（化学工程专业论文）离子交换法提纯生育酚的研究.pdf

中文摘要 本文以经分子蒸馏后的混合生育酚粗品为原料，研究了采用离子交换法获得 高纯混合生育酚以及生育酚同系物分离的相关问题。 首先研究了强碱性树脂对生育酚的静态吸附行为。选定强碱性凝胶树脂为离 子交换剂，无水乙醇为溶剂，研究了离子交换时间、脂肪酸的存在和温度对吸附 量的影响。实验结果表明，整个离子交换过程需要7 h 左右方能达到平衡，该过程 主要是颗粒扩散控制；树脂对脂肪酸的亲合力要远大于对生育酚的亲和力，脂肪 酸的存在对树脂吸附生育酚影响很大；树脂吸附生育酚的行为是个放热过程，随 着温度的升高，生育酚的吸附量呈明显下降。采用常规的静态试验所得到表观吸 附等温线是条折线，这一特异性的现象极有可能是原料中游离脂肪酸对生育酚竞 争吸附的结果，在选择的实验条件中，树脂对生育酚的吸附最大值是5 0 6 。l m g g 干树脂。 应用平衡理论对混合生育酚在强碱性树脂柱中的离子交换行为进行描述，很 好地预测了生育酚各同系物的先后流出顺序和多组分竞争吸附中特有的卷起现 象。在描述吸附行为的流出曲线中，生育酚各同系物流出顺序与其酸性大小有关， 酸性最弱的a 生育酚最先穿透，其次是p 竹生育酚，而酸性最强的6 生育酚则最 后穿透；在描述解吸行为的解吸曲线中，各组分的卷起的程度大小由大到小是 6 生育酚 b 竹生育酚 1 1 生育酚。 在分析生育酚在树脂柱中的吸附和解吸行为的基础上，对具体的提取生育酚 工艺进行了分析，以经分子蒸馏后的混合生育酚粗品为原料，经强碱性离子交换 树脂柱处理后得到含量在8 5 以上的混合生育酚产品，生育酚的收率在9 0 左 右，树脂处理量在l o o m g m l 左右。在工艺上，在解吸前先用纯溶剂以慢速冲洗 床层可以先将色素洗脱下来，产品色泽得到改进。在经过树脂柱提纯混合生育酚 的基础上，采用置换色谱操作，可以定程度的分离同系物，特别是能很好的将 6 与p 岬、m 生育酚分开，获得纯度9 0 以上的的p 吖生育酚产品以及纯度8 0 以上的的6 生育酚产品。 关键词：生育酚离子交换法强碱性离子交换树脂固定床操作平衡理 论 a b s t r a c t t h i sw o r ks t u d i e st h ep o s s i b i l i t yo fs e p a r a t i n gt o c o p h e r o lf r o mt h em o l e c u l a r d i s t i l l a t i o np r o d u c t sb yi o ne x c h a n g et e c h n o l o g y f i r s t l y , t h eb a t c ha d s o r p t i o no ft o c o p h e r o lb yas t r o n gb a s ea n i o ne x c h a n g er e s i n w a ss t u d i e d t h es t r o n gb a s eg e lr e s i nw a ss e l e c t e da st h ei o ne x c h a n g e la n de t h a n o l w a ss e l e c t e da st h es o l v e n to fi o ne x c h a n g e t h ee f f e c t so fc o n t a c tt i m e 、t h ep r e s e n c e o ff a t t ya c i d sa n dt e m p e r a t u r eo nt h ea d s o r p t i o no ft o c o p h e r o lw a ss t u d i e d e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ew h o l ep r o c e s sn e e d e da b o u t7 ht oa c h i e v e e q u i l i b r i u ma n dw a sc o n t r o l l e db yi n t r a p a r t i c l ed i f f u s i o n f a t t ya c i dh a dh i g h e r a f f i n i t yt h a nt o c o p h e r o la n di t st h ep r e s e n c es i g n i f i c a n t l ya f f e c t e d t h ea d s o r p t i o no f t o c o p h e r 0 1 a d s o r p t i o no ft o c o p h e r o lb yr e s i n si sa ne x o t h e r m i c mp r o c e s s ，a n dw i t h t h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e ，t o c o p h e r o la d s o r p t i o ni ss i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e d t h e a d s o r p t i o ni s o t h e r m a li sab r o k e nl i n e ，s u g g e s t i n gt h es p e c i a lp h e n o m e n o nm a yb e c a u s e db yt h e c o m p e t i t i v ea d s o r p t i o no ff a t t ya c i d s u n d e rt h ee x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s ，t h em a x i m u ma d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft o c o p h e r o li s5 0 6 1m g gd r yr e s i n t h ea d s o r p t i o no ft o c o p h e r o li nt h ef i x e d b e dw a sd e s c r i b e db ye q u i l i b r i u m t h e o r y , p r e d i c t i n gt h es e q u e n c eo ft o c o p h e r o le f f l u e n t st h eo c c u l e n c eo fo v e r s h o o t s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h es e q u e n c ew a sr e l a t e dt ot h ea c i d i t yo ft h ec o m p o n e n t s ， a n dt h ep e n e t r a t i o nf o l l o w e dt h eo r d e ro f6 - t 0 c o p h e r 0 p 竹- t o c o p h e r o l a t o c o p h e r o l ， c o n t r a r y i n gt ot h ea c i d i co r d e ro ft h e s et h r e ec o m p o n e n t s t h ee x t e n to fo v e r s h o o t f r o mb i gt os m a l li s5 - t o c o p h e r o l 1 3 + y - t o c o p h e r o l a - t o c o p h c r 0 1 i nt h i ss t u d y , t h ep u r i t yo f8 5 t o c o p h e r o lc o u l db eo b t a i n e db yp a s s i n gs t r o n g b a s ei o ne x c h a n g er e s i nc o l u m n , a n dt h ey i e l do ft o c o p h e r o li sa b o u t9 0 ，r e s i n p r o c e s sl o a di sa b o u tlo o m g m 1 m o r e o v e r , i ft h ep u r es o l v e n tw a su s e dt od e s o r bh e p i g m e n t sb e f o r et h ed e s o r p t i o n ，t h ec o l o ro f t h ep r o d u c tw i l lb ei m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y o nt h eb a s i so fr e s u l t si nt h ep r e s e n ts t u d yi fc a nb ec o n c l u d e dt h a ti ft h e r e p l a c e m e n tc h r o m a t o g r a p h yi su s e d , c e r t a i nd e g r e es e p a r a t i o no ft o c o p h c r o lh o m o l o g c o u l db eo b t a i n e d 。t h e r e f o r e ，i ti sp o s s i b l et os e p a r a t e5 - f r o mp 岬- a n da - t o c o p h e r o l ， a n dt h ep l l r i 匆o f9 0 1 + 3 , - t o c o p h e r o la sw e l la s8 0 f i - t o c o p h e r o lc o u l db eo b t a i n k e yw o r d s ：t o c o p h e r o l ，i o ne x c h a n g et e c h n o l o g y , s t r o n gb a s ea n i o ne x c h a n g e r e s i n ，f e db e d , e q u i l i b r i u mt h e o r y 天津大学硕士学位论文 b 一标准曲线中的常数； 符号表 乞心生育酚溶液浓度( r a g r o d ； c - 移动相中溶质i 的浓度( m m o l c m 3 ) c o 样品溶液中生育酚的初始浓度( m g m 1 ) ； q 样品溶液中t 时刻生育酚的浓度( m g m 1 ) ； t o 原料液中洳生育酚浓度( m g m 1 ) 工柱长：柱中床层长度( c m ) 所样品质量( g ) ； 研干树脂- 吸附加入的干树脂质量( g ) n 一氢氧化钾标准水溶液的摩尔浓度( m o l 1 ) ； n 1 氢氧化钾标准水溶液的摩尔浓度( m o l 1 ) n 2 盐酸标准溶液的摩尔浓度( m o l 1 ) q 单位树脂床层吸附生育酚的量( m g m 1 ) 绣吸附剂对溶质i 的吸附量( m m o l g ) 吼一时刻树脂的吸附量( m g g 干树脂) ： 墨响应峰值； 卜时间( s ) y 样品溶液的体积( m 1 ) ： 矿o 移动相的体积流速( m l s ) v 一氢氧化钾标准水溶液的体积消耗量( m 1 ) ： v 1 氢氧化钾标准水溶液的体积消耗量( m 1 ) ； 卜盐酸标准溶液的体积消耗量( m 1 ) 圪树脂床层体积( m 1 ) 天津大学硕士学位论文 y 0 移动相的线速度( c m s ) 0 农度c i 的波速度( c mi s ) w 样品质量( g ) ； 而生育酚同系物的质量百分比浓度； z _ 柱中的位置：从床层入口开始的线性距离( c m ) p 吸附剂的主体密度：单位柱体积中吸附剂的质量( gl e n a 3 ) 占移动相在柱中的体积分数( 无纲量) 檄波前后的差值 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期： h 口夕年 p 生育酚( 活性为1 0 , - , 5 0 ) t 生育酚( 活性 为1 0 ) 6 - 生育酚( 活性为1 ) 。抗氧化能力在体内相差不大，但在体外，特别 是在高温下其抗氧化能力依次为：6 生育酚冲生育酚 p 生育酚 1 1 - 生育酚，这点 恰好与生理功能相反【6 】。 1 1 3 天然生育酚的应用 天然生育酚由于其重要的抗氧化和生理功能已经受到人们的重视，而且它的 生物活性大大高于合成生育酚，所以天然生育酚主要应用在医药、食品、化妆品 等与人体有关的方面，而合成生育酚则用于饲料和塑料等行业【2 1 。 1 1 3 1 在医药和保健品中的应用 生育酚是细胞内抗氧化剂，能够抑制有毒的脂类过氧化物的生成，使不饱和 脂肪酸稳定，提高刺激性辅酶q 的免疫性反应，影响核酸和多烯酸的代谢。对脑 垂体中脑系统有调节作用，促进腺激素的产生，预防细胞生理衰老，防止致癌 物游离基的生成。国外学者发现，天然维生素e 对治疗宫颈癌、前列腺癌、皮肤 癌、胃癌及肺癌均有一定疗效【7 j o 】。美国心脏协会指出，补剂中的生育酚能帮助 防止心脏病。美国的一份研究报告指出，经常补充生育酚比未服用者患白内障的 危险性降低5 0 1 1 , 1 2 1 。它对动脉硬化、冠心病、血栓、习惯性流产、妇女不育症、 月经失调、内分泌机能衰退、肌肉萎缩、贫血、脑软化、肝病、癌症等许多疾病， 均有很好的医用价值，从而受到重视，其需求量日蜊1 3 】。 2 天津大学硕士学位论文 基于天然生育酚的抗氧化功能，近年来成为关注人体健康的热点。它已成为 欧美国家中老年人盛行的预防保健、延年益寿的营养保健增补剂【1 4 1 。 1 1 3 2 在食品中的应用 在食品工业上生育酚主要用作油脂和食品的抗氧化剂，保持加工食品稳定持 久的新鲜风味【l5 1 ，已广泛应用于食用油、乳制品、烘烤食品、婴儿食品和饮料等 食品中。 香肠的原料肉中加入0 0 5 生育酚可保持香肠新鲜防腐。生育酚是一种良好 的除臭剂，在口香糖中加入1 的生育酚可以快速除去口中臭味。生育酚更适用 于生产各种功能保健强化食品，特别是用作婴幼儿食品的抗氧化剂、营养强化剂 等。作为食用油脂抗氧化剂，生育酚有着很多优点，比如沸点高，对热稳定，因 此很适用于需经加热保存的食品，如方便面、人造奶油、奶粉等。 1 1 3 3 在化妆品中的应用 天然生育酚具有干扰自由基产生和防止色斑形成的作用，广泛用于香波、护 发素、洗面奶、沐浴露、防晒品等化妆品中。在香波与护发素中加适量的天然生 育酚，可防止污染空气及强光对头发的伤害，保持头发滋润、乌黑亮丽，同时， 能防止其中的胺类化合物在受到污染时生成致癌物；在洗面奶与沐浴露中加天然 生育酚可阻止形成亚硝胺类致癌物，防止或延缓其中的油脂酸败。同时天然生育 酚易被皮肤吸收，促进皮肤新陈代谢，防止色素沉积、改善皮肤弹性、滋润皮肤， 起到美容、护肤、防衰老的作用；在防晒品中加入适量天然生育酚可以防止紫外 线及污染空气对皮肤的伤害，促进皮肤的新陈代谢，防止色素沉积，改善皮肤弹 性、滋润皮肤。同时可以阻止形成亚硝胺类致癌物，防止或延缓其中的油脂酸败， 从而延长货架寿命。在护肤品中加入适量天然生育酚，可以促进皮肤的新陈代谢， 防止色素沉积，改善皮肤弹性、滋润皮肤，起到美容，护肤，防衰老的作用【l 帼引。 1 1 4 天然生育酚的来源 生育酚广泛分布于动、植物组织中。动物组织如脑垂体、肾上腺、胰脏、脾 脏、肝脏等脏器中生育酚的含量较高，而植物组织中油料种子、谷类、坚果、水 果和绿叶蔬菜中含量较高。小麦胚芽、玉米、葵花籽、豆油、葛芭、菠菜、卷心 菜、韭菜、蛋类、肉类以及鱼虾等是生育酚的丰富来源 2 4 1 。生育酚广泛存在于植 物绿色部分及乔本科植物种子的胚芽中。在油脂精炼过程中，生育酚的含量逐渐 天津大学硕士学位论文 减少，精炼油中生育酚的含量约为毛油的6 0 7 0 ，其损耗大部分残留于皂 脚和脱臭馏出物中。表1 1 中列出各种植物油及精炼油中天然生育酚的含量。 表1 - 1 各种油脂毛油和精油中生育酚的含量 t a b l el 一1t h ec o n t e n to f t o c o p h e r o li nc r u d eo i la n dr e f i n e do i l 1 2 天然生育酚的提取和纯化 1 2 1 天然生育酚产品情况 市场上天然生育酚有两类产品：小洳生育酚和混合生育酚，其中西洳生育酚 主要用作医药和保健品，而混合生育酚则一般用作抗氧化剂用，此外随着生育酚 作为抗氧化剂在抗癌上得到深入地研究，作为医药用的高纯度的正6 _ 生育酚以及 小b + 生育酚需求也越来越大。 目前国外天然生育酚的主要生产商有美国a d m 、德国汉高( h e n k e l ) 及日 本卫材公司，这些公司的生产规模都在2 0 0 0t a 以上，生产的产品质量好、规格 齐全。例如，表1 2 是美国的a d m 公司的天然生育酚产品。 我国从8 0 年代开始对天然生育酚进行探索性研究。1 9 9 6 年新昌制药厂率先 研究成功分子蒸馏装置并在合成生育酚和天然生育酚的生产中得到应用，其后北 京化工大学开发了分子蒸馏并应用在天然生育酚生产。目前国内天然生育酚的生 4 天津大学硕士学位论文 产厂家主要有浙江医药新昌制药厂、江苏泰兴新光生物制品厂、宁波格林生物制 品厂、浙江海正药业股份有限公司、陕西天维生物制品厂、广东东莞万成制药有 限公司、中谷天科( 天津) 生物工程有限公司等，各厂的生产能力基本上在 1 0 0 - - 2 0 0 饥产品规格较单一，基本只能生产含量在5 0 - , 7 0 的混合生育酚，只有 浙江医药新昌制药厂能生产部分伊生育酚浓缩物药物制剂产品【2 6 1 。 表1 - 2a d m 公司天然生育酚产品规格 t a b l e1 - 2t h es p e c i f i c a t i o no ft o c o p h e r o lo f a m d 总的来说，国内企业天然生育酚的生产水平，与国外相比，仍存在着较大差 距。国内天然生育酚的生产尚处于童年期，在规模、经济实力、生产技术、产品 品种与规格等各个方面都需进一步加强。 1 2 2 脱臭馏出物简介 目前天然生育酚的提取主要是以植物油脱臭馏出物为原料，综合各种物理化 学方法如萃取、精馏、分子蒸馏、离子交换和吸附、制备色谱等，从而获得不同 含量的生育酚产品。要理解生育酚的提取和纯化方法，首先就得了解植物油脱臭 馏出物。 植物油脱臭馏出物是植物油脱臭过程中得到的副产品。传统的植物油精炼过 程如图1 2 所示【2 7 】。在传统的食用油精炼厂，脱臭是一系列加工工序中最后一道 天津大学硕士学位论文 工序，用来脱除碱炼后残留在油中的成分，如游离脂肪酸、带有不愉快气味的化 合物( 如醛，酮，醇) 、色素、甾醇、烃类及其它由过氧化物热分解形成的化合 物，并破坏任何存在于油中的过氧化物以及改善油的滋味、气味、色泽及氧化稳 定性【2 - q 。在油脂脱臭过程中，一般是在2 6 6 p a 一- - 7 9 9 9 p a 减压下，在2 0 0 2 6 0 高温中，吹入直接蒸汽，实施减压水蒸汽蒸馏操作。此时馏出的挥发成份，沿着 升压器、喷射泵的排气气流，导入大气冷凝器的排水槽，作为热水槽馏出物得以 回收。在从脱臭塔( 罐) 到达热水槽的各个阶段中，有的作为壳体排泄水在脱臭塔 ( 罐) 的内壁附着，有的通过在途中附设的表面冷凝器，液沫分离器，或洗涤器等 各种凝缩设备得到捕集。我们将这些馏出物统称为脱臭馏出物。 脱臭馏出物的主要组成为：游离脂肪酸( f f a ) ( 3 0 6 0 ) 、甘油酯 ( 1 0 2 0 ) 、甾醇及甾醇酯( 1 0 3 5 ) 、生育酚( 1 2 0 ) 、烃类( 1 0 3 0 ) 及少量的酮、醛、碳水化合物等【2 引。 游离脂肪酸是植物油脱臭馏出物中含量较高的一种成分。脂肪酸包括饱和脂 肪酸和不饱和脂肪酸两大类，表1 3 【2 9 】列出了几种植物油中脂肪酸的组成。 甘油酯也是植物油脱臭馏出物的主要成分之一，它是指甘油( 丙三醇) 和脂肪 酸所生成的酯类物质，有单甘油酯、二甘油酯和三甘油酯，植物油脱臭馏出物中 含量最多的是三甘油醋。由于大豆油中不饱和脂肪酸含量很高，几乎所有的甘油 酯分子中至少含有两个以上的不饱和脂肪酸，而含有两个或三个饱和酸的甘油三 酯基本不存在。 甾醇是环戊多氢菲的烃类和羟基衍生物。甾醇化合物是一类广泛存在于动物 或植物中的重要化合物，多具有生物学活性，对人体的生理活动有着重要的影响。 甾醇在自然界中以游离态和结合态形式存在，植物性甾醇主要有谷甾醇、豆甾醇 和菜油甾醇等。纯净的甾醇为具有旋光性的白色或无色晶体，无味，溶于有机溶 剂，但难于溶于冷乙醇和丙酮，不溶于水、碱、和酸。对热以及化学药品都很稳 定，熔点为1 4 0 - 1 7 0 。植物油中的甾醇呈现游离状态或者与脂肪酸形成酯类， 也可以与其他杂质形成配糖。将植物油脱臭馏出物溶于乙醇或丙酮，然后将溶液 的温度降低至0 c 以下，甾醇就会从溶液中结晶析出，这也是一种常用的提取植 物甾醇的方法。植物甾醇 3 0 - 3 2 是一类对人体无毒副作用的具有高生理活性功能的 天然活性物质，被誉为“生命的钥匙”。谷甾醇是一种抗炎和退热作用显著，应用 十分安全的天然药物。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。甾醇还具有较强的皮肤渗透性和促进皮脂分泌、保持润湿和柔软的 生理活性和表面活性，从而具有防止皮肤干燥和硬化以及使角质化的皮肤恢复柔 软的功能。 6 天津大学硕士学位论文 含油种子 水 卵磷脂 皂脚 油水混合物( 油正己烷混合) l 蒸发 l 豆油粗品 脱胶油 废水 废白土 脱臭馏出物 精炼油 磷酸 碱 水 土 最终精炼油 图1 2 传统油脂精炼过程示意图 f i g 1 - 2t h ed i a g r a mo f c o n v e n t i o n a le d i b l eo i lr e f i n i n gp r o c e s s 7 天津大学硕士学位论文 表1 3 植物油中脂肪酸组成 t a b l e1 - 3t h ec o n t e n to ff r e ef a t t ya c i di np l a n to i l 1 2 3 天然生育酚的提取和纯化方法综述 由于脱臭馏出物组分复杂，各组分性质相近，所以直接从脱臭馏出物中提取 高含量的生育酚较困难，一般先对原料进行预处理，比如酯化、皂化、酶法、萃 取等手段，拉大各组分的性质差异，接着充分利用各组分的物理和化学性质差异， 结合各种分离提取工艺方法，从而获得高含量的生育酚。且前关于从植物油脱臭 馏出物中提取生育酚的文献较多，且基本上是专利，为了更深入地理解专利上提 出的各种复杂工艺，为本课题工艺的提出提供参考，下面从分离科学的高度对各 工艺进行分类概述【3 引。 分离之所以能够进行，是由于混合物中待分离的组分之间存在物理、化学、 生物学等方面的性质中的一个或多个差异。一般将各种分离方法分成三类：平 衡分离过程：输入能量，使原有物系形成新的相界面分离过程：速度差分离过 程：输入能量，强化特殊梯度场的方法；反应分离过程：输入能量，促进反应 的方法。下面结合各种文献进行具体论述。 天津大学硕士学位论文 1 2 3 1 相平衡分离技术 物质能够以四种状态存在，即固相、液相、气相和超临界流体相，其中的任 何一项都可以与包括自身的这四个相产生相与相之间的界面，并可以利用所着眼 的物质在界面上的平衡关系进行分离这就是平衡分离过程的原理。对于液相 的脱臭馏出物，存在以下分离技术。 ( 1 ) 利用气液平衡的分离方法 构造气液平衡，使组分从液相向气相转移的技术有蒸发浓缩法，为了达到分 离目的，一般采用多次蒸馏乃至精馏。 b a m i c k i 蚓等用金属有机化合物如醋酸锌作催化剂，使脱臭馏出物中的含醇 羟基类物质如甾醇、单甘酯、双甘酯与游离脂肪酸反应生成甾醇酯与三甘酯，再 用多次蒸馏的方法提取和纯化生育酚。酯化温度2 0 0 以上，氮气保护。产品中 生育酚含量2 0 - - , 8 0 ，生育酚总收率7 2 9 7 。 m c c u p 5 】等将生育酚粗品( 生育酚5 5 ，甾醇6 ) 在正十二醇的存在下与硼 酸酯化( 1 2 0 c ，2 9 m m h g ) ，生成生育酚、甾醇的硼酸酯。在3 1 0 c ，0 4 - - - 1 o m m h g 下蒸馏除去低沸物。残留物水解、水洗，蒸除十二醇，得到含9 2 7 的生育酚产 品，剩余组分主要是甾醇。 b r i d t 3 6 1 采用2 个精馏塔处理脱臭馏出物，第一个精馏塔脱除脂肪酸，第二个 精馏塔得到生育酚和甾醇的混合物。原料中生育酚含量9 、甾醇含量1 4 ，产 品中生育酚含量3 8 7 ，甾醇含量6 0 1 ，冷却脱除甾醇后即得生育酚，生育酚总 收率9 3 。 h u n t 3 7 】等将脱臭馏出物中的游离脂肪酸甲酯化，以强酸性大孔型阳离子交换 树脂为催化剂，采用固定床的方法，停留时间1 6 h ，可将酸价从7 0 降到1 3 。再 在碱性催化剂存在下，在管式反应器中将甘油酯和甾醇酯与甲醇反应转酯化成为 脂肪酸甲酯和游离甾醇，温度6 5 ，停留时间2k9 0 以上的甾醇酯和9 5 以 上的甘油酯转化了。转酯化产物蒸除甲醇后含脂肪酸甲酯6 0 。3 ，生育酚8 。2 ， 甾醇9 5 ，在有1 6 块理论板的填料塔内精馏除去脂肪酸甲酯，塔底温度2 0 0 。c ， 压力6 6 m b a r , 塔顶温度1 3 6 ，压力1 6 m b a r ，回流比0 5 ，塔顶馏出物为含量9 7 0 的脂肪酸甲酯，不含生育酚和甾醇，塔底馏份含生育酚2 8 1 ，甾醇3 1 5 ，脂肪 酸甲酯0 2 ，生育酚收率1 0 0 ，甾醇收率9 7 1 ，冷却脱除甾醇后得生育酚产 品。 通过酯化、转酯化等手段可以使组分间的蒸气压相差更大，一定程度上弥补 低压操作带来的蒸气压差异变小，借助多次蒸馏以及分离效率更高的精馏，可以 很好地将生育酚与低沸点的脂肪酸分离，具有很高的收率，但很难将其与甾醇以 天津大学硕士学位论文 及更高沸点的甘油酯分开。此外蒸馏和精馏需要很多能量来实现高温、低压的操 作条件。 ( 2 ) 利用液液平衡的分离方法 溶质在不互溶的两个液相间溶解时，在两相间常常以不同浓度达到平衡， 液一液萃取就是基于液一液界面的平衡分配关系进行的分离操作。 b r o w n 3 8 】曾采用甲醇和正己烷的混合溶液对含有1 6 2 生育酚和6 5 甾醇 的大豆油进行两级萃取，然后采用结晶的方法得到甾醇。萃取条件为：丙酮做溶 剂，结晶温度4 c ，结晶时间2 4 h ，最后生育酚浓度达到3 7 ，甾醇浓度7 3 。 b r o w n 和s m i t h 3 9 】采用h c l 作催化剂对大豆油脱臭馏出物进行酯化，然后采用 正己烷和甲醇的混合液做溶剂对甲酯化产物萃取分离出生育酚，剩余溶液采用丙 酮作溶剂在2 0 下结晶回收甾醇。 h i c k m a n 4 0 1 探索了用各种溶剂萃取生育酚的可能性。例如石油醚- - 9 5 甲醇， 石油醚一8 3 乙醇等，有一定浓缩效果，但是选择性不高。 b r o w n l 4 1 】等将生育酚含量1 2 3 淄醇含量1 7 、皂化值11 9 的大豆油脱臭馏 出物溶于甲醇，加热到回流，保持回流下加入4 8 的氢氧化钠水溶液，皂化1 h 。 用3 7 盐酸中和过量的氢氧化钠，再加入氯化钙的甲醇水溶液，将钠皂转为钙皂， 放出水层，钙皂在1 0 0 c 干燥，干燥时加入分散剂。加入沸腾的丙酮，钙皂分散 成小颗粒，稍冷后过滤除去钙皂，蒸除部分丙酮，冷却到2 0 。c 除去甾醇。过滤， 滤液蒸除丙酮后得到含量为5 1 的生育酚产品，总收率8 8 。 b r o w n e 4 2 】用1 4 块理论板的逆流萃取塔直接从脱臭馏出物中提取生育酚，生 育酚含量可从1 0 提高到3 7 。 从上面的文献可以看到，直接采用液液萃取操作对生育酚的选择性较差，一 般都先将脂肪酸和甘油酯转化成皂盐，随后用有机溶剂将生育酚萃取出来，但由 于生育酚与甾醇和未皂化的甘油酯等组分在各溶剂中的溶解度差异很小，故萃取 所得物生育酚含量一般不超过5 0 。 ( 3 ) 利用液固平衡的分离方法 基于液固平衡的吸附法利用各组分的吸附选择性差异达到分离的目的。 c h u t 4 3 】等采用硅胶作为吸附剂对棕榈油脱臭馏出物中的维生素e 进行吸附。 酯化后的棕榈油脱臭馏出物溶解在正己烷溶液中，维生素e 的浓度约0 0 5 7 m g m l ， 加入2 9 的硅胶和正己烷调成的浆状物。在3 5 下搅拌2 0 m i n ，搅拌速率1 8 0 r p m ， 使维生素e 吸附在硅胶上，最后9 0 以上的维生素e 被吸附。 h i c k m a n 1 4 4 将脱臭馏出物( 生育酚含量3 3 5 ，酸价9 6 ) 溶于石油醚中，过硅铝 酸钠( d o u c i l ) 吸附柱。分别用石油醚、苯冲洗。苯馏份蒸除溶剂后得含量为1 1 8 的生育酚产品，酸价2 0 ，收率4 5 5 。 天津大学硕士学位论文 b a x t e r 4 5 1 等将蒸馏得到的生育酚粗品( 含量4 6 ) 溶于石油醚中，过硅铝酸钠 f d o u c i l ) 吸附柱。分别用石油醚、苯冲洗。苯馏份蒸除溶剂后得含量为8 9 的生 育酚产品。 桑原麻由美 4 6 1 等将脱臭馏出物( 生育酚含量1 9 4 ，酸价6 8 8 ) 中的游离脂肪酸 与甘油酯化后用水蒸汽蒸馏，得生育酚含量达5 2 6 的馏份。该馏份溶于石油醚 或者正己烷中，用硅胶吸附。硅胶的平均孔径为7 0 - 1 0 0 a 。再用乙醚冲洗。可得 生育酚含量高达9 8 的产品。吸附步骤收率9 2 ，但是水蒸汽蒸馏步骤该馏份的 收率只有1 6 5 。 山冈正和【4 刀等将脱臭馏出物中的游离脂肪酸甲酯化，蒸馏除去甲酯，溶于丙 酮，冷却到一2 0 析出甾醇，过滤，滤液蒸除溶剂后用吸附法处理，得到生育 酚产品。 b a r t o k 4 8 】等将高浓度的混合生育酚( 含量9 0 6 9 ) 溶于正己烷中，过硅胶 柱，随后用正己烷和丙酮的混合溶液进行梯度吸脱，得到丫一生育酚含量达7 5 9 ，收率6 1 7 l 。 利用吸附法可以得到高含量的生育酚，乃至同系物单体，但收率偏低，且处 理量较低。 ( 4 ) 利用液一超临界平衡的分离方法 超临界萃取方法( s f e ) 提取生育酚始于二十世纪八十年代，这个方法原理 与手段都类似于液液平衡的分离方法。 葛毅强【4 9 】等从麦胚中用s f e 提取天然维生素e ，适宜的萃取条件是压力2 8 3 5 m p a ，温度是4 6 - 4 5 ，萃取时间约9 0 分钟，萃取后的产品含维生素e 约2 。由 于原料中维生素e 含量低，直接从植物油中用s f e 提取维生素e 所得到的产物中维 生素e 的含量低，需要进一步的浓缩。 l e e 5 0 l 等在3 5 c 到7 0 和2 0 0 - - 4 0 0 a r m 的条件下研究了超临界c 0 2 从脱臭馏 出物中萃取生育酚，经过超临界c 0 2 萃取后，生育酚的含量从1 3 一1 4 ( 讯) 提高到4 0 。 姚忠【5 1 1 等利用超临界萃取技术从豆油脱臭馏出物中萃取、浓缩生育酚进行了 初步的实验研究。先将豆油脱臭馏出物进行甲酯化，酯化后产物除去甾醇，经预 处理的原料经计量泵以一定的流速由精馏柱上部注入，超临界c 0 2 经预热器达到 预定温度及压力后，由精馏柱下部注入，使溶质与溶剂形成逆流。结果表明在1 3 m p a 下的萃余物中。生育酚含量及回收率都较高。 在3 1 3 k 3 5 3 k ，9 0 a t m 一1 7 0 m m 内，m e n d e s l s 2 1 等用超临界萃取从豆油脱臭馏 出物中提取生育酚。结果表明：低温和低压对提高超临界萃取生育酚的收率有利， 在9 0 a t m ，3 1 3k 时生育酚的收率最高，约6 5 。 天津大学硕士学位论文 1 2 3 2 速度差分离技术 利用重力梯度、压力梯度、温度梯度、浓度梯度、电位梯度等场中各组分的 移动速度差进行分离的方法称为速度差分离操作。对于液相的脱臭馏出物，输入 热量，构造出真空的空间，利用各组分的移动速度差异达到分离的目的，此即分 子蒸馏技术。 g h o s t l 5 3 】等先用生物酶将葵花子油( 其中含有2 4 9 的不皂化物，4 8 生育 酚，9 7 甾醇，2 8 8 游离脂肪酸，4 6 3 甘油酯) 中的甘油酯水解成甘油和脂 肪酸，然后对原料和反应生成的酸进行丁酯化，酯化后产物进行一些简单处理后 进入分子蒸馏。蒸馏分二级：第一级在蒸馏温度18 0 - 2 3 0 ，压强1 0 0 m m h g 条件下进行4 5r a i n ，蒸余物进行二级蒸馏，在2 3 0 。c 一, 2 6 0 ，1 0 0 m m h g 进行15 m i n 收集到富含生育酚( 约3 0 ) 和甾醇( 约3 6 ) 的馏分。整个过程中生育酚和甾 醇的回收率分别为7 0 ，4 2 。 n a g a o 酬等在反应前先将原料进行预处理：在温度为2 4 0 ，压力0 0 2m m h g 下蒸馏除去高沸点物质：甘油一、二、三酯，得到富集生育酚和甾醇的原料进行 后面的反应。采用生物酶对富集物进行了两步酯化：第一步采用生物酶为催化剂 将甾醇和游离脂肪酸进行酯化，第二步采用生物酶为催化剂将第一步未反应完全 的游离脂肪酸进行甲酯化，将游离脂肪酸变成酯化酸甲酯。酯化完后进行短程蒸 馏，共分四步：第一步在1 6 0 c 压力为0 2 m m h g 下蒸出脂肪酸甲酯，蒸余物进行 二级蒸馏1 7 5 。c 压力为0 2 m m h g ，蒸出还剩下的少量脂肪酸甲酯和未完全反应的 脂肪酸，蒸余物中脂肪酸甲酯和游离脂肪酸的含量分别在0 1 和0 8 以下。二 级蒸余物进行三级蒸馏2 3 0 c 压力为0 2 m m h g ，这时生育酚在轻相中富集( 含量 7 2 ，回收率8 8 ) ，此时的蒸余物中主要成分是甾醇酯( 含量8 7 ) 还有少量 的低沸点物，例如生育酚。将蒸余物进行第四级蒸馏2 4 0 压力为0 2 m m h g ，四 级重相中甾醇酯含量达至u 9 7 。 j i a n g t 5 5 】等采用浓硫酸作催化剂将菜籽油脱臭馏出物进行甲酯化的前处理， 酯化后的产物进行冷析结晶除去甾醇后进行分子蒸馏，蒸馏分三级：第一级在 5 0 c 压力2 6 6 p a 蒸出大部分的碳水化合物、酮、醛等物，蒸余物进入二级蒸馏： 1 0 0 - - , 1 1 0 ，压力5 3 2 p a ，此时的馏分主要为脂肪酸甲酯( 含量在9 0 以上) ， 蒸余物在2 0 0 , - - 2 3 0 压力2 6 6 p a 进行三级蒸馏，得到生育酚含量为3 5 的产品。 整个过程中生育酚和脂肪酸甲酯的回收率分别为5 0 ，9 1 。 r o h r t 5 6 】等将脱臭馏出物用5 0 氢氧化钠溶液皂化( 1 2 0 c ，2 h ) ，加水稀释，加硫 酸镁转成镁皂( 9 0 9 5 c ) 。放出水层。皂层在9 0 1 4 0 。c 下干燥，再经3 次短程蒸馏 得到含量为1 3 的生育酚产品。总收率8 7 。 1 2 天津大学硕士学位论文 1 2 3 3 反应分离技术 利用反应进行分离操作的方法很多。例如离子交换、反应吸收、中和沉淀等。 对于应用于分离生育酚的操作下面进行列举说明。 ( 1 ) 离子交换技术 离子交换技术是利用离子交换树脂对维生素e 和其他组分的吸附能力不同而 进行分离。由于生育酚分子在极性溶剂中呈现弱酸性，它与碱性阴离子交换树脂 具有一定离子交换能力，使生育酚能够通过离子交换与其它中性组分分离。 硒j i m a 【5 7 】等采用中和、皂化或者酯化等方法对脱臭馏出物进行预处理，再用 强碱性阴离子交换树脂如d o w e x2 x - 4 ，a m b e d i t ei r a - 4 0 1 等处理，生育酚被交换 在树脂上，其它组分不交换。原料中生育酚含量1 0 3 ，产品中生育酚含量可达 7 0 8 0 。收率9 0 以上。 鼬i i m a 【5 8 】等用强碱性阴离子交换树脂分离生育酚同系物。含量9 6 8 的大豆 混合生育酚溶于甲醇中，通入强碱性阴离子交换树脂( d o w e xl - x 2 ，5 0 1 0 0 目，预 先转成o h 。型) 柱，依次用甲醇和5 醋酸甲醇溶液冲洗，可得纯a 、6 、p 生育酚 馏份和伽+ 丫生育酚混合物。 永田皓_ f l g t 5 9 】等在甲苯溶剂中将脱臭馏出物中的游离脂肪酸甲酯化。甲苯层 用强碱性阴离子交换树脂处理，酸性甲苯溶液洗脱，得到生育酚产品。原料中生 育酚含量8 0 ，产品中生育酚含量9 0 ，收率8 6 9 。 石井喜悦【删等将原料溶于正己烷中，通入强碱性阴离子交换树 旨( d i a i o n p a 3 0 4 s ) 柱，用饱和了二氧化碳的溶剂洗脱，蒸除溶剂后得到生育酚产品。原料 中生育酚含量4 5 8 ，酸价2 1 ，产品中生育酚含量9 4 0 ，酸价1 1 。生育酚总 收率9 5 9 。 ( 2 ) 其他反应分离技术 l e e 6 1 】在丙酮等溶剂中将脱臭馏出物中的游离脂肪酸用氢氧化钠中和，生成 的钠皂不溶于丙酮而析出，离心分离，滤液蒸除溶剂后得产品。 1 2 4 天然生育酚提取方法比较 从1 2 3 的分析可以看出，由于脱臭馏出物组分复杂且组分间性质差异小， 所以从中分离高纯的生育酚是个复杂的分离工程。 总的来说，脂肪酸与生育酚的性质差异较大，经过中和、皂化、酯化、转酯 化、酶法等预处理后，利用各种分离手段都基本能将两者分开，但各种方法的优 缺点也是明显的，相平衡分离过程较长，对于气液平衡分离需要很多能量来达到 高温低压的操作条件，对于液液平衡分离需要大量的溶剂；分子蒸馏技术尽管也 天津大学硕士学位论文 需要很多能量来达到高温低压的操作条件，但其操作时间短，且具有较好的分离 效率。而固液分离以及离子交换技术因其处理量小不适合分离大量的脂肪酸。故 分子蒸馏是分离脂肪酸与生育酚的最佳方法，这也是目前工业上的主要方法。 生育酚与甾醇、甘油酯等组分性质差异较小，需要具备能够色层化的分离技 术比如固液平衡分离、离子交换技术等才能达到分离的要求，而其他的分子蒸馏 分离级数有限，气液平衡分离、液一液平衡分离乃至超临界一液平衡分离对这几 种组分的选择性太差，都无法达到分离的目的。 综合1 2 所有内容可知，目前在脱臭馏出物中提取生育酚的工艺流程中，已 能很好的脂肪酸与生育酚分开，国内己做到工业化生产，得到含量在5 0 左右 的生育酚浓缩物，但在将生育酚与甾醇、甘油酯、色素以及一些未知的物质分离 得到高纯( 含量在9 0 左右的) 混合生育酚方面，相比己工业化的国外公司， 国内只有几家公司部分达到要求，而在生育酚同系物单体分离方面则更加鲜见报 告。本文以分子蒸馏得到的含量在5 0 ( 叭) 左右的生育酚浓缩物为原料，采 用离子交换技术经一步提纯生育酚，并尝试分离生育酚的同系物。 1 3 本章小结 本章综述了生育酚的分子结构、命名、理化性质以及用途，综述了从植物油 脱臭馏出物中提取生育酚方面的文献资料，比较各工艺的优缺点，指出了目前急 需解决的问题，即高纯生育酚的获取和生育酚同系物的分离。本文拟在这方面进 行研究，以含量在5 0 ( 叭) 左右的生育酚浓缩物为原料，采用离子交换技术 进一步提纯生育酚，并尝试分离生育酚的同系物。 解决上述提出的问题的关键在于： ( 1 ) 认识生育酚在离子交换树脂上的离子交换行为，并在此基础上优化离子交 换操作条件，为工业放大提供依据； ( 2 ) 将色谱操作移植到固定床，达到分离生育酚同系物的目的。 1 4 天津大学硕士学位论文 第二章混合生育酚的质量指标和分析检测方法 在对目标物进行分离的过程中，必须首先建立一套可以跟踪目标产物的分析 方法和评价目标产物质量指标的方法，从而判断所采用的分离方法的有效性。本 章旨在确定原料和中间产品的生育酚等各种物质的含量，为实验条件的优化提供 依据。 2 1 生育酚的定性定量分析方法的建立 2 1 1 生育酚各种分析方法的比较 在制备和开发应用天然生育酚的科研与生产中，首要的是如何正确迅速的测 定生育酚的含量。有关生育酚测定方法的研究报道层出不穷。就检测手段而言， 既有化学方法，也有仪器分析方法；就检测对象而言，既有测定生育酚的总含量， 也有测定各异构体含量的。此外，对被测样品来讲生育酚含量有微量和常量之分。 天然生育酚的分析方法主要有；比色法、荧光法、薄