植物甾醇酯的制取与分析

姜 媛 媛， 董 晓 丽， 吴 文 忠

( 1.大连工业大学 化工与材料学院， 辽宁 大连 116034;2.大连医诺生物有限公司， 辽宁 大连 116600 )

0 引 言

天然植物甾醇是一种存在于植物中的天然活性物质。它是以环戊烷全氢菲为主体骨架(甾核)的一类载体化合物，在结构上与胆固醇相似，且按侧链基团不同可分为菜油甾醇、β-谷甾醇、豆甾醇和菜子甾醇等[1](见图1)。

图1 4种植物甾醇的分子结构Fig.1 Molecule structures of four phytosterol

植物甾醇被誉为“The key of life”，具有十分重要的生理价值。它可直接用于药物、可制咳喘类药和降血脂药，可以用于预防对人类威胁极大的心血管病[2]。此外，还可以应用于化妆品和食品中[3]。但是游离的植物甾醇在水和油脂中溶解度不大，生物活性小，降低了其实际使用价值[4]。而植物甾醇酯有更优的脂亲和性、更佳的降血胆固醇效果[5]。因此，研究将植物甾醇转化为高得率的植物甾醇酯更具有意义。

高油酸葵花籽油具有良好保健功能，能提高人体免疫力、减肥和抗癌等，并且与甲醇一次性酯化制高油酸葵花籽油甲酯的工艺路线已成熟。因此，本文研究了植物甾醇在碱催化条件下与高油酸葵花籽油甲酯发生酯交换反应合成植物甾醇酯。这个研究对医药、食品等行业都有重要的现实意义，有更好的发展前景。

1 试 验

1.1 材料与试剂

高油酸葵花籽油,97%，粮食用油有限公司；植物甾醇，95%，江苏春之谷生物制品有限公司；甲醇钠溶液，30%，上海顺强科技有限公司。

1.2 主要仪器

Agilent 6820气相色谱仪，Agilent Technologies Inc；PL203电子精密天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；超声仪，必能信超声上海有限公司。

1.3 植物甾醇酯的合成

1.3.1 高油酸葵花籽油甲酯的合成

将110 mL高油酸葵花籽油、48 mL甲醇和0.6 g氢氧化钠一起放入带回流冷凝器的四口烧瓶中，机械搅拌，水浴加热，温度升到68 ℃，开始保温3 h，然后向烧瓶中加入0.75 g浓硫酸中和氢氧化钠，继续搅拌1 h，然后将烧瓶中液体转入真空旋转蒸发器，通过蒸发回收甲醇和生成的水，温度为80 ℃，最后将蒸发瓶中液体放入分液漏斗中静置分层，回收上层液得到产品高油酸葵花籽油甲酯。

1.3.2 植物甾醇酯的合成

向装有温度计、真空泵的250 mL四口烧瓶中加入一定量的植物甾醇和高油酸葵花籽油甲酯，油浴加热，磁力搅拌，温度达到132 ℃后继续反应1 h，再加入一定量的甲醇钠，而后恒温反应5 h ，最后将热的反应液转入漏斗中，经水洗，甲醇和正己烷萃取后得到产品。

2 结果与讨论

2.1 反应条件优化的正交试验设计

为了减少试验次数，探索各种因素对酯化反应的酯化率的影响，确定最佳工艺条件，现采用正交试验法设计试验方案，选择了原料配比[n(高油酸葵花籽油甲酯)∶n(植物甾醇)](A)、催化剂添加量(B)、反应时间(C)作为考察的指标。进行三因素三水平的正交试验，水平因素如表1,正交试验结果如表2。

表1 试验因素水平表Tab.1 Level of experimental factors table

表2 正交试验设计及试验结果Tab.2 Orthogonal arrangement and results of the experiments

由表2可见，影响反应的因素主次为A>B>C，最佳反应条件为A2B2C1，即原料配比[n(高油酸葵花籽油甲酯)∶n(植物甾醇)]为2∶1，催化剂添加量为6%，反应时间5 h。为了使生产中减少原料投入，催化剂的添加量不宜过高，因为催化剂用量增加不仅增加成本，而且可能会发生副反应导致产物中杂质过多甚至是催化剂失效，影响后续试验。因此，在考虑酯化率较高且节省消耗的条件下，结合单因素试验结果，催化剂添加量为3%为佳。在最佳条件下反应的酯化率为62.1%。

2.2 产品的分析结果

2.2.1 高油酸葵花籽油甲酯的气相色谱分析条件

检测器：FID，温度260 ℃，氢气30 mL/min，氧气15 mL/min，氮气25 mL/min。

载气：高纯氮气，5 mL/min。进样温度260 ℃，分流进样，分流比为50∶1。柱温(程升)：起始温度205 ℃，保持20 min。进样量0.6 μL，柱压10 MPa。

2.2.2 植物甾醇酯的气相色谱分析条件

检测器：FID，温度350 ℃，氢气30 mL/min，氧气15 mL/min，氮气25 mL/min。载气：高纯氮气，5 mL/min。进样温度350 ℃，分流进样，分流比为50∶1。柱温(程升)：起始温度210 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升温至320 ℃，保持20 min。进样量1 μL，柱压15 MPa。

2.2.3 分析结果

在“2.2.1”的分析条件下，对高油酸葵花籽油甲酯的分析结果见表3。在“2.2.2”的分析条件下，对产品分析结果见表4。

表3 高油酸葵花籽油甲酯的主要成分及质量分数Tab.3 Main components and content of high oleic sunflower oil methyl ester

表4 产品组成及质量分数Tab.4 Components and content of products

2.3 产品提纯

通过试验比较高油酸葵花籽油甲酯、植物甾醇和植物甾醇酯在有机溶剂中的溶解性差异，尝试用甲醇和正己烷对酯交换后的粗产品进行萃取。两种溶剂的提纯试验表明：对产品进行萃取，若先用正己烷溶解产品，再用甲醇从正己烷中提取残留的甲酯，即使提取次数增加，也不能达到产品的提纯要求；若将甲醇与正己烷的添加顺序颠倒，则提纯后产品颜色很白，且经过色谱分析，产品中甲酯的残留量符合最终产品要求。

3 结 论

以甲醇钠为催化剂，采用植物甾醇与高油酸葵花籽油甲酯酯交换的方法合成了植物甾醇高油酸葵花籽油酯。正交试验筛选出的最佳反应条件为n(高油酸葵花籽油甲酯)∶n(植物甾醇)=2∶1，酯化时间5 h，催化剂添加量为植物甾醇质量的3%，反应温度132 ℃。在此条件下植物甾醇的酯化率可以达到62.1%。采用萃取的精制工艺，选用正己烷和甲醇两种溶剂，相对于分子蒸馏和重结晶等工艺，此工艺简单、经济，且溶剂可回收利用。

[1] JEFFREY L, WRIGHT C, JAROSLAV A. Methods for producing sterol esters of omega-3 fatty acids:US, 0271791 A1[P]. 2005-12-08.

[2] LIN L. Sterol esters of conjugated linoleic acid and process for their production:US, 6413517 B1[P]. 2002-01-02.

[3] LEWANDOWSKI D J, PLANK D W. Assay and method for quantifying the levels of steryl esters and free sterols in starch-comtaining food products:US, 6939713 B2[P]. 2005-09-06.

[4] HIGGINS J D. Preparation of sterol and stanol-esters:US, 5892068[P]. 1999-04-06.

[5] WEBER N, WEITKAMP P, MUKHERJEE K D. Cholesterol-lowering food additives:lipase-catalysed preparation of phytosterol and phytostanol esters[J]. Food Research International, 2002, 35(8):177-181.