（化学工程专业论文）色谱法精制高α型生育酚的研究.pdf

摘要 本文研究开发了高0 l 型生育酚的制备色谱法纯化技术。 经理论分析和探索性实验研究，确定8 0 1 2 0 目粗孔微球形硅胶作为固定 相，正己烷：乙酸乙酯= 9 5 ：5 ( v ) 的混和溶剂作为流动相。 研究了温度、流速和进样浓度等操作条件对硅胶柱色谱分离a 一生育酚的 影响。i 实验表明，温度对分离性能有一定的影响，随着温度的提高，分离度先 升后降，最大分离度对应的温度范围为3 0 3 5 。分离度随着流速的增大而下 降。当空塔流速大于l c m m i n 时，硅胶柱中的涡流扩散和轴向扩散可以忽略， 传质阻力对分离度的影响是主要的。通过实验得到了操作周期、生产能力和空 塔流速之间的关系。操作周期与柱长成正比，与空塔流速基本上成反比。空塔 流速低于4 0 2 c n g m i n 时，生产能力随流速的增大而提高，超过4 0 2 c m m i n 后 反而下降。不考虑再生等辅助时间，每单位床层高度的最大生产能力是 o 2 1 3 m 3 m 2 m 。适宜的操作流速是2 c m m i n 左右。迸样量处于色谱线性范围内 时，采用较高浓度、较小体积的进样方式可以略为改善杂质和。一生育酚的分 离效果，7 一一 讨论了工艺放大的关键问题。f 设备放大包括加大柱直径和增加柱长。实验 表明，出峰时间与柱长基本成正比。制备色谱的最大进料量远远低于线性色谱 预测的结果，认为其进料量应在床层体积的1 5 2 0 范围内选取。年产1 0 0 吨 天然a 生育酚的生产规模需要m 10 0 0 x 9 0 0 m m 硅胶柱4 床，初步预计其经济效 益是明显的。广7 在过程的建模方面作了有益的探讨，线性平衡关系加上忽略颗粒内部传质 的速率模型能满意地描述本体系的线性色谱行为。通过模型求解，得到杂质和 q 生育酚的平衡常数分别为o 5 4 4 4 和1 6 0 5 5 。杂质和旺一生育酚的液膜传质系数 分别与空塔流速的0 8 4 次方和o 4 9 5 次方成正比。卜+ 卜 关键词：d 生育酚，制备色谱，纯化，硅胶，数学模型 a b s t 尺a c t p r e p a r a t i v ec h r o m a t o g r a p h y m e t h o do fp u r l f y i n g 旺- t o c o p h e r o lw a s d e v e l o p e d e x p e r i m e n t a ls t u d yr e v e a l e dt h a ts i l i c ag e lc h r o m a t o g r a p h ym e t h o dc o u l db eu s e di n t h ep u r i f i c a t i o no f c c - t o c o p h e r 0 1 s i l i c ag e lc h a r a c t e r s ，s u c ha sp o r es i z e ，p a r t i c l es i z e a n ds h a p e ，e f f e c tt h es e p a r a t i o np e r f o r m a n c e ，i nw h i c hp o r es i z ei s i m p o r t a n t t h e t h i n - l a y e rc h r o m a t o g r a p h y w a su s e dt oc h o o s et h em o b i l e p h a s e ，w h i c hw a s c o n v e n i e n ti ne x p e r i m e n t s i ts h o w st h a tt h ea p p r o p r i a t em o b i l ep h a s ei st h em i x e d s o l u t i o no f h e x a n ea n d a c e t a t e ，w h i c hv o l u m e r a t i oi s9 5 ：5 t h ei n f l u e n c e so f t e m p e r a t u r e ，f l o wr a t ea n df e e dc o n c e n t r a t i o no ns e p a r a t i o nw e r e s t u d i e d i tw a sf o u n d e dt h a tt h eo p t i m a lo p e r a t i o nt e m p e r a t u r ew a si nt h er a n g eo f 3 0 - 3 5 t h e r e l a t i o n s h i po fc y c l e t i m ea n dt h r o u g h p u tt of l o wr a t ew a sd e t e r m i n e d i ts h o w st h a tt h ec y c l et i m ei sd i r e c t l yp r o p o r t i o n a lt ob e dl e n g t ha n da l m o s t i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t ov o i d s p a c ev e l o c i t y t h em a x i m u mt h r o u g h p u tp e rb e dl e n g t h i s o 2 1 3 m 3 m 2 t 1 t h eo p t i m a lv o i ds p a c ev e l o c i t yi s 2 c r r d m i n e x p e r i m e n t sa l s os h o w t h a tf e e dw i t hh i g h e rc o n c e n t r a t i o nc a ni n c r e a s e s e p a r a t i o np e r f o r m a n c e i nl i n e a r c h r o m a t o g r a p h y s o m ek e yp r o b l e m si ns c a l e u pw e r er e v i e w e d e q u i p m e n ts c a l e u pi n c l u d e sa d d i n g b e dl e n g t ha n dr a d i u s e x p e r i m e n t ss h o wt h a tr e t e n t i o nt i m eo f a - t o c o p h e r o lp e a ki s d i r e c t l yp r o p o r t i o n a lt ob e dl e n g t h i tw a sa l s of o u n d e dt h a tt h e f e e dp e rc y c l eo f p r e p a r a t i v ec h r o m a t o g r a p h yr a n g e d b e t w e e n1 5 - 2 0 o f t h eb e dv o l u m e am a t h e m a t i c a lm o d e lw a se s t a b l i s h e dw i 也t h e a s s u m p t i o n s o fl i n e a re q u i l i b r i u ma n d n om a s st r a n s f e rr e s i s t a n c ei n s i d et h es o l i dp a r t i c l e s ，w h i c hc a np r o p e r l yd e s c r i b e st h e l i n e a r c h r o m a t o g r a p h yp r o c e s s t h ee q u i l i b r i u m c o n s t a n t so f i m p u r i t i e s a n do r 一 t o c o p h e r o la r eo 5 4 4 4a n d1 6 0 5 5 ，r e s p e c t i v e l y t h ef i l mm a s st r a n s f e rc o e f f i c i e n t so f i m p u r i t i e sa n dc t - t o e o p h e r o la r ed i r e c t l yp r o p o r t i o n a lt ou 0 “。a n du o 。”r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：a t o c o p h e r o l ，p r e p a r a t i v ec h r o m a t o g r a p h y ，p u r i f i c a t i o n ， s i l i c ag e l ，m a t h e m a t i c a lm o d e l 1 上 j l 刖舌 维生素e ( v i t a m i ne ) 又叫生育酚( t o c o p h e r o l s ) ，是人们最早发现的维生 素之一。早在1 9 2 2 年，美国加利福尼亚大学的e v a n s 、b u r r 和e m e r s o n 等首先 在小麦胚芽内发现并分离出一种鼠生殖所必需的物质，并于次年将该物质命名 为维生素e f ”。此后，人们对维生素e 进行了更为广泛深入的研究，其应用范围 只益扩大。维生素e 作为医药产品，可预防动脉硬化、脑溢血、肝脏疾病、糖 尿病等疾病。它还是天然的抗氧化剂，广泛地应用于油脂、食品、化妆品及饲 料等行业1 2 1 。维生素e 还具有保健功能。1 9 5 9 年美国食品和营养委员会正式 确定维生素e 是人类营养的必需成分。 维生素e 的来源有化学合成品和天然品两种。由于天然维生素e 的安全性、 生物学活性及营养生理作用均优于合成品，医药、食品、化妆品等行业转向使 用天然维生素e 。 天然维生素e 在植物油中的含量丰富，但是若直接以植物油为原料来提取 天然维生素e ，会因为含量太低而在工艺上难以实现。然而，油脂精炼的脱臭馏 分中一般含有质量分数为1 1 5 的维生素e ，比植物油中的维生素e 含量高 1 2 个数量级，甚至更多。因此脱臭馏出物是提取天然维生素e 的理想原料p 】。 从植物油的脱臭馏出物中提取天然维生素e 的研究工作，国外始于四十年 代，公布了有关专利并有工业化的相关报道。国内的研究与开发工作相对较晚， 迄今为止仅有十余年的时间，工业化生产也只有3 4 年的时间，大多数产品纯 度较低( 仅在5 0 左右) 只能用作精制品的原料或作抗氧剂和饲料添加剂，不 能满足医药生产的需求。 天然维生素e 主要由a 一、b 一、y 一和6 一生育酚四种同系物组成，其 中。一生育酚的生理活性最高。天然维生素e 产品中n 一生育酚含量高的称高 。一型产品，适宜作为营养增补剂用及药用：低a 一型产品则作为抗氧化剂用。 近年来国际市场上高a 一型天然维生素e 是热销产品，要求其生物活性在 1 0 0 0 i u 以上。而国内产品纯度低，d 一生育酚浓度更是不到1 0 ，没有市场竞 争力。我国人口众多油脂产量和消费均很大，年消费油脂在1 0 0 0 万吨以上 相应地在油脂精炼过程中产生的脱臭馏出物的年产量很大，蕴藏着丰富的天然 维生素e 资源。是落后的工艺制约了天然维生素e 产业的发展。因此进一步研 究天然维生素e 的提取和精制工艺，将低含量产品提纯浓缩得到高浓度产品， 不仅可以满足医药行业的需求，价格也提高到原来的2 3 倍，有望推动这一产 业的成长。故这一课题具有非常重要的现实意义，既可创造可观的经济效益， 又是变废为宝，对天然资源的综合利用符合环保精神。 本文旨在开发新的精制工艺，将n 一生育酚的浓度提高到9 0 以上，为工 业化提供基础数据。第一章对各种提取和精制方法作了评价，在此基础上提出 液相色谱法精制n 一生育酚。第二章对这一方法进行基础研究，试验证明这一 方法是可行的，同时对操作条件进行了优化。第三章着重探讨工艺与放大规律 结合第四章的色谱动力学模型，对进一步放大生产具有指导意义。第五章是全 文的总结。 本文鞍为深入地研究了高a 型天然维生素e 的精制工艺，为该技术应用于 生产奠定基础。作者期望在这项工作的基础上，我国高a 型天然维生素e 的生 产会得到更快的发展。 v 。 第一章文献综述 1 1 天然维生素e 概述 1 1 1 天然维生素e 的结构和性质 天然维生素e 为金黄色或淡黄色的粘稠油状物，有的含少量的蜡状微晶体， 相对密度0 9 4 7 0 9 5 0 。与丙酮、乙醚、氯仿或植物油混溶，易溶于乙醇，几 乎不溶于水。无旋光性1 4 1 。具有热稳定性和抗氧化性在空气中以及光照条件 下缓慢氧化颜色加深。部分氧化产物为q 一生育醌及失去甲基的二聚体拍】。 天然维生素e 是由8 种仅含右旋光学异构体的相关化合物组成。它们都是 苯并二氢毗喃衍生物。由于人和动物缺乏维生素e 将不能生育且在苯环上有一 个酚羟基，故这类化合物又名生育酚。这8 种化合物可以分为两类，一类是生 育酚系的四种同系物，是从母育酚f r o c 0 1 ) 衍生而来，带有c ，。的饱和i s o p r e n o i d a l 侧链。这类化合物包括：生育酚( d d - t o c o p h e r 0 1 ) 、b 一生育酚( d b t o c o p h e r 0 1 ) 、y 一生育酚( d y - t o c o p h e r 0 1 ) 、6 生育酚( d - 6 - - t o c o p h e r 0 1 ) 。这 些化合物仅是苯环上的甲基存在差异。第二类生育酚是生育三烯酚系的四种同 系物，是从生育三烯酚( t o c o t r i e n 0 1 ) 衍生而来。包括：a 生育三烯酚( d a t o c o t r i e n 0 1 ) 、b 生育三烯酚r d t 3 t o c o r i e n 0 1 ) 、y 生育三烯酚( d y t o c o t r i e n 0 1 ) 、 6 生育三烯酚f d 6 一t o c o t r i e n 0 1 ) 。这类生育酚与前一类的区别在于侧链是不饱和 的c 。链。第一类生育酚在天然维生素e 中占绝大部分。人和动物组织中主要 含有n 生育酚。植物油随植物种类的不同，其维生素e 含量和主要成分也不同。 例如美国小麦油是a 一体为主要成分，而欧洲小麦则以且- 体为主要成分，大豆 油则以6 一体为主要成分，玉米油则富含y 体i “。化学合成的维生素e ( 通常是 指d 1 o - t o c o p h e r 0 1 ) 是外消旋体，这也是与天然维生素e 的根本区别所在。 构成天然维生素e 的8 种异构体的结构式如下： ( i ) 生育酚 f m ， n q y f w “ ( 2 ) b 生育酚 胡譬【 拳司| = 滞芷静：戈( 2 0 0 i ， ( 3 ) y 一生育酚( 4 ) 5 一生育酚 ( 5 ) a 一生育三烯酚 ( 7 ) y 生育三烯酚 ( 6 ) b 生育三烯酚 ( 8 ) 6 一生育三烯酚 。一生育酚的化学名为3 ，4 一二氢一2 ，5 ，7 ，8 一四甲基一2 一( 4 ，8 ，1 2 一三甲基十三 烷基) 一2 h 一卜苯并吡哺一6 一醇，( 3 ，4 - d i h y d r o 一2 ，5 7 ，8 - t e t r a m e t h y l 2 一( 4 ，8 ，1 2 一 t r i m e t h y l t r i d e c y l ) 一2 h 一卜b e n z o p y r a n 一6 一0 1 ) 嘲。分子量为4 3 0 6 9 。它是淡黄 色粘稠状液体，无臭无味。熔点为2 5 3 5 ，相对密度d 。2 5 卸9 5 0 ，不溶于水， 易溶于乙醇，混溶于丙酮、氯仿、乙醚和植物油中。对热稳定，露置空气中缓 慢氧化，有铁盐、银盐存在时氧化较快，遇光则逐渐便深色，受紫外光照射立 即失效。 b 生育酚是淡黄色粘稠液体，压力为0 i m m h g 时的沸点为2 0 2 1 0 ， 【o 】。”为+ 6 3 7 。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。 y 生育酚淡黄色粘稠状液体，压力为0 1 m m h g 时的沸点为2 0 0 - - 2 1 0 c ， 【od0 为一2 4 。易溶于乙醇，光照下会逐渐变深。溶解度类似于0 生育酚。 6 生育酚是淡黄色粘稠液体，在乙醇和苯中的溶解度分别为1 5 5 1 0 0 m l 乙醇和1 0 9 9 l o o m l 苯。【a5 4 6 2 s 为+ 1 r 。溶解度类似于b 一生育酚。 各种生育酚异构体的生物学活性依次为：a 生育酚( 活性为1 0 0 ) b 生 育酚( 活性为1 0 5 0 ) y 生育酚( 活性为1 0 ) 6 一生育酚( 活性为2 ) 。抗辑 口 新虹 掌审r 士学芷谢：定口0 0 tj 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 y 一生育酚，0 一生育酚 o 生育酚，恰与生理功能相反，而且其 生育三烯酚的抗氧化能力大于相应的生育酚嗍。 1 1 2 维生素e 的用途1 3 4 i 天然维生素e 具有较强的抗氧化性，它广泛应用于医药、食品、化妆品、 饲料等行业。近年来国内外消费者日益重视维生素e 的保健功能，联合国粮农 组织和世界卫生组织都建议人体每天补充适量的维生素e 以满足需求。资料表 明，国际市场上维生素e 一直是热销产品，消费量以5 的速度逐年上升。在 美国已有3 5 以上的人常服维生素e 制品。在新加坡维生素e 胶丸被认为是生 活必需品。下面对维生素e 的用途分类叙述： 1 医药 维生素e 的临床研究近年来进展迅速。维生素e 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。对脑垂体一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产生。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、癌症等许多方面，均有很好的医用价值，还 可用于延缓衰老。临床研究仍在发现其新的应用领域。这促进维生素e 需求量 的不断增长。 2 食品 天然维生素e 与合成品在组分、结构、生理特性及活性上均有差别，天然 维生素e 不仅营养丰富，安全性高，而且更易于人体的吸收。维生素e 主要用 作脂肪和含油食品的抗氧化剂，保持加工食品稳定持久的新鲜风味。在鱼肉加 工中添加o 0 4 维生素e 可改善鱼味。香肠的原料肉中加0 0 5 维生素e 可保 持香肠新鲜防腐。此外，维生素e 是一种良好的除臭剂，在口香糖中加入1 的维生素e 可以快速除去口中臭味。维生素e 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 化剂使用维生素e 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。 浙e 掌硪女拳t 论文f 2 0 0 3 化妆品 天然维生素e 具有干扰“游离基”产生和色素斑形成的作用，它易被皮肤 吸收，能促进皮肤的新陈代谢和防止色素沉积，改善皮肤弹性，具有美容护肤、 防衰老的特殊功能。维生素e 是防晒冷霜的有效成分，在香波水中，维生素e 也具有脱臭效果。用维生素e 作为营养添加剂的化妆品，已成为国际市场上营 养性系列化妆品的主流。 4 塑料制品 维生素e 作为食品包装用薄膜等制品的抗氧化剂，不仅克服了其易氧化变 脆不耐用的缺陷，更重要的是消除了目前大多数工业氧化剂对人体的伤害。将 维生素e 添加到感光材料中，能提高材料的应用性能。 5 饲料及其他 维生素e 作为饲料添加剂，既是一种抗氧化剂，又是畜禽生长必需的生物 催化剂。在畜禽免疫、疾病防治、改善肉质、增加畜禽繁殖或产蛋率等方面都 有重要作用。 由于天然维生素e 在生物活性、营养生理作用和安全性上均优于合成品， 因而在医药、化妆品以及食品工业中，人们更倾向于使用天然维生素e 。天然 维生素e 的市场需求量正逐渐增大。在国际市场上维生素e 天然品的价格也远 高于合成品数倍。 1 1 3 天然维生素e 的生产及市场概况1 9 1 天然维生素e 具有巨大的市场前景，其在国际市场上的销售额正以每年 1 2 1 5 的速率增长。去年美国天然维生素e 的产量约为1 5 0 0 吨，并且由于市 场需求的不断增加，几个主要的生产厂家如a d m ( a r c h e rd a n i e l sm i d l a n d ) 公 司、汉高公司等正在或计划扩大生产规模。而r o c h e 亦与c a r g i l l 公司合资进入 天然维生素e 市场。 国内生产总规模每年大约在3 0 0 吨左右，并呈上升趋势。随着2 0 0 0 年江 苏泰兴天然维生素e 项目投产和北京良乡2 0 0 吨天然维生素e 工程基地的建成， 预计再过一年产量将有可能翻一番，达到年产6 0 0 吨以上的生产能力。但是， 所有这些已经在生产的和正在建设的企业，绝大多数只能生产低a 型的浓度为 5 0 左右的混合浓缩油浙江新昌制药厂能生产极少量的高a 型产品但成本非 常高。而国内国际市场最需要也最有价值的是高。型的生育酚。浓度5 0 左右 埔笮c 群 已榉世诺：走( 2 0 0 ， 的低a 型的市场价格不到2 5 万元人民币吨，而含量为9 0 以上的高a 型产品 的价格约为9 6 万元吨，相差3 倍以上的价格。因此，加快研究开发高a 型高 浓度的天然维生素e 对改变天然维生素e 品种单一的不利局面，提高产品在 国际上竞争力，具有非常重要的意义。 1 2 天然维生素e 的提取和精制方法 天然维生素e 主要存在于植物油和动物脂肪中，但植物油中维生素e 含量 很低，一般毛油中其含量还不到千分之一。若直接以植物油为原料提取天然维 生素e ，会因为含量太低在工艺上难以实现。而植物油精炼过程中产生的副产 物一脱臭馏出物一般含有1 1 5 的维生素e ，是提取天然维生素e 的理 想原料。植物油脱臭馏分的成分非常复杂，主要含有：游离脂肪酸( 包括亚油 酸、油酸、硬脂酸、棕榈酸等) 、甘油酯( 主要是三甘油酯) 、甾醇及甾醇酯、 天然维生素e 等，此外还有少量的胶质、蜡质和卵磷脂等 8 】。提取天然维生素 e 过程中必须除去这些杂质，因为产品中游离脂肪酸和甘油酯含量高，会引起 酸败，同时影响产品的流动性、透明性和色泽。甾醇含量高，会影响产品的旋 光性、流动性和色泽。 自本世纪4 0 年代以来，国外公布了一系列提取和精制天然维生素e 的专 利及报道，而且己成功地实现了天然维生素e 提取的工业化。国内实现工业化 也有3 4 年时间。从已报道的文献和专利来看，这些方法大体可归纳为：溶剂 萃取法、化学处理法、蒸馏法、吸附与离子交换法、层析法、超临界萃取及超 i 临界色谱法等。实际提取工艺大多是这些基本处理方法的组合。 1 2 1 溶剂萃取法吣n 溶剂萃取法是利用天然维生素e 、甾醇、游离脂肪酸及甘油酯等在不同溶 剂中的溶解度不同，通过选择合适的溶剂，使天然维生素e 与上述杂质分开。 在萃取法中常用的极性溶剂有甲醇、乙醇、丙酮等，非极性溶剂有石油醚、正 己烷等。 溶剂萃取法虽然设备简单，操作费用低，但其浓缩比和收率不高，产品纯 度低且溶剂用量大( 6 1 0 倍于原料体积) 种类多，造成回收困难和环境污 染。 。 掌r 正走4 目鼍，掌e 盘甜：式( 2 0 0 l j 1 2 2 化学处理法 化学处理法的目豹是通过化学反应，使脱臭馏出物中的脂肪酸、甘油酯等 转变成为容易与天然维生素e 分离的物质。这些生成物在沸点、溶解度等性质 上与天然维生素e 有一定的差异，可以通过其他单元操作，如蒸馏、萃取和结 晶过滤等将维生素e 分离出来。 化学处理法包括酯化法、皂化法、络合法和酶法等 1 2 - 2 0 i 。 1 酯化法 酯化法是天然维生素e 提取工艺中较常用的一种方法。脱臭馏出物通过酯 化反应处理后，可以除去其中大部分的游离脂肪酸。常用的醇有甲醇、乙醇、 乙二醇、丙二醇、甘油等，常用的酯化催化剂有盐酸、硫酸、对苯磺酸及苯磺 酸等。 由于上述催化剂的使用，天然维生素e 容易氧化，造成酯化过程的回收率 不高。但t r a c y 等用固定床酯化法使天然维生素e 的损失减少1 1 3 1 他们用内径o 0 7 米，长o 3 米的玻璃柱，填充强酸性大孔离子交换树脂( l e w a t i tk 2 6 3 1 ) 作为 催化剂。豆油精炼油渣( 酸值为7 0 ) 和甲醇分别以0 0 9 7 i j h 、o 0 6 7 l h 的流速 进入柱内进行酯化反应，停留1 6 h 后，收集流出液。浓缩后测得其酸值己降至 i 3 。酯化转化率为9 8 。 2 皂化法 皂化法是用碱金属或碱土金属氢氧化物、碳酸氢盐或碳酸盐，与脱臭馏出 物中游离脂肪酸及甘油酯进行皂化反应，使之转化为脂肪酸盐( 一般不溶于脱 臭馏出物) ，从而除去大部分游离脂肪酸和甘油酯。 r e n a t o 等1 将3 2 4 9 脱臭馏出物在醇介质中皂化后过滤再经过真空蒸馏 等操作得到5 6 3 9 台天然维生素e 5 5 3 的浓缩油。 3 络合法 络合法是指在脱臭馏出物的醇溶液中，加入尿素的醇溶液尿素与游离脂 肪酸形成不溶于醇的络合物，从而可以除去大量的游离脂肪酸。尿素与脂肪酸 络合物在水中又分解成尿素和脂肪酸，尿素进入水相，游离脂肪酸形成油相， 通过简单的分离操作就可以将它们分开，这样可以回收脂肪酸并且尿素可以循 环利用。 下面举一实例m i ：将1 0 0 0 9 含脂肪酸、三甘油酯( 8 5 ) 、生育酚( 6 ) 、 掰醇( 3 ) 的脱臭馏出物，用1 7 5 8 9 尿素( 溶于8 4 0 0 9 甲醇) 在6 4 c 处理6 0 m i n - 。 讳“弦掌疆士学位妊- 文t 2 0 0 tj 将混合物冷却至0 c ，得到沉淀，过滤除去沉淀。用柠檬酸将母液p h 值调到5 8 ， 浓缩后用氯仿萃取并再次浓缩，此浓缩物中生育酚含量为7 5 。 4 酶法 本方法以脱臭馏出物或植物油精制工序副产的油渣、处理过的油渣为原 料，向油渣中加入酶和水进行处理，最后得到维生素e 的浓缩物。所用的酶是 不分解维生素e 的酶，诸如脂肪酶、叶绿素酶、磷酸单酯酶等。 s u r e e hr 等i ”1 以豆油脱臭馏出物为原料，采用s p - - 3 8 2 ( 一种固定化非转 异性脂肪酶) ，催化脂肪酸与甲醇的酯化反应，缩短甲酯化的反应时间，并减少 维生素e 的损失在3 h 内酯化转化率高达9 6 5 。然后进行真空蒸馏，分别蒸 出甾醇和维生素e 。甾醇和维生素e 的回收率都在9 0 以上。 1 2 3 蒸馏法 蒸馏法包括真空蒸馏和分子蒸馏。 1 真空蒸馏b “2 真空蒸馏是指压力低于5 m m h g 条件下的蒸馏。由于维生素e 和脂肪酸的 沸点较高，常压蒸馏无法进行。而真空蒸馏可以在较低温度下操作，克服了这 一缺点。真空蒸馏一般用于原料预处理后的进一步浓缩，且适用面较常压蒸馏 广。以酯化法处理的料液为例，如酯化时加入低级一元醇，则塔顶馏分为脂肪 酸酯，塔底残液为维生素e 浓缩油；如酯化时加入二元醇或多元醇，则塔顶馏 分为维生素e 浓缩油，塔底馏分为高沸点的脂肪酸酯和甘油酯。 2 分子蒸馏i t 2 2 3 1 分子蒸馏是在低于o 0 1 m m h g 压力下，利用组分的分子量不同、分子运动 平均自由程不同进行的分离操作。由于体系的压力极低，分子蒸馏可在较低温 度下进行，从而防止高温对物料的破坏。很多天然维生素e 提取工艺的最后一 步就是通过反复分子蒸馏获得不同纯度的产物。 上述酯化法m i 得到的维生素e 浓缩油，可以在o 0 0 1 - 一0 0 1 m m h g 的高真空 条件下，采用降膜式或离心式分子蒸馏器进行分子蒸馏，得到纯度在5 0 左右 的产品。若依次进行二级甚至三级分子蒸馏，则可得到较高浓度的维生素e 产 品，但回收率很低。 o g 秸骥掌习r _ 榉地耀：定( 2 0 0 l j 1 , 2 4 吸附与离子交换法 1 吸附法 吸附法是根据吸附荆对天然维生素e 、游离脂肪酸、甾醇等组分吸附能力 的不同进行分离。常用吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等。这种方法见于 篇同本专利1 2 4 1 ，但操作繁琐，难以工业化。 该文中提到：酯化法处理后的料液，用水蒸汽蒸馏法蒸除酯化物，得到4 段馏分。取其中的馏分2 ( 维生素e 含量5 2 6 ) 约2 0 克，加入2 0 0 克正己烷 溶解后，加入6 0 克硅胶和1 0 0 克正己烷调成的浆状物，在常温下搅拌2 小时， 使维生素e 吸附在硅胶上。充分除去正己烷后，加入2 0 0 克乙醇，在常温下搅 拌1 小时，抽提出维生素e 后，蒸馏除去乙醇，得到较高浓度的天然维生素e 浓缩物。按上述方法选用不同粒度的硅胶重复试验，结果表明平均孔径在8 n m 左右的硅胶效果最好，可以得到含维生素e 9 8 的产物，回收率为9 2 。 2 离子交换法乜9 驯 离子交换法是利用离子交换树脂对维生素e 和其它组分的吸附交换能力不 同而进行分离。通常，离子交换用的树脂需经碱洗、水洗、转型和溶剂置换等 处理后装柱使用，使料液流过树脂床，除去不吸附组分后再冼脱天然维生素 e 。树脂经再生、清洗后可重复使用。 粱明山等人将菜籽油脱臭馏出物甲酯化产物1 1 0 9 上强碱性柱( 柱直径为 3 c m ，长4 0 c m ，按常法转成o h 型) 进行离子交换。完成后先用甲苯以3 m l m i n 的速度洗涤，除去床层空隙中残余的原料液以及不吸附的酯类等杂质，然后用 1 0 醋酸一甲苯溶液以4 m l m i n 的流速洗下被吸附的维生素e 。流出液中 的醋酸于8 0 c 下连续搅拌两小时除去之。分馏除去甲苯，得维生素e 产品6 2 克，回收率为7 3 6 。 发明专利1 ”1 中的一个实例为：油渣( 含维生素e 1 4 左右) 5 0 0 9 经粗提后 得到维生索e 含量2 3 9 的样品2 6 9 ，用强碱性阴离子交换树脂挂柱。洗脱之 后，得到维生素e 含量为5 5 6 的产品l o 3 9 。其回收率高达9 2 2 。 1 2 5 层析法1 2 7 - 3 3 i 层析法是利用体系中各组分在不同的固定相上的吸附保留性质不同而得到 分离。它是医药和精细化工生产中广泛应用的一种纯化或精制方法，使用这种 方法可以得到高纯度的产品。其关键在于选择合适的固定相和流动相。由于脱 奥馏j 物n 的成分复杂，鲜见有成功应用层析法精制维生素e 的文献报道。柏 关文献按操作方式可分为以下三类： l 吸附操作 专利mo 中的精制方法包括用硅胶柱进行吸附操作，可以得到纯度为5 0 6 0 的维生素e 浓缩油。操作包括用硅胶柱在l 2 r a l m i n 的流速下挂柱、淋洗、 增浓，达到对维生素e 的浓缩和精制。淋洗剂为正己烷，无水乙醇的体积比为1 0 ：2 的溶剂。个实例是：油渣( - - $ - 维生素e 0 5 左右) 2 4 3 9 经粗提后得到9 9 含 维生素e 1 4 1 的样品。经硅胶柱处理后，得到含维生素e 3 0 4 的样品2 5 9 ， 回收率6 0 ，再用强碱性阴离子交换树脂挂柱，洗脱之后，得到维生素e 含量 7 5 的样品。 2 液相色谱法 在专利中，利用粒径1 0 um 的乙烯基类聚合物凝胶作固定相，甲醇作 流动相的液相色谱来分离豆油脱臭馏出物，得到较高浓度的维生素e 浓缩油。 3 凝胶过滤法 凝胶过滤法使用的凝胶过滤剂有交联葡聚糖、羟基烷氧基丙基交联葡聚糖 等。用合适的溶剂将凝胶过滤剂浸泡后，填充到玻璃柱里，接着将脱过掰醇、 除去大部分脂肪酸的科液也溶解在溶剂里，通过玻璃柱填充床，使脂肪酸、忖 油酯、一部分色素等杂质与维生素e 分开，从而得到高浓度天然维生索e 。 所用的溶剂可以是l ，2 一二氯乙烷、三氯乙烯；也可以是戊烷、己烷、坏 己烷、辛烷、壬烷、甲苯、二甲苯或甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等。f j i 两类溶剂使v e 以外的其它物质先溶出；而后一类溶剂可使v e 先溶出。 实例l ：1 0 0 9 交联葡聚糖用l ，2 一二氯乙烷浸泡溶胀后，填充到中2 5 7 0 c m 的玻璃柱里。称取3 0 克维生素e 浓缩物( 含维生素e 5 1 1 ) 溶解于l ，2 一： 氯乙烷中配成1 0 0 m l 溶液，然后添加到交联葡聚糖填充柱里。在3 0 。c 下，以 2 m l m i n 的速度把溶液展开。收集滞后的维生素e 溶液，除去l ，2 一二氯乙烷得 到纯度为8 1 8 的维生素e 1 5 1 克。回收率为8 0 6 0 o 。 实例2 ：1 0 0 9 羟基烷氧基丙基交联葡聚糖用甲醇浸泡溶胀后填充到m 2 5 4 2 c m 的玻璃柱里。然后称取2 0 9 脱去甾醇、除去大部分脂肪酸的油渣溶解在甲 醇中配成1 0 0 m l 溶液，添加到玻璃柱内。在4 0 ( 2 下以3 m l m i n 的速度把溶液展 开，收集先流出的维生素e 溶液。除去甲醇后得到纯度8 8 9 的维生素e 1 0 2 9 。 1 - 2 6 超临界萃取法- 3 9 1 超临界萃取法是利用维生素e 与其它杂质组分在超临界流体中的溶解度不 c 心 抽喧c 掣司七摊地摊：走口0 6 tj 同，使维生素e 得到分离。常用的萃取剂是超临界c o ：。游离脂肪酸在超临界 c o ：中韵溶解度较大，可以在较低的超临界压力范围内将之萃取出来。而萃取 维生素e 需要较高的压力。这种方法的优点是萃取率高，且超临界c o ，是一种 无害、不残留的溶剂。操作结束后，只需降低体系的压力，就可以除去c o ， 还可循环利用。 小野寺峻等”将维生素e 含量为5 5 3 的粗浓缩油以1 0 k g h r 的速度从塔 顶，超临界c 0 2 ( 2 5 0 a r m ，6 0 c ) 以8 0 k g h r 的速度自塔底进入塔内进行逆流萃 取，得到1 2 k g h r 含维生素e 8 0 8 的浓缩油。其萃取率高，但操作条件苛刻， 对设备的要求很高。 姚忠等口可对利用超临界c o ，从豆油脱臭馏出物中萃取、浓缩生育酚的工业 化生产的可行性进行了试验研究，提出了初步的工艺框架，研究了压力、c o ， 流量及温度场分布对精馏柱萃取效果的影响。结果表明，较小的压力变化都会 导致油脂溶解度与。一生育酚得率产生较大差异，因此压力的选择十分重要， 一般不宜超过1 5m p a ，适宜的萃取压力为1 3 5m p a 。不等温柱的浓缩效果要好 于等温柱，适宜的精馏柱温度分布为6 0 5 0 4 0 3 5 。c ( 顶上中下中，衰) 。c o ，流 量对等温柱及不等温柱的萃取效果的影响不同。对等温柱，流量越大油脂溶解 度越小。而对不等温柱，较大的流量变化对油脂溶解度的影响不大，适宜的c o ， 流量为3 5 u m i n 。 在专利 3 8 1 中提出了具体的工艺参数。该法在具有填充萃取塔的超临界萃取 设备上，在3 5 4 5 ，8 一1 2 m p a 压力下除去脂肪酸；再在5 0 - - 7 0 2 0 一3 0 m p a 压力下萃取出混合维生素e ，釜底得植物甾醇；混合维生素e 经甲基化转型后 再经超临界c o ，萃取，除去溶剂、精制后得到高n 型维生素e ，其纯度大于9 0 ，副产物脂肪酸纯度为9 8 ，植物甾醇纯度为9 0 。该法的主产品为混合维 生素e ，纯度达到5 6 。 各种提取方法的综合评价： 总的来说，萃取法和化学处理法主要用于原料的预处理和初步浓缩而采 用后四种方法可以进一步浓缩甚至精制维生素e 。但是对于工业生产高。型维 生素e 而言。现有的方法都显得不太适合。分子蒸馏的浓缩比和收率较高，但 由于其操作真空度很高，对设备的要求高，投资及操作费用较大，且得到的主 产物浓度在5 0 左右只有很少量的馏分可以达到9 0 以上。离子交换法虽然 可以将维生素e 浓缩到较高浓度，但树脂处理过程繁琐，分离选择性不高，要 求原料中游离脂肪酸和甾醇的含量低。生育酚极性弱不易电离，其中a 生育 酚极性最弱，要消耗大量极性溶剂( 溶剂用量是原料的3 0 倍以上) ，且溶剂种 心 浙迸夫学礓士掌位戤n 0 0 1 ) 类多包括酸、碱及多种有机溶剂，回收成本高，容易造成环境污染。超临界萃 取法的浓缩比较高维生素e 容易与超临界c o ，分离，但存在着与分子蒸馏同 样的缺点，难以扩大生产规模。 相较之下，层析法设备简单，生产成本低，得到的产品纯度高。如能选择 价廉的嘲定相和流动相，将是比较适台工业化的精制方法。但现有的方法存在 工艺不合理、收率低，或固定相昂贵、吸附剂再生困难和溶剂难以循环利用等 不足之处。因此，本文着重于开发一种新工艺一一制各色谱法，通过选择合适 的吸附剂和溶剂以及工艺研究，达到精制维生素e 、指导工业化的目的。 本文的研究对象a 一生育酚，其分子量为4 3 0 6 9 ，构型中有一长侧链，因 而在选择吸附剂时要考虑到孔径大小的影响。n 一生育酚结构式中苯环上有三 个甲基，电子云密度大大增加，因而a 一生育酚不易电离，在生育酚同系物中 极性最弱，在离子交换树脂上吸附力极低。但应注意到其结构式中包含一个酚 羟基，与硅胶之间会有氢键作用力而容易吸附在硅胶上。由于吸附能小，也会 容易沈脱。所以从理论上讲，选择硅胶作固定相，再选择合适的溶剂将有可 能实现色谱分离。一生育酚。 1 3 制各液固色谱理论 固定床色谱作为分析工具和分离方法已经得到广泛的应用。大规模液相色 谱技术也随之得到迅速发展i “】。1 9 5 0 年s u no i l 公司提出a r o s o r b 工艺，使用固 定床色谱以工业规模成功地从烷基碳氢化合物中分离芳烃化合物m i 。随之， 固定床色谱在工业上的应用范围越来越广。 大型液相色谱装置( 指冲洗色谱) 已经工业化，直径一米以上的色谱柱和 整套附属设备已经定型，直径2 5 4 m m 的制各色谱柱已经规范化作为商品出售， 而更大直径的色谱柱也已经用于石油化工，制糖工业和其他行业，在医药和精 细化工中应用大型液相色谱拄分离液相产品的技术己日趋成熟。随着化工，生 物，医药，食品行业的迅猛发展，大规模液相色谱日益成为重要的分离手段。 色谱装置的大小可以按产品量和处理量的多少分为分析规模制各色谱、实 验室规模制备色谱和大型工业色谱几种m i 。分析规模制各色谱是在实验室分析 仪器上，色谱柱按t t 侈l l 放大，其大多数色谱参数如线速度，柱尺寸，样品量与 柱截面积之比等和分析分离大致相同。实验室规模制各色谱其色谱系统和技术 与分析分离具有较大的差别，色谱柱在超负荷条件下工作。 。 崭日童攀壤士攀位诧- ，：n 0 0 1 ) 1 3 1 制各色谱分离过程原理1 4 1 - - s 3 2 1 色谱柱内填充吸附剂，在填充状况良好的情况下，当含有溶质的流动相流 过此床层并和固定相接触时相互作用。溶质在两相内在一定时问内达到动 态平衡，对于液固色谱，溶质在两相内的分配取决于吸附等温方程的吸附平衡 常数。此平衡常数表征溶质在一定的温度和浓度下，与固定相( 以及流动相) 的亲和力大小：反映各组分在固定相中的保留能力。流动相在床层内不断流动， 溶质组分在床层固定相内不断地达到平衡，这种动态的平衡过程，使色谱峰( 或 流出曲线) 不断地移动。移动速度除需考虑流动相的流速外，相平衡常数( 表 征亲和力的大小的常数) 是决定性的因素，可以说溶质组分在床层内滞留时间 的长短与亲和力有关，亲和力小的组分，保留时间短，亲和力大的组分保留时 间长，从而使亲和力不同的溶质组分得到分离。分析型色谱由于进样浓度低， 处于吸附等温线的线性区域，得到的色谱峰是对称的高斯曲线。制备色谱往往 进样浓度高，组分浓度落在吸附等温线的非线性范围内，平衡常数随流动相中 溶质浓度的改变而改变，使所得的色谱峰不对称，甚至导致峰形重叠。 制各液相色谱与分析液相色谱相比，最突出的特点是迸样量很大。迸样量 的变化会对色谱分离参数如分离度，一容量因子k ( 定义丸溶质在固定相和流动 相中的分配量之比) ，保留值_ 和理论塔板当量高度h e t p 等产生较大的影响。 每一种色谱柱的固定相都有定的样品线性容量。线性容量是措在线性等 温线的范围内，单位重量的固定相上能够负载样品的量j 。s n y d e r 提出，吸附 剂的线性容量用0 。，表示。0 。定义为样品的容量因子k 下降1 0 ( 相对于小 进样量下测定的一定k ) 或理论塔板当量高度增加两倍以上时的样品量。在 线性容量的范围内，谱带的高度随进样量的增大而增加，而k 、保留值和分离 度都保持不变。当样品超过线性容量范围时随着进样量的增加，容量因子下 降，理论塔板当量高度增大，此时样品量与柱效之间已失去线性关系。当样品 量大于线性容量时被定义为样品过载1 5 0 i ( o v e r l o a d ) 。 制备色谱要在保证产品纯度和回收率的前提下，尽力提高色谱柱的原料处 理量和产品的产率。工业上还要考虑溶剂回收的能耗和设备操作费用h “。为了 达到在一定的分离度条件下，加大色谱柱处理量的要求，可以