大豆油脚提取甾醇及废水处理方法优化研究

摘要

许多科学家的研究结果表明，植物甾醇具有较好的生理活性，应用价值较高。以脱臭馏出物为材料，研究甾醇提取方法的报道较多，但原材料来源有限。本论文选择了原料丰富的大豆油脚为材料，对甾醇的提取方法进行了探讨研究。提取甾醇的同时，可得到脂肪酸甲酯(生物柴油)、甘油和硫酸钠等副产物，并对产生的废水进行了处理。即提高了大豆产品的附加值，又保护了生态环境，为大豆油脚的综合利用提供了新的途径。 本试验考察了磷硫铁分光光度法测定植物甾醇的准确度和精密度，校准曲线的相关系数R2=0.9989，回收率为97.1％-102.2％，标准偏差为0.0018，变异系数1.41％，此方法与GC法测定样品结果的差值为0.47个百分点，表明磷硫铁分光光度法测定甾醇可以满足实验室及工厂快速分析的要求。 本论文详细分析了原材料油脚的组成成分及性质，根据油脚的特性，建立了从大豆油脚中提取甾醇的方法流程图。对提取方法中的关键环节-皂化过程和酯化过程进行了优化试验。由于原料油脚中含有水份，采用水相皂化较合理。在皂化过程中分析了皂化率对脂肪酸性质、甾醇的纯度和得率的影响，选择了合理的皂化条件：封闭体系，温度控制在95℃，匀速搅拌的条件下，氢氧化钠的最佳用量为12.00g/100g-13.20g/100g，皂化反应时间选择为3h。如果油脚原料不同，皂化时氢氧化钠的用量应根据原料油脚的皂化价来确定，反应最终的皂液pH值控制在9-10。随时取样测定，保证皂化率在90％以上，以确定皂化反应时间。试验结果表明，皂化率低于40％的情况下，洗涤过程容易出现乳化现象，无法提取甾醇。 影响甲酯化反应过程的各因素，同时也制约着甾醇酯转酯化反应。试验结果表明，沸腾温度条件下，甲醇-物料体积比为2：1，pH值为2.0的催化环境，反应2h后，提取的甾醇纯度为93.6％，甾醇得率为89.9％。试验过程中发现，皂化过程和酯化过程是甾醇提取方法中的决定性影响因素，只有选择最佳的反应条件才能提高甾醇的纯度和得率。 大豆油脚提取甾醇的设计方法中产生两种废水：酸化水和洗涤废水。针对两种废水的异同点，分别建立了处理方案，分析了影响因素。通过正交实验和单因素试验，选出了最佳的脱色条件：活性炭的类型为粉末状、活性炭用量1.5％、反应时间20min、反应温度80℃。此过程较好的符合了Freundlich方程，对活性炭的用量起到了指导作用。酸化水中硫酸钠的回收率为80％-85％，甘油的回收率为89.9％，回收的副产物均可用于工业生产。洗涤废水经石灰乳中和脱胶、过滤、脱色处理后，COD的去除率接近90％。因为洗涤废水含有少量的甲醇及有机小分子杂质，处理后的水溶液COD值仍然较高，但是溶液透明，溶液中的大部分SO42-，PO43-离子已被除去，钙离子的浓度很小，所以处理后的水溶液可以重新溶解氢氧化钠或作为洗涤用水再次使用。 本试验研究的甾醇提取方法特点为：选择了来源丰富的大豆油脚为原材料；充分利用游离甾醇的冷析性质，避免了使用大量有机溶剂萃取带来弊端；兼顾了VE的提取；副产物脂肪酸甲酯是一种重要的生物能源；对大豆油脚提取甾醇产生的废水进行了处理研究，为保护环境提供了参考依据。此方法操作过程简单，稳定，易于工业化，对油脂行业开发下游高附加值产品具有十分重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

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1.前言

1.1国内大豆油脚的综合利用情况

1.1.1大豆油脚的来源

1.1.2大豆油脚的组成成分

1.1.3国内大豆油脚的研究情况

1.2甾醇的研究进展

1.2.1甾醇的结构和性质

1.2.2植物甾醇的生理活性及应用[22-28]

1.2.3植物甾醇提取方法研究概况

1.2.4植物甾醇的分析方法

1.3甾醇生产废水的研究进展

2.试验材料及试验方案

2.1试验方法的设计

2.1.1油脚中提取甾醇方法的设计

2.1.2废水处理方法的设计

2.2分析方法

2.2.1原料分析

2.2.2植物甾醇的定性分析

2.2.3植物甾醇的定量分析

2.3皂化条件的优化试验

2.3.1皂化时氢氧化钠用量的优化

2.3.2皂化时间的优化

2.3.3皂化率对脂肪酸性质的影响

2.3.4皂化率对植物甾醇纯度和得率的影响

2.4甲酯化过程的条件优化试验

2.4.1甲醇-物料体积比和反应时间的影响

2.4.2催化剂的影响（H2SO4）

2.4.3酯化率对植物甾醇纯度和得率的影响

2.4.4回收甲醇

2.5废水处理条件的优化试验

2.5.1活性炭脱色条件的优化

2.5.2回收硫酸钠

2.5.3石灰乳脱胶

2.5.4回收甘油

3.结果与讨论

3.1分光光度法检测甾醇

3.1.1添加回收率及方法精密度

3.1.2 GC-MS分析鉴定大豆甾醇及与UV法测定结果比较

3.2皂化条件的优化

3.2.1皂化反应时氢氧化钠用量的优化

3.2.2皂化反应时间的优化

3.2.3皂化率对脂肪酸酸价和碘价的影响分析

3.2.4皂化率对植物甾醇纯度和得率的影响分析

3.3甲酯化条件的优化

3.3.1甲醇-物料体积比和反应时间的影响分析

3.3.2催化剂和反应时间的影响分析

3.3.3酯化率对植物甾醇纯度和得率的影响分析

3.4植物甾醇质量分析

3.5废水处理的优化

3.5.1酸化水脱色条件的优化试验

3.5.2石灰乳脱胶

3.5.3回收甘油

4.结论

参考文献

附录一皂化价的测定（GB/T5534-1995）

附录二酸价的测定

附录三碘价测定方法（Hanus）

附录四油脂中水分的测定

附录五磷脂中的性油的分析

附录六水样化学需氧量（COD）的测定

附录七高碘酸钾滴定法检测甘油

附录八大豆甾醇的质谱图

致谢