（环境工程专业论文）大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究.pdf

摘要 许多科学家的研究结果表明，植物甾醇具有较好的生理活性，应用价值较高。以 脱臭馏出物为材料，研究甾醇提取方法的报道较多，但原材料来源有限。本论文选择 了原料丰富的大豆油脚为材料，对甾醇的提取方法进行了探讨研究。提取甾醇的同时， 可得到脂肪酸甲酯( 生物柴油) 、甘油和硫酸钠等副产物，并对产生的废水进行了处 理。即提高了大豆产品的附加值，又保护了生态环境，为大豆油脚的综合利用提供了 新的途径。 本试验考察了磷硫铁分光光度法测定植物甾醇的准确度和精密度，校准曲线的相 关系数r2 | 0 9 9 8 9 ，回收率为97 1 一1 0 2 2 ，标准偏差为0 0 0 1 8 ，变异系数1 4 1 ，此方法与g c 法测定样品结果的差值为0 4 7 个百分点，表明磷硫铁分光光度法测 定甾醇可以满足实验室及工厂快速分析的要求。 本论文详细分析了原材料油脚的组成成分及性质，根据油脚的特性，建立了从大 豆油脚中提取甾醇的方法流程图。对提取方法中的关键环节一皂化过程和酯化过程进 行了优化试验。由于原料油脚中含有水份，采用水相皂化较合理。在皂化过程中分析 了皂化率对脂肪酸性质、甾醇的纯度和得率的影响，选择了合理的皂化条件：封闭体 系，温度控制在9 5 ，匀速搅拌的条件下，氢氧化钠的最佳用量为1 2 o o g 1 0 0 9 一 1 3 2 0 9 l o o g ，皂化反应时间选择为3 h 。如果油脚原料不同，皂化时氢氧化钠的用量 应根据原料油脚的皂化价来确定，反应最终的皂液d h 值控制在9 1 0 。随时取样测 定，保证皂化率在9 0 以上，以确定皂化反应时间。试验结果表明，皂化率低于4 0 的情况下，洗涤过程容易出现乳化现象，无法提取甾醇。 影响甲酯化反应过程的各因素，同时也制约着甾醇酯转酯化反应。试验结果表明， 沸腾温度条件下，甲醇一物料体积比为2 ：1 ，p i - i 值为2 0 的催化环境，反应2 h 后， 提取的甾醇纯度为9 3 6 ，甾醇得率为9 9 9 ，试验过程中发现，皂化过程和酯化 过程是甾醇提取方法中的决定性影响因素，只有选择最佳的反应条件才能提高甾醇的 纯度和得率。 大豆油脚提取甾醇的设计方法中产生两种废水：酸化水和洗涤废水。针对两种废 水的异同点，分别建立了处理方案，分析了影响因素。通过正交实验和单因素试验， 选出了最佳的脱色条件：活性炭的类型为粉末状、活性炭用量1 5 、反应时间2 0 m i l - i 、 反应温度8 0 。此过程较好的符合了f r e u n d l i c h 方程，对活性炭的用量起到了指导 作用。酸化水中硫酸钠的回收率为8 0 一8 5 ，甘油的回收率为8 9 9 ，回收的副产 物均可用于工业生产。洗涤废水经石灰乳中和脱胶、过滤、脱色处理后，c o d 的去除 率接近9 0 。因为洗涤废批含有少量的甲醇及有机小分子杂质，处理后的水溶液c o d 值仍然较高，但是溶液透明，溶液中的大部分s o 。”，p 0 。离子已被除去，钙离子的浓 度很小，所以处理后的水溶液可以重新溶解氢氧化钠或作为洗涤用水再次使用。 本试验研究的甾醇提取方法特点为：选择了来源丰富的大豆油脚为原材料；充分 利用游离甾醇的冷析性质，避免了使用大量有机溶剂萃取带来弊端；兼顾了v b 的提 取；副产物脂肪酸甲酯是一种重要的生物能源；对大豆油脚提取甾醇产生的废水进行 了处理研究，为保护环境提供了参考依据。此方法搡作过程简单，稳定，易于工业化， 对油脂行业开发下游高附加值产品具有十分重要的意义。 关键词：大豆油脚甾醇提取方法废水处理 a b s t r a c t t h er e s u l to fm a n ys c i e n t i s t ss h o w st h a ts t e r o lh a sb e t t e rb i o l o g i c a la c t i v i t ya n dh a v e h i g h e ra p p l i e dv a l u e t h e r ea r em a n yr e p o r t sa b o u tr e s e a r c h i n gs t e r o le x t r a c t i o nm e t h o db y m a t e r i a lo fd e o d o r i z i n ge f f l u e n c ee f f i u x ，b u ts o u r c er a wm a t e r i a li sl i m i t e d t h et e x tt a k e s a b u n d a n c es o y b e a no i lw a s t ea sm a t e r i a la n dd i s c u s s e se x t r a c t i o nm e t h o do fs t e r 0 1 w h e n e x t r a c t i n gs t e r o li tc a ng e tf a t t ya c i dm e t h y le s t e r ( b i o l o g yd i e s e lo i l ) ，g l y c e r i na n ds o d i u m s u l f a t ea n ds oo nb yp r o d u c t i o n n o to n l yi t i m p r o v e sa p p e n d i n gv a l u eo fs o y b e a n p r o d u c t i o n ，b u ta l s oi te n s u r e se n v i r o n m e n t i nt h es s n et i m e ，i to f f e r sn e ww a yo f c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o na b o u ts o y b e a no i lw a s t e t h et e x tr e v i e w sa c c u r a c ya n dp r e c i s i o no fd e t e r m i n i n gp l a n ts t e r o lb yf e r r i cs u l f a t e s p e c t r o p h o t o m e t r y , c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to fc a l i b r a t i o nc b r v ei sr 2 = 0 9 9 8 9 r e c o v e r y p e r c e n ti s0 0 0 1 8 ，c o e f f i c i e n to f v a r i a t i o ni s1 4 1 ，t h ed i f f e r e n c eo f t h em e t h o da n dg c m e t h o di s0 4 7p e r c e n t ，w h i c hs h o w st h a tf e r r i cs u l f a t es p e e t r o p h o t o m e t r yc a r la c h i e v e s o o na n a l y s i sr e q u e s to fl a b o r a t o r ya n df a c t o r y t h et e x tp a r t i c u l a r l ya n a l y s e si n g r e d i e n ta n dc h a r a c t e r i s t i co fr a wm a t e r i a lo i lw a s t e a n dc o n s t i t m e sp r o c e s sc h a r to fe x t r a c t i n gs t e r e lf r o ms o y b e a ro i lw a s t ea c c o r d i n g c h a r a c t e r i s t i co fo i lw a s t e i t sr e a s o n a b l ef o ru s i n ga q u e o u sp h r a s es a p o n i f i c a t i o n ，b e c a u s e r a wm a t e r i a lo i lw a s t ec o n t a i n sl i q u i dw a t e r c o n t e n t a n a l y z i n ge f f e c to fs a p o n i f i c a t i o nr a t e f o rc h a r a c t e r i s t i co ff a t t y a c i d ，p u r i f yo fs t e r o la n do b t a i nr a t e ，e l e c tr e a s o n a b l e a s p o n i f i c a t i o nc o n d i t i o n s ：c l o s e ds y s t e m ，t e m p e r a t u r e9 5 。c ，c o n s t a n ts p e e dw i p i n g ，t h e b e s td o s a g eo fn a o hi s 1 2 o o g l o o g - - 1 3 2 0 1 0 0 9 ，t i m eo fs a p o n i f i c a t i o ni s3 h t h e d o s a g eo fn a o hs h o u l da c c o r dt os a p o n i f i c a t i o nv a l e n c eo fr a wm a t e r i a lo i lw a s t ei fr a w m a t e r i a lo fo i lw a s t ei sd i f f e r e n t ，s o a ps o l u t i o np ho ft h el a s tr e a c t i o ni sc o n t r o l l e di n 皿一l o t a k es a m p l e sa n dd e t e r m i n ea ta n ym o m e n t e n s u r es a p o n a f i c a t i o ni so v e r9 0 c o n f i r mt i m eo fs a p o n i f i c a t i o nr e a c t i o n t h er e s u l to fe x p e r m e ms h o wt h a ti tc a nn o t e x t r a c ts t e r o li fs a p o n i f i c a t i o nr a t ei sb e l o w4 0 i t s e a s yt oa p p e a re m u l s i f i c a t i o n p h e n o m e n o ni np r o c e s so f w a s h i n g i ta f f e c t s f a c t o r so fe s t e r i f yr e a c t i o np r o c e s s ，i nt h es a m et i m ei tr e s t r i c t ss t e r o l e d t e r i f yt r a n s f e r r i n ge s t e r i f yr e a c t i o n t h er e s u l to fe x p e r i m e n ts h o w st h a t r a t i oo f m e t h a n o lt om a t e r i a li sa s2t o1u n d e rb o i l i n gt e m p e r a t u r e ，t h a tc a t a l y z i n ge n v i r o n m e n t p hi s2 0 ，p u r i f yo fe x t r a c t i n gs t e r o li s9 3 6 ，r a t eo fs t e r o li s8 9 9 a f t e rr e a c t i o nt i m ei s 2 h t h ep r o c e s so fe x p e r i m e n td i s c o v e r st h a ts a p o n i f i c a t i o np r o c e s sa n d e s t e r i f yp r o c e s si s k e yf a c t o r si nm e t h o d so fe x t r a c t i n gs t e r o l ，o n l ye l e c t i n gt h eb e s tr e a c t i o nc o n d i t i o n sc a l l i m p r o v ep u r l f ya n do b t a i nr a t eo fs t e r 0 1 t h ed e s i g n i n gm e t h o do fe x t r a c t i n gs o y b e a no i lw a s t ep r o d u c tt w ok i n d so fs e w a g e a c i dw a t e ra n dw a s h i n gs e w a g e a c c o r d i n gt os i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e so ft w ok i n d so f s e w a g e ，d e s i g ns c h e m ea n da n a l y z ei n f e c t i o nf a c t o r s c h o i c et h eb e s td e c o l o r i z i n g c o n d i t i o n sb yo r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n ds i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t ：t y p eo fa c t i v ec a r b o ni s d u 田，t h ed o s a g eo fa c t i v ec a r b o ni s1 5 ，t i m eo fr e a c t i o ni s2 0 m i n , t e m p e r a t u r eo f r e a c t i o ni s8 0 c i t sb e t t e ra c c o r d i n gw i t hf r e u n d l i c he q u a t i o na n dd i r e c t st h ed o s a g eo f a c t i v ec a r b o n t h er e c o v e r yr a t eo fs o d i u ms u l f a t ei na c i dw a t e ri s8 0 一8 5 t h er e c o v e r y o fg l y c e r i ni s 8 9 9 t h er e c o v e r yb yp r o d u c t i o n sc a l lu s ei ni n d u s t r yp r o d u c t i o n t h e w i p i n go f fr a t eo fc o d i sh i g h e rc l o s e d9 0 w h e nw a s h i n gw a s t ew a t e rc e n t e rc o m e u n g l u e db ym i l ko fl i m e ，f i l t r a t e ，d e c o l o r i z i n g b e c a u s ew a s h i n gw a s t ew a t e rc o n t a i n sa l i r l em e t h a n o la n do r g a n i cs m a l lm o l e c u l ei m p u r i t y , c o do fw a t e rs o l u t i o ns t i l lh i g h e r a f t e rd e a l i n gw i t h ，b u ts o l u t i o ni st r a n s p a r e n c e ，am a j o r i t yo fi o n sh a v eb e e nr e m o v e ds u c h a ss 0 4 ，p 0 4 3 i ns o l u t i o n ，c o n c e n t r a t i o no fc ai o ni ss m a l l ，w a t e rs o l u t i o na f t e rd e a l i n g w i t hc o u l dr e s o l v en a o ha g a i no rr e u s ea sw a s h i n gw a t e r t h ee x p e r i m e n tt h a tr e s e a r c hc h a r a c t e r i s t i co fe x t r a c t i n gs t e r o lm e t h o di s ：t a k e a b u n d a n c er e s o u r c es o y b e a no i lw a s t ea sr a wm a t e r i a l ；a v o i d i n ga b u s et h a tu s em u c h o r g a n i cs o l v e n te x t r a c t i o n ，f i l l l yu s i n gc o l da n a l y z i n gc h a r a c t e r i s t i co fd i s s o c i a t i n gs t e r o l a n dg i v ea t t e n t i o nt oe x t r a c t i o no fv e ；b yp r o d u c t i o no ff a t t ya c i de s t e r i f yi sa 虹n do f i m p o r t a n te n e r g yr e s o u r c e ；r e s e a r c ha b o u td e a l i n g 诵t 1 1w a s t ew a t e ro fs o y b e a no i lw a s t e e x t r a c t i n gs t e r o l o f f e r sr e f e r e n c ef o rp r o t e c t i n ge n v i r o n m e n t m a n i p u l a t e dm e t h o di s s i m p l e ，s t a b i l i z a t i o n ，e a s i l yi n d u s t r i a l i z a t i o n ，i t sv e r yi m p o r t a n tt oe x p l o i tb a c k w a r d p o s i t i o na p p e n d i n gp r o d u c t i o ni ng r e a s ei n d u s t r y k e yw o r d s ：s o y b e a no i lw a s t e ；s t e r o l ；e x t r a c t i n gm e t h o d ；s e w a g e 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及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得吉林农业大学或其他教育机 构的学位证书而使用过的材料。与我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谢意。 学位论文作者签名：痞j l 荔1 i ：)签字f 1 期：鼻妒年厂月童。同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即 吉林农业大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权吉林农业大学可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等：复制手段保存、汇编学 位论文。( 保密的学位呛文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：杏粕一) 签字目期：妇f 年，月乒p 曰 学位论文作者毕业去向： 工作单位；走连广舭崩药1 ；肛钢 通讯地址：大疰，场噬甥锰药嚆f 8 l 二司 导师签名： 叫样 签字日期：勋，年彳月；坳目 电话：，；句牛7 ，j ；广f 鼹缔：l f 苦即 吉林农业大学硕士学位论文 大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 1 刖吾 1 1 国内大豆油脚综合利用现状 1 1 1 大豆油脚的来源 油脂中含有丰富的磷脂成分，由于表面活性作用，磷脂会把许多杂质如酶、微 生物等带入油脂。这些杂质会促进油脂的水解，使油脂酸价升高，品质变坏，对油脂 的贮藏、保质都起到了不利的影响。所以对油脂，尤其是含磷脂较多的油脂一定要进 行碱精练或水化脱胶处理，其中以水化脱胶方法应用的较为广泛。 大豆油脚是豆油生产过程中水化脱胶的副产物，在我国特别是东北地区来源丰 富。目前，大豆总产量的7 0 用来生产大豆油，连续油脂精练工艺中，碟式离心机 分离出的大豆油脚得率一般为4 ，间歇式油脂精练工艺中，油脚的得率一般为3 一4 “。据不完全统计，国内大豆油脚年产量在1 0 万吨以上。对大豆副产物进行 深层次加工，开发生产出天然的、植物性的、无毒的产品，这种高新技术及高附加值 产品，已被社会认可，成为世界一些大豆生产加工和经销的国家获得专利技术和高效 益的途径”3 。 1 1 2 大豆油脚的组成成分 水化大豆油脚中主要含有磷脂2 0 - - 3 0 ；中性油2 0 一4 5 ；水分4 0 一 6 0 。脱水大豆油脚中主要含有磷脂和中性油，如果以组成磷脂的化合物计，大豆磷 脂中含脂肪酸的质量分数为6 0 - - 6 5 ，大豆油脚中的磷脂包括卵磷脂，脑磷脂和 肌醇磷脂，含量各占磷脂含量的三分之一左右。甘油的含量为1 0 一1 2 ，肌醇的含 量为1 - - 2 ，甾醇的含量为0 2 一1 “_ “。胡于鲁等人研究发现大豆油脚中的植 物甾醇的产率为1 8 - - 2 0 ”3 。 据报道大豆油脚中还含有0 3 的v e 、少量的蛋白质、黏液物、微量元素等。磷 脂、甾醇、肌醇等物质具有一定的生理活性，对机体代谢起调节作用，是重要的医药、 化工原料。能够从大豆油脚中提取这些物质，使之得到有效开发，也是大豆油脂生产 厂提高产品附加值的有效途径。 1 1 3 大豆油脚的应用研究概况 大豆油脚受热( 2 0 0 | c 以上) 易发酵酸败，严重污染环境，以造成某些油厂经常受 到环保部门的罚款处理，影响正常生产。因此，重视大豆油脚合理利用，减少环境污 吉林农业大学硕士学位论文大豆油脚提取舀醇及废水处理方法优化研究 染，是提高大豆油脂生产经济效益和保护环境的一个重要方面。 目前，根据生产规模的不同，我国大豆油脂加工厂对大豆油脚的利用有以下几个 方面旷”1 ： ( 1 ) 利用油脚提取浓缩磷脂、卵磷脂，进而生产精制的磷脂； ( 2 ) 利用油脚水样生产脂肪酸； ( 3 ) 对油脚进行溶剂浸出回收其中的油脂； ( 4 ) 将油脚打入湿粕与豆粕混合作饲料； ( 5 ) 大豆油脚经过简单皂化生产肥皂、皂粉； ( 6 ) 大豆油脚经化学改性后得到了一种铸造粘结剂。 后四种方法由于存在许多弊端，只限于对油脚进行简单的处理，不是油脚利用的 上策。例如对油脚进行浸出回收油脂时，易造成磷脂在生产系统中恶性循环；将油脚 打入蒸脱机易引起脱溶豆粕结团，脱溶效果下降，豆粕色泽加深等不良现象：制成肥 皂的质量较差；经化学处理得到铸造粘结剂的应用不容乐观。 利用大豆油脚提取磷脂、卵磷脂、生产脂肪酸是油脚研究应用的热点m 。”。我国 大豆磷脂的生产及应用尚处于起步阶段，大部分产品属初加工品，产晶的纯度低，功 能性差，而且生产规模小，生产成本高。加之我国食品结构和消费习惯的原因，使得 磷脂产品市场受到限制，大豆磷脂的生产效益和发展也因此受到很大的影响。 刘玉兰等研究了常压条件下油脚水解的主要工艺条件和影响因素：浓硫酸用量 为8 ，十二烷基磺酸钠为3 。车成彬“1 等人用2 2 的盐酸两次回流水解，水解率 为9 5 ，精制的脂肪酸收率为7 0 ，盐酸回收率7 5 。近几年，很多大豆油脂加工 厂用油脚生产脂肪酸，以生产粗脂肪酸工艺为主，能源消耗高，一次性投资大。 我国大豆油脚的研究局限于一种物质的开发与应用。据分析大豆油脚中含有磷 脂、中性油外，还含有甾醇和v e 。为了提高大豆油脚的综合利用率，有效开发大豆 油脚中的脂溶性功能因子，本研究小组是基于对我省老工业企业改造项目的启动，以 高新技术为依托，提高经济效益为核心，尽快达到产业化为目的，利用大豆油脂副产 物( 大豆油脚) 为原料，采用皂化、酸解、酯化及分子蒸馏工艺，研究了在一条生产 线上连续提取天然v e 、植物甾醇和脂肪酸甲酯等脂溶性功能因子的方法。本论文依 托本项目详细研究了甾醇的提取方法及其影响因素，并对产生的废水进行了处理，回 吉林农业大学硕士学位论文 大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 收了甘油和硫酸钠等副产物。 1 2 甾醇的研究进展 植物甾醇在自然界中分布极广，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，人们对植物甾酵进行了广泛深入的研 究。近几年来，由于美国、欧洲和日本等国家对植物甾醇在医药中应用的理论和技术 上的突破，使甾醇的开发研究迸入了成熟时期，世界精制混合植物甾醇的年产量已超 过千余吨。我国也早在7 0 年代就研制出了以牙周宁为代表的植物链醇药品( 有效含量 为6 0 ) 。中科院上海有机所和上海生物工程中心以主要含谷甾醇的植物甾醇为原料， 经微生物发酵转换制备甾体药物的中阻】体雄甾1 ，4 - - 二烯一3 ，1 7 一二酮( a d d ) 和雄甾 - - 4 - - 3 ，7 一二酮( 4 a d ) 已获成功。此外植物甾醇在日用化工、纺织以及动物生长剂方 面也有广泛的应用，因此，植物甾酵用途极为广泛“”1 。 1 2 1 甾醇的结构和性质 甾醇( s t e r 0 1 ) 是甾族化合物( s t e r o i d ) 中的一类。甾醇是高碳环型一元仲醇。 r l ；0 t t 俩如：砥= c 2 h s p - 谷淄薛( 肛s i t o s t e m l ) 吉林农业大学硕士学位论文大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 r w 巢袖警群( 酬) r y 胜当醇( c h o l 鳓q ；) 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 一3 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 一5 位为双键。甾醇的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 一3 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4 一羟基一3 甲氧基肉桂酸酯) 、借醇葡 萄糖苷，酰基甾醇葡萄糖苷等。工业上通过甾醇c 一3 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 一1 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f ； 醇尤其是谷甾 醇成为当今甾体药物生产的重要原料“”。 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。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 一双甲基甾醇三大类。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醇称为“大豆甾醇( s o y as t e r 0 1 ) ”“7 1 。 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，其中在乙醇溶剂中结晶形成针状或鳞片状，在二氯乙烷溶剂中形成针刺状或 棱晶状。甾醇分子中，碳原子数一般为2 7 3 l ，分子量约为3 8 6 - - 4 5 5 。甾醇熔点较 高，都在1 0 0 c 以上，最高达2 1 5 。c 。甾醇的相对密度略大于水，不溶于水，可溶于 多种有机溶剂。如溶于乙醚，热丙酮。在油料种子中，甾醇几乎平均分配在油相及胶 体相内，在制油中甾醇从胶体相转入油相，是一种不皂化物。3 。 植物甾醇的理化性质主要表现为疏水性，但因其结构上带有羟基基团，因而又具 吉林农业大学硕士学位论文 大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 有亲水性。在同一物质结构中同时具有亲水基团和亲油基团意味着该物质具有乳化 性。植物蹦醇的乳化性可通过对羟基基团进行化学改性而得到改善，植物甾醇具有两 性的特征，使得它具有调节和控制反相膜流动性的能力“。 1 2 2 植物甾醇的生理活性及应用。2 “ 植物甾醇是一类具有生理活性的物质，可用于合成调节水、蛋白质、糖和盐代谢 的甾醇激素。植物甾醇与胆甾醇结构相似，在生物体内甾醇酯可通过胰脂酶水解成为 游离型甾醇，以胆甾醇同样的方式被吸收。许多科学家的研究结果表明植物甾醇对胆 甾醇的代谢有影响。植物甾醇能抑制肠内对胆掰醇的吸收，促进胆甾醇的异化，在肝 脏内能抑制胆甾醇的生物合成。b 一谷f ；j 醇是一种应用安全的天然药物。研究表明， 谷甾醇的抗炎作用类似于氢化可的松和羟基保泰松，谷甾醇还具有类似阿司匹林( 乙 酰水杨酸) 的退热作用。临床应用已经证明，谷甾醇对于治疗宫颈癌和皮肤癌都有明 显疗效。同时，对晚期癌症病人，采用综合治疗，谷甾醇也不失为一种良好药物。植 物甾醇( 主要是谷甾醇) 、植物生长激素与能在水中形成分予膜的脂质结合，制成的 植物甾醇核糖核蛋白，具有促进动物性蛋白质合成的功能，因而构成一种新型的动物 生长剂。植物甾醇由于其乳化性能好，还可用于纸张的精压加工，印刷行业作为油墨 颜料的分散剂，纺织工业作为柔软剂，食品工业作为防止煎炸油劣变的抗氧化剂等等， 化妆品中也有应用。 1 2 3 植物警醇提取方法研究概况 二二十世纪六七十年代，从皂化植物油、松浆油、动物油脂及硫酸纤维素皂化物的 不皂化物中一般采用溶剂溶解、萃取、蒸馏及结晶的方法提取甾醇”“1 。随着分离操 作方法的改进和发明，采用高真空分子蒸馏技术提取v e 和植物甾醇的方法“”蚓，也 得到了广泛的应用，出现了吸附法配合溶剂提取的工艺方法。“，引进色谱柱分离的 方法简化了操作步骤，提高了分离效率“。到了九十年代，超临界流体( s u p e r c r i t i c a l f l u i d ) 的出现使从复杂体系中提取高纯度的甾醇成为可能“。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“。 日本、欧美等国家和地区均将大豆油脱臭馏出物作为提取甾醇的主要原料“3 4 “。 从东北地区目前油脂生产原料和生产能力来看，大豆油脱臭馏出物资源有限，所以对 含量较低的甾醇来源也应给以充分的认识。 吉林农业大学硕士学位论文大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 1 2 3 1 萃取法 这类方法是采用皂化去除大部分脂肪酸和磷脂后，以有机溶剂萃取不皂化物 得到粗甾醇。根据皂化方法的不同，其代表性的工艺流程有两种，如图l - 1 所示。 甾醇粗制品 甾醇耪制品 ( 1 ) + 一乙醚或石油醚 一丙酮 甾醇粗制晶 甾醇精制品 图1 1 萃取法提取植物甾醇工艺流程图( 2 ) + 一熟石灰或生石灰 工艺( 1 ) 可用于直接分离，操作较为简单。t i t o h 等人“5 1 研究了用异丙醚萃取 不皂化成分；j h a n s s o n 等人“6 3 使用混合溶剂萃取不皂化物。由于温度对甾醇的溶解度 影响较大，使用的有机溶剂量较多，导致回收和操作的不便，且甾醇得率不高，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， 用于实验室进行植物甾醇的定性、定量分析较为适合。 6 一 吉林农业大学硕士学位论文 大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 工艺( 2 ) 的优点是可避免麻烦的脱溶干燥工序，且可用乙醇低温萃取，对操作 安全和成本降低十分有利。但由于采用熟石灰或生石灰进行干式皂化，极大影响了后 续萃取和浓缩工艺的操作难度和甾醇的得率，精制难度较大“”。 1 2 3 2 络合法 同本、美国等采用此法工业化生产植物甾醇“”，我国少量米糠甾醇的工业化生产 也采用此法。工艺流程见图1 2 ： 匝亘圃( 匠卜_ 亟 一困一 区垂，一臣习圃圊一 匝巫丑+ 匹习一臣丑制甾醇 图1 2 络合法提取植物甾醇工艺流程圈 此方法的核心在于络合反应条件的优化，包括络合剂的选择及用量，反应的溶剂 一料液比，反应时间与温度等。络合反应溶剂有石油醚，异辛烷，反应温度也各不相 同。络合形成剂有：有机酸、尿素合卤素碱土金属盐。此法可以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，以减轻溶剂回收的麻烦，从而降低生产成本。 实验证明，络合法产品纯度高，收率也较高。但对脂肪酸甲酯的利用考虑较少。 在实际应用中，s t r u v e 等人”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一甾酵络合物) 后，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，再加入饱和氯化钙溶液，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。傅小峰”1 对络合反应条件进行了较为详细的优化 研究：温度为4 0 、时间为l h 、质子溶剂甲醇与络合剂氯化钙的质量比为l ：2 、非 质子溶剂乙酸乙酯与酯化产物的质量比为l ：1 。 1 2 3 3 分子蒸馏法 此法主要针对的是天然维生索e 和植物甾醇两种活性成分的同时提取。两者总量 吉林农业大学硕士学位论文大豆油脚提取甾酵及废水处理方法优化研究 可达5 0 以上，即可采用此法来同时提取。若是单纯的提取维生素e ，多采用毛地黄 皂苷法去除少量的甾醇。若仅为得到植物甾醇，则采用一1 2 。c 结晶析出法。 s t r u v e 等人。”用甲醇对脱臭馏出物进行转酯化作用，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。f i z e t 等人”先使脱臭馏出物脱气，再使其中甾醇与脂肪酸发生醮化反应，通过两次蒸馏， 除去脂肪酸、脂肪酸酯和生育酚，在分解甾醇脂肪酸酯得到甾醇。 匝至丑掴也圜一叵巫亟卜 一回一区 臣习一回一匝 一阿蕊i 卜寸磊卜网v e l 甾醇制品l 。一i 甾醇粗制品卜_ 叫脱色卜_ 一i 回收i 一l 甾醇精制品 l _ _ 。_ 。_ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ j o 。一 i 图1 3 分子蒸馏法提取檀物甾醇的流程图 1 2 3 4 吸附法 b a r d e r 等人。7 1 采用不同的吸附剂分离馏出物中的甾醇，得到的甾醇纯度较高。采 用的吸附材料有无活性多孔碳分子筛、活性碳分子筛、含碳焦化聚合物和碳化树脂。 一般采用的洗脱剂是芳香烃。吸附剂采用硅酸镁分子筛( f l o r i s i l 载体) ，洗脱剂用 甲基叔丁基醚( m t b e ) ，吸附前需要去除原料中的酸性物质。 臣圃 f 匝圃一因一匝圃一甾醇酬品一匡圃 l 图1 4 啦附法撂职植糊蹦醢的流程图 甾醇精制品 吉林农业大学硕士学位论文 大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 1 2 3 5 酶法 加拿大s u r e s hr a m a m u r t h i 和a l a nr m cc u r d y 。2 3 采用丹麦哥本哈根n o v o l n d u s t r ia s 生产的一种固定化非特异性脂肪酶对脱臭馏出物的酯化过程进行催化， 使脂肪酸甲酯的转化率到9 6 5 ，从而提高了维生素e 和甾酵的收率。该研究的目的就 是为了克服溶剂浸出、化学处理及分子蒸馏提取维生素e 和甾醇收率低的缺点，可以 回收得到原料中9 0 9 6 以上的甾醇和维生素e 。而且酶处理条件温和，原料也无需任何处 理。可以认为是提取甾醇和维生素e 的一个新的发展方向。但是，固定化非特异性脂 肪酶的筛选与培养较困难。实验室和工业化操作不宜控制。 从油脂下脚中去除非甾醇类物质提取甾醇的方法很多，其原理一般基于原料的物 理化学性质及生化反应方面的差异。例如物质在碱存在下的可皂化性、有机溶剂中的 溶解度差异；甾醇和其他物质的可络合性及其络合物的溶解度差异；表面活性剂存在 下的亲水性差异：高真空条件下物质的蒸气压及分子自由程的差异：以及物质吸附力 的差异等。从油脂下脚料中提取甾醇通常分两步进行。先从原料中提取甾醇为主的不 皂化物( 粗甾醇) ，然后从不皂化物中精制甾醇。工业精制有用溶剂结晶法、络合法、 或两种方法结合以及近来国外采用高真空蒸馏的方法，实验室精制采用吸附法、酶法、 分子蒸馏分离法等。 1 2 4 植物甾醇的分析方法 1 2 4 1 植物甾醇的定性分析方法 甾醇的定性分析方法有两种：化学试剂特征显色法和薄层层析法( t l c ) 。 a 化学试剂特征显色法陆。1 ： ( a ) 1 j 醇样品溶于氯仿，在试管中，沿管壁缓缓加浓硫酸，使成两液层，界面即 显玫瑰红色。 ( b ) 甾醇样品溶于乙酸酐后，滴加硫酸，溶液呈黄绿色。 ( c ) 甾醇乙酸溶液加入三氯化铁一乙酸一浓硫酸，显色。例如：胆甾醇显紫色 b 一谷甾醇显蓝色，再变化为紫罗兰色。 b 薄层层析法： 利用薄层层析法分析甾醇已有较长的历史。在硅胶板上可以分离游离甾醇、甾醇 酯、游离脂肪酸等不同组分。w a r d a s 等人研究了以各种荧光染料作为显色剂，不 9 吉林农业大学颟士学位论文 大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 同的显色剂结果不同。z a k 等人“”则着重研究了三氯化铁一冰醋酸一浓硫酸混合溶液 为显色剂在甾醇薄层层析分离中的效果。s h e p h e r d 等人。5 1 着重于重铬酸钾一硫酸溶 液为显色剂，发现不同的烘干温度下，各类甾醇显色结果有所不同。k a m a l - e l d i n 等 人”1 分别对芝麻油的不皂化物分离展开剂系统进行了研究。l o c k w o o d 等人5 ”和 m o r r i s 侧结合光密度计对分离的甾醇进行了定量分析。 1 2 4 2 植物甾醇的定量分析方法 a 化学沉淀法 早期资料记载，测定总甾醇含量多采用毛地黄皂甙法，即一分子甾醇与一分予毛 地黄皂甙形成白色分子络合物沉淀，从而称重定量5 ”。这种方法所得的含量偏高，而 且操作安全性要求较高。由于毛地黄皂甙价格较高，故较少采用此方法。 b 可见光比色法 比色分析是一种十分简便的方法。采用改进的l e b e r m a n n b u r c h a r d 比色法测定 甾醇样品中总甾醇的含量，准确度和精密度均较好。根据选择的显色剂确定适宜的测 定波长。方法简单快速，整个操作过程仅需要0 5 h ，适合用于工厂的快速鉴定和监 测嘲。 c 衍生物气相色谱法( d e r i v a t i v e g c ) 随着气相色谱技术的开发和样品衍生化技术的发展，给甾醇分析创造了有利的技 术条件。由于甾醇分子量较大，分子中含有极性基团，沸点比较高，高温下不稳定， 使得游离甾醇难以直接进行气相色谱分析。因此要将甾醇转化为适当的衍生物增加其 挥发性和稳定性。化学衍生方法主要有酰化、酯化、烷基化。此方法操作技术要求较 高，重现性差，洗脱衍生物的柱温也要求较高呻3 。 d 高效液相色谱( h p l c ) 许多文献已经报道了高效液相色谱对各种体系甾醇的分析结果，对于h p l c ，甾 醇不需要衍生化即可直接进样，操作简便，精确度较高，重现性好。如今反相柱和极 性流动相是高效液相色谱中最常用的。较早地被用于研究分析游离甾醇和甾醇衍生 物，在反相柱上这些物质的保留特性与分子结构之间的关系得到了研究。h e l e n 等人 “1 3 研究了c - 8 和c - 1 8 两种反相柱上关于八种分子结构相似的常见甾醇的分离优化条 件，指出反相柱和极性流动相是更适合和更有效的分离分析条件。 1 0 吉林农业大学硕士学位论文 大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究 1 3 甾醇生产废水的研究进展 大豆油脚经过皂化、酸化、酯化、离心等过程提取 j _ ；醇，此工艺产生的