分子蒸餾技術提取茶油脫臭餾出物中維生素E

付建平，韓曉丹，胡居吾，熊偉，吳磊

江西省科學院應用化學研究所（南昌 330096）

油茶籽油需經脫膠、脫酸、脫色、脫臭等精煉工序才能達到消費者食用要求。油脂脫臭時產生大量副產品——脫臭餾出物，其主要成分為游離脂肪酸、甘油酯、天然維生素E（生育酚）、甾醇、甾醇酯及氧化產物，其中最有開發價值的是天然維生素E。天然維生素E是四種生育酚和四種生育三烯酚的混合體，根據苯環上被甲基化的位置序數不同分為α-、β-、γ-、δ-生育酚和α-、β-、γ-、δ-生育三烯酚[1-2]。維生素E具多種生理功能活性，被廣泛應用于化妝品、醫藥、食品等行業[3-4]。油茶籽油中含有豐富的維生素E，然而在對毛油進行精煉后發現維生素E等營養物質的損失較大，直接導致茶油品質的下降，其損耗大部分殘留于皂腳和脫臭餾出物中。綜合利用茶油加工過程中的副產物，將其中活性物質提取出來，變廢為寶，具有重要的研究和經濟價值[5]。目前國內應用油脂為原料制備天然高含量維生素E的方法主要有超臨界萃取法（SFE）和分子蒸餾法（MD）等[6-7]。超臨界CO2萃取（SCDE）具有萃取能力強、無毒、安全、來源廣泛、易于從產品中去除等優點，是近年來發展較快的綠色提取技術。但脫臭餾出物中非揮發性組分和色素物質含量高，這些非揮發性組分主要是不飽和脂肪酸，易發生自氧化，此外色素也會影響精油的儲藏，因此超臨界萃取物品質惡化快。儲藏期較短[8-9]。分子蒸餾技術是依據混合物分子運動平均自由程的差別，在遠低于其沸點的溫度下將其分離。因此，分子蒸餾技術特別適用于高沸點、熱敏性及易氧化物系的分離。此次試驗采用多級分子蒸餾技術提取茶油脫臭餾出物中的天然維生素E，建立從原料到產品的維生素E含量分析方法，以期為工業化生產提供理論依據。

1 試驗材料和方法

1.1 儀器和試劑

KDL5型分子蒸餾儀（德國UIC公司）；HY-8（A）型振蕩器（常州市凱航儀器有限公司）；TDL-40B型臺式大容量離心機（上海安亭科學儀器廠）；S-501型液相色譜儀（德國Sykam）；RE52CS-1旋轉蒸發器（上海亞榮生化儀器廠）；上DHG-9076A電熱恒溫鼓風干燥箱（海精宏實驗設備有限公司）；KQ-2200超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；ALB-224分析天平（賽多利斯科學儀器北京有限公司）；等。

干氫強酸性陽離子交換樹脂；球形5A型分子篩；乙醚、乙醇、氫氧化鉀以及無水硫酸鈉均為分析純；色譜級甲醇；分子篩；α-生育酚、β-生育酚標準品；茶油脫臭餾出物（江西萬山油茶有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 酯化過程將脂肪酸轉化為脂肪酸乙酯，可以拉大維生素E與游離脂肪酸的沸點差和溶解度，為下一步的分離提供較好的原料[10]。在對油茶籽油脫臭餾出物進行酯化預處理時，按一定料液比將原料加入乙醇中，而后加入一定量催化劑陽離子交換樹脂和分子篩，反應一定時間后洗滌反應產物，從而得到以維生素E和脂肪酸乙酯為主要成分的混合物，將混合物進行超聲冷凍結晶從而進一步得到分子蒸餾原料。反應轉化率定義為已轉化的羥基的摩爾數與脫臭餾出物中總羥基的摩爾數之比，可根據反應物酸價的變化來計算。取3～4 g反應物，用50 mL無水乙醇和無水乙醚的混合液（1∶1，V/V）溶解，以0.1 mol/L的氫氧化鉀標準溶液進行酸堿滴定，計算酸價[11]和轉化率。

1.2.2 分子蒸餾分離

將500 g通過上述方法處理而得到的原料在不同溫度、不同刮膜轉速下，以不同的進料速率進入分子蒸餾裝置。在此過程中考察分子蒸餾加熱壁面溫度、刮板轉速以及進料速率對分離以維生素E和脂肪酸乙酯為主要成分的混合物中脂肪酸乙酯的影響。以產品中維生素E含量作為檢測指標。在開啟分子蒸餾前，應注意各排氣閥的密封性并確保冷阱中充滿液氮以更好地確保真空度及保護油擴散泵。

1.2.3 高效液相色譜法測定維生素E的含量

1.2.3.1α-生育酚標準溶液的制備

準確稱量100 mgα-生育酚標準品放入100 mL容量瓶中，用乙醇溶液稀釋至刻度值，配成質量濃度為1 mg/mL的標準溶液。用取樣器分別取出一定量1 mg/mL的標準溶液，用乙醇稀釋，配成質量濃度分別為10，20，30，40和50 μg/mL的生育酚標準溶液。

1.2.3.2 待測溶液的制備

稱取1.0 g左右以上分離提取過程最后得到的樣品，放入25 mL容量瓶中，用乙醇稀釋至刻度，配成待測溶液，放入冰箱中。

1.2.3.3 HPLC分析

色譜條件：ODS C18色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相，甲醇-水溶液（98∶2，V/V）；檢測波長，300 nm；流速，1 mL/min；柱溫，30 ℃。

2 結果與討論

2.1 酯化反應結果分析

通過對脫臭餾出物進行酯化處理，使其酸價降到3 mg KOH/g以下，大部分的脂肪酸轉化為脂肪酸乙酯，為下一步的分子蒸餾提供比較好的原料。針對脫臭餾出物體系，從酯化結果來看，所采用的強酸性陽離子交換樹脂具有較高的活性，是一種較為理想的酯化催化劑。酯化反應的適宜操作條件為：采用分子篩作為吸水劑，乙醇與脫臭餾出物的質量比為1.6∶1，催化劑質量分數20%，反應溫度60 ℃，反應時間5 h，此時酯化率達到96.2%。由于采用了較溫和的反應條件，酯化過程中維生素E的回收率較高。計算過程見表1。

表1 酯化過程維生素E的衡算

式中：m1為酯化產物中生育酚總量，mg；m2為原料中生育酚總量，mg。

采用熱乙醇溶液，對樹脂和分子篩進行洗滌抽慮，可以除去吸附的乙酯物，對樹脂進行了有效的回收，可以重復使用3～4次。進一步去除甾醇可采用超聲波處理后重結晶，得到的甾醇晶體抽濾去除，從而為分子蒸餾操作進一步減輕負擔。

2.2 一二級分子蒸餾試驗研究

酯化后的產物通過三次蒸餾進行生育酚的濃縮，其中前兩次蒸餾主要是蒸去沸點比生育酚低的醛、酮、碳水化合物、脂肪酸甲酯等，而與生育酚沸點比較相近的甘油一酯不容易進行分離。

一級分子蒸餾：將500 g通過1.2.1的酯化方法預處理得到的原料進行第一次分子蒸餾，預熱溫度40～70℃，在系統壓力0.1 Pa，80～100 ℃加熱壁面溫度、80～110 r/min刮板轉速條件下，以5～7 mL/min的進料速率進入分子蒸餾裝置中，獲得一級分子蒸餾產物的重相，此步驟主要是除去醛、酮、碳水化合物等沸點較低的組分。

二級分子蒸餾：將一級分子蒸餾產物得到的的重相進行第二次分子蒸餾，進料速率3～5 mL/min，加熱壁面溫度120～150 ℃，刮板轉速90～110 r/min，預熱溫度75～80 ℃，系統壓力0.1 Pa，獲得二級分子蒸餾產物。此過程收集重相組分，除去富含脂肪酸乙酯等沸點較低的輕相組分。

據文獻[12-13]報道，預熱溫度越接近加熱壁面溫度，傳質與傳熱效果越好，分離效果就越好。由于實際試驗操作限制，采用預熱溫度不高于80 ℃。經過兩次分子蒸餾而得到的重相產品中的維生素E含量由原料的0.007 2%提高到0.036 6%。

2.3 三級分子蒸餾試驗條件優化

在二級分子蒸餾基礎上，增大加熱壁面的溫度，將經過二級分子蒸餾得到的重相進行第三次分子蒸餾以分離維生素E和甘油三酯。采用L9(34)正交表，以蒸發溫度、進料速率、刮膜轉速為三因素建立正交試驗，將得到的輕組分進行維生素E含量測定。因素水平見表2。

三級分子蒸餾正交試驗結果見表3。RA＞RC＞RB，表明A、B、C三個因素對提取率影響的主次順序為A＞C＞B；最佳提取條件為A2B2C2，即蒸發溫度200℃，進料速率4 mL/min，刮膜轉速150 r/min。在此條件下進行驗證試驗，分子蒸餾產物中維生素E含量達0.93%。

表2 正交因素水平表

表3 分子蒸餾試驗正交試驗結果

2.4 維生素E的含量測定

由試驗可得，從油茶脫臭餾出物中得到的天然維生素E以活性最高的α-生育酚[8]為主，因此維生素E的含量測定以α-生育酚作為標準樣品。

2.4.1 線性關系考察

按1.2.3小節方法，分別將5種溶度的對照品溶液進樣20 μL，記錄色譜峰面積。將對照品的峰面積設為縱坐標（Y），對照品的質量濃度設為橫坐標（X），建立標準曲線方程，得回歸方程Y=149 003X-30 209，r=0.999 5，線性關系良好。

圖1 維生素E標樣HPLC色譜圖

2.4.2 樣品含量測定及重復性試驗

準確稱取同一樣品，共5份，在最佳提取條件下提取，按1.2.3.2小節制備5份待測溶液，測得維生素E含量平均值為0.927%，RSD為1.1%，表明方法重復性良好。

2.4.3 穩定性試驗

對同一供試品溶液分別于制備后0，2，4，8和24 h測定維生素E峰面積。結果顯示RSD為1.2%，表明樣品在24 h內具有良好的穩定性。

3 結論

試驗得出經過預處理的油茶脫臭餾出物進行三級分子蒸餾能夠將原料α-生育酚含量提高近13倍，得到以天然α-生育酚為主的天然維生素E。所采用的干氫強酸性陽離子交換樹脂具有較高的活性，是一種較為理想的酯化催化劑。酯化反應的適宜操作條件為：采用分子篩作為吸水劑，乙醇與脫臭流出物的質量比1.6∶1，催化劑質量分數20%，反應溫度50 ℃，反應時間6 h，此時酯化率達到96.2%。由于采用了較溫和的反應條件，甲酯化過程中生育酚的回收率較高。將酯化后的酯化產物進行三次分子蒸餾，逐步脫除脂肪酸和少量的其他雜質。三級蒸餾采用正交試驗法對試驗條件進行優化，當蒸發溫度為200 ℃，進料速率為4 mL/min，刮膜轉速為150 r/min時，維生素E的純度達到最高，為0.93%。采用高效液相色譜法對原料成分進行分析，建立了從原料到產品生育酚含量的分析方法。應用高效液相色譜法分析生育酚含量，原料不需要預處理，操作簡易，準確率高。雖然茶油脫臭餾出物原料本身維生素E的總含量不高，但其中生理活性最高的α-生育酚[14]含量很高，其脫臭餾出物具有很高的綜合應用價值。