全 文 ：收稿日期:2012 － 08 － 31;修回日期:2012 － 11 － 08
作者简介:史宣明(1971) ，男，高级工程师，主要从事油脂科
研设计工作(E-mail)WLR1@ 163． com。
油脂化工
从元宝枫油中提取神经酸并制备
生物柴油的技术研究
史宣明1，陈 燕1，张 骊1，夏 辉1，鲁海龙1，孟 佳1，韩少威2
( 1． 国家粮食储备局 西安油脂科学研究设计院，西安 710082;
2． 营口晨光植物提取设备有限公司，辽宁 营口 150002)
摘要:以元宝枫油为原料，研究了元宝枫油在提取神经酸同时制备生物柴油的最优技术条件。预酯
化工艺参数为: 原料油与乙醇摩尔比 1 ∶ 6，酯化时间 2． 5 h，催化剂用量 4． 0% ;酯交换工艺参数为:
预酯化混合物与乙醇摩尔比 1 ∶ 6，催化剂用量 1． 0%，酯化时间 3 h;分子蒸馏工艺参数为:初级分
子蒸馏压力 97 Pa，蒸馏温度 60℃，物料流量 1 kg /h;二级分子蒸馏压力 50 Pa，蒸馏温度 170℃，物
料流量 1 kg /h; 三级分子蒸馏压力 10 Pa，蒸馏温度 170℃，物料流量 0． 3 kg /h。两次放大试验所得
到的产品神经酸含量达到 47%左右，生物柴油质量达到了 GB /T 20828—2007 国家标准。
关键词:元宝枫;神经酸; 生物柴油;分子蒸馏
中图分类号:TS225． 1;TQ645 文献标志码:A 文章编号:1003 － 7969(2013)02 － 0061 － 05
Preparation of nervonic acid and biodiesel from
Acer truncatum Bunge seed oil
SHI Xuanming1，CHEN Yan1，ZHANG Li1，XIA Hui1，
LU Hailong1，MENG Jia1，HAN Shaowei2
(1． Xian Oils ＆ Fats Research ＆ Design Institute，State Administration of Grain Reserve of
P． R． C．，Xi’an 710082，China;2． Yingkou Chenguang Plant Extraction Equipment
Co．，Ltd．，Yingkou 150002，Liaoning，China)
Abstract:Acer truncatum Bunge seed oil was used as raw material for producing nervonic acid and biodie-
sel simultaneously． Pre － esterification parameters were:molar ratio of Acer truncatum Bunge seed oil to
ethanol 1∶ 6，reaction time 2． 5 h，dosage of catalyst 4． 0% ． Transesterification parameters were:molar
ratio of pre － esterification mixtures to ethanol 1∶ 6，reaction time 3 h，dosage of catalyst 1． 0% ． Molecu-
lar distillation parameters were:the first molecular distillation pressure 97 Pa，temperature 60℃，materi-
al flowing rate 1 kg /h;the second molecular distillation pressure 50 Pa，temperature 170℃，material
flowing rate 1 kg /h;the third molecular distillation pressure 10 Pa，temperature 170℃，material flowing
rate 0． 3 kg /h． The content of nervonic acid in the product obtained by pilot plant tests was about 47%，
and the quality of biodiesel reached national standard GB /T 20828—2007．
Key words:Acer truncatum Bunge;nervonic acid;biodiesel;molecular distillation
元宝枫，因其翅果形状像中国古代的金锭元宝
而得名，其作为经济树种的开发始于 20 世纪 70 年
代初，是一种优良的木本油料［1］。元宝枫种子含油
高达 48%，其中含有 5． 6%的神经酸使其价值远高
于其他油料。元宝枫是我国含神经酸木本植物的一
个特有树种，是提取神经酸的重要资源［2］。
神经酸是一种长链单不饱和脂肪酸(化学名为
顺 15 －二十四碳烯酸) ，最早发现于哺乳动物的神
162013 年第 38 卷第 2 期 中 国 油 脂
经组织，故命名为神经酸。神经酸对神经元与胶质
细胞活跃，对髓鞘的形成有显著促进作用，能够促进
大脑发育，改善记忆和提高视力，医治多发性硬化症
等髓鞘疾病，并有显著的抗疲劳、抗衰老、降血脂功
效［3］。人体自身不能合成神经酸，只能从鲨鱼脑及
少数几种植物中摄取，在国际上其是昂贵的医药和
保健品原料。
本研究的一大特点及优势是在提取神经酸的同
时还可得到性能优异的生物柴油。用元宝枫油制备
的生物柴油同普通柴油相比，是一种绿色柴油，对环
境友好，有优良的环保特性，其含硫量低，可使二氧
化硫和硫化物的排放减少约 30%，且不含对环境造
成污染的芳香烃;安全性能高，元宝枫生物柴油的燃
点约为 180℃，远高于普通柴油的燃点(50℃) ，因
此使用、运输、处理和储藏都更加安全;它的燃料性
能佳，在所有燃油中，生物柴油的能量衡算最高，更
重要的是其具有可再生性。
1 工艺方案研究
1． 1 材料、仪器
元宝枫油，磷酸、乙醇、氢氧化钠、催化剂 1、催
化剂 2 等均为分析纯。
恒温水浴锅，旋转蒸发仪，电动搅拌器，AE －
240 电子分析天平，Agilent 6890 气相色谱仪，德国
VIC KD2 －5 型分子蒸馏仪。
1． 2 工艺路线
以元宝枫油为原料，根据元宝枫油酸值高低分
为两种工艺。酸值(KOH)小于 5 mg /g 的情况下，
先进行碱炼，使酸值(KOH)降到 1 mg /g 以下，以使
元宝枫油能在碱性催化剂作用下与过量的乙醇进行
酯化反应(见工艺方案 1)。如果原料的酸值
(KOH)大于 5 mg /g，先以硫酸为催化剂进行预酯化
反应，待酸值(KOH)小于 2 mg /g 以后，再在碱性催
化剂作用下与过量的乙醇进行酯交换反应［3］(见工
艺方案 2)。两种工艺如下:
工艺方案 1:
1． 3 工艺说明
1． 3． 1 采用工艺方案 1
(1)脱胶:将元宝枫原料油与定量的磷酸在一
定温度下搅拌反应，静置沉淀使油脚完全分离，用温
水洗涤数次脱除原料油中的胶质。
(2)碱炼:将脱胶后的元宝枫油与一定浓度的
氢氧化钠溶液在一定温度下搅拌反应，静置沉淀使
皂粒完全分离，使酸值(KOH)降到 1 mg /g 以下，用
温水洗涤数次，再脱除水分。
(3)酯交换:将经过脱胶、碱炼洗涤和脱水后的
元宝枫油与一定量的乙醇和催化剂 2 混合后，在一
定的温度下进行酯交换反应，反应完后回收溶剂、水
洗除去反应副产物。
(4)分子蒸馏:在一定的真空度和温度下进行
真空脱水和多级分子蒸馏，收集不同温度和真空度
条件下的馏分。
1． 3． 2 采用工艺方案 2
(1)脱胶:将元宝枫原料油与定量的磷酸在一
定温度下搅拌反应，静置沉淀使油脚完全分离，用温
水洗涤数次脱除原料油中的胶质。
(2)预酯化:将脱胶后的元宝枫油与一定量的
乙醇和催化剂 1 混合后，在一定的温度下反应一定
时间，使酸值(KOH)降到 2 mg /g 以下后，进行水
洗，达到中性以后进行真空脱水，使水分降到 0． 2%
以下。
(3)酯交换:将预酯化、洗涤和脱水后的产物加
入乙醇和催化剂 2 进行酯交换反应 2 h 后;再加入
催化剂 1 进行补充酯化反应，反应产物酸值(KOH)
降到 2 mg /g以后，进行水洗除去反应副产物。
(4)碱炼:上述反应产物与一定浓度的氢氧化
26 CHINA OILS AND FATS 2013 Vol. 38 No. 2
钠溶液在一定温度下搅拌进行脱酸反应，静置沉淀
使皂粒完全分离，使酸值(KOH)降到 1 mg /g 以下，
用温水洗涤数次，再脱除水分。
(5)分子蒸馏:在一定的真空度和温度下进行
真空脱水和多级分子蒸馏，收集不同温度和真空度
条件下的馏分。
2 参数的选择与确定
2． 1 预酯化参数选择
本试验以酸值(KOH)为 21 mg /g 的元宝枫油
为原料进行试验。由于原料油与乙醇的摩尔比、酯
化时间、催化剂用量 3 个因素是影响酯化率的主要
因素，故以此进行三因素三水平正交试验，将预酯化
温度确定为 78℃，从中选择出最佳工艺条件。预酯
化因素与水平见表 1，预酯化正交试验结果及分析
见表 2。
表 1 预酯化因素与水平
水平
A
原料油与乙醇摩尔比
B
酯化时间 /h
C
催化剂用量 /%
1 1 ∶ 5 2． 5 3． 0
2 1 ∶ 6 2． 0 4． 0
3 1 ∶ 7 1． 5 5． 0
表 2 预酯化正交试验结果及分析
试验号 A B C 酯化率 /%
1 1 3 2 90． 8
2 1 2 1 89． 3
3 1 1 3 92． 2
4 2 3 1 93． 0
5 2 2 3 92． 9
6 2 1 2 93． 7
7 3 3 3 88． 0
8 3 2 2 93． 4
9 3 1 1 90． 2
K1 272． 3 276． 1 272． 5
K2 279． 6 275． 6 277． 9
K3 271． 6 271． 8 273． 1
R 008． 0 004． 3 005． 4
由表 2 可以看出，3 个影响因素的主次顺序为:
A ＞ C ＞ B，即原料油与乙醇的摩尔比对酯化率的影
响最大，其次是催化剂用量，影响最小的是酯化时
间;其中当原料油与乙醇摩尔比从 1 ∶ 5 变为 1 ∶ 6
时酯化率明显提高，而到 1 ∶ 7 时酯化率降低;酯化
时间延长到 2 h后，基本不影响酯化率;催化剂用量
过高易发生炭化现象而降低酯化率;综合上述因素
选择预酯化的最佳工艺组合为 A2B1C2，即原料油与
乙醇摩尔比1 ∶ 6，酯化时间2． 5 h，催化剂用量4． 0%。
2． 2 酯交换参数选择
预酯化混合物与乙醇摩尔比、催化剂用量和酯
化时间是影响酯交换反应的主要因素，故以此进行
三因素三水平正交试验，将酯化温度确定为 78℃，
从中选择出酯交换最佳工艺条件。酯交换因素与水
平见表 3，酯交换正交试验结果及分析见表 4。
表 3 酯交换因素与水平
水平
A预酯化混合
物与乙醇摩尔比
B
催化剂用量 /%
C
酯化时间 /h
1 1 ∶ 4 0． 5 2
2 1 ∶ 6 1． 0 3
3 1 ∶ 8 2． 0 4
表 4 酯交换正交试验结果及分析
试验号 A B C 酯化率 /%
1 1 1 1 95． 8
2 1 2 2 97． 2
3 1 3 3 96． 4
4 2 1 2 98． 5
5 2 2 3 98． 7
6 2 3 1 98． 5
7 3 1 3 94． 3
8 3 2 1 97． 6
9 3 3 2 96． 4
K1 289． 4 288． 6 291． 9
K2 295． 7 293． 5 292． 1
K3 288． 3 291． 3 289． 4
R 007． 4 004． 9 002． 7
由表 4 可以看出，3 个影响因素的主次顺序为:
A ＞ B ＞ C，即预酯化混合物与乙醇的摩尔比对酯化
率的影响最大，其次是催化剂用量，影响最小的是酯
化时间;随着预酯化混合物与乙醇摩尔比的增加酯
化率提高，但当预酯化混合物与乙醇摩尔比从 1 ∶ 6
变为 1 ∶ 8 时酯化率降低;催化剂用量在 1． 0%时较
合适;根据试验结果最终确定酯交换反应最佳工艺
组合为 A2 B2 C2，即预酯化混合物与乙醇摩尔比
1 ∶ 6，催化剂用量 1． 0%，酯化时间 3 h。
2． 3 分子蒸馏参数选择
经过酯化、过滤、水洗、脱水后的产物中仍含有
微量的水分和乙醇等挥发组分，必须进一步分离，所
以初级分子蒸馏主要是脱溶脱水。二级分子蒸馏主
要是分离出大部分轻相组分，即生物柴油。多级分
子蒸馏可进一步分离出剩余的生物柴油同时达到精
制神经酸的目的。
2． 3． 1 初级分子蒸馏
初级分子蒸馏是不可缺少的一步，其作用是将
脂肪酸乙酯中的微量水分、乙醇等挥发组分尽量排
除，避免易挥发组分在进行下一步蒸馏时由于高真
362013 年第 38 卷第 2 期 中 国 油 脂
空度而导致物料的爆沸，影响蒸馏过程的顺利进行。
在一定的真空度下，通过改变蒸馏温度和流量来考
察水分、乙醇等挥发组分与生物柴油的分离效果。
经检测粗乙酯中的微量水分、乙醇等挥发组分
含量为 0． 5%。初级分子蒸馏试验条件及结果见
表 5。
表 5 初级分子蒸馏试验条件及结果
组次
绝对压力 /
Pa
蒸馏温度 /
℃
物料流量 /
(kg /h)
轻相分离
比例 /%
1 97 50 1 0． 32
2 97 50 2 0． 42
3 97 60 1 0． 48
4 97 60 2 0． 43
从表 5 中可看出，当绝对压力为 97 Pa，蒸馏温
度为 50℃，物料流量为 1 kg /h 时，溶解在物料中的
水分和易挥发物质分离效果不好;当绝对压力为 97
Pa，蒸馏温度为 60℃，物料流量为 2 kg /h时，由于物
料流量过快，水分及挥发物的分离也不够彻底。当
绝对压力为 97 Pa，蒸馏温度为 60℃，物料流量为 1
kg /h时，轻相分离比例为 0． 48%，达到了较好的分
离效果。因此，最佳初级分子蒸馏条件应为第 3 组
试验条件。
2． 3． 2 二级分子蒸馏
初级分子蒸馏后的物料需经过二级分子蒸馏分
离生物柴油和神经酸，在一定的真空度、物料流量
下，改变蒸馏温度来考察分离效果。二级分子蒸馏
试验条件及结果见表 6。
表 6 二级分子蒸馏试验条件及结果
组次 绝对压力 /Pa 物料流量 /(kg /h) 蒸馏温度 /℃ 轻相分离比例 /% 重相神经酸含量 /%
1 50 1 150 84． 8 17． 5
2 50 1 170 88． 5 26． 0
注:轻相分离比例为蒸馏出的生物柴油占粗乙酯的比例，其余为高沸点组分，下同。
从表 6 中可以看出，当二级分子蒸馏的物料流
量为 1 kg /h，蒸馏温度 150℃时，轻相分离比例为
84． 8%，神经酸含量为 17． 5%;而其他条件不变的
情况下，蒸馏温度提高到 170℃时，轻相分离比例为
88． 5%，即大部分生物柴油得以分离，神经酸含量提
高到 26． 0%。物料经过二次分子蒸馏后，重相脂肪
酸乙酯中神经酸含量有了较大的提高，但含量仍未
达到 40%，这就需进一步分离，故我们采用了三级
分子蒸馏。
2． 3． 3 三级分子蒸馏
为了进一步提高神经酸含量，我们在三级分子
蒸馏中降低了物料流量。考察了在一定的真空度和
物料流量下不同蒸馏温度的分离效果，结果见表 7。
表 7 三级分子蒸馏试验条件及结果
组次 绝对压力 /Pa 物料流量 /(kg /h) 蒸馏温度 /℃ 轻相分离比例 /% 重相神经酸含量 /%
1 10 0． 3 150 92． 7 45． 0
2 10 0． 3 170 93． 6 56． 5
由表 7 可知，当三级分子蒸馏时的物料流量为
0． 3 kg /h，蒸馏温度 150℃时，神经酸含量为45． 0%，
已达到 40%的要求，如果提高蒸馏温度还可进一步
提高其含量，在其他条件不变的情况下，将蒸馏温度
提高到 170℃时，神经酸含量可达 56． 5%。这也说
明蒸馏温度是影响分离效果的重要因素之一。
根据上述数据，确定分子蒸馏工艺参数为:初级
分子蒸馏，绝对压力 97 Pa，物料流量 1 kg /h，蒸馏温
度 60℃;二级分子蒸馏，绝对压力 50 Pa，物料流量 1
kg /h，蒸馏温度 170℃;三级分子蒸馏，绝对压力为
10 Pa，物料流量 0． 3 kg /h，蒸馏温度 170℃。
3 放大试验结果
按照上述试验确定的最佳工艺方案、条件以及
放大试验实际设备情况，以酸值不同的元宝枫油为
原料分别进行了两批放大试验，两批原料油投料量
均为 160 kg。
3． 1 以低酸值( 酸值( KOH) 2． 5 mg /g) 元宝枫油为
原料的试验
(1)碱炼:原料油(160 kg) ，氢氧化钠(0． 29
kg)。
(2)酯交换反应:乙醇(76 L) ，催化剂 2(1． 5
kg) ;酯交换时间，2 h。
(3)分子蒸馏:一级分子蒸馏，绝对压力为 100
Pa，物料流量为 2 kg /h，蒸馏温度 60℃;二级分子蒸
馏，绝对压力为 50 Pa，物料流量为 2 kg /h，蒸馏温度
170℃;三级分子蒸馏，绝对压力为 10 Pa，物料流量
为 2 kg /h，蒸馏温度 150℃。
3． 2 以高酸值( 酸值( KOH) 10． 5 mg /g) 元宝枫油
46 CHINA OILS AND FATS 2013 Vol. 38 No. 2
为原料的试验
(1)预酯化:原料油(160 kg) ，乙醇(80 L) ，催
化剂 1(4． 8 kg) ;预酯化时间，2 h。
(2)酯交换反应:乙醇(72 L) ，催化剂 2(1． 45
kg) ;酯交换时间，2 h。
(3)碱炼:根据酯交换产物的酸值进行碱炼，沉
淀并水洗 3 次，洗至中性后脱水。
(4)分子蒸馏:一级分子蒸馏，绝对压力 100
Pa，物料流量为 2 kg /h，蒸馏温度 60℃;二级分子蒸
馏，绝对压力为 50 Pa，物料流量为 2 kg /h，蒸馏温度
170℃;三级分子蒸馏，绝对压力为 10 Pa，物料流量
为 2 kg /h，蒸馏温度 150℃。
3． 3 产品得率及含量分析
对两批产品的得率和神经酸含量进行了计算和
分析，结果见表 8、表 9。
表 8 第一批料试验结果
项目 产量 /kg 神经酸含量 /% 得率 /%
原料油 160 05． 4
生物柴油 126． 7 02． 07 79． 2
神经酸乙酯 010． 3 46． 30 06． 4
总计 85． 6
表 9 第二批料试验结果
项目 产量 /kg 神经酸含量 /% 得率 /%
原料油 160． 0 05． 30
生物柴油 125． 4 01． 95 78． 4
神经酸乙酯 009． 9 47． 80 06． 2
总计 84． 6
3． 4 产品质量与国家标准、企业标准的比较
按照上述工艺条件生产的神经酸乙酯产品，经
检验神经酸含量达到 47%左右，其产品质量指标见
表 10。生物柴油产品经检测，质量指标达到了 GB/T
20828—2007《柴油机燃料调合用生物柴油》国家标
准的要求，其产品质量指标见表 11。
从两批生产情况来看，不同原料生产的神经酸
和生物柴油产品都达到了预期的含量和得率，且达
到了质量标准的要求。两批不同原料进行的试验表
明，我们设计的工艺完全能够达到传统工艺水平，而
且提高了该工艺的调节性和适应性，扩展了原料的
适用范围，为生产高附加值产品提供了物质基础和
理论依据，本工艺不仅生产出了极为宝贵的神经酸
产品，同时得到了低成本，高质量的生物柴油，提高
了经济效益和社会劳动率。
表 10 神经酸乙酯产品质量指标
项目 企业标准 实测数据
神经酸乙酯含量 /% ≥40 47． 8
其他脂肪酸乙酯含量 /% ≤60 52． 2
状态 油状液体 淡黄色油状液体
色泽(比色槽 133． 4 mm) Y 35，R≤4． 0 Y 20，R 1． 2
水分及挥发物 /% ≤0． 05 0． 04
杂质 /% ≤0． 05 0． 03
酸值(KOH)/(mg /g) ≤1． 0 0． 6
过氧化值 /(mmol /kg) ≤5． 0 1． 7
表 11 生物柴油产品质量指标
项目 国家标准 实测数据
密度(20℃)/(kg /m3) 820 ～ 900 872． 2
运动黏度(40℃)/(mm2 /s) 1． 9 ～ 6． 0 5． 1
闪点(闭口)/℃ ≥130 188
冷滤点 /℃ 报告 0
硫含量 /% ≤0． 05 0． 000 2
残炭 /% ≤0． 3 0． 25
硫酸盐灰分 /% ≤0． 02 0． 005
水分 /% ≤0． 05 0． 02
机械杂质 /% 无 无
铜片腐蚀(级) ≤1 1a
十六烷值 ≥49 51
酸值(KOH)/(mg /g) ≤0． 8 0． 5
90%馏出温度 /℃ ≤360 356
4 结 论
元宝枫油在提取神经酸同时制备生物柴油的最
优预酯化工艺参数为:原料油与乙醇的摩尔比为
1 ∶ 6，酯化时间 2． 5 h，催化剂用量 4． 0%;酯交换工
艺参数为:预酯化混合物和乙醇的摩尔比为 1 ∶ 6，
催化剂用量为 1． 0%，酯化时间为 3 h;分子蒸馏工
艺参数为:初级蒸馏绝对压力 97 Pa，蒸馏温度
60℃，物料流量 1 kg /h;二级蒸馏绝对压力 50 Pa，蒸
馏温度 170℃，物料流量 1 kg /h;三级蒸馏绝对压力
10 Pa，蒸馏温度 170℃，物料流量 0． 3 kg /h。两批放
大试验所得到的产品神经酸含量达到 47%左右，生
物柴油质量达到了国家标准。
参考文献:
［1］牛春山．陕西树木志［M］．北京:中国林业出版社，1990．
［2］王性炎，李艳菊．元宝枫栽培与加工利用［M］．西安:陕
西人民教育出版社，1998:1 － 5．
［3］陈炳卿，刘志成，王茂起．现代食品卫生学［M］．北京:人
民卫生出版社，2001:635 － 637．
562013 年第 38 卷第 2 期 中 国 油 脂