硕士学位论文-羊毛脂皂化及其胆甾醇提取的工艺研究.pdf

四少日大学 硕士学 位 论文 题目羊毛脂皂化及甚月熟声醒提巫政弄艺研究 作者 完成日期年月 培养 单 位 四川大学 士匕 曰 钱 纷 币去石 脚孚 旦 日 又 廿人夕 门军 夕补 甲 副教授 业应 用化学 研究方向油脂化学品制备派其贷体提取 授予学位日期 羊毛脂皂化及其胆街醇提取的工艺研究 应用化学专业 研究生谭兰 兰指导教师杨景昌 摘要 本文研究了从粗羊毛脂中提取胆幽醇的工艺过程 , 重点考察了羊毛脂皂化 过程 、 皂化产物的醇皂分离制备羊毛脂醇的过程 、 胆幽醇与氯化钙形成配合物 从羊毛脂醇中分离的过程 、 配合物水解制备胆幽醇 的过程 。 通过研究得 出了各 影响因素对产品收率 、 纯度的影响规律和相应的优化工艺条件 。 对产品的纯度 、 油脂指标及相应的颜色反应 、 熔点等的分析结果表明 , 所得产品的收率可达 以上 , 产品纯度可达以上 , 各项指标均符合有关化妆品添加剂标准 。 羊毛 脂原料价格便宜 、 易于得到 , 其中胆 幽醇的附加值极高 , 因此 , 该工艺技术具 有很高的工业化价值 。 对粗羊毛脂皂化过程 , 研究了皂化反应过程 中加料方式 、 添加助剂 、 碱的 用量 、 反应温度 、 反应时间对皂化率的影响 , 确定了过程的适宜工艺条件 。 该 工艺条件分别为采用羊毛脂加入醇碱液的加料方式氢氧化钠用量为 , 倍理 论碱量皂化助剂为乙醇 , 其溶液浓度为皂化温度 一 。 在该工艺 条件下 , 皂化反应时间为 , 相应的皂化率可达以上 。 在皂化产物的醇皂分离过程中 , 通过实验选择了先将羊毛酸钠皂转化为钙 皂然后再萃取分离的方法 。 实验表明该方法易于操作 , 且可大大减少醇皂分离 过程中的损失 。 考察了该过程的氯化钙用量 、 反应温度 、 萃取溶剂及其用量对 羊毛脂醇收率的影响 , 确定了相应的适宜条件氯化钙初始羊毛脂二 反应温度 萃取羊毛脂醇的溶剂为乙醇 , 且乙醇初始羊毛脂二 。 在该工艺条件下 , 羊毛脂醇的收率可达所用粗羊毛脂的 。 在羊毛脂醇与氯化钙进行配合的过程中 , 用正交实验法考察了氯化钙用量 、 配合温度 、 配合时间三个重要因素的影响 , 确定了配合反应的适宜工艺条件 氯化钙胆幽醇二 , 配合反应时间为 , 配合温度为 。 各因素对胆幽 醇收率的影响顺序为反应时间配合温度氯化钙与胆幽醇的比例 。 还确定 了提纯配合物的适宜条件提纯溶剂为石油醚 一 乙醇混合液 , 且溶剂初始羊毛 脂醇 , 冷却温度 。 在配合物的水解及胆 多醇制备过程中 , 比较了不同的水解方法 、 水解产品 重结晶溶剂 。 实验表明 , 直接用水进行水解的方法更为可取 , 相应的适宜工艺 条件为水解温度巧 , 水配合物重结晶溶剂为乙醇 。 在该工艺 条件下 , 羊毛脂醇中胆幽醇的收率可达左右 。 最后分别用粗羊毛脂和试剂级羊毛脂为原料 , 在上述所选择的适宜工艺条 件下做了相应的重复性实验 , 二者所得产品的胆 幽醇纯度均达以上 , 胆幽 醇的总收率分别达到和 。 关键词羊毛脂胆幽醇羊毛脂醇皂化配合物水解提取 丫 乞 , , , , , , , , , ,一 , 一 , , , 一 , , , , 阴 而 , 盯 , , , , , , , , , , 而 一 丽 , , , 州 州 , 场 , 斗 , , , 诚 一 丽 , 助 , 坤 , 目录 第章前言 羊毛脂及其相关产品 , 羊毛脂中的胆 幽醇及其应用 本课题的意义 , 第章前人的工作及生产与研究现状 “ “ ” “ “ 用生物方法直接提取胆幽醇 , 用化学方法提取胆幽醇 羊毛脂的皂化 用二价金属氢氧化物皂化 直接在碱水溶液中的皂化 在碱醇溶液中的皂化 , 二 , , 二 , , , 在碱水溶液中加入助剂的皂化 , 胆幽醇的提取 溶剂选择结晶法 色谱法 , 浪化法 配合法 分子蒸馏法 国内外生产与研究现状 国外现状 、 , 国内现状 , , 第章研究方法及技术路线的选择 “” “ “ ” 本论文的具体研究内容 研究方法的选择 , , 羊毛脂皂化的研究方法 , 胆幽醇提取的研究方法 技术路线 , 羊毛脂皂化的技术路线 胆幽醇提取的技术路线 , 有关分析方法的选择 , 二 , , 二 , , , 通用油脂指标分析 样品中胆凿醇的分析 样品中胆幽醇的定性分析 样品中胆幽醇含量的定量分析 , 第章实验研究 ” ” ”二” ” ”“ ” ”二”“”二”二“ ”二“ 实验所用药品 工艺用药品 , 、 分析用药品 , , 实验仪器及实验装置 工艺设备 分析设备 主要实验装置图 实验方案 , 羊毛脂的皂化 , , , 皂化产物的分离 , 胆幽醇的提取 实验步骤简述 羊毛脂的皂化 醇皂的分离 胆幽醇配合物的形成 , , , , , 配合物的提纯 配合物的水解及胆泌醇的提纯 , 样品分析 , , 油脂通用指标分析 , 水分及挥发物的含量测定 , 碘价的测定 , 皂化值的测定 , 酸价的测定 , 灰分的测定 胆幽醇含量的分析 原料羊毛脂不皂化物的提取方法 胆幽醇含量的分析方法 、 , 羊毛脂醇中胆 幽醇含量的分析 未重结晶粗产物中胆 街醇含量的分析 重结晶产品中胆幽醇含量的分析 实验数据处理 , , , 二 , , , 皂化率计算的基本方法 , 一次测定皂化率的计算 反应过程中皂化率的测定 第章实验结果与讨论 ” ” “ “ ” ” 羊毛脂的皂化 助剂的选择 加料方式的选择 所用碱量及反应时间对皂化率的影响 反应温度对皂化率的影响 皂化产物的分离与羊毛脂醇的制备 , 氯化钙加入量对羊毛脂醇收率的影响 反应温度对羊毛脂醇和胆幽醇收率的影响 , 羊毛脂醇萃取溶剂的选择 萃取溶剂量的确定 从羊毛脂醇中提取胆幽醇 胆幽醇与氯化钙配合过程的研究 ,气 配合物纯化条件的研究 溶剂的选择 溶剂量的确定 重结晶最终温度的确定 , 二 , , , 配合物水解过程的研究 , 水解方法的比较 , 水解温度的确定 , 水解用水量的确定 , 粗产物重结晶溶剂的选择 适宜工艺条件及相应的实验结果讨论 适宜工艺条件的初步确定 , 适宜工艺条件下的实验结果讨论 以试剂级羊毛脂为原料的实验结果讨论 第章结论与建议 “ “ “ ”“ “ “ “ ”二 ” “ “ ” “ “二“ 致谢 二”“” ”“”“ “ “ ” “二“ ”“ ”二“”二“ 二“二”“二”“二”“ “”“二“ 参考文献 ” “” “”“ ” “ ”二“”二二 ”“ “ ”二“ “”“ 四川大学硕士学位论文 第章前言 羊毛脂及其相关产品 羊毛脂或 , 是由羊皮脂腺分泌 出且粘附于羊毛毛被中的 酷类物质的多组份混合物 , 可从洗羊毛废液中回收而得 。 粗羊毛脂是一种褐色 、 有臭味的粘稠物 , 精制后为黄色半透明 、 油性的粘稠软膏状半固体 。 羊毛脂几 乎不溶于水 , 但可吸收相当于其自身重量倍的水分 , 易溶于醚 、 苯 、 氯仿 、 丙酮和石油醚 , 难溶于冷醇 , 熔点碑 。 羊毛脂与普通动植物油脂不 同 , 它不含甘油 , 主要是 由脂肪酸与大致等量 的脂肪醇 、 幽醇 、 三甲基苗醇等所形成的酷 , 另外含有少量游离酸 、 游离醇以 及烷烃 。 因而 , 更确切地说 , 应称为羊毛蜡 。 而且 , 根据羊种 、 气候及饲养 条件不同 , 羊毛脂的成分也有所不同 。 从羊毛脂中可分离出脂肪酸约多种 , 其中直链脂肪酸和支链脂肪酸分 别约 占脂肪酸总量的和从羊毛脂中可分离出的醇有种左右 , 可分 为脂肪醇 、 幽醇和三甲基幽醇三类 , 分别约占醇总量的 、 一 , , 。 由于羊毛脂中的很多成分是难降解的物质 , 且其使用价值较高 , 如直接排 放 , 不仅浪费资源 , 也污染环境 。 如果将这些物质从羊毛脂中分离或进一步衍 生 , 可得到许多有价值的高档产品 , 用作乳化剂 、 保湿剂 、 润滑剂 、 展涂剂 、 渗透剂 、 增溶剂 、 护理剂等 , 广泛用于化妆品 、 医药 、 皮革 、 金属防锈 、 农业 等方面 。 尤其在化妆品和医药方面 , 有着其它产品难以替代的独特性能 , 单就 化妆品来讲 , 以其为基质的配方已占全部化妆品的左右 , 而且还有很大的 发展势头 。 因此 , 羊毛脂又在国际上具有 “ 软黄金 ” 之称 。 据统计 , 全世界原毛年产量约万吨 , 其中羊毛脂约万吨 , 但目前的 利用率只有左右 。 而我国是产羊毛大国 , 每年洗毛约万吨 , 可回收的羊 毛脂约有万余吨 , 这为羊毛脂的深加工提供了丰富的原料保障 。 羊毛脂中的胆幽醇及其应用 羊毛脂中约含有 一 的胆幽醇 。 胆凿醇又名胆 固醇 、 胆脂醇或异辛幽烯 四川大学硕士学位论文 醇 , 英文名称为 ,一一一一。 其分子式为场 , 其结构如下图所示 胆幽醇可广泛用于化妆品 、 乳化剂 、 医药等各个方面 。 ”胆幽醇在化妆品和表面活性剂中的应用 胆幽醇可作为一种具有生物活性的多功能化妆品助剂 , 美国化妆品 原料手册己经将胆街醇列为可加入化妆品的天然活性物质 。 该类物质具有柔滑 和保湿作用 , 对皮肤无刺激 , 也不光敏化 , 对于干性和粗糙皮肤是优良的润滑 剂 。 胆凿醇 中具有一个叫幽核的四元碳骨架 , 并且环上还有三个侧链 , 它能够 消除偏振 , 起到防晒作用 , 可用于防晒化妆品中 。 胆 幽醇用于面霜配方中有 形成薄膜 、 收缩毛孔 、 减轻皱纹和使皮肤恢复弹性的作用 。 胆幽醇还有表面活性及稳定泡沫的作用 , 是乳化剂的基础组分 , 可形成油 包水或水包油型乳液 , 并证实它能改善阴离子乳化剂的性质和乳液的稳定性 。 胆幽醇与环氧乙烷反应可得到一种水溶性的表面活性剂 , 对水包油 型乳液是非常优良的乳化剂和稳定剂 , 用于控制膏霜和乳液的粘度 。 胆幽醇在医药中的应用 胆幽醇的另一重大应用是作为出体药物的一种天然 幽体资源 。 幽体药物是制药工业中极为重要的部门之一 。 年以前 , 世界上以 上 的幽体药物取材于薯预皂贰元 。 七十年代以后 , 由于不合理的采掘 , 造成资 源逐渐短缺 , 植物中皂贰含量下降 , 薯锁价格猛涨 , 人工培植量小 、 成本高 , 促使人们努力开拓新的幽体资源 。 而幽醇具有天然幽体基本骨架 , 通过化学或 微生物转化方法改造 , 可制得几乎所有的幽体激素药物 。 我国出体药物的生产 原料至今仍依赖于资源濒于枯竭的薯莎 , 幽醇资源开发己迫在眉睫 , 。 胆幽醇 作为一种广泛存在的幽醇 , 是重要的幽体药物前体 。 例如一种雄性激素翠丸幽 酮可由胆 幽醇为原料合成 四川大学硕士学位论文 卫二三丝二 胆幽醇 护护 一 。 八霭丫 “ 水解二人尸、 尸 “ 眺 玲 去氢表雄幽酮 。 护一 、护 一 厂孺对 翠丸幽酮 另外 , 胆街醇还可作为合成维生素 、 人造牛黄的原料或用作生化试剂 。 本课题的意义 胆 多醇在羊毛脂中的含量之高 , 是其它昌体原料无法相 比的 。 羊毛脂来源 丰富 , 成本低廉 , 粗脂仅万元屯 , 而胆 幽醇的价格可达万元 吨左右 。 研究从羊毛脂中提取胆 誉醇的技术 , 具有重大的经济价值和应用前景 。 国外对于从羊毛脂中提取胆 幽醇的研究最早开始于二十世纪 四 、 五十年代 , 各国的研究者们在几十年的研究中提出了许多相关的工艺技术 。 如今 , 对工业 生产 的环保性要求日益提高 , 寻求成本较低 、 操作简便 、 产品收率高质量好 、 可综合利用副产品 、 具有 良好经济效益及环境友好性的工 艺路线则成为研究的 重点 。 国内对于羊毛脂及相关产品的研究起步于二十世纪八十年代以后 , 对其开 四少大学硕士学位论文 发研究也有限 , 且多集中在羊毛脂的回收 、 精制方面 , 关于羊毛脂中提取胆幽 醇的研究开发极少 。 羊毛脂及其衍生产品是极有价值的工业原料 , 用途非常广 泛 , 并且我国的羊毛脂资源也非常丰富 , 但目前国内对于羊毛脂的深加工技术 的研发还远远不够 , 致使我国的羊毛脂资源多以粗羊毛脂产品形式积压 , 且销 售价格低廉同时 , 高档化妆品所需的羊毛脂衍生物需通过进口来解决 , 因此 , 进一步开发羊毛脂系列产品具有极其重大的意义 。 本论文以粗羊毛脂为原料 , 研究从中提取胆 幽醇的工艺过程 , 对促进羊毛 脂在我国的进一步开发利用具有重要的现实意义 。 拟通过探索该工艺过程的规 律 , 提出一条收率较高 、 产品质量好 、 具有良好工业前景的技术路线 , 得到相 应的优化工艺条件 , 为该技术的工业化应用奠定初步基础 。 四川大学硕士学位论文 第章前人的工作及生产与研究现状 国外对羊毛脂中胆幽醇的提取研究较早 , 国内对该工作的研究则是在八十 年代以后才开始 。 综合国内外几十年来的文献资料 , 从羊毛脂中提取胆幽醇主 要可分为生物和化学两类方法 。 用生物方法直接提取胆幽醇 即通过微生物作用从羊毛脂中提取胆 幽醇 用大豆或稻 曲霉在值 , 的环境中对羊毛脂进行摇瓶培养 , 小时后 , 用乙酸乙酷或苯作溶剂萃取 出胆幽醇也可用羊毛脂作为碳源用煤油溶解 , 在绿脓杆菌或假单胞菌培养介质中控制值为 一 , 进行有氧培养 , 也能 分离出胆 幽醇 。 该类方法需严格的生物化学环境及相应的生化设备 , 收率低 , 且不易于工 业化 。 用化学方法提取胆苗醇 这是国内外研究较多 、 应用较广的一大类方法 。 主要是将羊毛脂皂化后 , 再从不皂化物或羊毛脂醇中提取胆 幽醇 。 其过程大体可分为羊毛脂的皂化和胆 多醇的提取两个阶段 。 羊毛脂的皂化 羊毛脂中最主要 的成分是羊毛脂醇和高级脂肪酸形成的酷 , 通过皂化可得 到游离的醇和皂 。 同油脂不 同的是【 , 羊毛脂的性质决定了其化学性质比较稳 定 , 具有抗水性 。 它在酸性溶液中极难水解 , 在碱性介质中可以缓慢水解 , 也 皂化 。 其皂化通式与一般油脂类似 ,卜 , 一 式中 羊毛酸长碳链 , 羊毛脂醇长碳链 其皂化过程同样分为诱导期 、 加速期和完成期三个阶段 。 但是 , 由于羊毛 脂的酸及醇的碳链均很长 , 其皂化产物皂及醇在羊毛脂中的溶解度很大 , 对羊 毛脂有一定的乳化作用 , 使得皂化很难彻底完成 , 这使得羊毛脂的皂化比普通 四川大学硕士学位论文 油脂困难得多 。 用二价金属氢氧化物皂化 该路线 , , 采用在高温高压下用二价金属的氧化物或氢氧化物的浓缩水悬 浊液皂化羊毛脂 , 所得到的皂化产物用低级醇或酮直接萃取 , 可分离羊毛酸皂 和羊毛脂醇 。 此类皂化方法的优点在于 , 可将皂化物直接分离得到二价金属皂 , 其中的 氢氧化钙成本很低 , 在一定的条件下也可得到较高的收率 。 但是 , 由于钙 和镁的氢氧化物在水中的溶解度很小 , 必须用较苛刻的条件 , 在较高的温度一 般在 以上 和较高的压力 一 个大气压下进行反应 , 这样就增大了操 作和设备成本 。 直接在碱水溶液中的皂化 该路线 , “采用氢氧化钠或氢氧化钾的 浓缩水溶液皂化羊毛脂 , 皂化 产物可先盐析再用低级醇 、 酮或酷萃取分离 , 也可用氯化钙先将羊毛酸钠皂或 钾皂转化为钙皂后萃取分离 。 羊毛脂直接在碱水溶液中皂化 , 生成的羊毛酸盐为表面活性剂 , 可使羊毛 脂乳化 , 碱液不易与羊毛脂直接接触 , 尽管是在较高的温度 一 下反 应较长的时间 一 , 其皂化效果仍不太理想 。 这种方法的一般皂化率低于 , 因此相应的醇和皂的收率也较低 。 在皂化产物的分离方面 , 将钠 、 钾盐 转化为钙盐比用盐析法分离效果更好 。 在碱醇溶液中的皂化 该路线采用氢氧化钠或钾在低级醇常常为乙醇中对羊毛脂进行 皂化 , 再用苯对皂化产物进行萃取分离 。 由于氢氧化钠或钾在低级醇中也有较高的溶解度 , 而羊毛脂在温度较 高的低级醇中也有一定的溶解度 , 这样羊毛脂就可 以在溶解状态下与溶解的碱 进行皂化反应 。 该方法用乙醇代替水 , 提高了皂化反应速度和皂化率 , 但乙醇 的回收量较大 , 成本增加 。 在萃取分离过程中 , 溶剂苯具有较大的毒性 , 且分 离时同样存在乳化的不利影响 。 四川大学硕士学位论文 在碱水溶液中加入助剂的皂化 该路线 , 采用在碱水溶液中加入助剂来促进对羊毛脂的皂化 , 然后用卤 代烃或石油醚对皂化产物实现萃取分离 。 与直接在碱水溶液中皂化相比 , 所加入的助剂对羊毛脂有一定的溶解 , 可 以促使皂化反应诱导期缩短 , 从而加快皂化反应有溶解羊毛酸钠盐或钾盐的 能力 , 有利于皂膜破裂 , 促使皂化反应完全降低反应物系粘度 , 有利于分子 碰撞 , 从而加快反应进行 。 因而 , 该路线的皂化效果较好 , 成本也较低 , 但直 接对羊毛酸钠盐和羊毛脂醇的混和物进行萃取分离 , 容易乳化 , 分离效果欠佳 。 胆幽醇的提取 以前工业上生产胆幽醇通常是从猪脑及脊髓或羊脑中提取 。 先用丙酮 对干脑粉或新鲜猪脑羊脑进行反复浸泡抽提对蒸除丙酮后的浓缩胆幽醇 粗品 , 再用乙醇结晶然后依次用酸 、 碱性乙醇处理 , 将胆 幽醇结 晶干燥即得 产品 , 。 羊毛脂不皂化物或羊毛脂醇中胆 凿醇的提取 , 则不可能借鉴该方法进行简 单萃取 。 这是 由于作为原料的羊毛脂不皂化物或羊毛脂醇成分复杂 , 除了含有 胆 当醇外 , 还含有较多二氢胆 幽醇 、 羊毛 誉醇 、 二氢羊毛幽醇 、 羊毛幽三烯醇 及二氢羊毛幽醇等与胆幽醇性质相近的物质 , 这样进行萃取的效率和纯度都 很低 。 国内外对于羊毛脂中胆幽醇提取的相关研究大致可分为以下五类方法 溶剂选择结晶法 溶剂选择结晶法是利用各组分在特定溶剂中溶解度的差异来实现的 。 国内 外研究 , 中大多是采用甲醇 、 冰醋酸和 丙酮三种溶剂对羊毛脂醇中各组分进 行分步冷却结 晶 。 该类方法的优点在于过程简单 , 适合于工业化应用 。 但是要取得较好的分 离效果和较好的收率 , 必须要确定结晶步骤中所使用的溶剂及结晶顺序 、 各种 溶剂的用量 、 冷却温度的优化值 , 掌握适宜的冷却速度 , 并用相应的仪器进行 严格控制 。 四川大学硕士学位论文 色谱法 该类方法 , 是通过对羊毛脂醇中各组分进行选择性吸附来实现胆 幽醇的 提取 。 其中柱色谱在研究中应用得较多 , 所用的较好填料为硅胶 , 洗脱液和溶 解样品的溶剂相同 , 均为庚烷与丙酮的混和液 。 由此得到胆幽醇的收率可达 以上 , 纯度可达以上 。 该方法所得到的产品收率较高 , 产品纯度经重结晶后至少可达到以上 , 但是由于色谱法的固有性质 , 阻碍了其大规模的应用 , 从而无法在工业生产中 取得较高的经济效益 。 澳化法 该方法 的依据是先使嗅与胆幽醇形成微溶的胆幽醇二澳化物 , 过滤沉淀 , 将沉淀除澳后得到胆幽醇 。 在室温下该二澳化物的收率低 , 并且对于从二澳化 物中得到胆幽醇的过程来说 , 会有进一步的收率损失 。 如果将二澳化物溶解在 乙醇中 , 与锌粉回流 , 则可得到较好收率 。 但总的说来 , 该方法收率偏低 , 工业应用的价值不大 。 配合法 国内外对于该类方法 一 研究较多 , 包括与中性试剂毛地黄皂营 、 脉 、 肪等的配合 、 与酸性试剂 乙二酸 、 丁二酸 、 氯化氢 、 高氯酸和六氟磷酸 、 毗睫 一三氧化硫 等的配合 、 与无机金属盐金属氯化物 、 碘化钠 、 磷酸氢二钠 、 硝酸锰 、 硝酸铝 、 澳化钙等的配合三大类 。 在配合物中 , 相对具有工业应用价值 , 且在国外已投入工业生产的配合试 剂是无机金属盐 , 尤其是金属氯化物 。 相对于其它配合试剂 , 金属氯化物对于 羊毛脂中的胆 幽醇具有较好的选择性与配合收率 。 用得较多的金属氯化物是氯 化钙和氯化锌 。 将羊毛脂醇与该金属氯化物在有机溶剂中进行配合 , 再将配合 物水解即可得到胆幽醇 。 该方法在国外已经投入生产 , 证明有其工业发展的优势 。 但是 , 在国内相 关研究却很少 , 如何根据国内条件和相应的原料 , 选择适宜的工艺条件 , 以较 低成本得到较高的产品收率和纯度 , 向着工业化方向发展 , 则是国内研究者们 的主要任务 。 四川大学硕士学位论文 分子蒸馏法 这是近年来随着技术发展出现的一种新型方法 。 该方法 , 是将羊毛脂皂 化后得到的不皂化物或羊毛脂醇在高真空下用分子蒸馏进行分离纯化 , 得到胆 幽醇和羊毛幽醇 。 用分子蒸馏法对设备及操作条件有较高要求 , 在工厂实现有较大的困难 , 成本较高 。 而且就目前的研究情况来看 , 其工艺还需要进行更多 、 更深入的研 究 。 国内外生产与研究现状 国外现状 在国外 , 从二十世纪 四 、 五十年代就己经开始羊毛脂及其相关产品的研究 工作 , 其研究和开发很活跃 , 特别是一些发达国家 , 起步较早且产品的品种也 较多 。 对于羊毛脂皂化及其皂化产物分离提取方面的研究 , 起步最早 的是英国和 美国 , 其相关研究集中在二十世纪四 、 五十年代 , 法国 、 荷兰 、 德国 、 西班牙 在同时期也有一些研究成果日本在该方面的研究则以二十世纪七十年代最多 , 同时波兰 、 意大利 、 伊朗等国对羊毛脂中胆幽醇的测定进行了研究二十世纪 八 、 九十年代 , 捷克和前苏联对于该方面也做了不少的研究开发工作 。 这些研 究工作广泛涉及羊毛脂皂化 、 皂化产物分离 、 羊毛脂醇的分离及精制 、 羊毛酸 皂的分离及羊毛酸的回收 、 羊毛脂醇中胆苗醇及异胆 幽醇 、 脂肪醇的提取等方 面的不同工艺 , 还包括了对前述各种物质进行分析测定的大量研究成果 。 迄今为止 , 国外研制出的羊毛脂及其相关产品达多种 , 其中有余种 已大规模生产 。 美国有八家公司生产羊毛脂相关产品 , 其中有七家生产聚氧乙烯羊毛脂 。 公司 、 公司 、 公司等几家专门生产羊毛脂衍生物 , 如羊毛脂季钱盐 、 羊毛 幽醇 、 羊毛酸等 , 公司的主要产品则有羊毛 脂 、 羊毛脂醇 、 羊毛酸及其衍生物 。 日本国内有四家大公司 , 即吉川制油公司 、 高砂香料公司 、 新日本理化公 司 、 第一克洛达公司 。 其中吉川制油公司从年起开始致力于羊 毛脂及其相关产品的开发研究 , 是最大的羊毛脂及相关产品的生产厂家 , 液态 四川大学硕士学位论文 羊毛脂为该公司独有 , 其余产品还有羊毛脂醇 、 羊毛酸以及胆幽醇 。 高砂香料 公司是 以医药用品和化妆品等级产品为主的公司 , 新日本理化公司只生产还原 羊毛脂 , 而第一克洛达公司承担了羊毛脂的精制与销售 。 在印度 , 公司在羊毛脂衍生物的生产方面也享有很高的声望 , 产品也 用于化妆品 、 医药业等多个行业中 , 主要产品有无水羊毛脂 、 超纯医用羊毛脂 、 工业羊毛脂 、 羊毛酸等 。 在意大利也有类似的公司进行羊毛脂的研究与生产 , 而在澳大利亚这个产 毛大国 , 有庞大的洗毛公司 , 并有先进的精制羊毛脂厂家提供优质的羊毛脂原 料 。 新加坡的化学私人有限公司虽然成立于二十世纪八十年代 , 但其在羊 毛脂及相关产品领域拥有先进和能同步生产的生产流水线 , 其主要产品是各种 等级的羊毛脂 、 羊毛脂醇 、 羊毛酸和胆幽醇 。 各国都越来越重视羊毛脂产品的综合利用 , 研究向着环保型生产 、 低成本 、 高纯产品方向发展 , 对产品的检测技术也日趋先进和自动化 。 对于羊毛脂中胆 幽醇的提取 , 还出现了对不皂化物进行分子蒸馏或先从羊毛脂中分离出胆幽醇 醋等新型分离方法 。 国内现状 在国内 , 对羊毛脂的研究工作还处于起步阶段 , 对于羊毛脂的加工技术以 及羊毛脂衍生物的品种开发也有限 , 有很多工作有待开展和深入 。 对于羊毛脂的皂化及其胆幽醇的提取 , 国内研究较少 , 尤其是胆幽醇的提 取工艺 , 还没有实现工业化生产的报道 。 而我国对于其它羊毛脂相关产品的研究则已有了一定成果对于羊毛脂的 精制 , 除了四元精制剂法以外 , 还出现了用无机陶瓷膜进行过滤精制的新型 方法 乙酞化羊毛脂的研制技术已日趋成熟 , 通过实验手段 , 找到了乙酸化羊 毛脂合成的最佳工艺条件 , 且产品经基值的转化率以及产率都较高 , 产品质量 达到国内外同类产品的各项质量标准对于聚氧乙烯羊毛脂衍生物的研究 , 采用气液接触反应 , 建成了年产系列产品的中试装置制取羊毛脂醇 , 采用了催化加氢的办法 , 用一步法代替了传统的五步法 , 且催化剂的耗用量减 少 , 副产物少 。 此外还有年产羊毛脂衍生物 一 中试装置以及在 四川大学硕士学位论文 工业中的应用研究 。 因此 , 我国的研究水平与国际上相比 , 还有很大的差距 , 大力发展对羊毛脂 及相关产品的研究和开发势在必行 。 四川大学硕士学位论文 第章研究方法及技术路线的选择 本论文的具体研究内容 本论文选定羊毛脂为研究对象 , 进行其中胆 幽醇提取 的实验研究 , 其研究 内容包括 以文献为依据 , 在对文献分析 、 总结的基础上 , 根据有关化妆品产品 标准 , 对羊毛脂皂化及产物分离 、 胆幽醇提取的各种方法进行选择 , 对其过程 规律进行探索研究 , 得出有工业开发价值的方法 , 提出一条收率较高 、 具有 良 好工业前景的技术路线 , 并在实验室对技术路线进行实验 , 提出相关工艺 确定该过程中各因素对产品质量和收率的影响规律 , 对相关工艺进行 初步优化 , 提高产品收率及纯度 , 确定该过程的适宜工艺条件 , 并对该适宜条 件予以验证 , 同时对相关副产品进行回收 。 研究方法的选择 羊毛脂中提取胆出醇可用生物方法 、 化学方法 。 鉴于生物方法收率不高 , 且不易工业化 , 本论文选用化学方法进行实验研究 , 并分为两个阶段进行 , 即 羊毛脂的皂化及羊毛脂醇的分离和羊毛脂醇中胆幽醇的提取 。 羊毛脂皂化的研究方法 依据相关文献 , 羊毛脂的皂化可用二价金属的氧化物或氢氧化物的浓缩水 悬浊液来实现 , 但该路线需要在高温 、 高压下进行反应 , 操作条件苛刻 , 增加 了操作的难度和成本 , 尤其不利于工业化生产 。 前人用得较多的皂化试剂是一价金属氢氧化物 , 由于其在水中溶解性好 , 与羊毛脂接触 良好 , 反应条件比较温和 , 因此本论文选用该皂化方法 , 并对各 个因素选择不同水平进行对比实验 , 以确定皂化率较高的适宜工艺条件 。 对于羊毛脂皂化产物的处理分离 , 依据文献 , 通常所用的皂化产物分离方 法有盐析法 、 溶剂萃取法 、 超临界萃取法 、 钙皂转化法 “ 。 其中 , 盐析法多用于制皂工业 。 但羊毛脂醇与甘油不同 , 它不能溶于盐溶液中 , 羊毛 酸皂 、 羊毛脂醇都具有优异的乳化能力 , 皂及羊毛脂醇分布在油水界面上 , 混 四川大学硕士学位论文 合物体系呈稳定的乳化状态 , 皂与羊毛脂醇胶着在一起 , 加入盐类后 , 羊毛脂 醇仍不可避免带入皂粒中 , 分离效果不理想 。 而超临界萃取法所用设备昂 贵 , 工业化价值不大 , 在此不作考虑 。 因此 , 本论文选择了溶剂萃取法及钙皂转化法进行了探索性实验 , 并对其 结果进行比较 , 得到能以较高的收率得到中间产物羊毛脂醇的工艺 , 并进行初 步优化 。 胆幽醇提取的研究方法 从羊毛脂中提取胆 凿醇的最新方法是分子蒸馏法 , 也叫短程蒸馏法 。 在 ,一 的操作压力下 , 应用该方法对羊毛脂醇中的胆幽醇分离效果较好 , 但其对设备及操作条件要求较高 , 在目前不具有普适性而色谱法 自身的局限 性决定了其应用于大规模操作的难度较大 , 不适于工业化生产澳化法收率太 低 。 因此 , 依据文献 , 选取溶剂选择结晶法和与金属氯化物的配合法进行比较 实验 , 确定较好的提取方法 , 并对相应工艺条件进行初步优化 。 技术路线 羊毛脂皂化的技术路线 将羊毛脂与皂化试剂及溶剂混和后 , 加热搅拌 , 进行皂化反应 。 反应完成 后 , 取样测定皂化率 。 本论文对羊毛脂皂化的加料方式 、 皂化温度 、 碱的用量 、 添加助剂的效果及皂化时间进行不 同水平的比较实验 , 据此对皂化条件进行优 化 , 得出皂化的适宜条件 。 对于羊毛脂皂化产物的分离 , 依据文献和前述分析 , 选择了以下三种分离 方法进行探索性实验 溶剂萃取 、 静置分离法 皂化产物温度保持 一 , 将值调至 一 , 同时加入适量溶剂进行萃 取 , 然后加入少量水稀释 , 静置分层 , 分离羊毛脂醇和羊毛酸皂 。 根据羊毛脂 、 羊毛脂醇 、 羊毛酸 、 羊毛酸钠盐在石油醚 、 苯 、 乙醇液中的溶解情况州 , 苯为 最佳萃取溶剂 。 但经实验 , 该工艺在分层时不但所需时间长常常达以上 , 且仍易出 四川大学硕士学位论文 现乳化现象用加入电解质 、 加热等方式进行破乳 , 效果不佳 , 导致醇皂分离 不清 , 醇的产率很低小于 , 以原料羊毛脂为基准 , 且苯具有毒性 , 所以 不宜采用该工艺进行分离 。 溶剂萃取 、 离心抽滤分离法 皂化产物温度保持 一 , 将值调至 一 , 同时加入适量溶剂进行萃 取 , 用离心或抽滤分离醇皂 。 用苯作为溶剂进行萃取 , 分别进行离心 、 抽滤实 验此外 , 由于乙醇在温度较高时对羊毛脂醇具有 良好的溶解性能 , 可选用乙 醇进行萃取抽滤实验 。 在操作中发现 , 离心 , 效果不佳抽滤缓慢 , 醇皂分离不好 、 羊毛脂醇收率低离心法低于 , 抽滤法低于 , 以原料羊毛脂为基准 。 这可能是 由于羊毛酸钠盐颗粒细小 , 且在萃取溶剂中具有一定的溶解性 , 从而 给分离带来难度 。 转化成钙皂 、 溶剂萃取静置分离法 其反应原理如下 一 一 皂化产物温度保持 一 , 将值调至 一 , 再蒸除乙醇 。 在加热的同 时加入乙酸乙醋 , 搅拌混和 , 再加入适量氯化钙反应 , 静置 , 分离醇与 钙皂 。 该方法将羊毛酸钠盐转变为钙盐 , 再进行溶剂萃取 , 静置分离 。 但实验结 果表明 , 所需分层时间长以上 , 且醇皂分离不彻底 , 得到的羊毛脂醇收率 低于以原料羊毛脂为基准 , 效果不理想 。 综合前面实验的结果和有关文献 , 本论文提出了以下工艺国内外均未 见报道进行皂化产物的分离实验按前述过程调酸后 , 蒸除乙醇 , 将蒸余物 直接在水溶液环境中与氯化钙进行复分解反应 , 产物水洗烘干后 , 用醇萃取 , 抽滤分离 。 该实验分离效果较好 , 因此选择该工艺进行醇皂的分离 , 并进行工 艺条件的优化 。 胆幽醇提取的技术路线 根据前面的分析 , 选取了以下两类方法进行探索性实验 溶剂选择结晶法 四川大学硕士学位论文 羊毛脂醇中主要含有胆幽醇 、 异胆 幽醇和高级脂肪醇三种组分 , 低级醇对 这三种组分的溶解性为胆出醇妻高级脂肪醇异胆 幽醇低级脂肪酸则为 高级脂肪醇异胆幽醇胆幽醇低级酮为异胆街醇胆凿醇高级脂肪 醇 。 可依据上述溶解性差异对这三种组分进行分离 。 如果先用低级酮处理 , 则高级脂肪醇先沉淀 , 但高级脂肪醇具有溶解胆崖 醇的性质 , 这样会带来后者的损失如果先用低级脂肪酸处理 , 则由于异胆幽 醇与胆 幽醇溶解度差异小 , 分离所得的胆菌醇纯度不高 。 所以可先用低级醇进 行处理以除去异胆幽醇 , 再用低级脂肪酸处理 , 由于此时残渣中主要是溶解度 差异较大的高级脂肪醇和胆幽醇 , 就可以容易地分离出胆 幽醇 。 为了提高胆街 醇的收率 , 还可对提取胆 幽醇的残渣进行上述循环处理 , 最大限度地提取胆 幽 醇 。 在探索性实验中 , 选择甲醇 、 醋酸作为结晶溶剂 , 并拟定 以下操作步骤 在羊毛脂醇中加入羊毛脂醇质量倍左右的甲醇 , 加热溶解并回流约 , 在 保温 , 在 过滤 , 得异胆出醇浓缩滤液得残余物 , 用羊 毛脂醇质量倍左右的冰醋酸加热至溶解约 溶解 , 继续升温至约 , 溶液缓慢冷至 , 保温 , 过滤分离胆 幽醇结晶 , 并用少量醋酸洗净 。 但在实验过程中 , 胆幽醇析出物不呈晶体状态而是半固态物 , 过滤具有相 当的难度 , 其中的胆幽醇得不到较好分离而且 , 前一步过滤所得异胆幽醇量 也很少 , 这可能是因为本实验所得羊毛脂醇的纯度不够含有少量未皂化羊 毛脂 , 且在冷却过程中降温速度无法实现严格控制的缘故 。 因此 , 本论文不采用该工艺进行研究 。 与金属氯化物配合法 世界上应用最多的配合剂是金属氯化物 , 尤其是氯化锌和氯化钙 , 这二者 中氯化钙成本较低 , 反应效果也较好 , 因此可选择氯化钙作为配合试剂 。 氯化 钙与胆 幽醇配合生成场 , 在不同的反应条件下 , 也有可能含有水 或醇作为配合物的第三组分 。 该配合过程的实现 , 可在无溶剂条件下进行 。 此时 , 羊毛脂醇中的非幽醇 作为反应的溶剂 , 并构成了配合化合物生成的非常适宜的介质 。 但该过程往往 需要较高的反应温度和较大的搅拌动力 , 这在工艺上造成昂贵的费用 。 而在常 温下 , 如果没有溶剂 , 则羊毛脂醇与无机盐的反应混和物粘度很大 , 这个缺点 四川大学硕士学位论文 可通过加入一种溶解羊毛脂醇但不溶加成产物的溶剂来消除 , 常用溶剂为醇或 酮等 。 依据文献资料 , 本研究选用乙醇作为溶剂 。 其主要工艺操作如下 将羊毛脂醇和氯化钙在乙醇中配合 , 蒸除乙醇 , 用石油醚和乙醇的混合溶 剂结晶提纯配合物 , 抽滤分离该配合物将配合物水解即得粗胆 幽醇 , 用乙醇 重结晶得产品 。 该实验较为成功 , 得到较纯的胆幽醇晶体 。 因此 , 可选用该工艺来从羊毛 脂醇中提取胆幽醇 , 再对其工艺条件进行优化 , 以提高胆幽醇的收率及纯度 。 有关分析方法的选择 通用油脂指标分析 选择了五个通用油脂指标对原料羊毛脂进行测定 。 其中 , 水分及挥发物含 量 、 碘价 、 皂化值 、 酸价的测 定分 别参照 油脂 分析的有关国家标准汀 一、 汀 一、 汀 、一 进行 , 灰分的测定 参照工业硬脂酸分析的有关国家标准 一 进行 。 样品中胆街醇的分析 样品中胆幽醇的定性分析 胆幽醇的定性分析方法有红外吸收光谱的浪化钾锭剂法 、 质谱 、 核磁共 振谱 、 毛地黄皂昔沉淀法及颜色反应等 。 其中 , 颜色反应原料低廉 、 操作简便 、 现象直观 , 因此本论文选择以下三种颜色反应对样品进行定性检测 , 对产品进 行初步确定 。 一 反应 该方法是基于用浓硫酸作脱水剂 , 可使胆 幽醇分子进行脱水反应 , 得到红 色的胆幽烯 。 反 场仇 一 刁卜 一 红色 胆菌醇胆凿烯 具体操作为 四川大学硕士学位论文 将少量样品加入试管中 , 加入氯仿溶解 , 再小心加入浓硫酸 , 可 沿试管内壁流下 , 在氯仿上部形成一层溶液 。 轻摇试管 , 该液液界面上有红色 环出现 , 随着时间推移 , 全部溶液相继变成红色 、 桔红色 、 红紫色 。 则证明有 胆 幽醇的存在 。 一 实验 该方法基于胆幽醇脱水 , 继而两个脱水胆幽醇分子二聚 , 形成二胆幽二烯 。 后者在乙酸配和硫酸存在下 , 得到绿色磺化衍生物 。 二 护 沁澎共 称 ,、 , 胆幽醇胆 幽醇二胆 幽二烯 具体操作如下 取样品少量加入到试管中 , 加氯仿溶解 , 依次加入 乙酸配和 滴 浓硫酸 , 摇动混合 , 注意观察红色出现 , 并渐变为蓝绿色 、 绿色 。 即证 明了胆 幽醇的存在 。 反应 该方法基于胆幽醇在硫酸作用下的脱水和氧化 , 形成有色衍生物 。 具体操作如下 取样品少量加入到试管中 , 加氯仿溶解 , 在试管中加入福尔马林 硫酸混和液 , 摇动 , 观察溶液分为两层 , 上层氯仿层呈亮樱桃色 , 下层硫 酸层呈暗红棕色 , 有绿色荧光 。 用移液管从试管中取几滴氯仿液至另一洁净 干燥试管中 , 加入滴乙酸醉 , 注意亮樱桃色变为蓝绿色 。 证明了胆幽醇的存 在 。 样品中胆幽醇含量的定量分析 关于胆幽醇定量分析的研究很多 。 早些时候有人提出利用毛地黄皂昔配合 法来测定羊毛脂中的胆幽醇 。 但是 , 该配合性质是 一轻基幽族化合物所共有 的 , 应用该方法可导致羊毛脂中羊毛幽醇 、 羊毛幽三烯醇和胆 幽醇的共沉淀 , 又由于羊毛脂中这三者 的含量并无确定的关系 , 所以该方法测定 的误差较大 四川大学硕士学位论文 , 波兰的 。吮 等人公布了其对羊毛脂中幽族化合物的薄层色 谱法分析的研究结果可在用滑石涂布的玻璃板上较好地分离出胆幽醇 、 羊 毛 多醇及其氧化产物等 。 该方法操作比较简单 , 但在定量方面精度不高 。 同时 , 等人已开始用气相色谱法对羊毛脂中的胆幽醇和羊毛 幽醇进行测定 。 则将气相色谱法与毛地黄皂普法的测定误 差进行了比较 , 显示 了前者的优越性 。 贝雷的油脂化学丛书中也有相关介绍 气相色谱法是迄今为止测定误差最小的方法之一 。 其它较为可靠的方法还 有高效液相色谱法 、 色 一质联用 法等 。 根据仪器设备情况及有关规定 , 本研究选 择气相色谱法进行测定 。 原料羊毛脂中胆凿醇含量的分析 国际标准常规分析方法大全州 、 美国公职分析家协会分析 方法手册对油脂中的胆幽醇含量分析都有所规定 , 即先进行皂化提取不皂 化物 , 再用薄层层析法分离幽族化合物 , 最后对分离出来的菌族化合物用气相 色谱法进行分析 。 在经过实验之后发现 , 如果在气相色谱分析中用毛细管柱代 替传统的填充柱 , 则不经过薄层层析步骤 , 也能得到很好的分离效果 。 因此本 论文确定的分析步骤是先对羊毛脂进行预处理 , 提取不皂化物 , 依据最新一 版化妆品原料技术规格脚中幽族化合物分析的有关规定再取出样品配成 一定浓度的毗淀溶液 , 取少量溶液 , 进行三甲基硅烷化衍生 , 用气相色谱法进 行分析 , 并用外标法确定样品中胆幽醇的含量 。 羊毛脂醇及最后产品中胆幽醇含量的分析 直接取出样品配制成一定浓度的毗淀溶液 , 进行衍生 , 再用气相色谱法进 行分析 。 四川大学硕士学位论文 第章实验研究 实验所用药品 工艺用药品 粗羊毛脂水分及挥发物含量碘价留皂化值 酸价灰分胆幽醇含量 , 兰州 羊毛脂 , 水分及挥发物含量碘价留皂化值 留酸价留灰分胆幽醇含量 , 上海化学试 剂采购供应站 氢氧化钠 , 天津市化学试剂三厂 乙醇 , 成都化学试剂厂 盐酸 , 四川省德阳市孝师化学试剂厂 苯 , 成都化学试剂厂 无水氯化钙 , 天津市塘沽邓中化工厂 丙酮 , 成都化学试剂厂 石油醚 一 , 四川省蓬溪炼油厂 乙酸乙醋 , 成都长联化工试剂有限公司 甲醇 , 广东西陇化工厂 。 分析用药品 碘化钾 , 重庆化学试剂总厂 可溶性淀粉 , 天津开发区海光化学制药厂 硫代硫酸钠 , 武汉化学试剂厂 环己烷 , 天津市博迪化工有限公司 冰乙酸 , 重庆北磅精细化工厂 三氯化碘 , 中国医药集团上海化学试剂公司 碘 , 湖北石首化学试剂厂 氢氧化钾 , 成都化学试剂厂 硝酸银 , 重庆化学试剂总厂 四川大学硕士学位论文 乙醇 , 成都化学试剂厂 氢氧化钠 , 天津市化学试剂三厂 盐酸 , 四川省德阳市孝师化学试剂厂 无水碳酸钠 , 成都化学试剂厂 酚酞指示剂 , 成都化学试剂厂 无水乙醚 , 天津市博迪化工有限公司 三氯甲烷 , 天津天泰精细化学品有限公司 硫酸 , 成都化学试剂厂 乙酸配 , 中国上海试剂一厂 甲醛溶液 , 甲醛含量 , 成都鸿鹤化工试剂厂 毗睫 , 天津市博迪化工有限公司 三甲基氯硅烷 , 上海青浦新产品研究所 六 甲基二硅氨烷 , 上海青浦新产品研究所 正己烷 , 成都科龙化工试剂厂 胆幽醇色谱标准 , 美国化学公司 ,一 二氧六环 , 广州新港化工厂 。 实验仪器及实验装置 工艺设备 型超级恒温器恒温精度 士 , 重庆实验设备厂 电动搅拌器用光电测速仪测速 , 精度 士 , 深圳天南海北实业有 限公司 套式加热器 , 江苏省通州市苏通电器厂 。 分析设备 电子天平精度 士 , 成都东风计量仪器厂 分析天平精度 士 , 上海天平仪器厂 美国气相色谱仪 检测器基线噪声 一 , 基线漂移 一 , 刀 最小检测量对于苯 ,一 四川大学硕士学位论文 一 显微熔点测定仪精度 士 , 四川大学科仪厂 一 自动旋光仪精度 士 “ , 上海精密科学仪器有限公司 。 主要实验装置图 羊毛脂皂化装置示于图 , 其余反应装置与此类似 。 科科科 曰曰曰曰曰曰 门门门门门 了了 擎翟葬二 二 一 二 佗佗 一机械搅拌器一搅拌桨一三颈烧瓶 一反应温度计一水浴温度计一电极点温度计 一电加热器一恒温水浴一回流冷凝管 图羊毛脂皂化实验装置简图 实验方案 羊毛脂的皂化 前人对羊毛脂的皂化研究得较多 , 过程中所用碱大多为氢氧化钠或氢氧化 钾 , 助剂多用低级醇类 。 本论文选用氢氧化钠作为皂化试剂成本较低 , 乙醇 作为皂化助剂 。 但是 , 关于该工艺的适宜条件报道并不多尤其是 国内 , 另一 方面 , 羊毛脂的成分随地区 、 气候 、 季节等因素变化而有所差异 , 从而反应的 适宜条件也会有所不同 , 因此本论文依据有关文献资料 , 选取 了以下内容进行 优化实验 加助剂 乙醇 与不加助剂的皂化效果比较实验 加料方式油相加入水相或水相加入油相的皂化效果比较实验 所用碱量理论碱量的倍 、 倍 、 倍及皂化时间 、 四少大学硕士学位论文 、 对皂化率影响的实验 反应温度 、 对皂化效果影响的比较实验 。 皂化产物的分离 如前如述 , 本论文结合前人的工作和自己的探索性实验 , 提出了醇皂分离 的新路线 , 即 皂化产物温度保持 一 , 将值调至 一 , 再蒸除乙醇 , 加入氯化钙 进行复分解反应 , 然后水洗烘干 , 用醇进行萃取 , 萃取液趁热抽滤分离醇皂 。 并进行以下