豆油脱臭馏出物酶法甲酯化纯化V_E的研究

论文摘要

本文以豆油脱臭馏出物为原料,以Novoyme 435酶为催化剂,对馏出物的间歇式和连续式酶法甲酯化工艺进行了研究,并对该反应的动力学规律进行了探索。对甲酯化产物进行了转酯化反应、甾醇分离和分子蒸馏研究,富集了高纯度的维生素E;对分离精制植物甾醇的工艺进行了摸索,同时对维生素E在鱼油中的抗氧化效果进行了考查。首先对豆油脱臭馏出物的组成和基本性质进行了测定并对其进行了刮膜式蒸发器脱水试验。水分含量由1.3g/kg降低至0.3g/kg。在Novoyme 435酶的作用下,对影响馏出物中脂肪酸甲酯化酯化率的因素:时间、酶用量、温度和底物比进行了单因素试验,并通过正交优化试验,发现影响酯化率的主要因素是反应时间和酶用量,其次为反应温度和底物比。经极差分析并综合各因素,确定四因素的最佳组合条件为酸醇摩尔比1:1.5,酶用量60plu/g,反应温度55℃,反应时间8h,该条件下酯化率为95.86%。薄层分析证实了豆油脱臭馏出物中的游离脂肪酸酶法甲酯化后转化为脂肪酸甲酯,其中的甘油酯并未甲酯化。甲酯化产物经20℃结晶,过滤分离,得粗甾醇,其纯度质量分数为54.01%,保留率为74.32%,分离甾醇后的甲酯化产物中维生素E含量质量分数为10.07%,保留率为98.35%。经甲酯化处理并脱除甲醇、水和甾醇后,维生素E的总保留率为95.86%。对脂肪酶催化豆油脱臭馏出物中的游离脂肪酸与甲醇的酯合成反应动力学进行了研究。从不同加酶量条件下反应初速度的变化研究,表明反应初速度随加酶量的增加而线性增加,酯化反应受动力学控制。并对反应的机理进行了初步推断,分析表明该甲酯化反应符合乒乓反应机制,并对其初速度动力学方程进行了推导,方程参数拟合表明实验值与计算值的趋势基本一致,反应机理推断和模型推导所作的假设合理。采用填充床反应器对连续式酶法甲酯化工艺进行了研究,考察了反应温度、底物比、进料速度、酶柱高、进料速度比值和分子筛用量对甲酯化酯化率的影响,对底物比、反应温度、进料速度比值进行三因素三水平正交实验,发现影响酯化率大小的因素依次是底物比、反应温度、进料速度比值。经极差分析,确定最佳反应条件为酸醇摩尔比1:2,进料速度比值0.075ml/min·cm,反应温度55℃,该条件下酯化率可达90.87%。该反应体系下,Novoyme 435酶的半衰期为45h。其次,对初步分离甾醇后的酶甲酯化产物利用甲醇钠催化其中甘油酯与甲醇发生转酯化反应,反应条件为0.5%(W/W油基)甲醇钠,0.7:1(V/W)甲醇,温度70℃,反应时间1h,经甘油分析表明原料体系中的甘油酯成分得到了较好的转化。此时维生素E含量质量分数10.14%,保留率96.27%。同时对不同冷析温度分离甾醇后的转酯化产物的脂肪酸组成和运动粘度进行了测定,并对滤饼中甾醇的纯度和保留率进行了分析,确定采用5℃冷析转酯化产物分离甾醇。对转酯化产物经分子蒸馏富集维生素E的工艺进行了研究。考察了一次蒸馏温度、二次蒸馏温度、进料速率、蒸馏压力以及刮膜器转速对产品维生素E含量和得率的影响。通过响应面分析,确定了二次蒸馏温度、进料速率、刮膜器转速对维生素E含量影响的回归方程,确定了最佳工艺:进料速度98.0～99.0ml/h,刮膜器转速156.0～157.0r/min,一次蒸馏温度110℃,二次蒸馏温度151～152℃,压力0.1Pa,维生素E含量可达质量分数50.98%,得率60.21%。对分子蒸馏的次数进行了研究,3次蒸馏后,维生素E含量质量分数为73.31%,得率为50.25%;4次蒸馏后,维生素E含量质量分数为85.35%,得率为45.62%。对冷析分离得到的粗甾醇进行了溶剂萃取洗脱的精制工艺研究,通过甾醇纯度和得率及经济性分析,选择正己烷作为粗甾醇洗脱剂;通过单因素实验和响应面分析,建立了甾醇纯度和得率回归方程,并进行了方差分析和显著性检验,确定了最佳工艺条件:液料比16.7:1,温度30℃,时间10min;该条件下,验证试验结果:甾醇纯度质量分数为85.10%,得率77.51%。产品经三次洗涤,纯度达到质量分数95.34%,得率为49.47%。天然维生素E为鱼油的特定抗氧化剂。以甘三酯型鱼油及乙酯型鱼油为原料,通过烘箱法耐热试验发现维生素E确实能够阻止鱼油的自动氧化。试验同时发现EPA,DHA含量质量分数30%鱼油中添加质量分数0.1%的天然V_E,比添加质量分数为0.12%V_E的抗氧化效果要好,可使鱼油的保质期延长144天。在EPA和DHA含量质量分数80%的鱼油中添加质量分数0.12%的天然V_E时,其抗氧化效果较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 脱臭馏出物
• 1.3 天然维生素E的结构及性质
• 1.3.1 天然维生素E的结构及组成
• 1.3.2 生育酚的产品概况与用途
• 1.4 馏出物的预处理工艺研究现状
• 1.4.1 化学酯化法
• 1.4.2 直接蒸馏处理法
• 1.4.3 酶酯化法
• 1.5 酶法酯化国内外研究进展
• 1.5.1 非水相中酶催化技术的发展和应用概述
• 1.5.2 脂肪酶催化酯合成反应简述
• 1.5.3 酶法酯化国内外研究进展
• 1.5.4 酶法酯化动力学研究进展
• 1.6 天然生育酚的提取与纯化方法
• 1.6.1 萃取法
• 1.6.2 蒸馏法
• 1.6.3 吸附工艺
• 1.6.4 其它方法
• 1.7 馏出物中植物甾醇的提取与精制概述
• 1.7.1 植物甾醇功效及应用简况
• 1.7.2 植物甾醇的提取
• 1.7.3 植物甾醇的精制
• 1.8 立题意义
• 1.9 研究内容
• 参考文献
• 第二章 豆油脱臭馏出物间歇酶法甲酯化研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料和设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 原料基本成分的测定
• 2.3.2 原料水分的去除
• 2.3.3 酶法甲酯化反应
• 2.3.4 产品的薄层分析
• 2.3.5 甲酯化产物中甾醇的分离
• 2.4 检测指标
• 2.4.1 几种油脂化学常数的测定
• 2.4.2 脂肪酸组成分析
• 2.4.3 维生素E含量的测定
• 2.4.4 甾醇含量的测定
• 2.4.5 酯化率的计算
• 2.4.6 维生素E的得率
• 2.4.7 甾醇的得率
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 原料基本成分
• 2.5.2 水分的脱除
• 2.5.3 酶的选择
• 2.5.4 间歇式酶法甲酯化工艺优化
• 2.5.5 薄层分析
• 2.5.6 粗甾醇的分离
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 豆油脱臭馏出物酶法甲酯化动力学研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 甲酯化反应初速度的测定
• 3.4 酶浓度对甲酯化反应初速度的影响
• 3.5 酶法甲酯化反应动力学
• 3.5.1 酶法甲酯化反应机理分析
• 3.5.2 反应动力学模型的推导
• 3.5.3 模型参数的拟合
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 豆油脱臭馏出物酶法连续甲酯化研究
• 4.1 前言
• 4.1.1 固定化酶
• 4.1.2 酶反应器
• 4.1.3 酶反应器的选择
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 主要仪器设备
• 4.2.3 方法
• 4.3 检测指标
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 单因素实验
• 4.4.2 各因素的正交实验
• 4.4.3 酶法连续甲酯化反应维生素E的得率
• 4.4.4 固定化酶半衰期测定
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 碱法转酯化及分子蒸馏法富集维生素E工艺研究
• 5.1 前言
• 5.1.1 碱法转酯化
• 5.1.2 分子蒸馏
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 检测指标
• 5.3.1 甘油的分析
• 5.3.2 维生素E的分析
• 5.3.3 甾醇纯度和得率测定
• 5.3.4 转酯化原料及其产物运动粘度的测定
• 5.3.5 转酯化产物脂肪酸组成分析
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 转酯化工艺
• 5.4.2 转酯化产物冷析甾醇温度的确定
• 5.4.3 分子蒸馏
• 5.4.4 响应面试验
• 5.4.5 蒸馏次数的影响
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 植物甾醇分离精制工艺研究
• 6.1 前言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 实验材料
• 6.2.2 仪器与设备
• 6.2.3 实验方法
• 6.3 检测指标
• 6.3.1 甾醇纯度的测定
• 6.3.2 甾醇熔点的测定
• 6.3.3 甾醇旋光度的测定
• 6.4 结果与讨论
• 6.4.1 溶剂的选择
• 6.4.2 液料比的选择
• 6.4.3 浸泡温度的选择
• 6.4.4 浸泡时间的选择
• 6.4.5 响应面试验
• 6.4.6 洗涤次数的影响
• 6.4.7 产品指标测定
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第七章 天然维生素E在鱼油中抗氧化效果研究
• 7.1 前言
• 7.1.1 油脂的氧化机理
• 7.1.2 维生素E抗油脂自动氧化的作用
• 7.2 实验材料与方法
• 7.2.1 实验原料
• 7.2.2 主要仪器设备
• 7.2.3 实验方法
• 7.3 检测指标
• 7.3.1 过氧化值检测
• 7.3.2 茴香胺值检测
• 7.4 结果与讨论
• 7.4.1 烘箱法耐热试验
• 7.4.2 AOM法耐热试验
• 7.5 本章小结
• 参考文献
• 结论与展望
• 创新点
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文清单