植物油脫臭餾出物中生物活性成分提取方法研究進展

林利忠 林親錄 梁 盈

（1.中南林業科技大學食品與科學工程學院，湖南 長沙 410004；2.湖南金健米業股份有限公司，湖南 常德 415000）

脫臭餾出物由脫臭過程中蒸餾出的揮發性成分組成。游離脂肪酸是其中最重要的一種組分，其含量在化學精煉中通常為10%～50%，在物理精煉中更是達到了80%～90%，由于精煉工藝參數的差異，生育酚和植物甾醇的含量一般在2%～20%［1－3］。生育酚和植物甾醇因其營養特性而廣泛應用在多種類型的功能食品當中，脫臭餾出物也因其中生物活性成分含量較高而具有較高的經濟價值。

1 脫臭餾出物中的生物活性成分

1.1 植物甾醇

植物甾醇是一類來源于植物或植物油的甾醇化合物，其羥基不與其它化合物相連或者處于游離狀態，植物甾醇3β位碳原子上有羥基，在環的5，6位碳原子能上有雙鍵（也稱為△5－甾醇），其與膽固醇結構相似，但在側鏈上不同。科研人員在過去的30 年中對植物甾醇的研究不斷深入。Rozner［4］和董濤［5］等報道了因為具有降低血清膽固醇的作用，植物甾醇廣泛應用于食品和醫藥領域。Tonello等［6］報道植物甾醇應用到化妝品中，可以取得與直接攝入相近的效果。由于植物甾醇和生育酚具有相近的沸點，極性和揮發度，二者很難分離。

Wenzl等［7］建立了通過游離甾醇鑒別南瓜籽油真偽的方法。與其它對照的植物油相比，南瓜籽油△5－甾醇含量低，而△7－甾醇占主導地位。將南瓜籽油皂化，分離出不皂化物，獲得的游離植物甾醇可以通過多相色譜法定量分析。

1.2 生育酚

1936年，Evans等［8］分離出了生育酚。生育酚本質上是甲基化的苯酚，具有VE的活性。生育酚、生育三烯酚及其衍生物都因為其活性而被廣泛認為是VE。因為生育酚清除自由基的活性高，被公認為是最好的天然抗氧化劑［9］。因此，生育酚經常用于降低DNA 損傷，減少油脂過氧化，抑制體內惡性病變，預防特定類型的肝癌和缺血性心臟病等疾病。Lee［10］和Mu［11］等探討了生育酚作為一種乳化劑、添加劑應用到肝癌治療藥物中。生育酚的特點是具有色原烷醇，親水側鏈能夠滲入生物膜，Verleyen［12］等發現大豆油脫臭餾出物中的生育酚主要有α－、β－、γ－和δ－生育酚，β－生育酚的含量很低，一般難以檢出。因為在細胞膜磷脂層結構中的位置和功能的不同，這4種異構體的生理活性和抗氧化活性有著很大的差異。

1.3 脂肪酸甾醇酯

脂肪酸甾醇酯屬于甾醇共軛物，由游離脂肪酸與游離植物甾醇酯化或者游離植物甾醇與脂肪酸甲酯交酯化形成。脂肪酸甾醇酯，尤其是膽固醇酯廣泛應用于液晶顯示器中。Weststrate［13］等報道，脂肪酸甾醇酯還能抑制膽固醇的吸收，從而降低血清膽固醇含量。Ikeda［14］和Armstrong［15］等研究發現這種抑制作用主要機理是在膽鹽微囊中脂肪酸甾醇酯的溶解度要高于膽固醇。由于在三酰甘油中的溶解度高，在食品工業中，色拉油、奶油、調料中經常添加脂肪酸甾醇酯。

1.4 角鯊烯

角鯊烯是由6個異戊二烯雙鍵組成的萜烯，具有6個反式雙鍵。它廣泛分布在植物中，含量一般低于皂化物的5%。橄欖油中150～700mg／100g，米糠油中約為332mg／100g。角鯊烯在鯊魚肝中含量較高，具有抗腫瘤、抑制心血管疾病和增強免疫力的功能［16，17］。角鯊烯在醫藥、美容、保健及化妝品中均有應用。

1.5 碳氫化合物

一般情況下，脂類的碳氫化合物含量很低（≤0.2%），只有原生橄欖油的碳氫化合物含量達到了0.5%。Lercker等［18］發現脂類的碳氫化合物主要由角鯊烯組成。植物油中的碳氫化合物還包括脂肪族、烷烴、烯烴、炔烴、萜烯類、多環芳烴類和揮發性芳香族碳氫化合物。碳氫化合物組分首先通過皂化提取，再由薄層層析法制備。Basti c＇等［19］成功地從一些植物油中提取了碳氫化合物和其它弱極性不皂化物，這些植物油包括毛菜籽油、毛橄欖油、毛南瓜籽油、毛向日葵籽油和大豆油。碳氫化合物組分由烷烴、聚異戊二烯、角鯊烯、二萜和萜類碳氫化合物及其氧化物組成。

用SPSS 20.0統計學軟件分析該研究數據，計數資料以[n（%）]表示，行 χ2檢驗；計量資料以（±s）表示，行t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

1.6 醛和酮

醛和酮是脂類自動氧化或降解的羰基產物。它們在富脂食品中既有積極的一面，又有消極的一面。這些羰基化合物一般存在于酸敗的植物油或者毛油中，因此在植物油精煉工藝中，要將它除去。

Hill等［20］研究了自動氧化大豆油的呈味物質。他們先用分子蒸餾提取氣味化合物，再進行氣相色譜和感官評定。餾出物包括水層和油層。油層主要含有己醛、戊基乙烯西酮和（順，反）2，6壬二烯醛，將它們加入新鮮的脫臭油中，不會再產生自動氧化的氣味。水層主要含有乙烯基酮和其它的羰基化合物，將它們加入新鮮的脫臭油中，將會重新產生自動氧化的氣味。

1.7 殺蟲劑

殺蟲劑是用于殺蟲的有害或有毒物質的混合物。水稻種植過程中，經常用含氯殺蟲劑。它們能夠到達土壤表面，并最終降解、擴散或者轉移到水稻植株中。

Chaudry等［21，22］調查了大豆、大豆油和加工在制品中氯化殺蟲劑的分布情況。殺蟲劑包括氧橋氯早橋萘異構物、七氯、環氧七氯、氯甲橋萘、二氯二苯三氯乙烷等。大豆子葉殺蟲劑殘留量少于全豆、豆莢和胚軸。認為油脂脫臭（250 ℃和133.32～666.61Pa）對除去殺蟲劑非常有效；在大豆精煉油中沒有發現殘留的殺蟲劑，因為油脂中的殺蟲劑可能集中到了脫臭餾出物中。Halbert等［23］研究了大豆油、棉籽油和紅花油脫臭餾出物中生育酚的二惡英和呋喃含量，3種油脂中總毒性當量分別為1.60～5.50，8.10，0.93pg／g。

2 提取方法研究進展

盡管原料來源、加工工藝及參數各不相同，但脫臭餾出物一般都含有較多的游離脂肪酸和酰基甘油，如何除去它們是提取和富集生物活性成分的關鍵。因此，從脫臭餾出物中提取活性成分的方法主要是基于除去游離脂肪酸和酰基甘油，具體包括水解、酯化、酯交換、蒸餾、結晶、吸附和液－液萃取。前3個方法主要是化學方法或酶法，其余的主要是物理方法。

2.1 化學方法

化學方法主要是指在強酸或者強堿的條件下游離脂肪酸的皂化反應和游離脂肪酸及植物甾醇的酯化反應和甘油酯的轉酯化反應，然后生物活性成分再通過蒸餾或者溶劑等方法提取分離。在早期研究中，脫臭餾出物都要經過高真空、短程蒸餾，包含生育酚的餾出物皂化游離脂肪酸，再用乙醚提取不皂化物中的生育酚和植物甾醇，而皂化產物則不溶于乙醚。通過旋轉蒸發去除溶劑，將殘留的油用甲醇溶解，接著冷卻、結晶析出植物甾醇，游離植物甾醇通過過濾分離，剩下的就是生育酚。產生的皂用酸化處理的方法重新轉變成游離脂肪酸。生育酚的回收率超過50%，純度則可達到25%。

Fizet［24］分別在180 ℃，2.5h 和250 ℃，1.5h 的 條 件下，使游離脂肪酸與游離植物甾醇酯化。然后，酯化產物在120～150 ℃，210Pa下蒸餾，餾出物的主要成分是脂肪酸，重組分大部分是生育酚和脂肪酸甾醇酯。重組分在200～220 ℃，10Pa下蒸餾，餾出物大部分是生育酚，重組分主要是脂肪酸甾醇酯。重組分在酸催化下與甲醇酯交換，即可獲得游離植物甾醇。該方法包括植物甾醇的酯化和脂肪酸甾醇酯的酯交換反應，工藝過程復雜，而且由于植物甾醇酯化度不高，生物活性成分的回收率和純度都不甚理想。

樊明濤等［25］研究了大豆油脫臭餾出物的濃硫酸催化乙酯化工藝，在乙醇濃度0.6%、硫酸濃度1%、反應溫度80 ℃、反應時間60min的條件下，酯化率達到了74.5%，在此過程中，VE損失的最小值為4.18%。魯志成等［26］以濃硫酸為催化劑，通過優化反應溫度、時間、甲醇用量等影響因素，在液料比1.1∶1（V∶m），溫度60 ℃，時間2h，催化劑用量0.01∶1（V∶m）的條件下，脂肪酸甲酯化率達到98%。

在脂肪酸或酰基甘油的酯化或皂化反應中，為了回收脂肪酸，在后續過程中經常要用到強酸，在溶劑回收和溶器洗滌過程中會造成環境污染。涉及強酸的工序操作具有危險性，而且強酸也極易使餾出物組分脫色或降解。在脫臭餾出物中游離脂肪酸酯化反應進程中，作為催化劑的強酸加快了酯化反應的速度，但也造成了生育酚酯化和脂肪酸甾基酯降解。除此以外，生育酚和脂肪酸甾基酯在堿性環境中容易降解。而且，角鯊烯長期暴露在堿性環境中，損失也非常大。

2.2 酶方法

酶方法主要是指在酶催化的條件下，游離脂肪酸、植物甾醇及甘油酯的酯化和轉酯化反應。在酶方法中，除了生物活性成分的純度和回收率外，酯化率和酶的重復利用是研究人員比較關注的問題。

黎鑫旭等［27］探索了用固定化脂肪酶從脫臭餾出物中提取和分離脂肪酸甲酯及植物甾醇的方法。他們確立的反應條件：脂肪酶用量10%，加水量15%，甲醇采用分批流加方式，在30 ℃下反應36h，酯化率89.4%，植物甾醇回收率7.3%。該研究的主要目的是分離脂肪酸甲酯制備生物柴油，所以酯化度和植物甾醇的回收率偏低。

唐年初等［28］研究了大豆油脫臭餾出物酶法甲酯化工藝，發現影響酯化因素的順序是：反應時間、酶用量、反應溫度和底物比，最佳酯化條件為料液摩爾比1∶1.5，酶用量60plu／g，反應溫度60 ℃，反應時間5h，該條件下酯化率94.78%。張豪等［29］采用Plackett－Burmen法和Box－Behnken響應面試驗優化了酶促脂肪酸甲酯化條件：醇／脂肪酸摩爾比1.25∶1，酶質量分數11.5g／kg脂肪酸，反應溫度42.2℃，搖床轉速199r／min，反應6h后，酯化率達95.67%，同響應面擬合方程的預測值96.52%吻合較好。

Torres等［30］提出了二步酶法從大豆油脫臭餾出物中分離脂肪酸甾醇酯、生育酚和脂肪酸乙酯。首先，將大豆油脫臭餾出物與油酸混合，降低熔點，增加游離甾醇酯化。第一步酶促反應用Candida rugosa脂肪酶，在5h內使游離甾醇轉化率達到90%。第二步酶促反應用酶Novozym 435 在3h內轉化95%的游離脂肪酸，最終產物通過超臨界CO2萃取，即可提取脂肪酸甾醇酯、生育酚和脂肪酸乙酯。

邵平［31］采用酶法與酯化相結合的方法，從菜籽油脫臭餾出物中分離出了VE。他應用Candida rugosa脂肪酶，通過響應曲面法建立了酶催化反應的脂肪酸甲酯含量的數學模型，經過2次分子蒸餾后，VE純度達到了25.2%。

酶法工藝中，生物活性物質一般不會變性。但是，在植物油脫臭餾出物酶反應中，將游離脂肪酸和游離植物甾醇轉變為脂肪酸甾基酯方案的可行性仍然值得懷疑，由于受到精煉工藝的不利影響，脫臭餾出物中的游離脂肪酸發生了氧化和順－反構象轉變，質量很差。此外，考慮到穩定性和可重復利用性的問題，酶法的劣勢是成本過高。

2.3 物理方法

物理方法不涉及化學反應，工藝比較簡單。研究人員采用蒸餾、萃取、結晶和吸附等物理法從脫臭餾出物中提取和分離了多種生物活性成分。物理方法研究中，研究人員比較關注生物活性成分的穩定性、純度和回收率。

Lin等［32］在未經前處理的情況下，直接采用結晶法從脫臭油餾出物中提取了游離甾醇。結晶在－20 ℃條件下進行，加入溶劑的量是樣品的3倍。形成的游離植物甾醇通過低溫離心和過濾，從溶劑中分離。他們得到的濾渣部分植物甾醇純度41.54%，回收率79.5%，濾液部分中，角鯊烯的純度和回收率是2.88%及93%，而生育酚的純度和回收率分別是14.91%和90.9%。

Jacobs［33］提出了一種短程蒸餾方法從脂肪酸餾出物中分離生育三烯酚，脂肪酸餾出物中生育酚含量為1%，游離甾醇的含量為0.3%。游離脂肪酸經過汽提，得到一次汽提產物，汽提條件為壓力66.66～199.98Pa，溫度180～240 ℃，時間0.5～1.5min。一次汽提產物經短程蒸餾得到一次餾出物，皂化一次餾出物得到皂化物。對皂化物二次短程蒸餾，得到二次餾出物。二次餾出物經溶劑冬化，得到汽提濾液，濾液再經短程蒸餾就能得到回收率50%的生育酚。

Martins等［34］報道了用分子蒸餾法提取生育酚的方法。蒸餾條件：160 ℃，99.99mPa，進料速度10.4g／min，大豆油脫臭餾出物游離脂肪酸和生育酚含量分別是57.8%和8.97%。分子蒸餾后，游離脂肪酸主要進入餾出物，剩余物含6.4%的游離脂肪酸和18.3%的生育酚。成功地除去了96.11%的游離脂肪酸，回收了81.23%的生育酚。Martins等還發明了另外一種提取生育酚的方法。首先通過65 ℃下的皂化將酰基甘油轉化為游離脂肪酸，然后酸化，接著不皂化物經五級分子蒸餾，可以得到純度達34.14%的生育酚。

吸附法能量利用率高，適于分離融點相近的物質。當相對揮發度小于1.25 時，吸附法的分離效果要優于蒸餾法。Chu等［35］采用白炭黑吸附的方法從棕櫚油脂肪酸餾出物中分離出了VE。Redlich－Peterson和Langmuir等濕模型較好地描述了平衡狀態的情況，吸附的熱動力學參數進一步證實了吸附是一個放熱的過程。在試驗溫度35～50 ℃范圍內，總Gibss自由能是負數。VE吸附過程涉及到了兩種主要的吸附機制，即外部傳質和粒子內部擴散。當初始VE濃度增加，外部傳質系數kf 顯著降低，而內部擴散速率常數kid則隨之增加。

物理方法同樣存在一定的局限性，由于造成了生物活性化合物降解，單純的蒸餾方法不具備可行性。高溫下，生育酚和脂肪酸甾基酯極易降解。在脫臭工藝中，溫度分別為240，260，280，300 ℃的條件下，在30min內生育酚的損失將分別達到11%，25%，38%，61%［36］。涉及有機溶劑提取的方法，一方面成本高，另一方面污染環境。分子蒸餾是迄今最受歡迎的提取方法，尤其是針對脫臭餾出物中的熱敏性和高分子量化合物。但是分子蒸餾的使用條件要求高溫和高壓，設備價格昂貴，限制了該技術的推廣應用。吸附方法中，吸附劑的重復利用及分離效果還有待進一步研究，目前該技術仍處于實驗室研究階段。

3 展望

隨著科技的進步和社會的變遷，科研人員對植物油脫臭餾出物中生物活性成分及其提取方法的研究也在不斷的完善和發展，并對已經取得的成果重新評估。脫臭餾出物中甘油酯的研究就可能對植物油精煉工藝做出修正，盡可能的將其充分利用。檢測分析方法的改進，有利于人們鑒別和發現新的活性物質，進而開展相關的分離和提取工作。由于熔點相近，游離甾醇和生育酚的分離非常困難，而角鯊烯和脂肪酸甾醇酯極性相近，它們的分離難度也很大。為了保護環境，降低成本，食品和制藥工業都要求人們綜合化學方法、酶方法和物理方法的優點，不斷改進及組合原有的提取技術并且發展新的提取和分離技術，從而增加脫臭餾出物的附加值。

1 胡小泓，沈敏元，康逸，等.大豆油脫臭餾出物中提取植物甾醇的研究［J］.中國油脂，2003，28（12）：47～48.

2 石秉榮，洪桂秋.超臨界流體萃取技術在食品工業的應用［J］.食品研究與開發，1996（1）：14～17

3 狄濟樂.超臨界流體萃取技術在現代食品工業中的應用［J］.湖南食品與發酵，1996（1）：38～41

4 Rozner S，Garti N.The activity and absorption relationship of cholesterol and phytosterols［J］.Colloids Surf.A：Physicochem.Eng.Aspect，2006，282（20）：435～456.

5 董濤，賈承勝，張曉鳴.SDS催化合成植物甾醇月桂酸酯的研究［J］.食品與機械，2008，24（3）：44～47.

6 Antonella A Tonello，Giovanni G Poli.Serum phytosterols not only from dietary intake［J］.Br.J.Nutr.，2006，96（4）：791～792.

7 Wenzl T，Prettner E，Schweiger K，et al.An improved method to discover adulteration of styrian pumpkin deed oil［J］.J.Biochem.Biophys.Methods，2002（53）：193～202.

8 Evans H M，Emerson O H，Emerson G A.The isolation from wheat germ oil of an alcohol，having the properties of vitamin E［J］.J.Biol.Chem.，1936（113）：319～332.

9 Sies H，Stahl W.Vitamins E and C，β－Carotene，and other carotenoids as antioxidants［J］.Am.J.Clin.Nutr.，1995（62）：1 315～1 321.

10 Lee S H，Zhang Z，Feng S S.Nanoparticles of poly（lactide）－tocopheryl polyethylene glycol succinate（PLA－TPGS）copolymers for protein drug delivery［J］.Biomaterials，2007，（28）：2 041～2 050.

11 Mu L，Feng S S.A novel controlled release formulation for the anticancer drug paclitaxel（Taxol?）：PLGA nanoparticles containing vitamin E TPGS［J］.J.Controlled Release，2003（86）：33～48.

12 Verleyen T，Verhe R，Garcia L，et al.Gas chromatographic characterization of vegetable oil deodorization distillate［J］.J.Chromatogr.A，2001（921）：277～285.

13 Weststrate J A，Ayesh R，Bauer－Plank C，et al.Safety evaluation of phytosterol esters.part 4.faecal concentrations of bile acids and neutral sterols in healthy normolipidaemic volunteers consuming a controlled diet with or without a phytosterol ester－enriched margarine［J］.Food Chem.Toxicol.，1999（37）：1 063～1 071.

14 Ikeda I，Y Tanabe，M Sugano.Effects of sitosterol and sitostanol on micellar solubility of cholesterol［J］.J.Nutr.Sci.Vitaminol.，1989（35）：361～369.

15 Armstrong M J，Carey M C.Thermodynamic and molecular determinants of sterol solubilities in bile salt micelles［J］.J.Lipid Res.，1987（28）：1 144～1 155.

16 Allison A C.Squalene and squalane emulsions as adjuvants［J］.Methods.，1999（19）：87～93.

17 畢良武，趙振東，韓路，等.幾種潛在的植物角鯊烯資源綜述［J］.林產化學與工業，2011，31（4）：102～108.

18 Lercker G，Rodriguez－Estrada M T.Chromatographic analysis of unsaponifiable compounds of olive oils and fat－containing foods［J］.J.Chromatogr.A，2000（881）：105～129.

19 Basti ＇cM，Basti ＇cLj，Jovanovi ＇cJ A，et al.Hydrocarbon and other weakly polar unsaponifiable in some vegetable oils［J］.J.Am.Oil Chem.Soc.，1978（55）：886～891.

20 Hill F D，Hammond E G.Studies on the flavor of autoxidized soybean oil［J］.J.Am.Oil Chem.Soc.，1965（42）：1 148～1 150.

21 Chaudry M M，Nelson A I，Perkins E G.Distribution of aldrin and dieldrin in soybeans，oil，and by－products during processing［J］.J.Am.Oil Chem.Soc.，1976（53）：695～697.

22 Chaudry M M，Nelson A I，Perkins E G.Distribution of chlorinated pesticides in soybeans，soybean oil，and its by－products during processing［J］.J.Am.Oil Chem.Soc.，1978（55）：851～853.

23 Halbert M K，Archer J C.Dioxin and furan contamination of deodorizer distillates and natural vitamin E supplements［J］.J.Food Compos.Anal.，2007（20）：506～514.

24 Fizet C.Process for tocopherols and sterols from natural sources：USA 5，487，817［P］.1996－01－30.

25 樊明濤，吳守一，馬海樂.大豆油脫臭餾出物酯化處理的試驗研究［J］.中國食品學報，2003（4）：37～40.

26 魯志成，谷克仁，冶保獻，等.濃硫酸催化脫臭餾出物脂肪酸甲酯化工藝研究［J］.糧食與油脂，2005（3）：21～23.

27 黎鑫旭，陳小明，孟慶雄，等.酶法生產脂肪酸甲酯并提取植物甾醇［J］.糧油加工，2007（5）：73～75.

28 唐年初，裘愛泳，胥傳來.大豆油脫臭餾出物的酶法甲酯化新工藝［J］.食品科學，2007，28（2）：142～144.

29 張豪，乙引，洪鯤，等.響應面法優化酶促脂肪酸酯化工藝條件［J］.農業工程學報，2011，27（Supp2）：125～129.

30 Torres C F，Torrelo G，Seorans F J，et al.A two steps enzymatic procedure to obtain sterol esters，tocopherols and fatty acid ethyl esters from soybean oil deodorizer distillate［J］.Process Biochem.，2007（42）：1 335～1 341.

31 邵平.分子蒸餾過程數值模擬及其在菜籽油脫臭餾出物再資源化中的應用研究［D］.合肥：合肥工業大學，2006.

32 Lin K－M，Koseoglu S.Separation of sterols from deodorizer distillate by crystallization［J］.J.Food Lipids.，2003（10）：107～127.

33 Jacobs L.Process for the production of tocotrienols：U.S.Patent：6，838，104［P］.2005－01－04.

34 Martins P F，Batistella C B，Maciel－Filho，et al.Comparison of two different startegies for tocopherols enrichment using a molecular distillation process［J］.Ind.Eng.Chem.Res.，2006（45）：753～758.

35 Chu B S，Baharin B S，Che Man Y B，et al.Separation of vitamin E from palm fatty acid distillate using silica：I Equilibrium of batch adsorption［J］.J.Food Eng.，2004（62）：97～103.

36 Setiyo Gunawan，Yi－Hsu Ju.Vegetable oil deodorizer distillate：characterization，utilization and analysis［J］.Separation ＆Purification Reviews，2009（38）：207～241.