專利名稱：一種制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備W醇脂肪酸酯的綠色工藝方法。
背景技術(shù)：
植物甾醇來(lái)源廣泛，自然界中已發(fā)現(xiàn)40多種，其中/3—谷甾醇、豆裕醇、菜油甾醇占 了絕大多數(shù)。甾醇可起到預(yù)防心血管疾病的作用，是國(guó)際營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦的未來(lái)十大功能性 營(yíng)養(yǎng)成分之一。但游離甾醇在水和油中的溶解度小限制了它的應(yīng)用，而更為突出的是甾醇 也難以溶解于人體消化器官中的膠束相，從而無(wú)法在人體中發(fā)揮其生理活性，.另一方面ffi 醇的熔點(diǎn)較高，在10'C以下的低溫條件下易形成結(jié)晶，從而使添加甾醇的食品中難以保持 原有結(jié)構(gòu)。將甾醇酯化為甾醇脂肪酸酯則是改善上述特性的有效途徑。
甾醇脂肪酸酯一般是將植物甾醇經(jīng)酯化處理而得。所用植物禍醇可以是j3-谷裕醇、豆 甾醇、菜油甾醉，或是相應(yīng)甾垸醇，或是混合物。酯化后植物甾醇脂肪酸酯的溶解度發(fā)生 了顯著改變，如植物吊烷醇脂肪酸酯在食用油和脂肪中溶解度高達(dá)35-40%，而游離甾醇在 食用油和脂肪中的溶解度在2lX:時(shí)的最大值僅為2X(w/w)。與植物甾醇相比，植物甾醇脂 肪酸酯的吸收利用率提高了約5倍，并且具有更優(yōu)的親脂性和更佳的降膽固醇效果，是一種 新型功能性食品基料。
目前植物甾醇脂肪酸酯的合成方法，主要有化學(xué)法和酶法兩種。化學(xué)法合成植物甾醇 脂肪酸酯有直接酯化法、酰氯酯化法、酸酐酯化法、醇酯交換法等合成方法。但是在現(xiàn)有 專利技術(shù)中，許多研究將甾醇酯僅僅作為化工產(chǎn)品來(lái)合成，為了追求高酯化率，往往采用 了苛刻的反應(yīng)條件和繁瑣的純化步驟,并添加了不利于產(chǎn)品安全性的催化劑或者有機(jī)溶劑。
近年來(lái)以制備可食用甾醇脂肪酸酯為目的合成工藝主要有以下一些專利 US6989456公開(kāi)了以大豆油、菜籽油和橄欖油以及植物甾醇為原料，以脂肪酶為催化 劑，合成可作為膳食性甾醇脂肪酸酯產(chǎn)品，但是合成過(guò)程較為復(fù)雜，需要反復(fù)酶解和分子 蒸餾，以提高酯化率，脫除有色物質(zhì)、未反應(yīng)完全的原料(如甾醇和脂肪酸等)，工藝耗能 較高，高溫加熱時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)20h左右。而且工藝中用到有機(jī)溶劑正己烷，也不利于食品 安全。
US6635774公開(kāi)了以單一脂肪酸和甾醇為原料生產(chǎn)可應(yīng)用于食品或者醫(yī)藥工業(yè)的甾醇 脂肪酸酯，其目的是能研究產(chǎn)品的構(gòu)效關(guān)系，為了得到綠色無(wú)污染的高酯化率產(chǎn)品，該專利工藝中沒(méi)有添加任何催化劑和有機(jī)溶劑，而是采用高溫真空加熱，最高溫度達(dá)到245'C， 時(shí)間也長(zhǎng)達(dá)ll個(gè)小時(shí)左右，在此條件下，易產(chǎn)生脂肪酸氧化副產(chǎn)物(如反式脂肪酸和共軛 二烯等)，并降低產(chǎn)品氧化穩(wěn)定性。
US6828451公開(kāi)了以甾醇、甾烷醇、4-甲基甾醇及其氫化物、三萜醇類及其氫化物與 脂肪酸甲酯為原料，以固體鑭系元素氧化物為催化劑，以制備可應(yīng)用于化妝品、護(hù)膚品和 特定食品(功能食品和醫(yī)藥產(chǎn)品等)的甾醇脂肪酸酯原料，整個(gè)反應(yīng)在常壓充氮環(huán)境下進(jìn) 行，溫度高達(dá)200-250X:，反應(yīng)時(shí)間7個(gè)小時(shí)，也容易使脂肪酸產(chǎn)生異構(gòu)化，產(chǎn)生副產(chǎn)物。
US6，413，57Bl公開(kāi)了以共軛亞油酸甲酯和甾醇為原料，以甲醇鈉為催化劑，在真空 加熱條件下制備可運(yùn)用于食品和醫(yī)藥產(chǎn)品中的甾醇酯，所采用的條件較為溫和，但是甲醇 鈉對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，對(duì)生產(chǎn)不利。
因此，現(xiàn)有以制備可食用甾醇脂肪酸酯為目的的專利技術(shù)中仍然存在高溫長(zhǎng)時(shí)加熱、 催化劑安全性低、使用有機(jī)溶劑等缺點(diǎn)，且沒(méi)有對(duì)最后所得產(chǎn)品的氧化穩(wěn)定性和反應(yīng)副產(chǎn) 物進(jìn)行監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種制備甾醇脂肪酸酯 的工藝方法，它不僅可顯著縮短處理和反應(yīng)時(shí)間，簡(jiǎn)化分離純化步驟，提高生產(chǎn)效率，節(jié) 省能耗，而且產(chǎn)品生物活性高，安全性強(qiáng)。
本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所釆用的技術(shù)方案為
以植物甾醇、脂肪酸或/和脂肪酸酯、抗氧化劑為原料，植物甾醇與脂肪酸或/和脂肪 酸酯的摩爾比為1.5 1.2:1，抗氧化劑占原料總重量的0.01 0.1%，
將原料混合均勻后，真空加熱熔化0.5 2h，加熱溫度為70 150'C,真空度10~500Pa, 或者微波輻射加熱熔化2 10min,微波輻射加熱強(qiáng)度為10W/mL 150W/mL,
在上述混合物熔化后，加入催化劑，催化劑的加入量為反應(yīng)物總重量的0.2% 8%, 進(jìn)一步充分混合均勻后，在溫度為30 150"、常壓或真空度10 100Pa的真空加熱條件 下酯化反應(yīng)3-20h，或者進(jìn)行微波輻射加熱酯化反應(yīng)5 30分鐘，微波輻射加熱強(qiáng)度為 20W/mL~200W/mL，
酯化反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)分離純化，干燥處理，即得甾醇脂肪酸酯產(chǎn)品。
按上述方案，所述的脂肪酸為油酸、亞油酸、共軛亞油酸、Q^亞麻酸、y亞麻酸、二 十碳五烯酸、二十二碳六烯酸中的一種或幾種脂肪酸酯為上述脂肪酸的甲酯或乙酯等短鏈酯類。
按上述方案，所述的植物甾醇包括豆甾醇、谷甾醇、菜籽甾醇等的單一或混合甾醇， 或?yàn)榻?jīng)過(guò)富集的甾醇含量高的精制植物甾醇。
按上述方案，所述的真空加熱熔化的真空度為50 500Pa，真空加熱熔化的時(shí)間為 0.5 1.5h;所述的微波輻射加熱強(qiáng)度為10W/mL 80W/mL，可優(yōu)選微波輻射加熱熔化。微 波輻射加熱在非真空常壓條件下進(jìn)行。
按上述方案，所述的抗氧化劑可選用天然抗氧化劑茶多酚、竹葉黃酮、葡萄籽提取物、 迷迭香等以及合成抗氧化劑如丁基羥基茴香醚(BHA)、 二丁基羥基甲苯(BHT)、沒(méi)食子酸丙 酯(PG)、特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)等的一種或幾種，添加量為反應(yīng)物總重量的0.03 0.1%。
按上述方案，所述的催化劑包括脂肪酶類催化劑或化學(xué)催化劑。
所述的脂肪酶類催化劑包括固定化酶和非固定化酶，包括有Lipase AY、 Lipase AK、 Lipase DF、 Novozyme 435的一種或幾種，優(yōu)選固定化酶；采用酶類催化劑時(shí)可在常壓或 者真空加熱條件下進(jìn)行，優(yōu)選在真空加熱條件下進(jìn)行酯化反應(yīng),溫度為30 90^C，優(yōu)選50~ 80'C，，真空度為30-80Pa，常壓下反應(yīng)則可采用氮?dú)獗Ｗo(hù)并借助水浴搖床加速反應(yīng)，反應(yīng) 時(shí)間10 18h。
所述的化學(xué)催化劑為食品中允許添加的化學(xué)試劑，包括硫酸氫鈉、磷酸二氫鈉、，磷酸 氫二鈉、無(wú)水亞硫酸氫鈉、檸檬酸、氫氧化鈉、氫氧化鈣、氯化鉀中的一種或幾種；采用 化學(xué)催化劑時(shí)可采用真空加熱，真空加熱條件為溫度90 150'C,真空度10 100Pa，加熱 時(shí)間3 10h;微波輻射反應(yīng)條件為在30W/mL 150W/mL的加熱強(qiáng)度下加熱10 25min。
本發(fā)明所述的充分混合可以采用超聲波、漩渦振蕩器、均質(zhì)機(jī)、膠體磨等方式的一種 或多種。
本發(fā)明所述的微波加熱可采用間歇或連續(xù)的加熱方式進(jìn)行。
按上述方案，所述的分離純化是指采用加入反應(yīng)原料總重量20°/。-100%的無(wú)水乙醇， 4'C下靜置24h，真空抽濾去除未反應(yīng)完全的植物甾醇，脫除甾醇后的產(chǎn)品水洗去除化學(xué)催 化劑，固定化酶催化劑直接離心或者過(guò)濾去除，非固定化酶加入硅藻土在40 701C下攪拌 加熱30 60min后，分子篩過(guò)濾脫除，并進(jìn)一步水洗產(chǎn)品。
按上述方案，所述的分離純化還包括產(chǎn)品脫色處理，所述的產(chǎn)品脫色處理釆用占產(chǎn)品 重量0.1-10%的活性碳、白土或硅藻土按常規(guī)脫色方式進(jìn)行，然后采用真空加熱或者微波輻射方式進(jìn)一步干燥即得最終產(chǎn)品。
本發(fā)明所得甾醇脂肪酸酯產(chǎn)品采用過(guò)氧化值和反式脂肪酸等指標(biāo)來(lái)衡量樣品氧化穩(wěn)定 性和反應(yīng)副產(chǎn)物。要求最終所得產(chǎn)品的過(guò)氧化值低于10 meq/kg，反式脂肪酸含量小于 0.1%。
本發(fā)明ffi醇脂肪酸酯的酯化率采用氣相色譜配備高溫毛細(xì)管柱子來(lái)進(jìn)行直接測(cè)定，反 式脂肪酸采用GC-MS來(lái)測(cè)定。
本發(fā)明的有益效果是
1) 采用微波輻射和真空加熱方式，有利于原料的充分混合和酯化反應(yīng)的進(jìn)行，尤其是 微波加熱運(yùn)用于整個(gè)合成工藝(前處理、酯化反應(yīng))，可快速升溫和冷卻，反應(yīng)速率增加， 使酯化反應(yīng)時(shí)間由4小時(shí)以上縮短到30分鐘以內(nèi)，提髙了效率，降低了能耗，具有操作方 便、產(chǎn)率高和產(chǎn)品易純化等特點(diǎn)。
2) 本發(fā)明在酯化反應(yīng)前即加入抗氧化劑，可抑制植物裕醇和脂肪酸在加熱過(guò)程中分子 結(jié)構(gòu)和氧化穩(wěn)定性的破壞，有利于反應(yīng)原料保持天然結(jié)構(gòu)和原有生物活性，從而為得到高 生物活性產(chǎn)品提供了保障。
3) 本發(fā)明的反應(yīng)條件溫和，采用的合成工藝中沒(méi)有添加有機(jī)溶劑，催化劑為食品中允 許添加的食品添加劑，使產(chǎn)品安全性得到了保障。
4) 本發(fā)明選取富有較強(qiáng)生物活性的不飽和脂肪酸或者脂肪酸酯為合成原料，因此在產(chǎn) 品分離純化過(guò)程中，無(wú)需脫除多余的脂肪酸或者脂肪酸酯，而是將其與留醇脂肪酸酯一起 作為功能活性成分，既簡(jiǎn)化了整個(gè)工藝，節(jié)省了能耗，又增加了生物活性功能因子。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
亞油酸甾醇酯的制備稱取亞油酸4g，按照亞油酸與植物甾醇摩爾比1.5: 1稱取植 物甾醇，再添加占總重量0.06%葡萄籽提取物，采用漩渦振蕩混和均勻后，置于微波爐中， 在80W/g的加熱強(qiáng)度下加熱2min,取出后立刻往混合物中加入其總重量2%的擰檬酸，用 漩渦混合器劇烈振蕩，在微波功率110w/g條件下間歇加熱，單次加熱時(shí)間為4miii/次，每 次間隔30秒，共加熱8次。反應(yīng)后，加入占總反應(yīng)物質(zhì)量50%的無(wú)水乙醇，攪拌后置于4 'C冰箱中過(guò)夜，過(guò)濾去除未反應(yīng)完全甾醇，然后60TC、真空條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除無(wú)水乙醇， 再加入占反應(yīng)物總重量10%的白土，在60C下加熱攪拌過(guò)濾，脫色產(chǎn)品進(jìn)一步水洗后在100W/g微波加熱強(qiáng)度下加熱5min干燥脫水，得甾醇亞油酸酯產(chǎn)品，酯化率為80.1%，產(chǎn) 品過(guò)氧化值4.2 m叫/kg，反式脂肪酸含量小于0.1%。 實(shí)施例2
油酸甾醇酯的制備稱取油酸4g，按照油酸與植物甾醇摩爾比1,2: l稱取植物甾醇，
再添加占反應(yīng)物重量0.05%的茶多酚漩渦振蕩混勻后，在90'C、 50Pa真空條件下加熱熔化 lh，冷卻至65'C添加占總反應(yīng)物質(zhì)量3。/。的Novozyme435，釆用漩渦振蕩充分混合均勻后， 在70'C、 40Pa真空加熱條件下反應(yīng)12h;反應(yīng)后，加入占總反應(yīng)物質(zhì)量50%的無(wú)水乙醇， 攪拌后置于4X:冰箱中過(guò)夜，過(guò)濾去除未反應(yīng)完全甾醇和脂肪酶，然后加入占反應(yīng)物總重 量10%的白土和活性碳，在60'C下加熱攪拌過(guò)濾，脫色產(chǎn)品進(jìn)一步水洗后在100W/g微波加 熱強(qiáng)度下加熱5min干燥脫水，得甾醇脂肪酸酯產(chǎn)品，酯化率為70.1%，產(chǎn)品過(guò)氧化值 3.9meq/kg，反式脂肪酸含量小于0.1%。 實(shí)施例3
O"亞麻酸甾醇酯的制備稱取仏亞麻酸4g，按照O"亞麻酸與植物甾醇摩爾比1.3: 1 稱取植物甾醇，再添加占總重量0.1%的竹葉黃酮和茶多酚混合物，采用均質(zhì)機(jī)混和均勻后， 置于微波爐中，在60W/g的加熱強(qiáng)度下加熱2min,取出后立刻往混合物中加入其總重量 3%的硫酸氫鈉，用漩渦混合器劇烈振蕩，在IOO'C、 10Pa真空加熱條件下反應(yīng)7h:后續(xù) 步驟同實(shí)施例l，得甾醇仏亞麻酸酯產(chǎn)品，酯化率為98.1°/。，產(chǎn)品過(guò)氧化值6.6meq/kg,反 式脂肪酸含量小于0.1%。
實(shí)施例4
a-亞麻酸甾醇酯的制備稱取0"亞麻酸乙酯4g，按照仏亞麻酸乙酯與植物甾醇摩爾比 1.5: 1稱取植物甾醇，再添加占總重量0.04%的TBHQ，采用均質(zhì)機(jī)混和均勻后，在IOO匸、 80Pa真空條件下加熱烙化lh，取出后立刻往混合物中加入其總重量4%的硫酸氫鈉，用漩 渦混合器劇烈振蕩，在130C、 10Pa真空加熱條件下反應(yīng)llh;后續(xù)步驟同實(shí)施例l,得甾 醇a-亞麻酸酯產(chǎn)品，酯化率為77.3%,產(chǎn)品過(guò)氧化值4.6 meq/kg，反式脂肪酸含量小于0.1%。
權(quán)利要求
1、一種制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于以植物甾醇、脂肪酸或/和脂肪酸酯、抗氧化劑為原料，植物甾醇與脂肪酸或/和脂肪酸酯的摩爾比為1.5～1.2∶1，抗氧化劑占原料總重量的0.01～0.1％，將原料混合均勻后，真空加熱熔化0.5～2h，加熱溫度為70～150℃，真空度10～500Pa，或者微波輻射加熱熔化2～10min，微波輻射加熱強(qiáng)度為10W/mL～150W/mL，在上述混合物熔化后，加入催化劑，催化劑的加入量為反應(yīng)物總重量的0.2％～8％，進(jìn)一步充分混合均勻后，在溫度為30～150℃、常壓或真空度10～100Pa的真空加熱條件下酯化反應(yīng)3-20h，或者進(jìn)行微波輻射加熱酯化反應(yīng)5～30分鐘，微波輻射加熱強(qiáng)度為20W/mL～200W/mL，酯化反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)分離純化，干燥處理，即得甾醇脂肪酸酯產(chǎn)品。
2、 按權(quán)利要求1所述的制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于所述 的脂肪酸為油酸、亞油酸、共軛亞油酸、a-亞麻酸、7-亞麻酸、二十碳五烯酸、 二十二碳六烯酸中的一種或幾種；脂肪酸酯為上述脂肪酸的甲酯或乙酯的短鏈酯 類。
3、 按權(quán)利要求1或2所述制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于所 述的植物裕醇包括豆甾醇、谷甾醇、菜籽甾醇的單一或混合m醇，或?yàn)榻?jīng)過(guò)富集 的甾醇含量高的精制植物甾醇。
4、 按權(quán)利要求1或2所述的制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于 所述的抗氧化劑為天然抗氧化劑茶多酚、竹葉黃酮、葡萄籽提取物、迷迭香以及 合成抗氧化劑丁基羥基茴香醚(BHA)、二丁基羥基甲苯(BHT)、沒(méi)食子酸丙酯(PG)、 特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)的一種或幾種，添加量為反應(yīng)物總重量的0.03 0.1%。
5、 按權(quán)利要求1或2所述的制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于 所述的催化劑為脂肪酶類催化劑或者化學(xué)催化劑，所述的脂肪酶類催化劑包括固 定化酶和非固定化酶，所述的化學(xué)催化劑為食品中允許添加的化學(xué)試劑。
6、 按權(quán)利要求5所述的制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于所述 的脂肪酶類催化劑包括有Lipase AY、 Lipase AK、 Lipase DF、 Novozyme 435的一 種或幾種，優(yōu)選固定化酶；所述的化學(xué)催化劑包括硫酸氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸 氫二鈉、無(wú)水亞硫酸氫鈉、檸檬酸、氫氧化鈉、氫氧化鈣、氯化鉀中的一種或幾種。
7、 按權(quán)利要求1或2所述的制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于 所述的充分混合采用超聲波、漩渦振蕩器、均質(zhì)機(jī)、膠體磨方式的一種或多種。
8、 按權(quán)利要求1或2所述的制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于 所述的分離純化是指采用加入反應(yīng)原料總重量20%-100%的無(wú)水乙醇，4X:下靜置 24h，真空抽濾去除未反應(yīng)完全的植物甾醇，脫除甾醇后的產(chǎn)品水洗去除化學(xué)催化 劑，固定化酶催化劑直接離心或者過(guò)濾去除，非固定化酶加入硅藻土在40~70'C 下攪拌加熱30 60mm后，分子篩過(guò)濾脫除，并進(jìn)一步水洗產(chǎn)品。
9、 按權(quán)利要求8所述的制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法，其特征在于所述 的分離純化還包括產(chǎn)品脫色處理，所述的產(chǎn)品脫色處理采用占產(chǎn)品重量0.1-10% 的活性碳、白土或硅藻土按常規(guī)脫色方式進(jìn)行，然后采用真空加熱或者微波輻射 方式進(jìn)一步干燥即得最終產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備甾醇脂肪酸酯的綠色工藝方法。以植物甾醇、脂肪酸或/和脂肪酸酯、抗氧化劑為原料，將原料混合均勻后，真空加熱熔化或者微波輻射加熱熔化在上述混合物熔化后，加入催化劑，催化劑的加入量為反應(yīng)物總重量的0.2％～8％，進(jìn)一步充分混合均勻后，在溫度為30～150℃、常壓或真空度10～100Pa的真空加熱條件下酯化反應(yīng)3-20h，或者進(jìn)行微波輻射加熱酯化反應(yīng)5～30分鐘，微波輻射加熱強(qiáng)度為20W/mL～200W/mL，酯化反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)分離純化，干燥處理，即得甾醇脂肪酸酯產(chǎn)品。不僅可顯著縮短處理和反應(yīng)時(shí)間，簡(jiǎn)化分離純化步驟，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省能耗，而且產(chǎn)品生物活性高，安全性強(qiáng)。
文檔編號(hào)C07C67/08GK101434639SQ20081023688
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者萬(wàn)楚筠, 劉昌盛, 品 張, 李文林, 李江濤, 湄 楊, 王明霞, 鄧乾春, 郭萍梅, 鈕琰星, 黃鳳洪 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所