（化学工艺专业论文）从粗羊毛脂中提取胆甾醇的工艺研究.pdf

四川大学硕士学位论文 从粗羊毛脂中提取胆甾醇的工艺研究 化学工艺专业 研究生刘勇指导教师杨景昌副教授 研究了以粗羊毛脂为原料提取胆甾醇的工艺过程，重点研究了从羊毛脂醇 中提取胆甾醇的工艺过程。将原来的一次皂化过程改为二次皂化过程；将配合 试剂由原来的六水氯化钙改为含4 0 水的氯化钙；将原来的直接在乙醇中配合， 改为先用石油醚和水对羊毛脂醇进行萃取除杂，接着使羊毛脂醇在石油醚和少 量乙醇中配合。通过研究，得出了各相关因素对胆甾酵纯度及收率的影响规律 和相应的适宜工艺条件。 得出的适宜工艺条件如下： 对于羊毛脂皂化过程，第一次皂化碱用量为1 8 倍理论碱量，时间为8 h ： 第二次皂化碱用量也为1 8 倍理论碱量，时间为6 h 。 对于皂化产物分离过程，氯化钙用量为理论用量的1 3 倍，反应温度为2 5 左右；对羊毛脂醇的萃取过程，第一次萃取，乙醇：粗羊毛脂( v ：w ) = 4 ：l ，萃 取3 0 m i m 第二次萃取，乙醇：粗羊毛脂( v ：w ) = 2 ：l 。萃取2 0 m i n ；第二次皂化 转化只需一次萃取，乙醇：粗羊毛脂( v ：w ) = 1 5 ：1 ，萃取2 0 r a m 。 对于胆甾醇的配合及其配合物提纯过程，萃取除杂时，石油醚：水：粗羊毛脂 ( v ：w ：w ) = 3 ：2 ：l ；配合时，氯化钙：胆甾醇( m o l ：m 0 1 ) = 6 ：l ，其中水：氯化钙 ( w ：w ) 2 ：3 ，配合温度为7 7 0 8 ，配合反应时间l h ：提纯时，乙醇：石油醚 ( v ：v ) - 3 ：5 0 ，降温速度为1 0 旭最终冷却温度为l o 。 对于配合物水解过程，水：粗羊毛脂( w ：w ) = l o f t ，温度为1 5 左右，时间 为l h 。 对于胆甾醇的精制过程，乙醇：粗胆甾醇( v ：w ) = 6 ：l ，最终冷却温度为5 。 在上述适宜工艺条件下，得到的羊毛脂醇皂化值约为l o m g g ，所得胆甾醇 产品的纯度达9 0 以上，总收率可望达到6 0 以上，其质量基本符合美国 四川大学硕士学位论文 n f 2 0 0 1 化妆品用胆甾醇的质量标准。 按处理租羊毛脂1 0 0 0 k g d 估算，可得胆甾醇6 0 k g d ，副产羊毛脂酸4 0 0 k g d ， 羊毛脂醇4 2 0 k g d 。工业化装置投资约1 0 0 万元，投产后的年利税可达4 7 2 万元 左右。所用化学药品均为无毒或低毒品，工业污染小，生产用水量较少，生产 成本较低，产品附加值高，经济效益好。 关键词：胆甾醇提取配合粗羊毛脂皂化 i i 四川大学硕士学位论文 s t u d yo nt h ep r o c e s so f e x t r a c t i o no fc h o l e s t e r o lf r o mc r u d el a n o l i n s p e c i a l i t y ：c h e m i c a lt e c h n o l o g y g r a d u a t e ：l i uy o n g f a c u l t ya d v i s e ny a n gj i n g c h a n g i nt h ep a p e r , t h ep r o c e s so fe x t r a c t i o no fc h o l e s t e r o lf r o me r o d el a n o l i nw a s s t u d i e d , a n dt h eo n ef r o ml a n o l i na l c o h o lw h i c hi so n eo fs a p o n i f i c a t i o np r o d u c t i o n o fl a n o l i nw e i ef o c u s e do n t h e c cs a p o n i f i c a t i o nw a sc h a n g e dt ot h et w a i n s a p o n i f i c a t i o n c h a n g eo fe o m p l e x i n gr e a g e n tf r o mc a c l 2 6 h 2 0t oh y d r a t e dc a c l 2 w i t h 加w a t e r , a n dc h a n g eo fc o m p l e x i n gs o l v e n tf r o me t h a n o lt op e t r o l e u me t h e r a n dal i t t l ee t h a n o lw e r ed o n e ，a n dt h ei m p u r i t yi nl a n o l i na l c o h o lw a se x t r a c t e db y p e t r o l e u me t h e ra n dw a t e rb e f o r et h ec o m p l e x i n g ，s ot h a tt h ea d d u c ty i e l dw a s i m p r o v e d o nt h eb a s eo fs t u a y , t h ee f f e c t so fe v e r yc o r r e l a t i v ef a c t o ro ny i e l da n d p u r i t yo f c h o l e s t e r o l ，a n dt h es u i t e dp r o c e s sc o n d i t i o n sw e r ep r e s e n t e d t h es u i t e dc o n d i t i o n so f p r o c e s sw e r ed e t e r m i n e da sf o l l o w s ： f o rt h ep r o c e s so fc r u d el a n o l i ns a p o n i f i c a t i o n , n a o hd o s a g ei s1 8t i m e st o t h e o r e t i cd o s a g e a n dr e a c t i o nt i m ei s8 hi nt h ef i r s ts a p o n i f i c a t i o n , a n dn a o hd o s a g e i st h es a n l em u l t i p l et of i r s t s a p o n i f i c a t i o n ，a n dt h et i m e i s6 hi nt h es e c o n d s a p o n i f i c a t i o n f o rt h es e p a r a t i o no fs a p o n i f i c a t i o nr e s u l t s ，c a c hd o s a g ei s1 3t i m e st ot h e r e t i c a l d o s a g e a n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s2 5 f o rt h ee x t r a c t i o n so fl a n o l i na l c o h o lf r o m c a l c i u m l a n o l i na c i d , t h er a t i o o f e t h a n o l t o l a n o l i n i s 4 ：1 ，2 ：1a n d1 5 ：1r e s p e c t i v e l y , a n dt h ee x t r a c t i o nt i m ei s3 0 m i n , 2 0 r a i na n d2 0 m i nr e s p e c t i v e l y f o rt h ec o m p l e x i n go fc h o l e s t e r o la n dp u r i f i c a t i o no fa d d u e t , t h er a t i oo f p e t r o l e u me t h e rt ow a t e ra n dc r u d el a n o l i ni s3 ：2 ：1i nt h eo fr o m o v i n gi m p u r i t y , a n d t h er a t eo fc a c ht oc h o l e s t e r o li s6b ym o l e c u l e ，t h er a t eo fc a c ht ow a t e ri s1 5 i i i 四川大学硕士学位论文 b yw e i g h t t h et e m p e r a t u r ei s7 7 彳8 a n dt h et i m ei sl hi nt h ec o m p l e x i n g ；t h er a t i o o fe t h a n o lt op e t r o l e u me t h e ri s3 ：5 0 。t h ec o o l i n gv e l o c i t yi s1 0 0 c 1 1 ，a n dt h ef i n a l c o o l i n gt e m p e r a t u r e i si o 。ci nt h es u b s e q u e n tp u r i f i c a t i o n ， f o rt h eh y d r o l y s i so fa d d u c t ，t h er a t eo fw a t e rt oc r u d el a n o l i ni s 1 0 ，t h e t e m p e r a t u r ei s1 5 。c 。a n dt h et i m ei sl h f o rt h er e f i n e m e n to fc h o l e s t e r o l ，t h er a t eo fe t h a n o lt oc r u d ec h o l e s t e r o li s6 ，a n d t h ef m a lc o o l i n gt e m p e r a t u r ei s5 。c u n d e ra b o v es u i t e dc o n d i t i o n s ，s a p o n i f i c a t i o nv a l u eo fl a n o l i na l c o h o li sa b o u t l o m g g 。t h ep u r i t yo fc h o l e s t e r o li sa b o v e9 0 ，a n dt h et o t a ly i e mo fc h o l e s t e r o li s 6 0 t oi t s 耐g i l l a la m o u n t a n dt h eq u a l i t yo fc h o l e s t e r o la c c o r db a s i c a l l yw i t hu s a n f2 0 0 1s t a n d a r da sc o s m e t i c sa d d i t i v e a c c o r d i n g t od e a l i n gw i t h1 0 0 0 k g do fc r u d el a n o l i n , 6 0 k g do fc h o l e s t e r o li s g o t , a n d4 0 0 k g do fl a n o l i na c i da n d4 2 0 k g do fl a n o l i na l c o h o la r eg o ta sb y p r o d u c t i n v e s t m e n to fi n d u s t r i a l i z e de q u i p m e n ti sa b o u t ￥1 ，0 0 0 ，0 0 0 a f t e rp u t t i n gi n t o p r o d u c t i o n ，p r o f i ta n dt a xi sa b o u ty 4 。2 7 0 。0 0 0 u s e dc h e m i c a l sa l ei n n o c u i t yo rl o w p o i s o n ，i n d u s t r i a lp o l l u t i o ni ss m a l l ，u s a g eo fw a t e ri sn o tm u c h ，c o s to fp r o d u c t i o ni s l o w a n de c o n o m i cb e n e f i ti sw e l l k e y w o r d s ：c h o l e s t e r o l ，e x t r a c t i n g ，e o m p l e x i n g ，c r u d el a n o l i n , s a p o n i f i c a t i o n 四川大学硕士学位论文 1 前言 1 1 项目背景 羊毛脂是从粗羊毛洗液中经提取、精制而得的尉产物。羊毛脂是羊的皮脂 腺分泌物，它沉积在羊毛纤维上，它能够柔软羊毛并抵抗外部不良环境的影响。 从化学性质来讲，它是蜡而不是脂，它不含甘油，与普通动物油脂不同；羊毛 脂是酯类物质的多组分混合物。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、油性的粘稠软膏状固体。羊毛脂的熔点为3 8 4 2 ，它是熔 点最低的固体蜡1 1 1 ，它几乎不溶于水，但能与约2 倍质量的水分均匀混合，它 易溶于醚、苯、氯仿、丙酮、石油醚和热乙醇中，但在冷乙醇中极微溶解。 羊毛脂主要是由高碳脂肪酸( c 7 c 4 1 ) 与大致等物质量的高碳脂肪醇所形 成的酯，它们约占羊毛脂的9 5 ；另外羊毛脂约含有游离醇4 ，并含有少量的 游离脂肪酸、烷烃和未测定物 2 1 。在羊毛脂中约含有1 8 0 多种脂肪酸，其中直 链脂肪酸和支链脂肪酸分别约占脂肪酸总量的2 3 和7 7 ( 其中羟基脂肪酸约 占3 0 【3 4 s6 】) ；羊毛脂酸主要有：正、异和反异构酸类及正、异和反一异 构小、一羟基酸，它具体含有羊毛蜡十四酸、羊毛蜡十六酸、羊毛蜡十八酸、 羊毛蜡二十酸等，其中羟基脂肪酸约占3 0 ，支链脂肪酸占6 5 左右【1 1 ；羊毛 脂醇的烷基碳链长为c 1 4 c 3 6 ，包括：脂肪醇类、甾醇类和三萜烯醇类，它们 分别约占醇总量的2 5 、4 0 、2 5 3 0 。但是由于羊种、气候及饲养条件不同， 羊毛脂的成分会有所不同。 羊毛脂经过一定的物理、化学过程可以得到一些具有特殊用途的羊毛脂衍 生物。羊毛脂的衍生物可分为两大类：一类是物理性衍生物，即通过分馏等方 法得到的羊毛脂衍生物；另一类是化学性衍生物，即通过氢化、乙酰化、水解 等过程而得到的羊毛脂衍生物。在羊毛脂中羊毛脂酸、羊毛脂醇的含量较高， 故对其二次衍生物的研究和开发大有发展前景。故在生产应用中，羊毛脂大多 被用来水解生产羊毛脂酸和羊毛脂醇，再由此来生产具有特殊用途的产品。 羊毛脂中的很多成分是难降解的物质，但是由于其具有较高的使用价值， 因此如将其直接排放，不仅浪费了资源，也会污染环境。如果将这些物质从羊 毛脂中分离出来或进一步衍生，可得到许多具有特殊价值的产品，它们可用作 四川大学硕士学位论文 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4 0 左右，而且在此基础上还有很大的发展前景【7 1 。因此，在国际上 羊毛脂具有“软黄金”之称。 据统计，全世界原羊毛年产量约2 5 0 万吨，其中可产羊毛脂约2 5 万吨，但 其目前的利用率只有1 0 左右。我国是产羊毛大国，每年洗羊毛约1 8 万吨，可 从中回收的羊毛脂1 8 万余吨嘲，这为进行羊毛脂的深加工提供了丰富的原料保 障。 1 2 羊毛脂衍生物及其应用性能 羊毛脂具有很好的乳化作用和渗透作用，易为皮肤和头发吸收，且与化妆 品其它基料的配伍性好。但其存在粘稠、不易铺展，且有特殊的异味及色泽欠 佳等缺点。所以在化妆品中，多数情况是选择使用其通过物理或化学法改性后 的羊毛脂衍生物。从羊毛脂中可以分离和衍生出许多种具有特殊价值的产品， 羊毛脂衍生物主要有：氢化羊毛脂、乙氧基化羊毛脂、羟基化羊毛脂、乙酰化 羊毛脂、羊毛脂醇、羊毛脂酸和胆甾醇等。常用的羊毛脂衍生物主要介绍以下 几种： 1 2 1 羊毛脂醇 羊毛脂醇是羊毛脂经加碱皂化、分离得到的皂化产物之一。它是由众多含 有直链和支链的、不同分子量的脂肪醇、胆甾醇、羊毛甾醇的混合物。 羊毛脂酵为黄色至褐色的蜡状固体，它坚硬、略有气味、不溶于水、但它 能吸收本身4 倍重量的水。羊毛脂醇是一种强力软化、稳定和非离子的水油性 乳化剂。把其溶于矿物油或矿脂中，它又是众多吸收基的官能化合物。它与肌 肤天然成份相似，容易被皮肤所吸收，在皮肤表层易形成一层保护膜，能有效 防止皮肤表层的水分蒸发，滋润皮肤，锁住水份；对皮肤具有良好的渗透性、 亲和性和润湿性，还有良好的乳化性和分散性。羊毛脂醇在乳霜、乳液中可用 做润滑剂和乳化剂，同时作为吸收基里的重要原料。它有极高的安全性，符合 多数药荆标准和化妆品标准。因此其广泛用于各类化妆品中，如用于婴儿制品、 四川大学硕士学位论文 干性皮肤护肤品、膏霜、乳液中。由于在羊毛脂醇中含有大量的甾醇类物质， 故其可作为营养剂或生物活性物质加入高档化妆品中。在医药方面，羊毛脂醇 不仅可以作为药膏基质，还对某些皮肤病具有辅助治疗作用。羊毛脂醇主要被 用在w o 化妆品配方中作为乳化剂，也可作为辅助乳化剂及逆向乳化的稳定剂。 在某些化妆品中用少量的这种醇类物质替代大量的普通羊毛脂，这类化妆品具 有气味少、不粘、不紧，乳剂的色泽和稳定性好的特点。羊毛脂醇还可作为发 乳的润柔剂和调理剂，其用于唇膏制作中则成型性，可塑性和涂抹性好，可使 染料分散均匀；在制造粉饼时，加入羊毛脂醇容易成型，滋润皮肤，不易脱落； 在指甲油清除液中加入羊毛脂醇可以防止因溶剂造成的脱脂现象。 1 2 2 羊毛脂酸 羊毛脂酸是皂化法生产羊毛脂醇的副产物，与普通脂肪酸相比，羊毛脂酸 是一种含有多直链、支链和羟基的多元脂肪酸。 羊毛脂酸在化妆品中是一种富脂剂，被广范用于洗发水、生发剂、护发液 以及o a v 产品中。羊毛脂酸能促进水蒸气对皮肤脂肪的渗透，这是由于它能使 脂肪层疏松引起的，由此它能对皮肤护理起着非常重要的作用。而且它在洗涤 荆中有很好的效果，能在皮肤上形成一层富脂薄膜，抗水性能好，可用于面部 及眼部化妆品，也可作为香皂的泡沫改变剂、加脂剂。在香波中能使头发发亮、 柔软、易于梳理而很少或不会引起泡沫的减少。加入喷雾推进剂中能形成稳定 的润肤乳液。它也是众多酯制造的重要原料。羊毛脂酸也应用于肥皂的制造和 作为原料分散剂、防锈剂等，羊毛脂酸还具有使胶凝状产品成型固化的特性。 1 2 3 胆甾醇 胆甾醇为白色或淡黄色有珠光的片状晶体，n l p l 4 8 5 ，密度1 0 6 7 9 c a n 3 在高真空度下可升华，在空气中缓慢氧化变黄，熔点和溶解度也随之改变；它 与一水分子形成的化合物c 砑1 1 4 6 0 h 2 0 是珠光小液晶，密度1 0 3 9 g l n 3 ，7 0 8 0 成无水物。胆甾醇易溶于胆汁酸盐溶液，可溶于醋酸、丙酮、乙醇、苯、 氯仿( 1 9 4 5 m l 氯仿) 、二氧杂环己烷、醚( 1 9 2 8 m l 乙醚) 、乙基醋酸盐、己烷、 吡啶( 1 9 1 5 m l 吡啶) 、甲苯、石油和植物油中【9 】，微溶于冷醇( 2 0 ，1 2 9 9 1 0 0 9 乙醇) 中，而热乙醇中可溶( 8 0 ，9 6 乙醇，2 8 9 1 0 0 9 ) ，它几乎不溶于水( 约 四川大学硕士学位论文 0 2 m g l o o m l 水) 、酸或碱中。胆甾醇又名胆固醇、胆甾一5 一烯一3 p 一醇、异辛甾烯 醇、胆脂醇、胆固烯醇或胆脂素醇；英文名称为c h o l e s t e r o l ，c h o l e s t - 5 - e n - 3 1 b - o l 。 c h o l e s t e r i n ，胆甾醇以游离形式和胆甾醇酯的形式存在于动物体的各种组织中， 在羊毛脂中约含有1 0 2 0 左右的胆甾醇。其分子式为c 2 7 h 4 6 0 ，其结构如图 1 1 所示： c h 3 图1 1 胆甾醇结构式 h 1 is t r u c t u r a l f o r m u l a o f c h o l e s t e r o l 胆甾醇是最早发现的一个甾体化合物，存在于人及动物的血液、脂肪、脑 髓及神经组织中，它是组成动物器官特别是大脑和脊髓组织的重要成分之一， 人体内发现的胆结石9 0 是由胆甾醇所组成的，胆固醇的名称也是由此而来的 u o i 。人体中胆固醇含量过高是有害的，它可以引起胆结石、动脉硬化、高血压 等症。由于胆甾醇与脂肪酸都是醋源物质，食物中的油脂过多时会提高血液中 的胆甾醇含量，因而食油量不能过多。人体所必须的维生素d 3 就是由皮肤表面 分泌物中的胆甾醇经太阳光中的紫外线照射合成的。胆甾醇在酶催化下氧化成 7 脱氢胆甾醇。7 脱氢胆甾醇存在于皮肤组织中，在日光照射下发生化学反应， 转变为维生素d 3 的反应式如图1 2 所示： 7 _ 膨氧明甾醇维肇謇d a 图1 27 - 脱氢胆甾醇合成维生素d 3 f i g 1 2s y n t h e s i z i n gv i t a m i nd 3f r o m7 - d e h y d r o c h o l e s t e r o l 4 四川大学硕士学位论文 维生素d 3 是从小肠中吸收c a 2 + 离子过程中的关键化合物。体内维生素d 3 的浓度太低，会引起c a 2 + 离子缺乏，不足以维持骨骼的正常生成而产生软骨病。 胆甾醇的用途极为广泛。其中最重要的两点用途是： 其一。胆甾醇在化妆品和表面活性剂中的应用。胆甾醇可作为一种具有生物 活性的多功能化妆品助剂，美国c t f a 化妆品原料手册已经将胆甾醇列为可加 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。胆甾醇中含有甾核结构，它 是最广泛最长见的甾族化合物，该结构中有一个叫甾核的四元碳环骨架，并且 环上还有三个侧链，它能够消除偏振，起到防晒作用，故其可用于防晒化妆品 中【n 1 。胆甾醇如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 复弹性的作用并且它还有表面活性及稳定泡沫的作用。它是有效的w o 乳化 剂。它也可作为o w 乳化剂使用加入到营养霜、药用油膏及乳液中。胆甾醇还 可作为生产液晶状化妆品的乳化助剂。 其二。胆甾醇在医药中的应用。胆甾醇的另一个重大应用是作为甾体药物 ( 如维生素d 3 、人造牛黄等) 的一种天然甾体资源。甾体激素( 如雌酮、雄甾 酮、睾丸甾酮、可的松等) 药物具有独特的疗效，是临床上一类重要药物，也 是药品生产中的重要领域。近二十年来，甾体药物在国际市场上的销售量不断 增长，几类甾体药物1 9 8 0 年年销售量比1 9 7 5 年增长2 2 4 7 ，1 9 8 0 年总销售 额达4 0 亿美元，仅次于抗生素其中肾上腺皮质激素、性激素和避孕药等，每 年增长6 1 0 。而甾体药物9 0 以上采用半合成生产，即利用天然甾体骨架进 行结构改造，甾体药物是制药工业中极为重要的部门之一，1 9 7 4 年以前，世界 上6 0 以上的甾体药物取材于薯蓣皂甙元。七十年代以后，由于不合理的采掘， 造成资源逐渐短缺，植物中皂甙含量下降，薯蓣价格猛涨，人工培植量小、成 本高，促使人们努力开拓新的甾体资源而甾醇具有天然甾体基本骨架，通过 化学或微生物转化方法改造，可制得几乎所有甾体激素药物。我国的甾体药物 的生产原料至今仍依赖于资源濒于枯竭的薯蓣，甾醇资源开发已迫在眉睫【“。 胆甾醇作为一种广泛存在的甾醇，是重要的甾体药物前体。例如由胆甾醇为原 料合成一种雄性激素睾丸甾酮如图1 3 所示 1 4 1 j 四川大学硕士学位论文 胆甾醇 “) z a - h o a c 百而矿 0 p 供n 日氧化 去氢表雄甾酮 ! ! ! ! 鉴q g ( 11 ) c h a o h n a o h c r 0 3h o a c 业塑。 ( 1 i ) h a c m - i o h 妒詈 翠丸甾酮 图1 3 胆甾醇合成睾丸甾酮 f t g 1 3s y n t h e s i s t e s t o s t e r o n e f o r m c h o l e s t e r o l 不仅如此，胆甾醇也可用于液晶、生物试剂中；它还可加入到对虾和鸡饲 料添加剂等中，以增加它们生长和成活率 国内生产胆甾醇的方法都是从动物脑组织和脊髓组织中提取，其过程干扰 较少，工艺简单，但原料成本较高且数量有限。而我国羊毛脂来源较丰富，其 中的胆甾醇含量可达1 0 2 0 ，具有非常高的提取价值，并且以羊毛脂为原料 生产胆甾醇的同时还可以得到羊毛脂酸和羊毛脂醇。这两种物质同样具有较高 四川大学硕十学位论文 的使用价值，它们与普通脂肪酸和脂肪醇相比有很多独特的性能。关于羊毛脂 皂化、皂化产物的分离及其胆甾醇提取，在国外从2 0 世纪4 0 年代就已经开始 进行研究和技术开发工作，5 0 年代开始逐渐形成产业。由于这些产品为天然原 料，相关的应用研究发现这些产品具有很多其它产品无法代替的性能，其高档 和高纯度产品越来越受到重视。在国外发达国家出现了一些长期从事该类产品 生产经营的公司最近十几年在亚洲( 如日本、印度、新加坡) 也出现了几个 从事该类产品的有一定名气的公司( 如吉川制油公司、r o l e x 羊毛脂有限公司、 n k 化学私人有限公司) 。 c r o d a 公司和a m e r c h o l 公司等市售的羊毛脂衍生物近4 0 种，我国国产羊毛 脂衍生物近l o 种。这些羊毛脂衍生物除了赋予制品以一定形状外，各有不同的 作用，它们的用量一般为0 5 2 0 。 1 3 国内外羊毛脂相关产品的研究与生产现状 1 3 1 国外研究与生产现状 在国外，从二十世纪四、五十年代就已经开始关于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在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甾醇的测定进行了相关的研究；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、 羊毛脂酸皂的分离及羊毛脂酸的回收、羊毛脂醇中胆甾醇和异胆甾酵以及脂肪 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1 0 0 多种，其中有1 0 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。 a m e r c h o l 公司、& lt a 公司、f a n n i n g 公司等几家专门生产羊毛脂衍生物， 四川大学硕士学位论丈 如羊毛脂季铵盐、羊毛甾醇、羊毛脂酸等【l 习，p a r c h e m 公司的主要产品则有羊 毛脂、羊毛脂醇、羊毛脂酸及其衍生物【1 6 1 。 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( c r o d a ) 公司。其中吉川制油公司从1 9 6 8 年起开始致力予羊 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 羊毛脂为该公司独有，其余产品还有羊毛脂醇、羊毛脂酸以及胆甾醇。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【l ”。 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。 在印度，r o l e x 羊毛脂有限公司在羊毛脂衍生物的生产方面也享有很高的声 望，该公司成立于1 9 6 7 年，其产品通过i s 0 9 0 0 2 质量认证，主要产品有无水羊 毛脂、无水精制羊毛脂、含水羊毛脂、工业用羊毛脂、超纯医用羊毛脂和羊毛 脂酸等，这些产品应用于化妆品、医药、纺织、机械润滑等多个行业中【1 8 1 。 新加坡的n k 化学私人有限公司虽然于1 9 9 4 年才成立，但现在每年处理羊 毛脂有约1 万吨，其产品也通过了i s 0 9 0 0 2 认证，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，该公司的整个生产线都是由自动化控制的， 具有高科技水平，无论从投资还是从占地规模来讲都是很庞大的。其主要产品 是各种等级的羊毛脂、羊毛脂醇、羊毛脂酸、胆甾醇以及羊毛脂的其他衍生物， 主要应用于化妆品、医药等行业【均l 。 新西兰贸易有限公司成立于1 9 6 2 年，该公司主要产品有羊毛脂、羊毛脂醇、 羊毛脂酸及它们的衍生物。该公司的产品销往全球各地，该公司的设备和工艺 流程都非常先进，生产规模很大跚。 现在各国越来越重视对羊毛脂衍生物的综合利用，研究向着环保型生产、 低成本、高纯度产品方向发展，对产品的检测技术也日趋先进和自动化。对于 羊毛脂中胆甾醇的提取，还出现了对羊毛脂醇采用分子蒸馏或先从羊毛脂中分 离出胆甾醇酯等新型分离方法。 四川大学硕士学位论文 1 3 2 国内研究与生产现状 在国内，我国的羊毛脂资源非常丰富，但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很有限，有很多 工作有待开展和深入。同时高档化妆品所需的羊毛脂衍生物需通过进口来解决。 除此之外，国外化妆品厂家低价进口我国生产的羊毛脂，再向我国大量输出高 档化妆品，即利用我们廉价的资源生产高附加值的化妆品，回头再大量赚取外 汇。由此看来，羊毛脂出口也并非最佳利用羊毛脂的途径。 据业内人士介绍，国内拥有回收羊毛脂的洗毛企业仅5 左右。原因有- - ： 一是回收设备价格不菲；二是国内洗毛厂大多规模有限，且没有资金进行技术 改造和添加回收设备这种状况带来两大后果：一方面，羊毛脂白自流走，造 成的经济损失惊人。以江苏口岸为例，该地区1 9 9 9 年进1 ：3 原毛4 3 4 2 7 吨，以羊 毛脂3 5 的回收率计算，每年至少应可回收羊毛脂约有1 3 0 2 吨，而国际市场 平均每吨1 2 1 5 美元以上，这样算来每年至少白白流掉1 5 8 万美元。另一方面， 加工产生的大量废水未经处理即排放，造成的工业污染相当严重，极大影响了 当地的环境质量。 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，除了四元精制剂法之j , l , t 2 1 1 ，还出现了用无机陶瓷膜进行过滤精制的新型方 法；乙酰化羊毛脂的研制技术已日趋成熟，通过实验手段，找到了乙酰化羊毛 脂合成的最佳工艺条件，且产品羟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1 7 , 2 1 ；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2 5 0 t 系列产品的中试装置伫3 1 ；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，此法催化剂的用量减少， 副产物少1 2 4 1 。此外还有年产1 0 0 t 羊毛脂衍生物l a d - 0 1 t 凋中试装置以及在工业 中的应用研究。 而对于羊毛脂的皂化及其胆甾醇的提取，国内研究较少，尤其是胆甾醇的 提取工艺，还没有实现工业化生产的报道。 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 1 4 课题意义 在我国粗羊毛脂资源非常丰富，但其价格低廉，只有1 万元，吨左右，而胆 甾醇可达3 5 万元，吨左右。因此研究从羊毛脂中提取胆甾醇的技术，具有较大 的经济价值和应用前景。 国外对于从羊毛脂中提取胆甾醇的研究最早开始于二十世纪四、五十年代， 各国的研究者们在这几十年的研究中提出了许多相关的工艺技术。如今，随着 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、收率高、质量 好、可综合利用副产品、具有良好经济效益及环保的工艺路线，已成为研究工 作的重点。 国内对于羊毛脂及相关产品的研究在二十世纪八十年代以后才开始起步， 到目前为止对其开发研究也很有限，且多集中在羊毛脂的回收、精制方面，而 关于羊毛脂中提取和精制胆甾醇的研究极少，对于羊毛脂的其它深加工技术研 发也远远不够。因此，深入研究从粗羊毛脂中提取胆甾醇的工艺过程具有较大 的现实意义。 2 文献综述 国外对从羊毛脂醇中提取胆甾醇的研究较早，工艺路线比较成熟，国内对 该工作的研究则是在八十年代以后才开始的。综合国内外几十年来的文献资料， 从羊毛脂中提取胆甾醇可以分为生物和化学两类方法。 2 1 用生物方法提取胆甾醇 此种方法是利用微生物转化来得到胆甾醇。其存在两种方法，一是用曲霉 在一定p h 值( 6 5 左右) 下对羊毛脂进行特殊细菌培养介质的摇瓶培养，一定 时间( 7 2 h 左右) 后用有机溶剂( 乙酸乙酯或苯) 萃取出胆甾醇 2 6 1 。二是把经 过煤油溶解的羊毛脂作为碳源，在特殊细菌的培养介质中控制p h ( 6 5 - 8 5 ) 值 进行有氧培养1 2 7 1 ，进而得到胆甾醇。 微生物法对设备及环境要求很高，且不易控制条件，产率也不高，难以用 于工业化。 2 2 用化学方法提取胆甾醇 这是国内外研究较多、应用较广的一大类方法。该方法主要是将羊毛脂皂 1 0 四川大学硕士学位论文 化后，分离皂化产物得到羊毛脂醇，再从羊毛脂醇中提取胆甾醇。其过程包括 羊毛脂的皂化及皂化产物的分离和羊毛脂醇中胆甾醇的提取两个阶段。 2 2 1 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酯，通过皂化可得 到游离的醇和皂，其与油脂不同嘲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，在碱性介质中可以皂化水解，其皂化通式( 2 一1 ) 与一般油脂的皂化类似： r c o o r + n a o h + r c o o n a + r o h ( 2 一1 ) 式中：r 羊毛脂酸长碳链；r 羊毛脂醇长碳链 由于生成羊毛脂的酸和醇的碳链均较长，故其皂化产物羊毛脂酸皂和羊毛 脂醇在羊毛脂中的溶解度较大，且它们会对羊毛脂产生乳化现象，这使得皂化 反应很难进行彻底，因此羊毛脂的皂化比普通油脂困难得多。 2 2 1 1 用二价金曷( 氢) 氧化物皂化 该方法 2 9 卿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，可分别得到羊毛 脂酸皂和羊毛脂醇。国外学者在该方面的研究较早。 2 2 1 2 直接在碱水溶液中的皂化 该方法口“3 2 1 采用氢氧化钠或氢氧化钾的( g e 缩) 水溶液皂化羊毛脂，皂化 产物可先盐析再用低级醇、酮或酯萃取分离，也可用氯化钙先将羊毛脂酸钠皂 或钾皂转化为钙皂后萃取分离。 2 2 1 3 在碱水溶液中加入助剂的皂化 该方法孙蚓采用在碱水溶液中加入助剂( 其中助剂可以为低级醇、合成洗 涤剂、相转移催化剂等) 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。此路线得到的羊毛脂醇的收率为4 9 左右。 2 2 1 4 在碱醇溶液中皂化 该方法d 5 1 采用氢氧化钠( 或钾) 在低级醇中对羊毛脂进行皂化由于低级 四川大学硕士学位论文 醇不仅对氢氧化钠具有较高的溶解性，而在热态下对羊毛脂的溶解度也很大， 从而可以大大增加皂化速度。 对于皂化产物分离过程，可采用萃取法，也可采用钙皂转化法。如采用萃 取法，会出现乳化现象，且此法为液一液萃取，故其需多次萃取，萃取剂使用量 大，回收成本高，对工艺要求较高；而采用钙皂转化法可减小或避免乳化的干 扰，且羊毛脂酸皂与羊毛脂醇的分离效果较好。皂化产物分离方法的选择还要 考虑其对后续过程的影响和使整个工艺过程简化。 2 2 2 胆甾醇提取方法 以前工业上生产胆甾醇通常是从猪脑( 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；然后蒸除丙酮就得到浓缩粗 胆甾醇，再用乙醇结晶；然后依次用酸性、碱性乙醇处理，然后结晶干燥即得 产品跚3 7 1 。 羊毛脂醇中胆甾醇的提取，则不可能借鉴该方法进行简单萃取。这是由于 羊毛脂醇成分复杂，除了含有胆甾醇外，还含有较多二氢胆甾醇、羊毛甾醇、 羊毛甾三烯醇及二氢羊毛甾醇等与胆甾醇性质相近的物质 3 e l ，这样进行萃取的 收率和纯度都很低。 国内外对于羊毛脂提取胆甾醇的相关研究大致可分为以下五类方法： 2 2 2 1 溴化法 该方法1 3 9 是先用单质溴与羊毛脂醇中的胆甾醇进行选择性的加成反应( 溴 加成于甾环的双键上) ，形成的胆甾醇二溴化物在低级醇溶剂中微溶，过滤出的 胆甾醇二溴化物，在乙酸中与锌粉回流大约3 h ，脱溴后即可得到胆甾醇。但是 在室温下该二溴化物在低级醇中沉淀效果不完全( 在o 沉淀效果较好) ，在回 流脱溴时的损耗也较大，故胆甾醇的收率较低( 仅4 0 ( w ) ) 左右。如果将二 溴化物溶解在乙醇中，再与锌粉回流，则可在一定的程度上提高收率。总的来 说，该方法收率偏低，同时溴又是贵重的化学元素，溴的损失大大增加了生产 成本，因而此方法的工业应用价值不大 2 2 2 2 色谱法 该方法 4 0 1 1 是通过吸附剂对羊毛脂醇中各组分进行选择性吸附提取胆甾醇 1 2 四川大学硕士学位论文 的。其中柱色谱在研究中应用较多，较好的吸附剂有硅胶、a 1 2 0 3 、m g s i 0 3 或 者它们的混合物，洗脱剂和溶解样品的溶剂相同，均为一种芳香烃或脂肪烃与 一种极性的有机溶剂的混合溶剂( 如庚烷和丙酮) 。羊毛脂醇的庚烷一丙酮 ( 1 9 ( v ) ：l ( v ) ) 溶液通过色谱柱，其中的胆甾醇被吸附剂吸附下来，然后再用洗脱 剂对吸附剂进行洗提即可得到胆甾醇。 该方法所得到的产品收率较高，且此法耗时较短( 每周期小于6 h ) ，粗胆甾 醇的纯度可达6 7 ( w ) 左右，再经过一次重结晶其纯度就能达到药用标准( 9 0 ( w ) 以上) ，柱负荷可达到4 0 ( w ) ( 相对于吸附剂的质量而言) ，且在适当的反应条 件下吸附剂可在不再生的情况下使用多个周期，之后可用溶剂( 如丙酮) 在柱 内洗涤再生。但是由于色谱法的固有性质：需经历多次洗提，需用较多溶剂、 溶剂回收费时、费能、柱负荷不能过高，色谱法自身固有的局限性阻碍了其大 规模的应用。 2 2 t 2 3 分子蒸馏法 分子蒸馏法是从羊毛脂中提取胆甾醇的最新方法，它也叫短程蒸馏法。该 方法是将羊毛脂皂化后得到的羊毛脂醇在l f f l 1 0 - 2 p a 的操作压力下，用分子蒸 馏进行分离纯化，得到胆甾醇和羊毛甾醇。 分子蒸馏技术作为一种与国际同步的高新分离技术，具有其它分离技术无 法比拟的优点：它操作温度低( 远低于沸点) 、受热时间短( 以秒计) 、真空度 高( 空载s l p a ) 分离程度及产品收率高等；它还能有效地脱除低分子物质( 脱 臭) 、重分子物质( 脱色) 及脱除混合物中杂质。日本的k a t s u n c io h n i s h i 等人 t 4 2 1 1 9 7 4 年提出用分子蒸馏法从羊毛腊醇分离胆甾醇，先将皂化产物用丙酮萃取 得到羊毛脂醇后，再用分子蒸馏纯化分别得到结晶羊毛甾醇和胆甾醇。捷克的 j a ng u e n g r o s 等人1 4 3 1 于1 9 9 5 年提出，将羊毛脂皂化所得的有机相转移到膜蒸发 器中，先在1 0 0 、1 0 4 p a 下蒸去乙醇及水，残余物在2 0 0 2 8 0 。c 的高温下进行 分子蒸馏，得到的馏分用氧化钙粉末处理，然后再用丙酮或苯进行萃取并过滤， 蒸发滤液得到胆甾醇和羊毛甾醇的混和物。 应用分子蒸馏法从羊毛脂醇中提取胆甾醇的分离效果较好，得到的胆甾醇 纯度也较高，但对设备及操作条件有较高的要求，成本较高，在目前不具有普 适性，在工厂里实现有较大的困难。就目前的研究情况来看，效果也并非很好。 四川大学硕士学位论文 其工艺还需要进行更多、更深入的研究 2 2 _ 2 4 溶剂选择结晶法 该方法是利用各组分在特定溶剂中溶解度的差异来实现的。羊毛脂醇中主 要含有胆甾醇、异胆甾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：胆甾醇2 高级脂肪醇 异胆甾醇；低级脂肪酸对这三种组分的溶解性为： 高级脂肪醇 异胆甾醇 胆甾醇；低级酮对这三种组分的溶解性为：异胆甾醇 胆甾醇 高级脂肪醇州。 动s s y d y k o v 等人1 4 5 在1 9 7 8 年直接用醋酸从羊毛脂醇中分离出胆甾醇。先 用醋酸在7 5 溶解羊毛脂醇，再以1 0 ，h 的速度冷却到3 0 ，然后再加热到 3 5 ，恒温2 h 过滤，粗产物用甲醇重结晶得胆甾醇。利用不同溶剂对羊毛脂醇 组分不