷甾醇、豆甾 醇等植物甾醇，另外，许多中草药植物中也普遍含有植物甾醇，如蒲黄、半夏、 黄柏、黄苓、人参、附子、天门冬、汉防已、党参、玄参等都含有n 。 t i t o h 等人【7 】研究了1 9 种植物油，分别来自：玉米( 皂脚油脂碱炼) 、 米糠、大麦胚芽、椰子果、棕榈、棕榈核、花生、大豆、向日葵、红花( 富亚 油酸和富油酸) 、橄榄( 法国) 、蓖麻籽、木棉、棉籽、亚麻籽、油菜籽、芝麻 和咖啡种子油以及可可油( 见表1 2 ) 。表1 3 为植物油中各种甾醇的组成情况。 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 表1 2 植物油不皂化成分及其薄层层析( t l c ) 后四种组分的比例m 不皂化成分组分。，不皂化成分 油脂来源 s v -i v b 油脂l23 4 玉米，皂脚( 墨西哥) 1 9 5 91 0 5 31 38119 0 米糠，原油( 日本) 1 8 0 11 0 3 94 21 92 81 04 3 麦芽，原油 1 8 4 71 3 4 43 27758 l 椰子果，原油( 菲律宾) 2 5 6 4 9 90 4 2 21 745 7 棕榈，原油( 印度尼西亚) 2 0 0 05 6 90 41 9896 4 棕榈核，原油( 印度尼西亚) 2 4 6 42 0 70 44 81 813 3 花生，精炼( 尼曰利亚) 1 8 8 8 9 0 7 0 42 7946 0 大豆，原油( 美国) 1 9 0 71 3 4 60 6 1 51 41 i6 0 向日葵，过冬( 加拿大) 1 9 0 61 3 5 4o 71 81 01 65 6 红花，富亚油酸，原油( 美国) 1 9 0 31 4 3 60 62 71 】45 8 红花，富油酸，原油( 美国) 1 8 9 39 3 20 62 11 056 4 橄榄，精炼( 法国) 1 9 2 08 4 9o 86 21 821 8 橄榄( 意大利) 6 81 711 4 蓖麻籽，原油( 巴基斯坦) 1 8 1 18 7 40 52 7945 7 木棉，脱臭( 印度尼西亚) 1 9 2 61 0 5 00 51 91 955 7 棉籽，原油( 苏丹) 1 9 5 2 1 0 5 0o 6 1 4877 l 亚麻籽，原油( 加拿大) 1 8 9 61 8 8 00 7l l2 276 0 油菜籽，原油( 加拿大) 1 7 9 01 0 9 90 9 2 3636 8 芝麻，原油( 衣索比亚) 】8 8 0】0 9 21 41 41 32 94 4 可可，原油( 加纳) 1 9 0 33 4 60 491 347 4 咖啡种子，原油( 巴西) 1 8 3 7 1 0 0 03 4 1 61 31 75 4 a 皂化值 b 碘值，w i j s 法 c 组分l ：弱极性化台物( 烃类，脂肪醇等等) ；组分2 ：三萜醇类；组分3 ：4 - 甲基甾醇 组分4 ：甾醇 9 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 表1 31 6 种常用植物油中各种甾醇占辔醇组分的百分含量【7 1 油脂来源胆甾醇菜子甾醇菜油甾醇豆甾醇b 一谷甾醇7 豆甾醇未知物 玉米 1 1 0 - 2 0t t b 67 4 墙9】 米糠 1 1 4 3 33 65 5 6 3 椰子果 t r 32 6 - 91 8 1 96 9 - 7 5 棕榈 3 - 42 0 2 11 2 1 36 2 6 7 棕榈核 l u + 花生 t r 1l1 0 1 96 1 27 0 7 6 大豆 l 1 5 2 l1 0 2 45 7 - 7 21 向曰葵 1 1 1 28 1 26 2 - 7 52 0 + 红花 t r8 - 1 34 95 2 - 5 71 52 3 橄榄 1 328 0 9 71 8 蓖麻籽 上上 + 棉籽 1 一2 t 卜188 9 9 l 亚麻籽 222 81 05 34 油菜籽 t r - 45 1 92 2 3 75 2 6 2 芝麻 + 可可油 1 28 1 l2 4 3 15 9 击2l a 每1 0 0 克油脂甾醇毫克数 b t r 即痕量( t r a c ea m o u n t s ) ，小于0 5 c 十表示存在 植物油脱臭馏出物常因植物油的种类，来源的不同以及植物油的脱臭工艺 设备的不同其所含的各种成分含量也会有所不同。脱臭馏出物约为植物油的 0 3 0 6 ，主要成分有游离脂肪酸( 包括亚油酸、油酸、棕榈酸等) 、甘油三酸 酯、甾醇、天然维生素e ( 生育酚) 及其它酸化物分解所得到的挥发物，如醛、 酮、烃等，此外，还有少量的胶质、蜡质、卵磷酯等1 2 , 3 0 1 。 有关资料报道c 3 了三种大宗植物油( 大豆油，菜籽油，米糠油) 的脱臭馏 出物组成及几种主要油脂精炼脱臭馏出物中的甾醇含量。表1 4 为大豆油、菜 籽油、米糠油脱臭馏出物组成。表1 5 为七种油的脱臭馏出物中甾醇含量，表 1 6 为大豆油、菜籽油、米糠油的脱臭馏出物中甾醇组成。 1 0 浙江大学硕士学位论文( 2 6 0 2 ) 表1 4 大豆油、菜籽油、米糠油脱臭馏出物组成( ) 脱臭馏出物来源 组成成分 大豆油菜籽油米糠油 游离脂肪酸2 3 2 52 0 3 0 甾类化合物2 0 3 23 7 21 0 1 5 三萜类化合物1 7 , - 4 3 烃类5 - 1 02 5 8 生育酚( v e ) 5 1 31 1 82 5 甘油酯等 3 1 61 8 11 5 2 5 v e 含量以不皂化物百分比计 表1 5 七种油的脱臭馏出物中甾醇含量( ) 脱臭馏出物来源甾醇含量脱臭馏出物来源甾醇含量 大豆油 9 1 2 棕榈油 2 o 菜籽油 2 4 9 葵花籽油 0 。8 1 2 米糠油 4 9 1 9 2 橄榄油 0 6 花生油 5 9 表1 6 大豆油、菜籽油、米糠油的脱臭馏出物中甾醇组成( ) 来源菜油甾醇含量豆甾醇含量 b 谷甾醇含量 甾醇总含量 大豆油 2 6 72 5 54 6 09 8 2 菜籽油 2 3 45 8 98 2 3 米糠油 3 7 61 2 】4 4 99 4 6 另外，各种植物油的脱臭馏出物中其它主要成分( 维生素e 、脂肪酸) 的 组成含量见表1 7 和表1 8 t ”】。 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 表1 7 某些植物油脱臭馏出物中天然维生素e 异构体组成 含量维生素e 总含各种维生紊e 异构体含量占总含量， 最( ，w w ) 油脂 a 生育酚1 3 + y 生育酚6 生育酚 大豆油8 2 01 5 2 04 5 5 02 5 3 0 菜籽油7 1 03 0 棉籽油 6 - 1 54 8 5 0 5 0 - 5 2 米糠油 2 56 23 7l 玉米胚芽油 7 1 11 0 1 5 。 8 5 9 0 葵花籽油 7 1 59 64 红花籽油78 41 4 51 5 棕榈油 2 3 卸52 1 也5 表1 8 几种植物油中脂肪酸组分的组成 、油脂名称 腑八 棉籽油米糠油菜籽油豆油 肉豆蔻酸0 5 1 50 4 1 0微t - - o 5 棕榈酸 2 0 0 31 2 1 51 37 _ 1 1 硬脂酸 1 - - 3】 30 4 - - 3 52 6 花生酸0 2 1 50 5 , - 2 4 山荷酸o 6 2 1 棕榈油酸 0 2 0 40 2 0 油酸 2 3 3 54 0 - 5 01 2 2 41 5 3 3 亚油酸4 2 5 42 9 4 21 2 2 64 3 5 6 二十碳烯酸 3 5 1 1 6 芥酸4 0 5 5 二十碳二烯酸 o 6 - 2 亚麻酸微量一17 1 05 l l 可见，大豆油、菜籽油、米糠油脱臭馏出物中富集了大量的甾醇，而其中 主要为b 谷甾醇、豆甾醇和菜油甾醇。日本、欧美等国家和地区均将大豆油脱 臭窝出物作为提取甾醇的主要原料。她”。】。从我国目前油脂生产原料和生产能 1 2 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 力来看，甾醇资源丰富，对含量低于1 0 的可预先进行蒸馏浓缩p 8 “1 。 1 5 甾醇提取工艺 脱臭馏出物的主要价值在于维生素e 和甾醇，国外早已开展这方面研究并 已有工业化生产，目前仍在资源、提取效率( 成本、比例、纯度) 等方面深化， 而国内对脱臭馏出物的采集利用尚属初步阶段，探索合理工艺提取脱臭馏出物 中的植物甾醇，不仅有良好的经济效益，而且能减少馏出物排放造成的环境污 染口1 。 从脱臭馏出物中提取甾醇的方法各异，但其原理一般是基于原料组成的化 学性质、物理性质及生化反应方面的差异，如利用皂化、中和、酶解、溶解度、 蒸汽压、吸附力的差异以及不同温度、真空条件、表面活性剂存在下物理、化 学性质的变化等来分离除去非甾酵类物质的。 1 5 1 溶剂结晶法 该法一般为现今油脂工程专业教材上所述的提取方法，可用于直接分离， 操作较为简单。其工艺流程是： 去肥皂去乙醚不溶物 ft 脱臭馏出物一皂化一乙醚萃取一乙醚抽出物一无水硫酸钠一干燥并过滤一 丙酮萃取一干燥一甾醇粗制品一乙醇重结晶一甾醇精制品 此工艺缺陷在于所用溶剂过多，回收困难，而且甾醇比例不高，难以工业 化生产。但其处理的方法及其中一些工序仍广为探索新工艺的人们参考和借鉴， 用于实验室做甾醇的定性，定量分析也较为合适。 t i t o h 等人1 7 】用1 0 n 氢氧化钾的乙醇液在氮气条件下回流皂化混合物，稀释 后不皂化成分用异丙醚( i s o p r o p y le t h e r , i p e ) 萃取而得，通过蒸馏水冲洗，并 在无水硫酸钠条件下干燥，可得到i p e 萃取物即不皂化成分。j o h a n s s o n 等人1 8 1 用 混合溶剂( 3 0 - 1 0 0 j e 己烷、0 - 5 0 丙酮、o - 5 0 甲醇) 溶解皂化物后，再用混合亲 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 水溶剂室温下从上述混合物中萃取包括混合甾醇的极性组分，混合亲水溶剂包 括：0 9 9 9 甲醇、0 5 0 正己烷、0 - 5 0 丙酮、0 1 - 1 0 水、0 - 1 0 除甾醇外的 其它不皂化物，溶剂循环利用。l a m m i n k a r i 等人呻】贝0 将不皂化成分与活性炭悬 浮在丙酮中，升高温度至4 0o c 5 0o c 范围内，形成中性成分的丙酮溶液，去除 不溶部分和活性炭后再分离结晶。k o s k e r m i s k a 等人i ”1 在不皂化物中加入无机强 酸或有机强酸处理( 包括盐酸、氢溴酸、磷酸、甲磺酸或p 甲苯亚磺酸) ，使a 一谷甾醇与之反应，再溶解后，通过冷却结晶并过滤，可回收b 谷甾醇。后来m 1 用混合溶剂( 烃类、低碳醇和水) 处理也实现a 谷甾醇与b 谷甾醇的分离， 纯化了b 一谷甾醇。u k k o n e n 等人2 1 用混合溶剂处理可使母谷甾醇中的a 谷甾 醇含量低于5 。h a m u n e n 等人 1 5 , 1 ”用有机溶剂水处理法从硫酸纤维素粗皂物的 不皂化物中提取分离含有b 一谷甾醇及少量q 谷甾醇的甾醇混合物。r o b i n s o n 等 人1 2 4 1 对皂化松浆油的不皂化物先用烃类萃取，再加入低碳醇和水，形成两相体 系，上相为有机相，下相为醇水相，去除下相后，结晶过滤回收甾醇，其比例 为6 0 以上，纯度为9 0 以上。 1 5 2 络合法 日本、美国等就采用此法工业化生产植物甾醇。针对谷维素生产老工艺中 提取谷甾醇的困难，繁复，我国少量米糠甾醇的工业化生产亦是采用此法。其 工艺流程如下： 脱臭馏出物一皂化一酸分解一萃取一络合反应一分离一络合物一分解一甾 醇粗制品一脱色一结晶一甾醇精制品 此法经实验证明，产品纯度高，收率也较高：所用络合形成剂有：有机酸、 卤酸、尿素和卤素碱土金属盐。一般用卤盐络合，卤盐有氯化钙、溴化钙，氯 化锌，氯化镁、溴化镁、氯化亚铁等，络合反应溶剂有用石油醚的，有用异辛 烷的，反应温度亦各异。其中，此法可考虑在不严重影响收率的情况下，用水 相皂化代替醇相皂化，减轻溶剂回收的麻烦。可适当降低成本。 s t r o v e 等人1 9 】在2 0 0 2 2 0o c 下从馏出物中通过甲醇转酯化作用( 催化剂： 1 4 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 碱金属的醇化物或氢氧化物) 分离出甾醇混合物，与甲醇分离后，在转酯化产 物中加入一种非质子传递溶剂( 轻石油、甲苯、二乙酮、乙酸乙酯或1 ，2 。二氯 乙烷) 使之溶解，再加入氯化钙和一定量质子溶剂( 甲醇或水，其量需足够形 成氯化钙- 甾醇加合物) 后，分离出加合物并分解回收游离甾醇。c r a w f o r d 等人 【”】在馏出物中加入二烷基酮( 甲基异丁基酮或甲基异戊基酮) 和低碳醇( 甲醇、 乙醇或异丙醇) 的混合物进行皂化，再加入饱和溴化钙溶液，过滤回收固体甾 醇复合物，用乙醇将甾醇从复合物中分解出来。 1 5 3 分子蒸馏法 该法特别适用于实验室精制，也可用于工厂同时提取和分离v 。，甾醇。其 工艺流程是： 硫酸，低碳醇脂肪酸酯生育酚 it 脱臭馏出物一酯化一蒸除低碳醇一蒸馏一残渣分子蒸馏一残渣一皂化一丙酮 提取一甾醇粗制品一脱色一结晶一精制甾醇 此工艺中，分子蒸馏在1 3 3 p a o 13 p a 下可反复进行以便更好地分离出u 和脂肪酸酯类，便于甾醇的萃取。 s t r u v e 等人【“1 用甲醇对脱臭馏出物( 含甾醇5 1 5 ) 进行转酯化作用，然 后在一个薄层蒸发器中对混合物进行分子蒸馏，这样可得到一个含5 0 以上的 混合甾醇的主要馏分，温度为2 2 0 2 8 0o c ，真空度为0 0 1 0 5m b a r ，若条件为： 温度1 2 0 2 0 0o c ，真空度o 5 1m b a r ，则得到甾醇含量为5 - 4 0 的馏分，混合甾醇 为b 谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、胆甾醇或其混合物。f i z e t 等人f 2 3 1 先使脱臭 馏出物脱气，再使其中甾醇与脂肪酸发生酯化反应，通过两次蒸馏，除去脂肪 酸、脂肪酸酯和生育酚，再分解甾醇脂肪酸酯得到甾醇。 1 5 4 干式皂化法 这种方法的工艺是； 浙江大学硕士学位论文( 2 0 0 2 ) 去钙皂 f 脱臭馏出物一干式皂化一粉碎膏状物一萃取一浓缩一甾醇粗制品一洗涤去 杂一脱水一甾醇精制品 此工艺用熟石灰或生石灰在6 0o c 9 0o c 皂化后直接用机器粉碎膏状物，避 免了一些麻烦的干燥操作程序。此外，采用乙醇作为抽提剂进行低温浸出，一 方面可节省大量乙醇，另一方面生产工艺安全无毒。改善其工艺条件以提高比 例的试验正在进行之中。 1 5 5 吸附法 工艺过程： 非甾醇杂质