（化学工程专业论文）高含量天然生育酚提取新工艺研究.pdf

浙江大学博士学位论文：高含量天然生育酚提取新工艺研究( 2 0 0 4 ) 摘要 全面研究了以植物油脱臭馏出物为原料，通过游离脂肪酸甲酯化、改性吸附 树脂特异性吸附法提取天然生育酚新工艺中的相关问题。 甲酯化反应可以采用釜式间歇操作，也可以采用固定床连续操作。 当采用釜式间歇甲酯化反应时，浓硫酸为适宜的催化剂。适宜的操作条件 为：催化剂浓硫酸用量为脱臭馏出物量的1 0w t ，甲醇用量为脱臭馏出物量的 4 2w t ，温度7 0 ，时间2h 。经过一次酯化反应，脱臭馏出物的酸价可从1 3 0 m g k o h g 左右降至1 0m g k o h g 以下，再经过二次酯化反应，酸价可进一步 降至3m g k o h g 以下。每次酯化反应过程中生育酚的回收率均大于9 7 。 当采用固定床连续甲酯化反应时，适宜的催化剂为强酸性阳离子交换树脂。 在内径为1 5 6c m ，高度为9 6c m 的树脂床层中考察了固定床连续酯化反应的动 态特性，研究了甲醇与脱臭馏出物的配比、反应温度、接触时间和物料流量等因 素对脂肪酸转化率的影响。得到适宜的操作条件为：以强酸性阳离子交换树脂为 催化剂，流量1 0 5m l c m 2 m i n ，温度6 0 ，甲醇脱臭馏出物- - 2 0 ( w t w t ) ，接触 时间2h 。对于酸价高的原料，可以采用二次甲酯化。二次酯化与一次酯化的条 件相同。在上述条件下，经一次酯化，脱臭馏出物酸价可从约1 4 5m g k o h g 降 到3 0 4 0m g k o h g 。经过二次酯化，酸价可降到3m g k o h g 以下。每次酯化反 应过程中生育酚的回收率均大于9 9 5 。 以无水乙醇为溶剂，用静态吸附法测定了脱臭馏出物的甲酯化物中的混合生 育酚在改性2 号吸附树脂上的吸附等温线和吸附速率。吸附等温线可用l a n g m u i r 方程表达。在2 5 c t 的关联式为矿= - 豢兰三一，饱和吸附量为4 5 4 5m g 生育 l 十u 二j j dt 7 酚悖干树脂；在3 5 下的关联式为9 2 再l 五j 3 丽, b c ，饱和吸附量为3 7 3 1 m g 生 育酚g 干树脂。结果表明，该吸附剂对混合生育酚的吸附容量相当大，适宜作为 吸附分离生育酚的吸附剂。假定外扩散阻力可以忽略，按实芯球体扩散模型得到 的内扩散时间常数( d r 2 ) 分别为0 5 x 1 0 。3 m i n l ( 2 5 ) 和1 5 x 1 0 。m i n l ( 3 5 ) 。 表明温度升高，吸附量下降而吸附速率迅速增加。 在内径为2 0c m ，高度为2 9 6c m 的树脂床层中测定了混合生育酚在改性 l 号吸附树脂和改性2 号吸附树脂中的吸附穿透曲线和解吸曲线。溶剂为无水 乙醇一苯( 5 ：1 ( v v ) ) ，流量0 5 7m l c m 2 m i n ，温度2 5 ，解吸剂为5 乙酸一无 浙江大学博上学位论文：高含量天然生育酚提取新工艺研究( 2 0 0 4 ) 水乙醇一苯溶液。混合生育酚在2 号吸附树脂上的穿透曲线的穿透点出现较晚， 且波形较陡；在l 号吸附树脂上的穿透曲线的穿透点出现较早，且波形平坦。从 解吸曲线看，在1 号吸附树脂上的解吸曲线最高点处生育酚浓度低，且拖尾严重： 在2 号吸附树脂上的解吸曲线最高点处生育酚浓度高，且拖尾不严重。表明生育 酚在2 号吸附树脂上的吸附容量大、扩散速度快。因此，2 号吸附树脂优于1 号 吸附树脂。各生育酚同系物在2 号吸附树脂上的穿透曲线也有差别。* 生育酚最 先穿透和饱和，表明吸附能力最弱；p 1 。生育酚随后穿透和饱和，表明吸附能力 较强；6 一生育酚最后穿透和饱和，表明吸附能力最强。 在用吸附树脂特异性吸附法提取生育酚的过程中，树脂需要重复使用。一个 完整的循环过程包括吸附、冲洗1 、解吸、再生和冲洗2 等步骤。进料量需控制 在冲洗1 步骤结束时生育酚不流出。在不同尺寸的吸附柱上，采用不同的原料， 研究了吸附分离的整个工艺过程。当以二次甲酯化物为原料时，改性2 号吸附树 脂的处理量为4 3m g 生育酚m l 左右。如果以乙酸作解吸剂，则产品含量较低， 酸价较高，需要精制。精制后的产品中生育酚含量可达6 5 以上，生育酚总收率 可达7 0 以上。如果以二氧化碳作解吸剂，则产品含量较高，酸价较低，不需要 精制。产品中生育酚含量9 0 以上，生育酚总收率9 0 以上。当以约5 0 的生 育酚浓缩物( 经过甲酯化、分子蒸馏处理) 为原料时，树脂的处理量为9 0m g 生育酚m l 左右。以乙酸为解吸剂时，产品中生育酚含量可达9 0 以上，生育酚 总收率可达9 0 以上。以二氧化碳作解吸剂时产品中生育酚含量可达9 5 以上， 生育酚总收率可达9 5 以上。因此，以二氧化碳为解吸剂较好。 以甲酯化物为原料时吸附步骤处理量低、产品酸价高的主要原因是脂肪酸甲 酯在吸附树脂上催化水解。生育酚在改性吸附树脂上的吸附是特异性的，除了游 离脂肪酸，原料中其它杂质几乎不吸附。所以只要排除游离脂肪酸的干扰，生育 酚产品的含量、生育酚的收率都可以很高。 测定了合成一生育酚在改性2 号吸附树脂上的吸附平衡等温线和吸附穿透曲 线，建立了吸附穿透曲线的数学模型。 合成c 【生育酚在改性2 号吸附树脂上的吸附平衡等温线为f r e u n d li c h 型， 2 5 时的等温线方程为 a + = 0 9 3 4 6c o 2 ”1 式中q 为树脂的吸附量，g g 湿树脂 c 为溶液中生育酚浓度，g m l 吸附穿透曲线可以用g l u e c k a u f 模型较好描述。并且将该模型推广到混合 生育酚的吸附穿透曲线上。 浙江大学博士学位论文：高含量天然生育酚提取薪工艺研究( 2 0 0 4 ) 通过模型拟合，可以得到传质系数k 。生育酚在改性2 号吸附树脂上的传质 系数约为0 6 6 2 3 6h 。1 ( 0 0 1 1 0 0 3 9m i n 。) 。 本工艺已成功地用于生产实际中。分别用于从脱臭馏出物生产9 0 的天然混 合生育酚和从约5 0 的混合生育酚生产9 5 的混合生育酚。产品质量符合国际市 场要求。本工艺比国内外常见的分子蒸馏工艺有明显优势。 关键词：天然生育酚、天然维生素e 、甲酯化、吸附、吸附树脂、提取 浙江大学博士学位论文：高含量天然生育酚提取新工艺研究( 2 0 0 4 n o v e le x t r a c t i o np r o c e s so fn a t u r a l t o c o p h e r o l s a b s t r a c t v a r i o u s a s p e c t s o ft h en o v e le x t r a c t i o n p r o c e s s o fn a t u r a l t o c o p h e r o l s f r o m d e o d o r i z e rd i s t i l l a t e so f v e g e t a b l eo i l sb ym e t h y le s t e r i f i c a t i o no f f r e ef a t t ya c i d sa n d s p e c i f i ca d s o r p t i o n o n c h e m i c a l l y m o d i f i e da d s o r p t i o nr e s i n sh a v e b e e ns t u d i e d m e t h y le s t e r i f i c a t i o no f f r e ef a t t ya c i d sc a l lb ec o n d u c t e de i 也e ri nas t i r r e dt a n k b a t c h p r o c e s s ，o r i naf i x e db e dc o n t i n u o u s p r o c e s s w h e nas t i r r e dt a n kb a t c hp r o c e s si su s e d ，t h ea p p r o p r i a t ec a t a l y s ti ss u l p h u r i ca c i d s u i t a b l eo p e r a t i o nc o n d i t i o n sa r ea sf o l l o w s ：s u l p h u s i ca c i dc a t a l y s t1 0 讯o f d e o d o r i z e rd i s t i l l a t e s ，m e t h a n o l4 2w t o fd e o d o r i z e rd i s t i l l a t e s ，t e m p e r a t u r e7 0 ， t i m e2h b yf i r s te s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n ，t h ea c i dv a l u eo fd e o d o r i z e rd i s t i l l a t e sc a n b er e d u c e dt ol e s st h a n 1 0 m g k o h g f r o m1 3 0 m g k o h g b ys e c o n d a r y e s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n t h ea c i dv a l u ec a nb ef u r t h e rr e d u c e d t ol e s st h a n3m g k o h g t h e r e c o v e r yo f t o c o p h e r o l s i sm o r et h a n9 7 a te v e r ye s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n w h e nt h ef i x e db e dc o n t i n u o u sp r o c e s si su s e d ，t h ea p p r o p r i a t ec a t a l y s ti ss t r o n g a c i dc a t i o ne x c h a n g er e s i n 1 1 1 ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c si ss t u d i e di naf i x e db e d r e a c t o ro fi n n e rd i a m e t e r1 5 6c m r e s i np a c k i n gh e i g h t9 6c m t h ee f f e c to fm a s s r a t i oo fm e t h a n o lt od e o d o r i z e rd i s t i l l a t e s ，t e m p e r a t u r e ，r e s i d e n c et i m e ，a n df l o wr a t e t oc o n v e r s i o no ff r e ef a t t ya c i d sh a sb e e ns t u d i e d s u i t a b l eo p e r a t i o nc o n d i t i o n sa r ea s f o l l o w s ：s 廿o n ga c i dc a t i o ne x c h a n g er e s i na sc a t a l y s t , f l o wr a t e1 0 5m l c m z m i n ， t e m p e r a t u r e6 0 c ，m e t h a n o l d e o d o r i z e rd i s t i l l a t e s2 0 ( b ym a s s ) ，r e s i d e n c et i m e2h b yf i r s t e s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n t l l ea c i dv a l n eo fd e o d o r m e rd i s t i l l a t e sc a nb e r e d u c e dt o3 0 - 4 0m g k o h gf r o m1 4 5 m g k o h g b ys e c o n d a r y e s t e r i f i c a t i o n r e a c t i o n ，t h ea c i dv a l u e c a l lb ef u r t h e rr e d u c e dt ol e s st h a n3m g k o h g t h e r e c o v e r yo f t o c o p h e r o l si sm o r e t h a n9 9 5 a t e v e r y e s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o n b yu s i n ga n h y d r o u se t h a n o la ss o l v e n t ，t h ea d s o r p t i o ne q u i l i b r i u ma n da d s o r p t i o n r a t eo ft o c o p h e r o l si nm e t h y le s t e r i f i c a t i o np r o d u c t so nm o d i f i e da d s o r p t i o nr e s i n n o 2h a v eb e e nd e t e r m i n e db ys t a t i cm e t h o d t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r m sc a nb e 塑竖查兰堡主兰竺笙苎! 塑竺墨至竺竺蔓坠塑壁堑三苎翌窒竺! 竺! c o r r e l a t e db yl a n g m u i re q u a t j o l lt h ee q 删。na t 2 5 i s 矿= 雨1 0 函7 1 丽c ，t l l e s a t u r a t e da d s o r p t i o na m o u n ti s4 5 4 5m g t o c o p h e r o l s gd r i e dr e s i n t h ee q u a t i o na t3 5 i s 矿= r i l 3 西5 石9 互c 五，血e s a t u r a t e da d s 。r p t i 。na i i l 。u mi s3 7 3 1 m gt 。c 。p h e r 。l s 幢 d r i e dr e s i n t h e a d s o r p t i o nc a p a c i t y i s q u i t el a r g e ，t h e r e f o r e ，i t i ss u i t a b l ef o r a d s o r p t i o ns e p a r a t i o no ft o c o p h e r o l s i ft h ee x t e r n a ld i f f u s i o nr e s i s t a n c ei sn e g l i g i b l e ， t h ei n t e m a ld i f f u s i o nt i m ec o n s t a n t s ( d r 2 ) a r eo 5 x 1 0 3r a i n 1 陀5 。c 、a n d 1 5 x 1 0 。3 m i n - 1 ( 3 5 c ) ，r e s p e c t i v e l y , a sc a l c u l a t e db ys o l i db a l ld i f f u s i o nm o d e l t h ea d s o r p t i o n b r e a k t h r o u g h c u r v e sa n dd e s o r p t i o nc u r v e so ft o c o p h e r o l so n m o d i f i e da d s o r p t i o nr e s i n sn o 1a n dn o 2a r ed e t e r m i n e do na n a d s o r p t i o nc o l u m no f i n n e rd i a m e t e r2 0 e m ，r e s i np a c k i n gh e i g h t2 9 6c m a n h y d r o u se t h a n o l - b e n z e n e ( 5 ：1 ( v v ) ) m i x t u r e a s s o l v e n t ，f l o wr a t eo 5 7 m l c m 2 m i n , t e m p e r a t u r e2 5 ， d e s o r p t i o na g e n t5 a c e t i ca c i d a n h y d r o u se t h a n o l - b e n z e n e t h eb r e a k t h r o u g hp o i n t o ft o c o p h e r o l so nr e s i nn o 2i sl a t e rt h a no nr e s i nn o 1 t h eh i g h e s tt o c o p h e r o l s c o n c e n t r a t i o no fd e s o r p t i o nc n r v eo nr e s i nn o 2i sh i g h e rt h a no nr e s i nn o 1 t h i s s h o w st h a tt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t ya n dd i f f u s i o nr a t eo f t o c o p h e r o l so nr e s i nn o 2a r e h i g h e r t h eb r e a k t h r o u g h c u r v e so f t o c o p h e r o lh o m o l o g u e s o nr e s i nn o 2a r ed i f f e r e n t a sw e l l 一t o c o p h e r o lb r e a k t h o u g h sa n ds a t u r a t e sf i r s t l ya n dh a st h el o w e s t a d s o r p t i o n c a p a c i t y ；p 竹- t o c o p h e r o lb r e a k t h o u g h sa n d s a t u r a t e sl a t e ra n dh a sb i g g e ra d s o r p t i o n c a p a c i t y ；8 - t o c o p h e r o lb r e a k t h o u g h sa n ds a t u r a t e su l t i m a t e l ya n dh a st h eh i 曲e s t a d s o r p t i o nc a p a c i t y i nt h et o c o p h e r o l se x t r a c t i o np r o c e s so fs p e c i f i ca d s o r p t i o no n a d s o r p t i o nr e s i n ，t h e r e s i ns h o u l db eu s e dr e p e a t e d l y a c o m p l e t ec y l e i n c l u d e s a d s o r p t i o n ，p u r g e1 ， d e s o r p t i o n ，r e g e n e r a t i o n ，p u r g e2 t h el o a ds h o u l db ec o n t r o l l e dt h a tt o c o p h e r o l sd o n o tf l o wo u to ft h ec o l u m nb yt h ee n do fp u r g e1 w h e nt h e s e c o n d a r ym e t h y l e s t e r i f i c a t i o n p r o d u c t s a r eu s e da sr a wm a t e r i a l so f t o c o p h e r o l s t h e l o a do f t o c o p h e r o l s o nt h e a d s o r p t i o n r e s i n n o 2i sa b o u t4 3 m gt o c o p h e r o l s g t h e t o c o p h e r o l sc o n t e n ti sl o w e r , t h ea c i dv a l u ei sh i g h e rw h e na c e t i ca c i di su s e da s d e s o r p t i o na g e n t ，s ot h a tt h ep r o d u c t sn e e db ep u r i f i e d t h et o e o p h e r o l sc o n t e n t so f p u r i f i e dp r o d u c t sa r em o r et h a n6 5 ，t h er e c o v e r yi sm o r et h a n7 0 w h e r e a st h e t o c o p h e r o l sc o n t e n ti sh i g h e r , t h ea c i dv a l u e i sl o w e rw h e nc a r b o nd i o x i d ei su s e da 8 d e s o r p t i o na g e n t ，s ot h a tt h ep r o d u c t sn e e dn o tb ep u r i f i e d t h et o c o p h e r o l sc o n t e n t s 浙涯火学博士学位论文：高含量天然生育酚提取新工艺研究( 2 0 0 4 ) a r em o r et h a n9 0 ，t h er e c o v e r yi sm o r et h a n9 0 w h e n t o c o p h e r o l sc o n c e n t r a t e so f a b o m5 0 c o n t e n t ( w h i c ha r e p r o d u c t s o fm e t h y le s t e r i f i c a t i o na n dm o l e c u l a r d i s t i l l a t i o n p r o c e s s a n da r es o l do nt h e m a r k e t ) a r e u s e da sr a wm a t e r i a l so f t o c o p h e r o l s ，t h el o a do ft o c o p h e r o l so nt h ea d s o r p t i o nr e s i nn o 2i sa b o u t9 0m g t o c o p h e r o l s g t h et o c o p h e r o l sc o n t e n t sa r em o r et h a n9 0 ，t h er e c o v e r yi sm o r et h a n 9 0 w h e na c e t i ca c i di su s e da sd e s o r p f i o na g e n t t h et o c o p h e r o l sc o n t e n t sa r em o r e t h a n9 5 ，t h er e c o v e r yi sm o r et h a n9 5 w h e nc a r b o nd i o x i d ei su s e da sd e s o r p t i o n a g e n t a sas e s u l t ，c a r b o nd i o x i d ei sa b e t t e rd e s o r p t i o na g e n t t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r ma n db r e a k t h r o u g hc u r v e so fa l l - r a c 位- t o c o p h e r o lf a sa m o d e lc o m p o u n do fm i x e dt o c o p h e r o l s ) o nt h em o d i f i e da d s o r p t i o nr e s i nn o 2a r e d e t e r m i n e d am a t h e m a t i c a lm o d e l i se s t a b l i s h e d t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r mo fa l l - r a c c t - t o c o p h e r o lo nt h er e s i ni so ft h ef r e u n d l i c h t y p e t h ee q u a t i o na t2 5 。c i sa sf o l l o w s a + = o 9 3 4 6c o 2 9 3 1 w h e r e q + i s t h et o c o p h e r o la m o u n ta d s o r b e db yt h er e s i n ，g gw e tr e s i n ci st h et o c o p h e r o lc o n c e n t r a t i o ni ns o l u t i o n ，删 t h ea d s o r p t i o np r o c e s sc a nb ed e s c r i b e db yg l u e c k a u fm o d e l t h em a t h e m a t i c a l m o d e lc a nb ea l s ou s e dt od e s c r i b et h eb r e a k t h r o u g hc u r v e so f m i x e dt o c o p h e r o l s t h en o v e le x t r a c t i o np r o c e s sh a sb e e ns u c c e s s f u l l yu s e di nc o m m e r c i a lp r o d u c t i o n t om a n u f a c t u r e9 0 n a t u r a lm i x e dt o c o p h e r o l sf r o md e o d o r i z e rd i s t i l l a t e sa n d9 5 n a t u r a l t o c o p h e r o l s f r o ma b o u t5 0 t o c o p h e r o l s t h ep r o d u c tq u a l i t ym e e t st h e s p e c i f i c a t i o n so fi n t e r n a t i o n a lm a r k e t t h i sp r o c e s sh a sa d v a n t a g e so v e rc o m m o n l y u s e dm o l e c u l a rd i s t i l l a t i o np r o c e s s k e y w o r d s ：t o c o p h e r o l s ，n a t u r a l v i t a m i n e ，m e t h y l e s t e r i f i c a t i o n , a d s o r p t i o n ， a d s o r p t i o nr e s i n ，e x t r a c t i o n 浙江大学博士学位论文：高含量天然生育酚提取薪工艺研究( 2 0 0 4 ) 1 l j l 月! j舌 天然生育酚( t o c o p h e r o l s ) ，通常称为天然维生素e ( n a t u r a lv i t a m i ne ) ，是重要 的保健药品，有抗衰老、提高免疫力的作用，对心脑血管疾病有辅助治疗作用。 维生素e 有化学合成品和天然品两种。天然维生素e 有四种生育酚同系物 和四种生育三烯酚同系物，均具有右旋光性；化学合成品通常是指a l l - r a c c 【一生 育酚，是由八种光学异构体构成的外消旋体。由于天然维生素e 无论在生物活 性和安全性上均优于化学合成品，因此在医药、食品、化妆品中，人们都趋向于 使用天然维生素e 。 天然生育酚主要是从食用植物油( 色拉油) 精炼过程的副产物脱臭馏出 物中提取的。国外有混合生育酚浓缩物系列产品，总生育酚含量分别为5 0 ，7 0 和9 0 。国内已有“天然维生素e 浓缩油”产品，其生育酚总含量约为5 0 。但 是，不仅生育酚含量低，而且产品透明性差，比旋光度低，不符合国际市场要求。 因此，研究天然生育酚的提取有重要意义。 本文针对国内天然维生素e 行业存在的闯题，以脱臭馏出物为原料，通过固 定床甲酯化、改性吸附树脂特异性吸附法提取天然生育酚，得到了总生育酚含量 9 0 以上的产品，生育酚收率9 0 以上。若以约5 0 的混合生育酚浓缩物为原料， 则不需要甲酯化，通过改性吸附树脂特异性吸附法即可得到总生育酚含量9 5 以 上的产品，生育酚收率9 5 以上。该工艺路线具有步骤少、收率高、操作条件温 和的特点。 本文研究该工艺路线的相关问题，包括树脂选择、溶剂选择、甲酯化工艺条 件优化、吸附平衡等温线、吸附穿透曲线、解吸曲线、数学模型等。为工艺设计、 优化提供依据。 浙江大学博十学位论文：高含量天然生育酚提取新工艺研究( 2 0 0 4 1 第1 章文献综述 1 1 生育酚的性质和用途 生育酚是类化合物的统称，有很强的生物活性。当用作人或动物的药品或 保健品时被称为维生素e 。动物缺乏维生素e 将不能生育。天然存在的维生素e 有四种生育酚同系物和四种生育三烯酚同系物。合成维生素e 主要指a 生育酚 及其酯类衍生物。但是，生育酚的用途非常广泛，除了用作维生素e 外，还用 作抗氧化剂，以防止药品、食品、化妆品、饲料以及塑料加工及储存中被氧化。 所以，生育酚与维生素e 不是完全等同的概念。然而，狭义而言，维生素e 即 指a 一生育酚及其酯类衍生物( 醋酸酯、琥珀酸酯等) 。 1 1 1 生育酚的结构和命名 天然生育酚同系物的结构式【lj 见图1 1 。所有生育酚都是2 一甲基- 2 一( 4 ，8 ， 】2 三甲基十三烷基) 6 一色满醇( 又称母育酚，t o c 0 1 ) 苯环上不同位置和个数的甲 基取代化合物。另外，在分子结构中有三个( 2 ，4 ，8 ) 手性碳原子，所以每个化 合物都可能有8 种光学异构体。 由于历史的原因，生育酚的名称比较复杂。 天然存在的生育酚由四种仅含右旋光学异构体的同系物组成。早期将它们 命名为小仅生育酚( d - a t o c o p h e r 0 1 ) 、d - 1 3 生育酚( d - f l - t o c o p h e r 0 1 ) 、d - t 一生育酚 f d - y t o c o p h e r 0 1 ) 和d 一6 一生育酚( d - 8 t o c o p h e r 0 1 ) 。现在在正规学术文献上，这些名 称已经不用，但是在商业上仍然在用。 按照国际理论与应用化学联合会( i u p a c ) 和国际生物化学联合会( i u b ) 组成 的一个生化命名专门委员会的规定1 2 j ，天然存在的四种生育酚被命名为2 r ，4 尺， 8 r 一生育酚，或( g g r ) 。生育酚。其它同系物的名称见表1 1 和表1 - 2 。 浙江大学博士学位论文：高含量天然生育酚提取新工艺研究r 2 0 0 4 、 洳生育酚( a - t o c o p h e r 0 1 ) p 一生育酚( p - t o c o p h e r 0 1 ) y 一生育酚( 7 - t o c o p h e r o i ) 6 - 生育酚( 6 - t o c o p h e r 0 1 ) 图1 1 四种天然生育酚的结构式。表示手性碳原子。 2 一肛“q 生育酚 1 0 1 9 1 4 1 - 0 】 ( s m t ) 一g - 生育酚 2 - a m b o 生育酚 a o - a 一 生育酚 2 d l ，4 d l ，8 d l - n 一生育酚 f * 生育酚 2 l ，4 d ，8 d m 生育酚 ( ) 一a - 生育酚 2 - e p i m 生育酚 靠a 生育酚2 d l ，4 d ，8 d - a 生育酚 ( ) 一u - 生育酚 由三甲基氢醌与异植物醇合成得 到，含8 种光学异构体 由三甲基氢醌与天然植物醇合成得 到 由( m u b 吨- 生育酚和一* 生育 酚等摩尔混合得到 1 1 2 天然生育酚与合成生育酚的差别 由表1 1 和表1 2 可见，天然生育酚由舭，队丫- ，6 - 生育酚这四种生育酚同系 物组成，而合成生育酚主要指全消旋小生育酚。所以，它们所包括的范围不同。 对于伐生育酚，除了旋光性和生物活性外，其它物理化学性质天然品与合成品相 似。 天然生育酚与合成生育酚的生物活性【l ，3 - 6 】见表l - 3 。表1 3 中的数据是以 a 1 1 r c i c 廿生育酚醋酸酯的生物活性为基准( 1 0i u m g ) 得到的。由表1 3 可见不同 的生育酚及其光学异构体的生物活性有很大差别。值得注意的是，表1 3 中的数 据是通过老鼠试验得出的。不同生育酚在人身上的生理活性差别要比老鼠大得 多。般认为，( e g g ) c 【生育酚的生物利用度是a i l - r a c - a 一生育酚的2 - 3 倍p j 。 浙江大学博士学位论文：高含量天然生育酚提取新工艺研究( 2 0 0 4 ) 1 1 3 生育酚的性质 i i 3 i 物理性质“，8 ”， 常温下，o r , 生育酚和a 生育酚乙酸酯均为淡黄色粘稠状透明液体，无臭，无 味。( 彤琥) 一小生育酚熔点2 5 3 5 。( r r r ) 廿生育酚乙酸酯熔点2 5 。( r r r ) o 【生育酚琥珀酸酯为白色晶体，熔点7 6 7 7 。一肛阳c 吨生育酚琥珀酸酯却不能 形成晶体。0 【一生育酚和a 生育酚乙酸酯都溶于油类、乙醇、氯仿、丙酮，不溶于 水。常见生育酚商品的物理性质见表1 4 。 ( r r r ) 廿生育酚的光学活性很小。比旋光度( 2 ，2 ，4 一三甲基戊烷中) 仅为 + o 1 6 。乙醇中比旋光度k 1 篡，为+ o 3 2 。( r r r ) n 生育酚被碱性铁氰化钾 氧化后，可得到一种化合物【9 1 ，比旋光度为k 】暑为+ 3 1 5 。由于合成a l l - r a c - * 生育酚及其相应氧化物没有旋光性，所以可用此方法区分( r 月月) 与a l l - r a c 型【4 一。 b 一生育酚1 0 1 是淡黄色粘稠状透明液体，压力为o 1m m h g 时的沸点为 2 0 0 2 1 0 4 c ，比旋光度b 淼i 为+ 2 9 。( c = 7 1 5 ，乙醇中) 。不溶于水，易溶于油 脂、丙酮、乙醇、氯仿及乙醚等。在光照下颜色会逐渐变深。 4 y 一生育酚【。q 是淡黄色粘稠状透明液体，压力o 1m m h g 时沸点为2 0 0 2 1 0 ，比旋光度b 蒜1 为+ 2 2 。( c = 9 3 2 ，乙醇中) ，光照下颜色会逐渐变深。 溶解度类似于b 一生育酚。 5 - 生育酚【1 。1 是淡黄色粘稠状透明液体。比旋光度k 】蒜1 为+ 3 4 4 ( c = 1 5 5 ， 乙醇中) 。溶解度类似于d - 生育酚。 天然混合生育酚浓缩物是一种红色至淡黄色接近无臭的透明粘性油液， 可有少量的微晶状的蜡状物质。不溶于水，溶于乙醇，混溶于丙酮、氯仿、乙 醚和植物油中。具有热稳定性和抗氧化性，在空气中以及光照条件下缓慢氧化 变黑。 1 1 3 2 化学性质“ 3 游离生育酚非常活泼。它们的酯类衍生物如乙酸酯、琥珀酸酯则稳定得多。 生育酚是强抗氧化剂，本身很容易被氧化。这是在生育酚提取、纯化和储存过 程中必须要注意的。生育酚的氧化过程被光催化。在不饱和脂肪酸、金属离子、 碱存在下氧化加速。 a 一生育酚被三氧化二铬等强氧化剂氧化时，氧化产物相对简单，得n - - - 甲基 马来酸酐、2 ，3 丁二酮、丙酮、一种c 1 6 酸、一种c 1 8 酮和一种c 2 1 内酯。f e m h o l z 【1 2 j 1 9 3 8 年即根据这些氧化产物正确地提出了* 生育酚的结构。 在温和的条件下，如在过氧化物、单线态氧、氧气等存在下，生育酚的氧 化途径和产物非常复杂。不同生育酚的氧化途径和产物不同。氧化过程还受光 照、金属离子、底物、溶剂、生育酚浓度、温度、p h 等影响。 浙江大学博士学位论文：高含量天然生育酚提取新工艺研究f 2 0 0 4 ) 1 1 3 2 1 生育酚氧自由基的生成 在生育酚的氧化过程中，第一步是生成生育酚氧自由基( t o ) 。这又可以 分为以下几种情况。 1 当体系中存在脂类物质时 多不饱和脂肪酸( p u f a ) 很容易被氧化。它们的自动氧化过程是自由基链 反应过程，整个反应过程分为链的引发、链的增长和链的终止3 个阶段【1 3 】。见 式1 1 1 4 。 倡 链的弓i 发i + l h _ _ = 二l + i h ( 1 1 ) 式中i 为引发剂，l h 为不饱和脂肪酸，l 为脂烷基自由基。 链的增长 k l + 0 2 斗l o o ( 1 2 ) l o o + l h 上三已l o o h + l ( 1 3 ) 式中l o o h 为腊的氢过氧化物，l 0 0 为脂过氧自由基。 链的终止 1 l o o 兰l 非自由基产物( 1 4 ) 生育酚的抗氧化作用体现在能够与脂过氧自由基反应，生成氢过氧化物， 而生育酚被氧化为生育酚氧自由基，见式1 5 。从而中断式1 2 和1 3 的链增长 反应。 1 ， l o o + t o h 垒卜l o o h + t o ( 1 5 ) 式中t o h 为生育酚。 链的引发( 式1 1 ) 是慢反应，反应速率取决于所用的引发剂，并且可以被 热、光、微量金属、酶等催化。生成的脂烷基自由基( l 。) 非常活泼，可以以非 常高的反应速率( k = 1 0 9m “s1 ) 1 1 4 1 与氧气反应( 式1 2 ) ，生成脂过氧自由基 ( l o o + ) 。脂过氧自由基与不饱和脂肪酸( l h ) 生成氢过氧化物( l o o h ) 的反 应( 式1 3 ) 则要慢得多( k d = 1 0 一6 0m o s 。1 ) 1 5 - 1 9 ，具体数值与反应体系及反应 条件有关。同时生成新的脂烷基自由基( l ) ，使链的增长反应不断进行。脂过 氧自由基与生育酚反应( 式1 5 ) 生成氢过氧化物( l o o h ) 和生育酚氧自由基 ( t 0 ) ，其反应速率较快( k a = 1 0 41 0 9 m o s 一，具体数值与反应体系及反应条件 有关) 15 - 2 0 】。四种生育酚同系物的反应速率也有差别。例如，3 0 下苯乙烯的 氧化反应，以2 ，2 二异丁腈为引发剂，当生育酚浓度为2 1 0 4 - 7 1 0 。m 时， u 一，p 一，y 一，8 一生育酚的k a 值i l 习分别为2 3 5 ，1 6 6 ，i 5 9 和6 5 t 0 。在该体系 和条件下，