玉米胚芽油脫臭餾出物分離甾醇方法的研究

孫艷華 潘亞芬 于海濤

(黑龍江農(nóng)墾職業(yè)學院，黑龍江 哈爾濱150025)

0 介紹

甾醇類含有廣泛、結(jié)構(gòu)類似于膽固醇的化合物，普遍的甾醇類物質(zhì)有β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇等。自然界存在植物甾醇以游離態(tài)、脂肪酸酯或糖苷形式存在。這些化合物存在于不同植物和植物制品中。植物甾醇對于食品行業(yè)的重要性近年來顯著提高。

食用油中脫臭餾出物成為了植物甾醇產(chǎn)業(yè)的重要原料來源。脫臭是食用油脂精煉過程中最后步驟，該工藝消除了天然脂肪和油脂中不良成分。該工藝在真空條件下200℃進行數(shù)小時，所獲得副產(chǎn)物被稱為脫臭餾出物。玉米胚芽油脫臭餾出物由于含有大量的有效物質(zhì)而受到廣泛重視。

由于受到原材料質(zhì)量，油脂提取工藝，精煉設備的物理特性和生產(chǎn)條件等因素影響，導致脫臭餾出物組分存在較大差異。脫臭餾出物中各組分平均（質(zhì)量）百分含量為：脂肪酸30～35%，丙三醇20～40%，生育酚 2～10%，甾醇 3～15%，非甘油酯 3～10%，其它物質(zhì) 1～12%。玉米胚芽油脫臭餾出物組分在各類文獻中差異很大，這一結(jié)果表明了其組分的可變性。

本研究目的是通過使用酯基甘油酯轉(zhuǎn)移，硬脂酰酯基轉(zhuǎn)移游離甾醇，-5℃條件下結(jié)晶化對玉米胚芽油脫臭餾出物中甾醇類物質(zhì)進行分離。

1 材料與方法

1.1 樣品與試劑

所使用玉米胚芽油脫臭餾出物由SOS,S.A.提供。玉米胚芽油脫臭餾出物組成為水分、游離脂肪酸、皂化價、Saponificable matter、Nonglyceride esters、總甾醇，比例為 0.14：26.5：136.4：60.0：11.1：3.32。 試劑（甲醇、鹽酸、硫酸、甲苯磺酸）和有機溶劑（己烷、丙酮和乙醇）均為分析純試劑，由Panreac提供標準品。

1.2 脫臭餾出物脫氣

利用常規(guī)實驗室真空蒸餾設備處理脫臭餾出物，在2×10-6，65℃的條件下脫氣1h，該過程導致脫臭餾出物1～1.5%損失，被去除產(chǎn)物其性質(zhì)不具有特點。

1.3 游離脂肪酸酯化與酰基甘油酯的酯交換

對脫臭餾出物樣品進行脫氣其目的是將全部脂肪酸、酯化酰基甘油酯在酸性條件下轉(zhuǎn)化成脂肪酸甲酯。利用此法，將最初脫臭餾出物中脂肪酸轉(zhuǎn)化為甲酯。同時，為了生成甲酯和游離甾醇，應使其硬脂酰分解。該反應在不同時間段下進行冷卻回流。

1.4 洗滌與傾析

酯交換反應產(chǎn)生大量甘油，甘油在結(jié)晶化前分離。該過程通過水洗和隨后傾析來實現(xiàn)，同時也可以分離過量甲醇和酸催化劑。

1.5 游離甾醇的分離

為使其獲得高純度植物甾醇沉淀為39±3%，提取后溫度由之前的溫度降至-5℃。隨后利用己烷進行洗滌，得到純度為99%的植物甾醇。

1.6 產(chǎn)品分析

為判定生育酚、甾醇的含量，采用國標法對植物甾醇進行檢測。此工藝由皂化反應和非皂化反應組成，含有甾醇的成分通過薄層層析法分離，再通過一個硅烷化反應衍生化，最終利用氣相色譜進行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 游離脂肪酸酯化反應和酰基甘油酯酯交換反應

為了將游離脂肪酸和酯化酰基甘油酯轉(zhuǎn)化為脂肪酸甲酯，在酸催化伴隨著脫氣的條件下，脫臭餾出物進行酯化反應、酯交換反應。為了確定轉(zhuǎn)換甲酰的最佳條件，將兩種無機酸（鹽酸和硫酸）與一種有機酸（對甲苯磺酸）作為預實驗催化劑，統(tǒng)計不同甲醇/脫臭餾出物比率下的濃度。鹽酸、硫酸和對甲苯磺酸作為催化劑，甲醇/脫臭餾出物濃度為6.5%、6.5%和 5.2%，脂肪酸甲酯(v/v)27.2、36.8、54.4，對甲苯磺酸甲酯化轉(zhuǎn)化率最高。

正如前文所述，在三種催化劑共同作用的條件下，對甲苯磺酸進行酯化和酯交換。下面的步驟是盡可能地降低甲醇與脫臭餾出物的比率和反應時間，找出最佳對甲苯磺酸濃度。根據(jù)大量實驗結(jié)果顯示，含甲醇的玉米胚芽油脫臭餾出物的酯化和酯交換的最佳操作條件為，對甲苯磺酸中甲醇與脫臭餾出物的比率為1：1，對甲苯磺酸在甲醇中的濃度為0.05M，溫度65℃，反應時間為2h。

2.2 脂肪酸甲酯蒸餾

預濃縮反應物中的植物甾醇在酯化反應和酯交換反應中形成脂肪酸甲酯，經(jīng)過真空濃縮被去除。該過程被廣泛地用于從不同來源中獲取植物甾醇。脂肪酸甲酯在真空度2×10-3條件下真空蒸餾，其余部分在140～195℃條件下被收集。這一過程可以使甾醇類被預濃縮至10%左右，脂肪酸甲酯的比例被降低至約3%。

2.3 甾醇類物質(zhì)的分離

大多數(shù)報道中提及從油脂和脂肪矩陣脫臭餾出物中結(jié)晶甾醇類物質(zhì)的方法，要求使用有機溶劑去分離之前反應生成的脂肪酸甲酯。對于本法，反應物中的脂肪酸甲酯蒸餾所得到的甾醇類物質(zhì)允許在后面的有機溶劑結(jié)晶分離過程中預濃縮至10～12%。然而，在試驗用有機溶劑中，沒有任何溶劑能夠使甾醇的含量達到8%以上。經(jīng)過大量實驗證明，僅含有丙酮和甲醇的有機溶劑在冷卻至較低溫度（-20℃）一段時間后，甾醇類物質(zhì)的產(chǎn)量最多僅達到13%。

鑒于此，之前階段形成的脂肪酸甲酯為植物甾醇冷結(jié)晶提供了介質(zhì)。當脂肪酸甲酯的數(shù)量、持續(xù)時間與溫度變化時進行水洗冷卻，傾注反應物料。試驗結(jié)果表明，在某種情況下為了檢驗上述過程對植物甾醇結(jié)晶化影響，可以將脂肪酸甲酯加入到介質(zhì)中。一般情況下，收集到脂肪酸甲酯與通過酯化反應和酯交換反應所得到的產(chǎn)物組成一致。實際上，脂肪酸甲酯的添加或是部分蒸餾會導致非預期結(jié)果的出現(xiàn)。植物甾醇通常在酯化/酯交換過程形成的脂肪酸甲酯的情況下被分離。獲得植物甾醇最佳產(chǎn)量的條件是冷卻溫度-5℃，持續(xù)時間24h。

一旦甾醇類物質(zhì)從反應物中被分離，利用己烷對它們進行洗脫。所獲得的最終產(chǎn)物是甾醇純度在92±2%的混合物。

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