阅读说明：本技术 一种使用分子蒸馏技术从茶油脱臭馏出物中提取维生素e的方法 (Method for extracting vitamin E from tea oil deodorized distillate by using molecular distillation technology ) 是由 付建平 韩晓丹 熊伟 吴磊 王慧宾 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种使用分子蒸馏技术从茶油脱臭馏出物中提取维生素E的方法,其步骤包括,(1)酯化预处理；(2)一级分子蒸馏；(3)二级分子蒸馏；(4)三级分子蒸馏。本发明通过正交试验法对分子蒸馏实验条件进行优化。实验表明,蒸发温度为200℃,进料速率为4mL/min,刮膜转速为150rpm时,产物维生素E的纯度达到最高,为0.93％。应用高效液相色谱法对原料成分进行分析,建立了从原料到产品的生育酚含量分析方法。高效液相色谱法分析生育酚含量,原料无需预处理,操作简易,准确率高。(The invention discloses a method for extracting vitamin E from deodorized distillate of tea oil by using a molecular distillation technology, which comprises the following steps of (1) esterification pretreatment; (2) primary molecular distillation; (3) secondary molecular distillation; (4) and (3) three-stage molecular distillation. The invention optimizes the molecular distillation experimental conditions by an orthogonal experimental method. Experiments show that when the evaporation temperature is 200 ℃, the feeding rate is 4mL/min, and the rotating speed of a film scraper is 150rpm, the purity of the product vitamin E reaches the highest value, namely 0.93%. The high performance liquid chromatography is used for analyzing the components of the raw materials, and a method for analyzing the content of tocopherol from the raw materials to the product is established. The high performance liquid chromatography is used for analyzing the content of the tocopherol, the raw materials do not need to be pretreated, the operation is simple and easy, and the accuracy is high.)

一种使用分子蒸馏技术从茶油脱臭馏出物中提取维生素E的 方法

技术领域

本发明属于茶油脱臭馏出物提取维生素E技术领域，具体涉及一种分子蒸馏技术提取茶油脱臭馏出物中维生素E的方法。

背景技术

油茶籽油需经脱胶、脱酸、脱色、脱臭等精炼工序才能达到消费者食用要求。油脂脱臭时产生大量副产品——脱臭馏出物，其主要成分为游离脂肪酸、甘油酯、天然维生素E(生育酚)、甾醇、甾醇酯及氧化产物，其中最有开发价值的是天然维生素E。天然维生素E是四种生育酚和四种生育三烯酚的混合体，根据苯环上被甲基化的位置序数不同分为α-、β-、γ-、δ-生育酚和α-、β-、γ-、δ-生育三烯酚。维生素E具多种生理功能活性，广泛应用于化妆品、医药、食品等行业。油茶籽油中含有丰富的维生素E，然而我们在对毛油进行精炼之后，发现维生素E等营养物质的损失较大，直接导致茶油品质的下降，其损耗大部分残留于皂脚和脱臭馏出物中。综合利用茶油加工过程中的副产物，将其中活性物质提取出来，变废为宝，具有重要的研究和经济价值。目前国内应用油脂为原料制备天然高含量维生素E的方法主要有超临界萃取法(SFE)和分子蒸馏法(MD)等。超临界CO₂萃取(SCDE)具有萃取能力强、无毒、安全、来源广泛、易于从产品中去除等优点，是近年来发展较快的绿色提取技术。但脱臭馏出物中非挥发性组分和色素物质含量高，这些非挥发性组分主要是不饱和脂肪酸，易发生自氧化，此外色素也会影响精油的储藏，因此超临界萃取物的品质恶化快，储藏期较短。分子蒸馏技术是依据混合物分子运动平均自由程的差别，在远低于其沸点的温度下将其分离。所以分子蒸馏技术特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离。本文拟采用多级分子蒸馏技术提取茶油脱臭馏出物中的天然维生素E，以期为工业化生产提供理论依据，并进行废物利用，为环境保护作出贡献。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种从茶油脱臭馏出物中提取高纯度维生素E的方法。本发明以茶油脱臭馏出物为原料，采用阳离子交换树脂催化酯化反应，然后将酯化产物进行三次分子蒸馏，逐步脱除脂肪酸和少量的其他杂质。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，

一种使用分子蒸馏技术从茶油脱臭馏出物中提取维生素E的方法，其步骤包括，

(1)酯化预处理：按醇油重量比1：1.4～1.8将茶油脱臭馏出物原料加入乙醇中，而后加入占混合液重量百分数10～30％的催化剂和占混合液重量百分数15～25％的分子筛，在50～70℃下搅拌反应4.5～6.5小时后，洗涤反应产物，从而得到以维生素E和脂肪酸乙酯为主要成分的混合物；

(2)一级分子蒸馏：将500g通过步骤(1)预处理得到的分子蒸馏原料进行一级分子蒸馏，预热温度40～70℃；在系统压力0.1Pa，加热壁面温度80～100℃、刮板转速80～110rpm条件下，以5～7mL/min的进料速率进入分子蒸馏装置中，获得一级分子蒸馏产物的重相，此步骤主要是除去醛、酮、碳水化合物等沸点较低的轻相组分；

(3)二级分子蒸馏：将一级分子蒸馏产物得到的重相进行第二次分子蒸馏，预热温度75～95℃；在系统压力0.1Pa，加热壁面温度120～150℃，刮板转速90～110rpm条件下，以3～5mL/min的进料速率进入分子蒸馏装置中，获得二级分子蒸馏产物；此过程收集重相组分，除去富含脂肪酸乙酯等沸点较低的轻相组分；

(4)三级分子蒸馏：将二级分子蒸馏产物得到的重相进行第三次分子蒸馏，以分离维生素E和甘油三酯；在系统压力0.1Pa下，加热壁面温度160～240℃、刮膜转速100～200rpm条件下，以2～4mL/min进料速率进入分子蒸馏装置中，收集轻相中的维生素E，以产品中维生素E含量作为检测指标。

作为一种优选技术方案，步骤(1)中，所述催化剂优选为南开001*7型阳离子交换树脂；所述分子筛作为吸水剂，所述分子筛为球形5A型分子筛。

作为一种优选技术方案，步骤(1)中，乙醇与茶油脱臭馏出物的重量比优选为1：1.5，催化剂质量分数20％，反应温度50℃，反应时间6h，茶油脱臭馏出物的酯化率达到96.2％。

作为一种优选技术方案，步骤(1)后，将步骤(1)获得的混合物进行超声波处理后再进行低温冷冻重结晶，过滤去除结晶物，进一步纯化分子蒸馏原料。

作为一种优选技术方案，步骤(2)中，工艺参数优选为，预热温度55～65℃，系统压力0.1Pa，加热壁面温度80～95℃、刮板转速95～110rpm，进料速率5.5～7mL/min。

作为一种优选技术方案，步骤(2)中，工艺参数优选为，预热温度85℃，系统压力0.1Pa，加热壁面温度90℃，刮板转速100rpm，进料速率6mL/min。。

作为一种优选技术方案，步骤(3)中，工艺参数优选为，预热温度90℃，系统压力0.1Pa，加热壁面温度为135℃，刮板转速为100rpm，进料速率为4mL/min。

作为一种优选技术方案，步骤(2)、(3)、(4)之前，在开启分子蒸馏前，检查各排气阀的密封性，并确保冷阱中充满液氮以更好地确保真空度及保护油扩散泵。

作为一种优选技术方案，步骤(4)中，工艺参数优选为，加热壁面温度为200℃，刮膜转速为150rpm，进料速率为4mL/min，重相中为甘油三酯，轻相为维生素E。

通过正交试验法对分子蒸馏实验条件进行优化。实验表明，蒸发温度为200℃，进料速率为4mL/min，刮膜转速为150rpm时，产物维生素E的纯度达到最高，为0.93％。应用高效液相色谱法对原料成分进行分析，建立了从原料到产品的生育酚含量分析方法。高效液相色谱法分析生育酚含量，原料无需预处理，操作简易，准确率高。

附图说明

图1为本发明实施例维生素E标样HPLC色谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步详细阐述本发明内容。

本发明实施例选用仪器为：

德国UIC公司KDL5型分子蒸馏仪；

HY-8(A)型振荡器；

TDL-40B型台式大容量离心机；

德国sykam液相色谱仪；

上海亚荣生化仪器厂RE52CS-1旋转蒸发器；

上海精宏实验设备有限公司DHG-9076A电热恒温鼓风干燥箱；

昆山市超声仪器有限公司KQ-2200超声波清洗器；

赛多利斯科学仪器北京有限公司ALB-224分析天平等。

本发明实施例选用试剂为：

干氢强酸性阳离子交换树脂；

***、乙醇、氢氧化钾以及无水硫酸钠均为分析纯；

色谱级甲醇；

分子筛；

α-生育酚、β-生育酚标准品；

茶油脱臭馏出物由江西万山油茶有限公司提供。

实施例1酯化预处理

一种使用分子蒸馏技术从茶油脱臭馏出物中提取维生素E的酯化预处理方法，其步骤包括，

(1)酯化预处理：将脂肪酸转化为脂肪酸乙酯，可以拉大维生素E与游离脂肪酸的沸点差和溶解度，也为下一步的分离提供比较好的原料，提高产品的纯度，改善产品的品质和延长储藏期。在对茶油脱臭馏出物进行酯化预处理时，按醇油重量比1：1.4～1.8的料液比将茶油脱臭馏出物原料加入乙醇中，而后加入占混合液重量百分数10～30％的催化剂和占混合液重量百分数15～25％的分子筛，之后在50～70℃下搅拌反应4.5～6.5小时，洗涤反应产物，从而得到以维生素E和脂肪酸乙酯为主要成分的混合物；所述催化剂选用南开001*7型阳离子交换树脂；所述分子筛选用球形5A型分子筛；

(2)将步骤(1)获得的混合物进行超声波处理后再进行低温冷冻重结晶，过滤去除结晶物，从而进一步纯化分子蒸馏原料。

反应转化率定义为已转化的羟基的摩尔数与脱臭馏出物中总羟基的摩尔数之比，可根据反应物酸价的变化来计算。从反应物中取出3～4g，用无水乙醇和无水***的混合液50ml(v：v＝1：1)溶解，以0.1mol/L的氢氧化钾标准溶液进行酸碱滴定，计算酸价和酯化率。

按上述步骤，选用乙醇与茶油脱臭馏出物的重量比为1：1.5，催化剂质量分数20％，分子筛质量分数20％，反应温度50℃，反应时间6h，茶油脱臭馏出物的酯化率达到96.2％。

本步骤中，采用乙酯化对原料进行预处理，主要优势有：1、分子尺寸小，位阻小，活性高，酯化反应更容易进行；2、来源广泛，相对廉价，成本较低；3、不与水形成共沸物，容易回收，降低生产成本；4、反应条件温和，易于实现工业化；5、不引入对人体有害的甲醇等物质，产品可用于食品药品领域。

此外，酯化反应选用阳离子交换树脂做催化剂，具有以下优点：1、反应结束易于后处理；2、无酸碱，对设备基本无腐蚀性；3、可循环使用。

实施例2酯化反应结果分析

通过实施例1所述方法对油茶籽油脱臭馏出物进行酯化预处理，使油茶籽油脱臭馏出物的酸价降到3mgKOH/g以下，将大部分的脂肪酸转化为脂肪酸乙酯，为下一步的分子蒸馏提供了比较好的原料。

针对油茶籽油脱臭馏出物体系，从酯化结果来看，所采用的强酸性阳离子交换树脂具有较高的活性，是一种较为理想的酯化催化剂。

酯化反应的适宜操作条件为：采用分子筛作为吸水剂，乙醇与脱臭馏出物的质量比为1：1.4～1.8，酸性树脂催化剂质量分数10％～30％，分子筛质量分数15-25％，反应温度50～70℃，反应时间4.5～6.5h，酯化率达到96.2％。

由于采用了较温和的反应条件，酯化过程中生育酚的回收率较高。计算过程见表1。

表1酯化过程维生素E的衡算

m₁-酯化产物中生育酚总量；m₂-原料中生育酚总量；

之后，采用热乙醇溶液，对酸性树脂催化剂和分子筛进行洗涤、抽滤，可以除去吸附的乙酯物，实现对树脂进行有效的回收，酸性树脂催化剂和分子筛可以重复使用3～4次。

为进一步去除甾醇，还可再采用超声波处理后进行重结晶，得到的甾醇晶体通过抽滤去除，从而为分子蒸馏操作进一步减轻负担。

实施例3分子蒸馏处理

一种使用分子蒸馏技术从茶油脱臭馏出物中提取维生素E的方法，其步骤包括，

(1)一级分子蒸馏：将500g通过实施例1处理而得到的原料进行预热处理，预热温度40～70℃；在系统压力0.1Pa，考察在80～100℃的不同加热壁面温度下、在80～110rpm的不同刮板转速下、在5～7mL/min的不同进料速率下进入分子蒸馏装置中，获得一级分子蒸馏产物的重相，此步骤主要是除去醛、酮、碳水化合物等沸点较低的轻相组分；

在一级分子蒸馏过程中考察分子蒸馏加热壁面温度、刮板转速以及进料速率对分离以维生素E和脂肪酸乙酯为主要成分的混合物中脂肪酸乙酯的影响，以产品中维生素E含量作为检测指标；

在一级分子蒸馏、二级分子蒸馏和三级分子蒸馏中，在开启分子蒸馏前，应注意各排气阀的密封性并确保冷阱中充满液氮以更好地确保真空度及保护油扩散泵；

(2)二级分子蒸馏：将一级分子蒸馏产物得到的重相进行第二次分子蒸馏，预热温度75～95℃；在系统压力0.1Pa，考察在120～150℃的不同加热壁面温度下、在90～110rpm的不同刮板转速下、在3～5mL/min的不同进料速率下进入分子蒸馏装置中，获得二级分子蒸馏产物；此过程收集重相组分，除去富含脂肪酸乙酯等沸点较低的轻相组分；

在二级分子蒸馏过程中考察分子蒸馏预热温度、加热壁面温度、刮板转速以及进料速率对分离以维生素E和脂肪酸乙酯为主要成分的混合物中脂肪酸乙酯的影响；

(3)三级分子蒸馏：将二级分子蒸馏得到的重相进行第三次分子蒸馏，以分离维生素E和甘油三酯，考察在160～240℃的不同加热壁面温度下、在100～200rpm的不同刮膜转速下、在2～4mL/min的不同进料速率下进入分子蒸馏装置中，获得三级分子蒸馏产物；以产品中维生素E含量作为检测指标，收集轻相中的维生素E；

在此过程中考察分子蒸馏加热壁面温度、刮板转速以及进料速率对分离以维生素E和甘油三酯为主要成分的混合物中甘油酯的影响。

实施例4

高效液相色谱法测定维生素E的含量，其步骤为，

(1)α-生育酚标准溶液的制备：准确称量100mgα-生育酚标准品放入100ml容量瓶中，再用乙醇溶液稀释至刻度值，配成浓度为1mg/ml的标准溶液；

用取样器分别取出一定量1mg/ml的标准溶液用乙醇稀释，配成浓度分别为10μg/ml、20μg/ml、30μg/ml、40μg/ml、50μg/ml的生育酚标准溶液；

(2)待测溶液的制备：以实施例2分离提取过程最后得到的样品为例，称取实施例2分离提取过程最后得到的样品1.0g左右，放入25ml容量瓶中，用乙醇稀释至刻度，配成待测溶液，放入冰箱中；

(3)HPLC分析：色谱条件ODSC₁₈色谱柱(4.6mm×250mm，5μm)；流动相：甲醇-水溶液(98：2)；检测波长300nm；流速1mL/min；柱温30℃。

以标样的浓度为横坐标，以相应浓度对应的响应峰值为纵坐标做图，得到峰值相对与浓度的标准曲线。

将待测液进行同等条件下的液相分析，响应峰带入标准曲线S_α＝aC_α+b就得到待测样品的浓度，计算公式如下：

x_待测液＝x_α+x_β+γ+x_d；

S_i—响应峰值；

C_α—α-生育酚溶液浓度(mg/mL乙醇)；

x_i—生育酚同系物的质量百分比浓度；

V—配制的分析样品溶液的体积(mL)；

m—样品重量(g)；

a、b—常数。

实施例5一、二级分子蒸馏实验研究

将实施例1酯化预处理后的产物通过三次分子蒸馏进行生育酚的浓缩，其中前两次分子蒸馏主要是蒸去沸点比生育酚低的醛、酮、碳水化合物、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯等，而与生育酚沸点比较相近的甘油一酯不容易进行分离。

据文献报道，预热温度愈接近加热壁面温度，传质与传热效果越好，分离效果就越好。从试验实施过程中发现，本发明一、二级分子蒸馏采用预热温度75～95℃，且以不超过80℃为佳。

经过两次分子蒸馏而得到的重相产品中的α-VE含量由原料的0.0072％提高到0.0366％。

实施例6三级分子蒸馏实验条件优化

在二级分子蒸馏基础上，增大加热壁面的温度，将经过二级分子蒸馏得到的重相进行第三次分子蒸馏以分离维生素E和甘油三酯。采用L₉(3⁴)正交表，以蒸发温度、进料速率、刮膜转速为3因素建立正交试验，将得到的轻组分进行维生素E含量测定。因素水平见表2。

表2正交因素水平表

表3分子蒸馏实验正交试验结果

三级分子蒸馏正交试验结果见表3。从表3可知，R_A＞Rc＞R_B，表明A、B、C三个因素对提取率影响的主次顺序为A＞C＞B；最佳提取条件为A₂B₂C₂，即蒸发温度200℃，进料速率为4mL/min，刮膜转速150rpm。

此条件下进行验证试验，分子蒸馏产物中维生素E含量达0.93％。

实施例7维生素E的含量测定

由实验可得，从茶油脱臭馏出物中得到的天然维生素E以活性最高的α-生育酚为主，因此维生素E的含量测定以α-生育酚作为标准样品。

(1)线性关系考察

在实施例4的HPLC条件下，分别将5种溶度的对照品溶液进样20μL，记录色谱峰面积；

将对照品的峰面积设为纵坐标(Y)，对照品的质量浓度设为横坐标(X)，建立标准曲线方程，得回归方程Y＝149003·X-30209，r＝0.9995，线性关系良好。

(2)样品含量测定及重复性实验

准确称取同一样品共5份，在最佳提取条件下提取后，按实施例4所述方法制备5份供试品溶液，测得维生素含量平均值为0.927％，RSD为1.1％，表明方法重复性良好。

(3)稳定性试验

对同一供试品溶液分别于制备后0，2，4，8，24h测定绿原酸峰面积。结果RSD为1.2％，表明样品在24h内具有良好的稳定性。

试验得出，经过预处理的茶油脱臭馏出物进行三级分子蒸馏能够将原料中的α-VE含量提高近13倍，得到以天然α-VE为主的天然维生素E。

本发明所采用的干氢强酸性阳离子交换树脂具有较高的活性，是一种较为理想的酯化催化剂。

本发明酯化反应的适宜操作条件为：采用分子筛作为吸水剂，乙醇与茶油脱臭馏出物的质量比为1：1.5，催化剂质量分数20％，反应温度50℃，反应时间6h，酯化率达到96.2％。

由于采用了较温和的反应条件，酯化过程中生育酚的回收率较高，而且能够将杂质与目标产物进行有效的区分，并且从成本上来说也是经济的。之后再将酯化后的酯化产物进行三次分子蒸馏，逐步脱除脂肪酸和少量的其他杂质。其中第三级蒸馏采用正交试验法对实验条件进行优化，当蒸发温度200℃，进料速率4mL/min，刮膜转速150rpm时，维生素E的纯度达到最高，为0.93％。

另外，采用高效液相色谱法对原料成分进行分析，建立了从原料到产品生育酚含量的分析方法。用高效液相色谱法分析生育酚含量，原料不需要预处理，操作简易，准确率高。虽然茶油脱臭馏出物原料本身维生素E的总含量不高，但其中生理活性最高的α-VE含量很高，其茶油脱臭馏出物具有很高的综合应用价值。