一种高纯度藻源pla及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高纯度藻源pla及其制备方法 (High-purity algae-derived PLA and preparation method thereof ) 是由 梁鑫淼 郭志谋 金高娃 丁俊杰 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高纯度藻源PLA及其制备方法,其特征在于从藻油到PLA纯品的完整工艺路线,含转酯化、脱色、纯化等三个步骤,其中转酯化对催化剂浓度,物料比,反应温度及反应时间等条件进行了摸索,提高转化率；脱色对吸附剂的种类,溶解方式,物料比,脱色时间进行了考察,保证脱色的同时降低损失率；纯化步骤采用色谱分离纯化手段,硅胶或硅胶键合材料,有机溶剂和水相混合为洗脱剂,进行分离,最终得到气相纯度98％以上的高纯度的乙酯或甲酯型PLA产品。(The invention discloses a high-purity algae source PLA and a preparation method thereof, which is characterized in that a complete process route from algae oil to a pure PLA product comprises three steps of transesterification, decoloration, purification and the like, wherein the transesterification searches conditions such as catalyst concentration, material ratio, reaction temperature, reaction time and the like, and the conversion rate is improved; the decolorization inspects the types, the dissolving modes, the material ratios and the decolorization time of the adsorbents, so that the loss rate is reduced while the decolorization is ensured; and the purification step adopts a chromatographic separation and purification means, silica gel or silica gel bonding material, organic solvent and water phase are mixed as eluent for separation, and finally the high-purity ethyl ester or methyl ester type PLA product with gas phase purity of more than 98 percent is obtained.)
技术领域
本发明涉及藻源PLA的转酯化，脱色及其纯化制备技术领域。
背景技术
不饱和脂肪酸在抗氧化、心脑血管维护、神经发育与修复、代谢综合紊乱症调控等有重要的预防保健与治疗作用，但其功能与安全性受纯度与杂质含量影响巨大。藻源脂肪酸是可持续的不饱和脂肪酸重要来源，但组成复杂；相对于鱼油脂肪酸，海洋微藻中提取的脂肪酸无异味、且不含胆固醇，一些藻类中的不饱和脂肪酸含量远远高于鱼油，且所含种类较纯，便于分析。从藻类中提取富含不饱和脂肪酸的脂质资源，为海洋微藻深加工奠定了基础；如何解决目标不饱和脂肪酸的高效定向制备是推动微藻不饱和脂肪酸产业化的关键。
研究发现黄丝藻油脂中棕榈油酸(C16:1Δ9)的含量占总脂肪酸的50％左右，远高于其它常见微藻(Wang et al.,2016)。而棕榈油酸(C16:1Δ9)属于ω-7单不饱和脂肪酸，除与ω-3脂肪酸一样具有促甘油三酯降低、有益心血管系统健康外，还被认为是一种新型荷尔蒙，能够提高人体对胰岛素的敏感性，在Ⅱ型糖尿病的预防、保健和治疗方面具有重要作用。研究发现黄丝藻可以利用有机碳源，特别是葡萄糖进行高密度异养生长的特性(Wanget al.,2017；Zhou et al.,2017)，通过对培养基中有机碳、氮源和磷源及无机营养盐的优化，建立了黄丝藻批式流加发酵工艺，最终生物量可达40g/L，油脂含量经诱导后可达干重的45％左右。该技术为建立利用黄丝藻异养发酵生产ω-7脂肪酸并联产生物柴油工艺奠定了基础。
从藻类提取出来且未做任何纯化处理的脂类混合物称为藻油，藻油中的棕榈油酸是羧酸型，且其含有大量的色素，主要是叶绿素。叶绿素的存在使藻油呈现出棕黑色或深绿色；这就需要在已建立的不饱和脂肪酸高效制备色谱分离体系以及藻源不饱和脂肪酸定向生产的基础上，以黄丝藻中的ω-7棕榈油酸为对象，根据产品纯度和杂质控制的目标需求，进行实际微藻不饱和脂肪酸的高效制备技术研究，建立从藻源不饱和脂肪酸资源供应到高效制备色谱纯化全过程的联动和规模放大技术体系，实现可工业化放大的高纯藻源ω-7棕榈油酸的高效生产制备。
发明内容
本发明涉及一种对粗藻油进行转酯化，脱色，两步色谱分离纯化的方法，包括以下步骤：
1)藻油转酯化：称取适量的藻油原样，加入到配制好的1％～10％硫酸-乙醇或甲醇溶液中，其中藻油质量与乙醇或甲醇及硫酸的体积比为1：5～1：100，油浴加热至溶液微沸，温度60～80℃，加热回流0.5～5h；反应结束后，冷却溶液，加适量纯水和正己烷进行萃取，收集正己烷层，减压浓缩得到深绿色或棕褐色的乙酯或甲酯型PLA粗品；
2)脱色：称取适量的乙酯或甲酯型PLA粗品，溶于甲醇，乙醇，正己烷，丙酮，异丙醇，乙腈中的一种或多种，与脱色剂，硅胶，活性炭，白土，凹凸棒土，石墨化碳，树脂等材料中的一种或多种混合，并搅拌，脱色材料与样品的质量比为1：0.5～1：10，脱色时间为：0.1～1h；反应结束后，将样品液过滤后，旋蒸除去有机溶剂，得到淡黄色的乙酯或甲酯型PLA粗品；
3)色谱一维分离纯化：称取适量的2)中所得的乙酯或甲酯型PLA粗品，用初始流动相配制成浓度为10～800mg/mL；采用疏水性填料(粒径为5～100μm，孔径为(埃)，比表面积为100～500m2/g,填料中碳的质量含量为5～35％，键合烷基固定相碳原子数为1-30正链烷基中的一种或多种)进行分离；洗脱液为水溶液和甲醇，乙醇，乙腈，丙酮，异丙醇中的一种的混合溶液，水相和有机相在洗脱液中体积比，通常有机相的体积为50～100％；洗脱液流速流速为0.2mm/s-2mm/s，温度为10-60℃，紫外检测波长为200nm-220nm；收集目标峰馏分液，并进行气相检测，得一维分离得到的样品；
4)将步骤3)得到的一维分离得到的样品代替上述步骤3)的原料脱色后的样品重复上述步骤3)的过程，完成第二次柱色谱分离，得到二维分离得到的样品，即产品。
本发明的创新点和优点是：
1.藻油到乙酯或甲酯型PLA纯品的完整工艺路线，含转酯化、脱色、纯化等三个步骤，并可以获得气相纯度大于98％的产品；
2.载样量大，易于实现工业化生产；
3.工艺流程简单，重复性好，操作简单可控，易实现自动化，过程稳定；
4.色谱柱中的填料可重复使用，节约成本；
附图说明
图1实施例1中一维纯化制备谱图
图2实施例1中二维纯化制备谱图
图3实施例1-4中所用PLA标准品的气相分析谱图
图4实施例1中一维PLA产品气相分析谱图
图5实施例1中二维PLA产品气相分析谱图
由图1～5(除图3)可以看出，样品制备过程以及样品气相色谱纯度由低到高的变化。
具体实施方式
现结合实例，对本发明做进一步说明。实例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。
以下所用实施例中所进行的气相色谱的条件如下：
色谱柱：DB-5：0.25mm*0.25μm*30m；
温度：
进样端：320℃
检测端温度：350℃
色谱柱段：请参阅下面的温度程序表
气体：氮气
流速：1.3mL/min；
进样体积：1μL；
实施例1
1)藻油转酯化：称取40g黄丝藻油原样，加入到1000mL配制好的体积比3％硫酸(质量浓度98％)-乙醇溶液中，油浴加热至溶液微沸，温度75℃，加热回流2h；反应结束后，冷却溶液，加100mL纯水，用正己烷进行萃取，萃取三次，每次用正己烷100mL；收集正己烷层，30℃减压浓缩得到39.26g深绿色或棕褐色的乙酯型PLA油状粗品，质量回收率98.15％；2)脱色：称取1)中的乙酯型PLA粗品35g，溶于350mL甲醇溶液中，加7g硅胶，振摇后静置0.5h，将样品液过滤后，60℃旋蒸除去有机溶剂，得到33.25g淡黄色的乙酯型PLA油状粗品，质量回收率为95％，此时样品气相色谱纯度为37.12％；
3)色谱一维分离纯化：称取2)中所得的乙酯型PLA粗品30g，加初始流动相(洗脱溶剂)溶解至60mL，全部进样，上样量(原料与填料质量比)10％；使用硅胶表面键合的十八烷基填料，(柱规格50×250mm(直径与高)，粒径15μm，孔径(埃)，填料中碳的质量含量为15％，比表面积为300m2/g，填料质量300g)，柱温30℃，流速0.7mm/s；洗脱溶剂为甲醇、水，甲醇/水相体积比为90/10，紫外检测器，检测波长210nm，目标峰馏分液，并进行气相检测，得到14.83g气相色谱纯度为75.08％的一维PLA油状产品，目标峰回收率90％；
4)色谱二维分离纯化：将3)中的得到样品10g，加初始流动相(洗脱溶剂)溶解至20mL，上样量(原料与填料质量比)3.3％；使用硅胶表面键合的十八烷基填料(柱规格50×250mm(直径与高)，粒径15μm，孔径(埃)，填料中碳的质量含量为15％，比表面积为300m2/g，填料质量300g)，柱温30℃，流速0.7mm/s；洗脱溶剂为甲醇、水，甲醇/水相体积比为95/5，紫外检测器，检测波长210nm，目标峰馏分液，并进行气相检测，得到9.36g气相色谱纯度为98.5％的二维PLA油状产品，目标峰回收率92％；
实施例2
1)藻油转酯化：称取40g黄丝藻油原样，加入到1200mL配制好的体积比为3％硫酸(质量浓度98％)-甲醇溶液中，油浴加热至溶液微沸，温度75℃，加热回流2h；反应结束后，冷却溶液，加100mL纯水，用正己烷进行萃取，萃取三次，每次100mL；收集正己烷层，30℃减压浓缩得到39.74g深绿色或棕褐色的甲酯型PLA油状粗品，质量回收率99.35％；
2)脱色：称取1)中的甲酯型PLA粗品35g，溶于35mL甲醇溶液中，加7g白土，振摇后静置0.5h，将样品液过滤后，60℃旋蒸除去有机溶剂，得到34.3g淡黄色的甲酯型PLA油状粗品，质量回收率为98％，此时样品气相色谱纯度为37.46％；
3)色谱一维分离纯化：称取2)中所得的甲酯型PLA粗品45g，加初始流动相(洗脱溶剂)溶解至90mL，全部进样，上样量(原料与填料质量比)15％；使用硅胶表面键合的十八烷基填料(柱规格50×250mm(直径与高)，粒径12μm，孔径(埃)，填料中碳的质量含量为18％，比表面积为300m2/g，填料质量300g)，柱温30℃，流速0.7mm/s；洗脱溶剂为甲醇、水，甲醇/水相体积比为90/10，紫外检测器，检测波长210nm，目标峰馏分液，并进行气相检测，得到20.95g气相色谱纯度为70.02％的一维PLA油状产品，目标峰回收率87％；
4)色谱二维分离纯化：将3)中的得到样品20g，加初始流动相溶解至40mL，上样量(原料与填料质量比)6.7％；使用硅胶表面键合的十八烷基填料(柱规格50×250mm(直径与高)，粒径12μm，孔径(埃)，填料中碳的质量含量为18％，比表面积为300m2/g，填料质量300g)，柱温30℃，流速0.5mm/s；洗脱溶剂为甲醇、水，甲醇/水相体积比为95/5，紫外检测器，检测波长210nm，目标峰馏分液，并进行气相检测，得到13.70g气相色谱纯度为98.6％的二维PLA油状产品，目标峰回收率92％；
实施例3
1)藻油转酯化：称取60g黄丝藻油原样，加入到1200mL配制好的体积比为5％硫酸(质量浓度98％)-乙醇溶液中，油浴加热至溶液微沸，温度75℃，加热回流2h；反应结束后，冷却溶液，加100mL纯水，用正己烷进行萃取，萃取三次，每次100mL；收集正己烷层，30℃减压浓缩得到58.81g深绿色或棕褐色的乙酯型PLA油状粗品，质量回收率98.01％；
2)脱色：称取1)中的乙酯型PLA粗品50g，溶于100mL正己烷溶液中，加10g凹凸棒土，振摇后静置0.5h，将样品液过滤后，60℃旋蒸除去有机溶剂，得到49g淡黄色的乙酯型PLA油状粗品，质量回收率为98％，此时样品气相色谱纯度为37.43％；
3)色谱一维分离纯化：称取2)中所得的乙酯型PLA粗品45g，加初始流动相(洗脱溶剂)溶解至90mL，全部进样，上样量(原料与填料质量比)15％；使用硅胶表面键合的十六烷基填料(柱规格50×250mm(直径与高)，粒径12μm，孔径(埃)，填料中碳的质量含量为18％，比表面积为300m2/g，填料质量300g)，柱温30℃，流速0.7mm/s；洗脱溶剂为乙醇、水，乙醇/水相体积比为90/10，紫外检测器，检测波长210nm，目标峰馏分液，并进行气相检测，得到19.75g气相色谱纯度为75.12％的一维PLA油状产品，目标峰回收率88％；
4)色谱二维分离纯化：将3)中的得到样品20g，加初始流动相溶解至40mL，上样量(原料与填料质量比)6.7％；使用硅胶表面键合的十六烷基填料(柱规格50×250mm(直径与高)，粒径12μm，孔径(埃)，填料中碳的质量含量为18％，比表面积为300m2/g，填料质量300g)，柱温30℃，流速0.5mm/s；洗脱溶剂为乙醇、水，乙醇/水相体积比为95/5，紫外检测器，检测波长210nm，目标峰馏分液，并进行气相检测，得到13.64g气相色谱纯度为99.1％的二维PLA油状产品，目标峰回收率90％；
实施例4
1)藻油转酯化：称取60g黄丝藻油原样，加入到1800mL配制好的体积比为5％硫酸(质量浓度98％)-甲醇溶液中，油浴加热至溶液微沸，温度75℃，加热回流2h；反应结束后，冷却溶液，加100mL纯水，用正己烷进行萃取，萃取三次，每次100mL；收集正己烷层，30℃减压浓缩得到58.81g深绿色或棕褐色的甲酯型PLA油状粗品，质量回收率98.01％；
2)脱色：称取1)中的甲酯型PLA粗品50g，溶于100mL乙醇溶液中，加10g白土，振摇后静置0.5h，将样品液过滤后，60℃旋蒸除去有机溶剂，得到47.5g淡黄色的甲酯型PLA油状粗品，质量回收率为95％，此时样品气相色谱纯度为37.26％；
3)色谱一维分离纯化：称取2)中所得的甲酯型PLA粗品15g，加初始流动相(洗脱溶剂)溶解至30mL，全部进样，上样量(原料与填料质量比)5％；使用硅胶表面键合的十八烷基填料(柱规格50×250mm(直径与高)，粒径12μm，孔径(埃)，填料中碳的质量含量为19％，比表面积为300m2/g，填料质量300g)，柱温30℃，流速0.6mm/s；洗脱溶剂为乙醇、水，乙醇/水相体积比为90/10，紫外检测器，检测波长210nm，目标峰馏分液，并进行气相检测，得到6.38g气相色谱纯度为79.25％的一维PLA油状产品，目标峰回收率90.5％；
4)色谱二维分离纯化：将3)中的得到样品6g，加初始流动相溶解至12mL，上样量(原料与填料质量比)2％；使用硅胶表面键合的十八烷基填料(柱规格50×250mm(直径与高)，粒径12μm，孔径(埃)，填料中碳的质量含量为192％，比表面积为300m2/g，填料质量300g)，柱温30℃，流速0.5mm/s；洗脱溶剂为乙醇、水，乙醇/水相体积比为95/5，紫外检测器，检测波长210nm，目标峰馏分液，并进行气相检测，得到4.54g气相色谱纯度为99.5％的二维PLA油状产品，目标峰回收率95％。
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