玉米胚芽油脱臭馏出物分离甾醇方法的研究

孙艳华 潘亚芬 于海涛

(黑龙江农垦职业学院，黑龙江 哈尔滨150025)

0 介绍

甾醇类含有广泛、结构类似于胆固醇的化合物，普遍的甾醇类物质有β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇等。自然界存在植物甾醇以游离态、脂肪酸酯或糖苷形式存在。这些化合物存在于不同植物和植物制品中。植物甾醇对于食品行业的重要性近年来显著提高。

食用油中脱臭馏出物成为了植物甾醇产业的重要原料来源。脱臭是食用油脂精炼过程中最后步骤，该工艺消除了天然脂肪和油脂中不良成分。该工艺在真空条件下200℃进行数小时，所获得副产物被称为脱臭馏出物。玉米胚芽油脱臭馏出物由于含有大量的有效物质而受到广泛重视。

由于受到原材料质量，油脂提取工艺，精炼设备的物理特性和生产条件等因素影响，导致脱臭馏出物组分存在较大差异。脱臭馏出物中各组分平均（质量）百分含量为：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%，其它物质 1～12%。玉米胚芽油脱臭馏出物组分在各类文献中差异很大，这一结果表明了其组分的可变性。

本研究目的是通过使用酯基甘油酯转移，硬脂酰酯基转移游离甾醇，-5℃条件下结晶化对玉米胚芽油脱臭馏出物中甾醇类物质进行分离。

1 材料与方法

1.1 样品与试剂

所使用玉米胚芽油脱臭馏出物由SOS,S.A.提供。玉米胚芽油脱臭馏出物组成为水分、游离脂肪酸、皂化价、Saponificable matter、Nonglyceride esters、总甾醇，比例为 0.14：26.5：136.4：60.0：11.1：3.32。 试剂（甲醇、盐酸、硫酸、甲苯磺酸）和有机溶剂（己烷、丙酮和乙醇）均为分析纯试剂，由Panreac提供标准品。

1.2 脱臭馏出物脱气

利用常规实验室真空蒸馏设备处理脱臭馏出物，在2×10-6，65℃的条件下脱气1h，该过程导致脱臭馏出物1～1.5%损失，被去除产物其性质不具有特点。

1.3 游离脂肪酸酯化与酰基甘油酯的酯交换

对脱臭馏出物样品进行脱气其目的是将全部脂肪酸、酯化酰基甘油酯在酸性条件下转化成脂肪酸甲酯。利用此法，将最初脱臭馏出物中脂肪酸转化为甲酯。同时，为了生成甲酯和游离甾醇，应使其硬脂酰分解。该反应在不同时间段下进行冷却回流。

1.4 洗涤与倾析

酯交换反应产生大量甘油，甘油在结晶化前分离。该过程通过水洗和随后倾析来实现，同时也可以分离过量甲醇和酸催化剂。

1.5 游离甾醇的分离

为使其获得高纯度植物甾醇沉淀为39±3%，提取后温度由之前的温度降至-5℃。随后利用己烷进行洗涤，得到纯度为99%的植物甾醇。

1.6 产品分析

为判定生育酚、甾醇的含量，采用国标法对植物甾醇进行检测。此工艺由皂化反应和非皂化反应组成，含有甾醇的成分通过薄层层析法分离，再通过一个硅烷化反应衍生化，最终利用气相色谱进行分析。

2 结果与讨论

2.1 游离脂肪酸酯化反应和酰基甘油酯酯交换反应

为了将游离脂肪酸和酯化酰基甘油酯转化为脂肪酸甲酯，在酸催化伴随着脱气的条件下，脱臭馏出物进行酯化反应、酯交换反应。为了确定转换甲酰的最佳条件，将两种无机酸（盐酸和硫酸）与一种有机酸（对甲苯磺酸）作为预实验催化剂，统计不同甲醇/脱臭馏出物比率下的浓度。盐酸、硫酸和对甲苯磺酸作为催化剂，甲醇/脱臭馏出物浓度为6.5%、6.5%和 5.2%，脂肪酸甲酯(v/v)27.2、36.8、54.4，对甲苯磺酸甲酯化转化率最高。

正如前文所述，在三种催化剂共同作用的条件下，对甲苯磺酸进行酯化和酯交换。下面的步骤是尽可能地降低甲醇与脱臭馏出物的比率和反应时间，找出最佳对甲苯磺酸浓度。根据大量实验结果显示，含甲醇的玉米胚芽油脱臭馏出物的酯化和酯交换的最佳操作条件为，对甲苯磺酸中甲醇与脱臭馏出物的比率为1：1，对甲苯磺酸在甲醇中的浓度为0.05M，温度65℃，反应时间为2h。

2.2 脂肪酸甲酯蒸馏

预浓缩反应物中的植物甾醇在酯化反应和酯交换反应中形成脂肪酸甲酯，经过真空浓缩被去除。该过程被广泛地用于从不同来源中获取植物甾醇。脂肪酸甲酯在真空度2×10-3条件下真空蒸馏，其余部分在140～195℃条件下被收集。这一过程可以使甾醇类被预浓缩至10%左右，脂肪酸甲酯的比例被降低至约3%。

2.3 甾醇类物质的分离

大多数报道中提及从油脂和脂肪矩阵脱臭馏出物中结晶甾醇类物质的方法，要求使用有机溶剂去分离之前反应生成的脂肪酸甲酯。对于本法，反应物中的脂肪酸甲酯蒸馏所得到的甾醇类物质允许在后面的有机溶剂结晶分离过程中预浓缩至10～12%。然而，在试验用有机溶剂中，没有任何溶剂能够使甾醇的含量达到8%以上。经过大量实验证明，仅含有丙酮和甲醇的有机溶剂在冷却至较低温度（-20℃）一段时间后，甾醇类物质的产量最多仅达到13%。

鉴于此，之前阶段形成的脂肪酸甲酯为植物甾醇冷结晶提供了介质。当脂肪酸甲酯的数量、持续时间与温度变化时进行水洗冷却，倾注反应物料。试验结果表明，在某种情况下为了检验上述过程对植物甾醇结晶化影响，可以将脂肪酸甲酯加入到介质中。一般情况下，收集到脂肪酸甲酯与通过酯化反应和酯交换反应所得到的产物组成一致。实际上，脂肪酸甲酯的添加或是部分蒸馏会导致非预期结果的出现。植物甾醇通常在酯化/酯交换过程形成的脂肪酸甲酯的情况下被分离。获得植物甾醇最佳产量的条件是冷却温度-5℃，持续时间24h。

一旦甾醇类物质从反应物中被分离，利用己烷对它们进行洗脱。所获得的最终产物是甾醇纯度在92±2%的混合物。

［1］王丽新，高云，高伟桂，等.黑甜玉米胚芽油脂肪酸的气相色谱分析[J].食品科学，2007，28(1)：237-238.

［2］魏义勇，李珺.水酶法提取湿磨法玉米胚芽油的研究[J].中国油脂，2005，30(8)：17-19.

［3］王素敏，张培，张婕，等.玉米胚芽油提取方法及特性研究进展[J].郑州轻工业学院学报，2007，22(2/3)：68-69.

［4］吴定，刘长鹏，高璃珑，等.酶法生产小麦麦胚油操作单元研究[J].食品科技，2006，7：201-203.

［5］Brown,W.,Smith,F.E.,1964.Process for separating tocopherols and sterols for deodorizer sludge and the like[P].US Patent No.3153055.

［6］Fang,T.,Goto,M.,Wang,X.,Ding,X.,Geng,J.,Sasaki,M.,Hirose,T.,2006.Separation of natural tocopherols from soybean oil byproduct with supercritical carbon dioxide[J].Journal of Supercritical Fluids 40,50-58.