豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解特性研究

王中

（湖南城建職業技術學院，湖南湘潭411103）

豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解特性研究

王中

（湖南城建職業技術學院，湖南湘潭411103）

為了研究豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解特性；采用動態法測定豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度，并采用Appellant模型對豆甾醇溶解度與溫度的關系進行擬合。實驗結果表明在實驗溫度范圍內，當二元溶劑中的甲苯體積分數相同時，豆甾醇的溶解度隨著溫度的升高而增加；在溫度相同時，隨著甲苯-乙醇二元溶劑中的甲苯體積分數的增加，豆甾醇的溶解度呈先增加后減小的趨勢。當甲苯-乙醇二元溶劑中的甲苯體積分數為0.8時，豆甾醇的溶解度最大。采用Appellant模型對豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度進行擬合，標準偏差小，精度高。

豆甾醇；甲苯-乙醇；溶解度

豆甾醇，是一種經過物理提純而得，具有營養價值高、生理活性強等特點的物質。它在醫藥、化妝品、動物生長劑及紙張加工、印刷、紡織、食品等領域有著廣泛用途。本文通過試驗的方法來驗證豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解特性[1-7]。

1 材料與方法

1.1 藥品

豆甾醇（純度＞95％）：西安藍天生物工程有限責任公司；乙醇（AR）、甲苯（AR）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器

溫度計，移液管，球形冷凝管，玻璃夾套結晶器（華中科技大學食品科學學院自制儀器），磁力加熱攪拌器：常州國華電器有限公司；T33A電子天平：上海天平儀器廠；DCW3510型低溫恒溫槽：上海比朗儀器有限公司。

1.3 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度的測定

豆甾醇在溶劑中的溶解特性，是采用溶劑結晶法分離提純混合物的熱力學基礎。目前測量溶解度的方法很多，歸納起來大體上可以分成動態法和靜態法兩種[8-9]。靜態法是指在恒定的溫度、壓力和溶質過量的條件下，攪拌較長一段時間使體系趨于溶解平衡，靜置一段時間后，通過分析清液中的溶質濃度或測定未溶固體的量等方法來確定研究體系在設定條件下的溶解度。動態法通常是通過緩慢改變體系的溫度或組成等條件，測定發生相變時物性的變化來確定溶解度。比較常用的動態法包括目測法、熱量法、激光法等[10-13]。

動態法測量溶解度相對于靜態法來說具有測定效率較高、樣品耗量少且不需要建立專門的分析平衡組成的方法等優點，因此，本文采用動態法測定了豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度，實驗裝置如圖1所示。該裝置是由玻璃夾套結晶器、控溫系統和攪拌系統組成。夾套結晶器與控溫系統一起保證設定溫度的恒定，攪拌系統為電磁攪拌，轉速可調，以保證固液兩相之間盡快達到平衡。

圖1 溶解度測定的實驗裝置Fig.1 Experimental device for solubility measurement

設定恒溫水浴的溫度為實驗溫度，向結晶器夾套內通入循環水，再稱取一定量的豆甾醇加入結晶器中，然后用移液管按照二元溶劑的配比移取一定量溶劑加入體系中。開啟磁力攪拌保證有部分豆甾醇沒有溶解，然后調節超級恒溫水浴的溫度，觀察豆甾醇在溶劑中的溶解情況，記錄下豆甾醇完全溶解時的溫度。根據已知的豆甾醇質量和溶劑的體積，即能計算出某溫度時在一定配比溶劑中豆甾醇的摩爾溶解度。再稱取一定量的豆甾醇溶解于剛才所得的溶液中，繼續觀察豆甾醇的溶解情況，記錄下豆甾醇完全溶解時的溫度。如此反復，便能測出實驗溫度范圍內豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑體系中的溶解度，重復進行3次同樣的測定，以驗證其準確性[14-16]。

1.4 豆甾醇摩爾溶解度的計算

通過動態法測定一定溫度下豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解的質量，再根據公式（1）計算出豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的摩爾溶解度，公式如下：

式中：mi為溶解溫度下豆甾醇溶解的質量，g；Mi為豆甾醇的相對分子質量；ρs1和ρs2為溶解溫度下二元溶劑中的兩種純溶劑的密度，（g/mL）；Vs1和Vs2為兩種純溶劑的體積，mL；Ms1和Ms2為兩種純溶劑的相對分子質量。

2 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度及關聯

采用動態法測定豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度，結果見表1。

表1 豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度Table1 The solubility of stigmasterol in toluene-ethanol solvent with different concentrations of toluene

從表1可以看出，在實驗溫度范圍內，在組成相同的甲苯-乙醇二元溶劑中，豆甾醇溶解度隨著溫度的升高而增加；隨著二元溶劑中的甲苯體積分數的增加，豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度呈先增加后減小的趨勢。在甲苯體積分數為0.8時，豆甾醇在二元溶劑中的溶解度最大。

二元溶劑中常用的溶解度-溫度經驗關系是Apelblat理想溶液模型，其公式2：

式中：x為豆甾醇的摩爾溶解度；T為溶解溫度，K；A、B、C為擬合方程的參數。該理想溶液模型是依據熱力學平衡推出的普適模型，是在假設溶質分子和溶劑分子相互之間作用力的前提下由Clausius-Clapeyron方程推導的[15-16]。

本文采用該模型對豆甾醇在甲苯-甲醇二元溶劑中的溶解度-溫度關系進行擬合。標準偏差s d的定義如公式3：

式中：N為實驗所測得的點數；m為擬合方程中待定參數的個數為通過式（3）計算的摩爾溶解度；為實驗得到摩爾溶解度值。

采用Apelbalt模型對豆甾醇在不同甲苯含量甲苯-甲醇二元溶劑中的溶解度-溫度關系進行關聯，再根據公式（3）計算得到不同溫度時豆甾醇在甲苯-乙醇中溶解度的標準偏差，結果見圖2～圖8及表2。

由圖2～圖8和表2可以看出，采用Apelbalt模型對豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度回歸擬合得到的標準偏差s d較小，說明采用該模型關聯豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的精度較高。

圖2 豆甾醇在乙醇中的溶解度與溫度的關系Fig.2 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in ethanol solvent

圖3 豆甾醇在v為0.2的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關系Fig.3 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.2

圖4 豆甾醇在v為0.4的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關系Fig.4 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.4

圖5 豆甾醇在v為0.6的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關系Fig.5 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.6

3 結論

1）在實驗溫度范圍內，在甲苯-乙醇二元溶劑中，豆甾醇的溶解度是隨著溫度的升高而增加。

2）在相同溫度下，豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度隨著溶劑中甲苯含量的增加均呈現先增加后減小的趨勢，當甲苯體積分數為0.8時，豆甾醇在二元溶劑中的溶解度最大。

圖6 豆甾醇在v為0.8的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關系Fig.6 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.8

圖7 豆甾醇在v為0.9的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關系Fig.7 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.9

圖8 豆甾醇在甲苯中的溶解度與溫度的關系Fig.8 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene solvent

3）采用Apelbalt模型分別擬合豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度-溫度的關系，擬合后的標準偏差s d較小，說明采用該模型關聯豆甾醇和二元溶劑中溶解度與溫度關系的精度較高。

表2 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度-溫度擬合結果Table2 Stigmasterol in toluene-ethanol binary solvent solubility -temperature fitting results

[1]Anderson R J,Moore M G.A study of the phytosterols of corn oil, cottonseed oil and linseed oil[J].Journal of the American Chemical Society,1923,45(8):1944-1953

[2]寇明鈺,闞健全,趙國華,等.植物甾醇來源、提取、分析技術及其食品開發[J].糧食與油脂,2004(8):9-13

[3]楊振強,謝文磊,李海濤,等.植物甾醇的開發與應用研究進展[J].糧油加工與食品機械,2006(1):53-56

[4]傅國秀.我國木漿浮油的提取和加工特點[J]．林產化工通訊,1994 (3):30-33

[5]王穩航.植物甾醇及其在食品中的應用[J].西部糧油科技,2002 (6):41-44

[6]劉永美,劉均洪.固醇表面活性劑的特點及應用[J].化學工業與工程技術,2004,25(2):40-43

[7]韓軍花.植物甾醇的性質、功能與應用[J].國外醫學衛生手冊, 2001,28(5):285-291

[8]Robert K L,Rousseau RW,Teja A S.Solubility of Long-Chain n-Alkanes in Heptane between 280 and 350K[J].Journal of Chemical and Engineering Data,1994,39(4):793-796

[9]Zvaigzne A I,Acree Jr W E.Solubility of Anthracene in Binary Alkane-3-Methyl-1-butanol Solvent Mixtures[J].Journal of Chemical and Engineering Data,1994,39(1):708-712

[10]盛漪,華偉,谷文英.植物甾醇資源在食品原料中分布[J].糧食與油脂,2002(5):40-41

[11]石軍,陳安國,張云剛.植物甾醇的制備、生理功能及應用研究進展[J].糧食與油脂,2002(5):38-39

[12]陳茂彬.新型功能性飼料添加劑-植物甾醇的應用開發[J].飼料研究,2005(3):32-341

[13]許文林,黃一波,錢俊紅,等.豆甾醇和β-谷甾醇在環己酮和正戊醇中的溶解特性研究[J].高校化學工程學報,2003,17(6):707-710

[14]王鑫,王興國,金青哲,等.植物甾醇單體分離工藝研究進展[J].糧食與油脂,2004(8):14-15

[15]萬建春,姜波.結晶法分離純化大豆甾醇中β-谷甾醇和豆甾醇單體[J].食品科技,2008(8):127-131

[16]吳英艷,丁輝,徐世民.甾醇單體的分離精制研究[J].糧油加工, 2007(5):82-84

A Study of Dissolution Characteristics of Stigmasterol in Toluene-Ethanol Solvent

WANG Zhong
（Hunan Urban Construction College，Xiangtan 411103，Hunan，China）

To study the dissolution characteristics of stigmasterol in toluene-ethanol solvent，the dynamic method was adopted to measure the solubility of stigmasterol in toluene-ethanol solvent，and the Appellant model was used to fit the relationship between the solubility of stigmasterol and temperature.The experimental results showed that，within the range of test temperature，the solubility of stigmasterol increases with the rise of temperature when the volume fraction of toluene remains the same；the solubility of stigmasterol increases first and then decreases subsequently with the increase of the volume fraction of toluene when the temperature remains the same.When the volume fraction of toluene of the toluene-ethanol solvent was equal to 0.8，the solubility of stigmasterol reached the peak level.The Appellant model can achieve a small standard deviation and high precision for fitting the relationship between the solubility of stigmasterol and temperature.

stigmasterol；toluene-ethanol；solubility

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.04.006

2012-10-18

2008年湖北省教育廳重點科研項目（基金編號：2008A23）

王中（1983—），男（漢），工程師，碩士，從事食品安全檢測方面的研究。