转酯化-结晶提取棉籽油脱臭馏出物中植物甾醇的研究

时间、转酯化温度及催化剂用量进行正交优化，研究 结果如表 2 所示。 由表 2 可知， 正交试验中影响因子的先后顺序为： C＞B＞D＞A，即催化剂用量对转酯化率影响最为显 著，料液比影响最小。 最佳水平组合为 A2 B2 C3 D2 ，即 料液比为 1/5（m/V ） ，转酯化温度为 60 ℃，催化剂使 用量为 35%，转酯化时间为 4 h，依照此水平进行转 酯化试验验证，得出棉籽油脱臭馏出物中甾醇提取率 为 54.80%，纯度为 82.10%。
式中：N-NaOH浓度(mol/L)；V-NaOH 体积(mL)；W-样品 重量(g)。
转酯化率(%)=(起始游离脂肪酸含量-转酯化后 残留游离脂肪酸含量)/起始游离脂肪酸含量× 100% 甾醇含量的测定：高效液相色谱法。 2.2 转酯化-结晶提取甾醇 2.2.1 转酯化反应原理 转酯化法[7]是最常用的前处理手段，这一反应最 早是基于苯甲酸与甲醇的转酯化反应中采用同位素氧 进行研究的结果得出的。由于酯分子之间不能形成氢 键，所以脂肪酸低碳醇酯的熔点、沸点、比重、粘度 等均小于相应的脂肪酸[8]。在转酯化反应中含量最多
脂肪酸t时刻酯化率（%） 脱臭馏出物初始酸价 t时刻酸价 *100% 脱臭馏出物初始酸价
图 1 料液比对转酯化率的影响 Fig.1 Effect of the soybean oil-deodorizer distillate ratio on esterification rate
3.2.2 转酯化时间对转酯化反应的影响 试验研究了在料液比为 1:5，转酯化温度 60 ℃， 催化剂用量 25%的反应条件下，定时取样，考查不同 转酯化时间(1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h)对转酯化反 应的影响，结果见图 2。
2.3
HPLC 分析甾醇成分 采用高效液相色谱法测定棉籽油脱臭馏出物中的
植物甾醇。 色 谱 条 件 为 ： 以 Nova-PakC18 Column(150 mm× 4.6 mm× 5 μ m)为固定相，流动相为甲醇:水(体积 比为 100:4)，检测波长 205 nm，柱温 25 ℃，流速 1.0 mL/min，进样量 20 μL。 3 结果与讨论 3.1 脱臭馏出物的基本成分 脱臭流出物的基本成分如表 1 所示。
表 1 脱臭流出物的主要成分 Table 1 Main componential content of deodorizer distillates 水分 /% 1.9 酸价/ (mg KOH/g) 172.3 游离脂肪 酸/% 73.6 不皂化 维生 物/% 12.3 素/% 3.14 植物 甾醇/% 9.06 图 2 反应时间对转酯化率的影响 Fig.2 Effect of reaction time on esterification rate
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10%、15%、20%、25%、30%、35%）对转酯化反应 的影响，结果见图 3。 从图 3 可以看出，在 5%的体系中，转酯化反应 比较缓慢，转酯化率较低，在 10%、15%、25%的体 系中， 转酯化速度加快， 转酯化率增大， 在 30%、 35% 的体系中， 转酯化趋于平稳， 转酯化率基本达到平衡。 3.2.4 转酯化温度对转酯化反应的影响 试验研究了本实验在料液比为 1:5， 反应时间 4 h， 催化剂用量 25% 的反应条件下，考查转酯化温度 （45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃、75 ℃） 对转酯化反应的影响，结果见图 4。
表 2 正交实验结果表 Table 2 S cheme of the orthogonal test 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 R A [料液比 B (转酯化 C (催化剂 D (转酯化 转酯化 (m/V)] 1(1/4) 1(1/4) 1(1/4) 2(1/5) 2(1/5) 2(1/5) 3(1/6) 3(1/6) 3(1/6) 48.233 50.467 50.367 1.433 温度/℃) 1(50) 2(60) 3(70) 1(50) 2(60) 3(70) 1(50) 2(60) 3(70) 46.933 54.367 47.767 7.434 用量/%) 1(15) 2(25) 3(35) 2(25) 3(35) 1(15) 3(35) 1(15) 2(25) 49.433 45.567 54.067 8.5 时间/h) 1(3.0) 2(4.0) 3(5.0) 3(5.0) 1(3.0) 2(4.0) 2(4.0) 3(5.0) 1(3.0) 47.067 51.5 50.5 4.433 率/% 42.6 50.6 51.5 44.4 56.9 50.1 53.8 55.6 41.7 甾醇 菜籽甾醇 豆甾醇 菜油甾醇 β-谷甾醇 图5 植物甾醇液相色谱图 Fig.5 liquid chromatogram of phytosterol 注：a：标准品色谱图，b：样品色谱图。
Transesterification - crystallization Extraction of Cottonseed Oil Deodorizer Distillate Study on Phytosterol
SUN Jing-tao, DONG Juan, XIAO Jing, SHI Xue-wei (School of Food Science, Shihezi University, Shihezi 832000, China)
Abstract: A process for extracting plant sterol from cotton oil deodorizer distillate and the crystal purification were studied. The optimal conditions for transesterification of sterol ester were obtained as followed: the rate of blend composition 1/5 (m/V), temperature 60 ℃, the dosage of catalyst 35% and time 4.0 hour. The recovery rate was 54.8% and purity of rough sterol was 82.10%. Key words: deodorized soybean oil; phytosterol; high efficiency liquid chromatography
从图 2 可以看出游离脂肪酸的转酯化率随着时间 的增长而升高，当转酯化时间达到 4 h 后，转酯化率 的升高不再明显，因此选择 4 h 为最佳转酯化时间。 3.2.3 催化剂使用量对转酯化反应的影响[10]
3.2 转酯化-结晶提取甾醇 3.2.1 料液比对转酯化反应的影响 在转酯化温度 60 ℃，反应时间 4 h，催化剂用量 25%不变的情况下，考察不同料液比(1:1、1:2、1:3、 1:4、1:5、1:6)对转酯化反应的影响，结果见图 1。 由图 1 可知，料液比在 1/5 时，稠度稍大，要达 到理想的转酯化率时间较长，反应 4 h 以后，仍有油 珠存在；料液比在大于等于 1:3 时，原料能完全溶解 且流动性好；随着甲醇量的不断加大，游离脂肪酸的 转酯化率也相应增大，当料液比达到 l:5 时，转酷化 率趋于平稳, 说明再加过量的甲醇对转酯化率基本无 影响。
收稿日期：2012-10-18 基金项目：国家大学生创新性实验计划项目（101075925） 作者简介：孙静涛（1981-） ，男，硕士，主要从事食品化学方面的研究 通讯作者：史学伟（1980-） ，男，博士，主要从事生物技术方面的研究
厂。 2 试验方法 2.1 棉籽油脱臭馏出物成分分析 水分、酸值、不皂化物的测定均按国标进行。 游离脂肪酸的测定：准确称取 3~5 g 样品，置于 锥形瓶中， 加入 30 mL 中性石油醚-乙醇混和液 （体积 比为 2:l） ，振荡使之完全溶解，加入酚酞指示剂 2~3 滴，以浓度约为 0.1 mol/L 的 KOH 标准水溶液滴定， 至初显微红色，且 30 min 内不退色为终点。 游离脂肪酸(wt/%)=N× V× 10-3/W× 282.5× l00%
图 3 催化剂用量对转酯化率的影响 Fig.3 Effect of catalyst on the esterification rate
试验研究了在料液比为 1:5，转酯化温度 60 ℃， 反应时间 4 h 的反应条件下，考查催化剂用量（5%、
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甾醇是广泛存在于自然界的一类甾族化合物，一 般分为植物甾醇、动物甾醇、菌类甾醇。植物甾醇具 有降低血脂、抗肿瘤、治疗牙周病、抑制皮炎症等生 理活性功能，它也是重要的甾体药物和维生素D3的生 产原料，纯度为98%的甾醇价格高达2000元/公斤，植 物油脂是植物甾醇的主要来源，其中，精炼植物油得 到的脱臭物是廉价的、 具有工业实用价值的甾醇资源。 目前从脱臭物中提取甾醇的方法不仅耗费大量有机 剂，而且操作过程繁杂。为此．本文研究转酯化-有机 溶剂提取甾醇的可行性，并确定其最佳提取工艺，为 甾醇的工业化提取提供理论基础与技术支持[1~3]。 从脱臭馏出物中提取植物甾醇，其原理一般是基 于原料组成的化学性质、物理性质方面的差异进行分 离与提纯，由于脱臭馏出物中游离脂肪酸含量较高， 通过先转酯化除去游离脂肪酸，再充分利用植物甾醇 易结晶的特性来提取植物甾醇[4~6]。 1 试验材料 棉籽油脱臭馏出物，购于新疆石河子粮油加工
图 4 转酯化温度对转酯化率的影响 Fig.4 Effect of esterification temperature on esterification rate
从图 4 可以看出，转酯化率随着温度的升高而增 加，但温度升的过高以后，甲醇的挥发量也加大，导 致转酯化率降低，不利于转酯化反应，选择 60 ℃为 最佳转酯化温度。 3.2.5 转酯化试验优化
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Hale Waihona Puke 转酯化 -结晶提取棉籽油脱臭馏出物中植物甾醇的研究
孙静涛，董娟，肖婧，史学伟 (石河子大学食品学院，新疆石河子 832000)
摘要：本文系统地研究了棉籽油脱臭馏出物中甾醇提取方法，主要得出以下结论：采用转酯化 -结晶法对棉籽油脱臭馏出物中甾 醇进行萃取，最佳萃取条件为：料液比为 1/5 (m/V)，转酯化温度为 60 ℃，催化剂使用量为 35%，转酯化时间为 4 h，甾醇提取率为 54.80%，甾醇纯度达到 82.10%。 关键词：脱臭馏出物；甾醇；高效液相色谱法 文章篇号：1673-9078(2013)3-568-570
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的脂肪酸转化为脂肪酸酯，同时原料中的甘油酯也部 分转变为甘油与脂肪酸酯。脱臭馏出物中脂肪酸含量 较高(一般在 50~90%)，也存在部分甘油三酸酯(一般 在 10~30%)，因此通过与低碳醇反应，使它们部分转 变成脂肪酸酯，从而降低脂肪酸的沸点。另外，植物 甾醇在脂肪酸甲酯中的溶解度比在相应脂肪酸中的溶 解度小，体系粘度降低[9]，易结晶析出分离得到；游 离脂肪酸与植物甾醇在 CO2 中溶解度的差距也不如脂 肪酸低碳醇与甾醇之间的差距显著，而且体系的粘度 因为大量的脂肪酸转变为脂肪酸酯而下降，流动性更 适于连续化操作，这将有利于后续分离工艺的进行。 因而甲转酯化处理脱臭馏出物将有利于以后的分离过 程，无论采用分子蒸馏、真空精馏、超临界流体萃取 技术或是结晶分离。 2.2.3 脂肪酸转酯化率计算公示