（制糖工程专业论文）甘蔗糖厂滤泥中植物甾醇的提取及豆甾醇和β谷甾醇的分离.pdf

甘蔗糖厂滤泥中植物甾醇的提取及 豆甾醇和1 3 一谷甾醇的分离 摘要 植物甾醇具有保持生物内环境稳定、控制糖原和矿物质的代谢、调节 应激反应等十分重要的生理功能，有很高的应用价值，被誉为。生命的钥 匙”。由于属于天然物质、本身无毒性，而且具有乳化性和稳定性等特点， 因此引起各国科学家对植物甾醇开发应用的重视，因各自的结构、功能、 以及医用合成需求不同，甾醇单组分分离富集的工艺研究也具有很实际的 意义。 本文采用分步法和一步法两种工艺方法从甘蔗糖厂滤泥中提取植物甾 醇，并对得到的植物甾醇进行精制，进而分离富集豆甾醇和1 3 一谷甾醇。 论文首先对植物甾醇的提取分离、精制以及分析方法进行了比较系统 地论述和探讨，综合各方面条件，选用皂化法对植物甾醇进行提取、选用 溶剂重结晶法对植物甾醇进行精制研究。设计正交试验对各影响因素和条 件进行筛选，找到从甘蔗糖厂滤泥中提取、精制植物甾醇以及从高纯度植 物甾醇中分离富集豆甾醇和1 3 一谷甾醇的最适工艺条件。同时对实验所得植 物甾醇产品的皂化值、酸值、含皂量等性质做了测定，并用红外、气质联 用光谱对其组成成分和相对含量进行了检测分析。 用分步法提取植物甾醇，对干滤泥的得率为8 4 1 5 5 ，酒精回收 率在7 碱左右，石油醚的回收率接近7 0 。而采用一步法提取植物甾醇，植 物甾醇得率只能达到8 7 ，酒精回收率约为6 6 7 ，石油醚的回收率在7 5 左右。实验发现，一步法工艺流程不仅大大缩短了工作周期，同时节约了 化学溶剂，减轻了环境压力。 实验所得植物甾醇粗品的相对含量达到5 6 3 4 ，以正己烷为溶剂，在5 条件下养晶1 h 对植物甾醇进行精制，精制植物甾醇的得率约为5 0 6 0 ， 相对含量能达到9 6 5 9 。经g c - m s 分析表明，精制植物甾醇主要成分为豆甾 醇、b 一谷甾醇和菜油甾醇，占挥发物的9 2 4 0 ，另外，还有少量的麦角甾 醇、y 一谷甾醇以及一些脂肪醇、烷烃、烯烃和酯等。 实验以正戊醇为溶剂，采用重结晶法从精制植物甾醇产品中分离富集 豆甾醇，用1 ：5 的料液比( g m l ) ，经过四次重结晶后，豆甾醇的相对含量 达到8 6 9 3 ，得率为1 5 1 9 。以环己酮为溶剂，采用分级结晶法从精制植 物甾醇产品中分离富集b 一谷甾醇，用1 ：4 的料液比( g m l ) ，经过三次分 级结晶后，b 一谷甾醇的相对含量可达到6 7 8 5 ，得率为7 0 4 。 关键词：滤泥植物甾醇提取精制豆甾醇p 一谷甾醇 i i e x t r a c t10 no fp h y t o s t e r o l sf r o mfil t e rm u d o fs u g a r c a n ef a c t o r ya n ds e p e r a t10 n o fs tlg m a s t e r o la n d1 3 一sit o s t e r o l a b s t r a c t p h y t o s t e r o l si sc o n s i d e r e da s ”t h ek e yt ol i f e ”b e c a u s eo fi t si m p o r t a n t p h y s i o l o g yf u n c t i o n ss u c ha sk e e p i n gt h ee n v i r o n m e n t i n s i d et h el i v i n gc r e a t u r e s t a b l e ，c o n t r o l l i n gt h em e t a b o l i s mo fs u g a ra n dm i n e r a lm a t e r i a l s ，r e g u l a t i n g s t r e s sr e a c t i o na n ds oo n b e l o n g i n gt on a t u r a lm a t e r i a l s ，h a v i n gn op o i s o n ， h a v i n gc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha se m u l s i b i l i t ya n ds t a b i l i t y , e t cc a u s es c i e n t i s t sf r o m a l lc o u n t r i e st ot a k eah i i g hv a l u eo ft h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f p h y t o s t e r o l s b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c e si ns t r u c m r e ，f u n c t i o n ，n e e do fm e d i c a l s y n t h e s i s ，t e c h n o l o g i c a l r e s e a r c ho nt h e s e p a r a t i o n a n de n r i c h m e n to f o n e c o m p o n e n tp h y t o s t e r o lh a sp r a c t i c a b l es i g n i f i c a n c e t w ok i n d so fc r a f tm e t h o d si n c l u d i n gf r a c t i o n a ls t e p sm e t h o da n do n e s t e p m e t h o dw e r ea d o p t e di nt h i sp a p e rt oe x t r a c tp h y t o s t e r o l sf r o mf i l t e rm u do f s u g a r c a n ef a c t o r y , i nt h es u b s e q u e n th a n d l i n g ，p h y t o s t e r o l sw a sp u r i f i e d ，t h e n s t i g m a s t e r o la n d1 3 - s i t o s t e r o lw e r es e p a r a t e da n de n r i c h e df r o mp h y t o s t e r o l sw i t h h i g hp u r i t y t h em e t h o d so fe x t r a c t i n g ，r e f i n i n ga n da n a l y s i n gp h y t o s t e r o l sw e r e l i l d i s c u s s e da n dp r o b e di n t os y s t e m a t i c a l l y , c o n s i d e r i n ga l la s p e c t sa n dc o n d i t i o n s ， t h es a p o n i f i c a t i o nm e t h o dw a ss e l e c t e dt oe x t r a c t ，t h er e c r y s t a l l i z a t i o nm e t h o d w a ss e l e c t e dt or e f i n ep h y t o s t e r o l si nt h i sr e s e a r c h o r t h o g o n a lt e s tw a s d e s i g n e d t os c r e e no u tt h eo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n so fe x t r a c t i n gp h y t o s t e r o l s f r o mf i l t e rm u do fs u g a r c a n ef a c t o r y , r e f i n i n gp h y t o s t e r o l sf i o mc r u d ep r o d u c t ， s e p e r a t i n ga n de n r i c h i n gs t i g m a s t e r o la n d i - s i t o s t e r o lf r o mp h y t o s t e r o l sw i t h h i 曲p u r i t y i n t h e m e a n t i m e ，t h ep r o p e r t i e s o f p h y t o s t e r o l s s u c ha s s a p o n i f i c a t i o nv a l u e ，a c i dv a l u e ，c o n t e n to fs o a pw e r ea n a l y z e d ，t h ec o m p o s i t i o n a n dr e l a t i v ec o n t e n tw e r ed e t e r m i n e db yi n f r a - r e ds p e c t r u ma n dg c - m s s p e c t r u m u s i n gf r a c t i o n a ls t e p sm e t h o d ，t h ey i e l do fp h y t o s t e r o l st of i l t e rm u d i s 8 4 一15 4 8 t h er e c o v e r yr a t eo fa l c o h o li sa b o u t7 0 a n dt h a to fp e t r o l e u m e t h e ri sc l o s et o7 0 u s i n go n e s t e pm e t h o d ，t h ey i e l do f p h y t o s t e r o l st of i l t e r m u dw a s8 7 0 t h er e c o v e r yr a t eo fa l c o h o li sa b o u t6 6 7 a n dt h a to f p e t r o l e u me t h e ri sa b o u t7 5 o n e - s t e pm e t h o dt e c h n o l o g i c a lp r o c e s sc o u l dn o t o n l ys h o r t e nt h ew o r kc y c l i c ，b u ta l s oe c o n o m i z et h ec h e m i s t r ys o l v e n t s ，e a s e t h ep r e s s u r eo fe n v i r o n m e n t t h er e l a t i v ec o n t e n to fc r u d ep h y t o s t e r o l s g a i n e d i nt h i s e x p e r i m e n t r e a c h e du pt o5 6 3 4 ，u s i n gn - h e x a n ea ss o v e n t ，c r u d ep h y t o s t e r o l sw a s c u l t u r e do n eh o u ru n d e r5 c ，t h er e l a t i v ec o n t e n to ft h er e f i n e dp h y t o s t e r o l s r e a c h e du pt o9 6 5 9 w h i l et h ey i e l dw a s5 0 6 0 t h er e s u l to fg c m s a n a l y s i ss h o w e dt h a tr e f i n e dp h y t o s t e r o l sw a sm a i n l yc o n s i s to fs t i g m a s t e r o l ， 1 3 - s i t o s t e r o la n dc a m p e s t e r o l ，w h o s er e l a t i v ec o t e n tc o u l dr e a c hu pt o9 2 4 0 ， e x c e p tt h i s ，t h e r ew e r es t i l la l i t t l ea m o u n to fe r g o s t e r o l ，y - s i t o s t e r o l ，s o m eo t h e r k i n d so ff a t t ya l c o h o l s ，a l k a n e s ，a l k e n e s ，e t c u s i n gn p e n t a n o l a ss o l v e n t 1 ：5a st h er a t i oo fp h y t o s t e r o l st ot h e s o l v e n t ( g m l ) ，a f t e rb e i n gr e c r y s t a l l i z e df o u rt i m e s ，s t i g r n a s t e r o lw h o s er e l a t i v e c o t e n tw a s8 6 9 3 ，w h i l et h ey i e l dw a s1 5 1 9 ，w a ss e p a r a t e da n de n r i c h e d f o r mr e f i n e d p h y t o s t e r o l sp r o d u c t sb yr e c r y s t a l l i z a t i o nm e t h o d u s i n g c y c l o h e x a n o n ea ss o l v e n t ，1 ：4a st h er a t i oo fp h y t o s t e r o l st ot h es o l v e n t ( g m l ) ， a f t e rt h r e et i m e so ff r a c t i o nc r y s t a l l i z a t i o n ，1 3 - s i t o s t e r o lw h o s er e l a t i v ec o t e n t w a sa b o u t6 7 8 5 ，w h i l et h ey i e l dw a s7 0 4 ，w a ss e p a r a t e da n de n r i c h e df o r m r e f i n e dp h y t o s t e r o l sp r o d u c t sb yf r a c t i o nc r y s t a l l i z a t i o nm e t h o d k e yw o r d s ：f i l t e rm u d ；p h y t o s t e r o l s ；e x t r a c t i o n ；p u r i f i c a t i n ；s t i g m a s t e r o l ； 1 3 - s i t o s t e r o l v 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 i 年6 黾 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 函口时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 敝作者虢却弘翩虢郄磁卿年6 月帅 广霄，攀习【b 曹盘论文 甘蘑糖厂滤泥中植物甾- 的提取夏互甾l 和占一答酱醇的分离 1 1 研究的背景及意义 第一章绪论 甾醇在自然界中分布极广，虽说含量不多，但具有很高的应用价值，被誉为“生 命的钥匙”。自从在植物油中发现谷甾醇( s i t o s t e r 0 1 ) 和豆甾醇( s t i g m a s t e r 0 1 ) 以来， 人们对植物甾醇进行了深入的研究，特别是六十年代以来，在理论研究和生产技术、应 用等方面有了重大的发展1 1 】。植物甾醇及其衍生物由于其特有的生物学和物化特性而被 广泛应用于食品、医药、饲料、化工等行业，目前已成为国际市场尤其是欧美市场最受 关注的功能性食品因子之一【2 】。由于植物甾醇属于天然物质，本身无毒性，而且具有乳 化性和稳定性等特点，因此引起各国科学家对植物甾醇开发应用的重视。 随着植物甾醇应用的扩大，分离富集个别甾醇的工艺研究也具有了很实际的意义， 这主要是因为： ( 1 ) 结构不同使不同甾醇的功能也有一定的差异。例如谷甾醇有明显的抗炎性， 可用于治疗皮肤溃疡和皮肤肿瘤；而豆甾醇有一定的表面活性剂作用，可用作制各液晶 的乳化助剂，为无刺激的保湿剂、营养剂和调理剂1 3 】。 ( 2 ) 不同甾醇的功效可能会相互影响。据报道菜油甾醇会降低谷甾醇的降胆甾醇 的作用，因而要求在谷甾醇产品中菜油甾醇的最大含量要小于4 0 。 ( 3 ) 医用合成的需要。目前在用筠醇合成药物时，也要求个别甾醇具有较高的纯 度，这样利于控制反应的物料、条件、进程以及产品的性质、疗效。虽然已有微生物转 化法可以直接将混合植物甾醇转化成甾体药物的中间体雄甾4 烯3 ，7 二酮( 4 a d ) 和雄 甾1 , 4 二烯3 ，1 7 二酮( a d d ) ，但由于菌种选育和转化率方面都存在很多问题，在国内 无法形成大规模生产。 ( 4 ) 市场的需求。正因为认识到个别甾醇的重要性，国外对个别富集甾醇的需求 量大幅增长，附加值可观。其中豆甾醇的商业需求也越来越大，它可以用于制备一定的 药物，如性荷尔蒙、可的松等等【4 一。 二十世纪六十年代，一般采用溶剂溶解、萃取、蒸馏及结晶的方法从皂化植物油、 松江油、动物油脂及硫酸纤维素皂化物的不皂化物中提取甾醇。随着分离操作方法的改 ，西大掌日| b 掌位论文崔蔗糖厂潮e 泥中檀物甾附9 摄取曩置甾【j b 一答譬【的分离 进和发明，出现了吸附法配和溶剂法提取的工艺方法，引进色谱柱分离的方法简化了操 作步骤，提高了分离效率。到了九十年代，超临界流体的出现更是使提高从复杂体系中 提取的甾醇的纯度成为可能。另外，采用微生物培养技术可使一些甾醇转化为合成其他 甾体类药物的重要中间体i ”。 近几十年来，世界精制混合植物甾醇的年产量已超过千余吨。我国也早在七十年代 就研制出了以牙周宁为代表的植物甾醇药品( 有效含量为6 0 ) 。中科院上海有机所和 上海生物工程中心以主要含谷甾醇的植物甾醇为原料，经微生物发酵转换制备a d d 和 4 a d 已获成功。此外，植物甾醇在日用化工品、纺织品及动物生长剂等方面也有广泛 的应用。 我国南方为主要的蔗糖产区，甘蔗糖厂在制糖过程中，会产生大量的副产品，主要 有蔗渣、废蜜和滤泥三种，由于其中含有多种有机成分，且产量巨大，其开发利用已得 到了人们的普遍重视，相关的应用研究和技术也取得了一定的成果【8 】。我国对甘蔗的综 合利用，经过几十年的努力，已经有了很大的发展。现在对糖蜜和蔗渣的综合利用已经 有很大的规模，生产的产品达到数十种。但糖厂排出的大量滤泥，至今还未有很好的利 用。 甘蔗滤泥中含有多种价值很高的成分，特别是具有良好生物功能和医疗功能的宝贵 成分，把它们提取出来制成产品，将造福于社会和人民，并大幅度增加糖厂的收入。这 方面的研究开发，将是甘蔗综合利用的新突破，成为糖厂经济发展的新增长点，有很大 的社会效益和经济效益。但目前为止，多数亚硫酸法糖厂的滤泥只是以很低的价格销售 或送给农民做肥料，这种情况极需改变1 9 。 在蔗汁中，甾醇与蔗蜡、蔗脂的各种成分混杂在一起，大部分进入滤泥中。从滤泥 中提出粗蔗蜡，加入丙酮将其中的蔗脂溶解出来，分离出抽提液，再将丙酮蒸发就得到 蔗脂。蔗脂呈丰流质状态，是肥皂、甘油、润滑剂工业的原料。它含有脂肪酸甘油脂、 甾醇、磷脂、脂溶性色素等物质。将蔗脂加碱皂化后，未皂化部分即为植物甾酣1 0 l 。蔗 脂内的植物甾醇约2 0 为豆甾醇( c 2 9 h 4 8 0 h 2 0 ) ；约8 0 为b 谷甾醇( c 2 9 h 5 0 0 ) 【1 1 】。 植物甾醇是一类具有生理活性的物质，具有降低血清中胆甾醇水平、降低心脏病发 病率、皮肤保健、美容以及促进动物生长、增进健康的作用，因此，被广泛地运用于医 药、食品、化妆品等行业。豆甾醇和1 3 谷甾醇经实验证明其具有明显的降胆甾醇、消炎、 退热等疗效i l ”。而且由于植物甾醇具有天然甾体的基本骨架，特别是1 3 谷甾醇和豆甾醇， 在甾体药物半合成原料中所占比例迅速上升，1 9 8 0 年已经达到一半以上。以谷甾醇为原 2 r 。冒r j “鼻马e 士萼啦论文甘 糟厂滤泥中植物甾尊的扫l 取a 豆雀萌l 和8 一答崔喇【的分离 料，可以制得当今药物市场上的所有甾体药物；而以豆甾醇为原料，也可以制成多种甾 体皮质激素药物【13 1 。 有关资料显示【1 4 j ：粗蔗蜡在干滤泥中的含量因产地不同而略有差异。在古巴，粗蔗 蜡占干滤泥含量的1 2 4 2 2 2 ；在印度，粗蔗蜡占干滤泥含量的8 1 8 ：而在我 国，粗蔗蜡占干滤泥含量的6 9 1 6 2 。蔗脂在粗蜡中占3 0 5 0 ，蔗脂中不皂化 部分占2 3 5 9 ，不皂化物中2 0 为甾醇，约占蔗脂的4 6 1 1 8 。总体来讲，每 千克干滤泥中含有植物甾醇o 9 5 9 5 6 克，与其他植物甾醇提取原料相比，相差不多。 所以，滤泥也是植物甾醇制品的重要来源。 随着植物甾醇众多生理功能的宏观表现，以及其系列衍生物多方面的应用拓展，植 物甾醇的基础研究工作亦得到重视和加强( 1 5 l ，在国外关于植物甾醇的研究已得到迅速发 展，各种新产品( 如植物甾醇酯、植物甾烷醇及其酯等) 不断问世，而在我国，该领域 研究开发仍较滞后，当前功能性制品深受消费者青睐，所以开发甾醇类功能性制品前景 非常广阔e 1 6 1 。 1 2 甾醇概述 1 2 1 植物甾醇的分布 一般认为，植物油及其加工产品是植物甾醇最丰富的自然来源，其次是谷物、谷物 副产品和坚果，少量来自水果和蔬菜。植物油中普遍含有甾醇，米糠油、小麦胚芽油及 玉米胚芽油中甾醇含量较高，绝大部分油品种中无甲基甾醇占总甾醇的7 0 以上。植物 油提炼过程产生的脱臭馏出物、硫酸纤维素制皂过程中的不皂化物中也含有植物甾醇， 另外，许多中草药植物中也普遍含有植物甾醇，如蒲黄、半夏、黄柏、黄苓、人参等f l 。 部分甾醇原料中总甾醇的含量见表1 1 。 表1 1 各种甾醇原料中总甾醇的含量 t 曲i e ll - 1c o n t c n to f t o t a ls t e r o l si i lt i l er a wm a t e f i a lo f s t e r o l s 制取植物甾醇的原料可为富含甾醇的碱炼皂脚、植物油脱臭馏出物等。目前，国际 上商品植物甾醇的7 0 来源于脱臭馏出物。在油料种子中，甾醇几乎平均地分配在油相 ，- 冒大掣阀量士掣啦论文 甘蔗糖j _ - 毓翻i 中捌l 物甾霸咱9 摄取反互甾醇和口一答甾醇的分离 及胶体相中。在制油过程中，甾醇则由胶体相转入油相。在植物油精炼过程中，碱炼时 除去的植物甾醇约为3 5 ，脱臭时除去的植物甾醇约为3 5 4 0 ，因此几乎半数 的植物甾醇进入了脱臭馏出物中【i s , 1 9 。 1 2 2 甾醇的结构和种类 1 2 2 1 结构 甾醇( s t e r 0 1 ) 是甾族化合物( s t e r o i d ) 中的一类，其分子的基本骨架是由三个六 元环和一个五元环组成的环戊烷并全氢菲，也叫甾核，c 3 位上连有一个羟基，c 1 7 位 上连有一个由8 1 0 个碳原子构成的侧链，多数甾醇c 5 位为双键。c 3 位羟基是重要的 活性基团之一，结构图如图1 1 所示。 r 图1 - 1 甾醇分子基本骨架 f 追1 - 1b a s i c a ls k e l e t o no f s t e r o l s m o l e c u l e s 1 2 2 2 种类 天然甾醇广泛分布在自然界中，其种类繁多，由于c 4 位上所连的甲基数目的不同 以及c 1 7 位上侧链的长短、双键数目的多少和位置等的差异，形成不同种类的甾醇，在 自然界中以游离态和结合态的形式存在，现已鉴别出来近1 6 0 种。 根据来源的不同，甾醇可分为植物甾醇、动物甾醇、菌类甾醇三类。植物甾醇主要 包括谷甾醇、豆甾醇和菜油甾醇等，存在于植物的种子中；动物甾醇以胆甾醇( 胆甾醇) 为主，存在于动物的组织和细胞之中；菌类甾醇有麦角甾醇等，存在于霉菌和蘑菇之中。 近代分析表明，胆甾醇在植物的根、茎、叶、花和种子中也普遍存在，在某些油的总甾 醇构成中占8 7 1 0 ，在结合脂蛋白中甚至占2 4 3 6 。同样，谷甾醇在人和动物 以及微生物、菌类的脂中也广泛存在。 根据化学结构及生物合成途径的不同，植物甾醇大致可分为4 脱甲基甾醇 ( 4 - d e s m e t h y ls t e r 0 1 ) ，4 a 单甲基甾醇( 4 a - m o n o m e t h y ls t e r 0 1 ) ，以及4 , 4 - 双甲基甾醇 4 广蕾r ，叫蚌习n b 掌位能。，甘蘑糟厂蕾e 琵中植物甾醇的提取a 置崔霸l 和口一备醇的分离 ( 4 ，4 - d e s m e t h y ls t e r 0 1 ) 三类。4 a 单甲基甾醇和4 , 4 一双甲基甾醇是植物甾醇的前体物质， 其存在的量比相应的终端产物4 脱甲基甾醇要低得多【2 0 ，2 1 1 。 本实验提取得到的植物甾醇主要含有豆甾醇、谷甾醇和菜油甾醇。 1 2 3 甾醇的物化性质 甾醇因其以固体形式存在，又称为固醇，其熔点较高，都在1 0 0 以上，最高能达 2 1 5 。甾醇的相对密度略大于水，不溶于水，可溶于酒精、氯仿等多种有机溶剂。甾 醇通常为片状或粉末状白色固体，经溶剂结晶处理的甾醇为白色鳞片状或针状晶体，其 中在酒精溶剂中结晶形成针状或菱片状，在二氯乙烷溶剂中形成针刺状或长棱晶。 甾醇分子中，碳原子数一般为2 7 3 1 ，分子量约为3 8 6 4 5 6 。一般来说，一个甾醇 分子的侧链基团越大，其疏水性就越强。因此，具有2 8 个或者2 9 个碳原子的植物甾醇的 疏水性就比具有2 7 个碳原子的更高，而且形成的胶束的溶解度更低。甾醇化合物呈亲脂 性，可作为膜组分，他们主要分布于血浆膜、线粒体以及内质网的外膜，很大程度上决 定了这些膜的属性。 甾醇的性质由其具有活性的羟基及双键所决定。它在1 5 0 1 7 0 氢化成烃，但温 度超过2 5 0 c 则易树脂化。甾醇与硫酸或其它强酸可产生颜色反应，其原因可能是脱水 后在碳正离子上成盐( 不过，仅限于碳环上有双键的) ，如其氯仿溶液经浓硫酸与醋酐 处理则呈现绿色。甾醇另一个重要的化学性质是对毛地黄皂甙的反应灵敏，以至于 l m l 9 0 的酒精中能发现l m g l - 1 的甾醇的存在，一分子甾醇与一分子毛地黄皂甙形成分 子络合物，产生大量的甾醇毛地黄皂甙的白色沉淀，当加热到2 5 0 以上时，甾醇则不 为毛地黄皂甙所沉淀。人们正是利用甾醇的呈色反应与毛地黄皂甙形成分子络合物的性 质进行甾醇的定性鉴定和最初的粗略定量测定。另外，甾醇还可与一些有机酸、卤酸、 尿素和碱土金属盐发生络合反应。 1 2 4 植物甾醇的生理特性、功能与应用 甾醇本身无毒性，且具有乳化性和稳定性等特点，因此在医药、食品、化妆品、动 物生长剂、植物生长激素以及化工、纺织等领域中都已得到广泛应用，主要有以下几个 方面。 1 2 4 1 甾体药物合成方面的应用 厂蕾r ，“弗目【士掌位崔叼甘曩 翱厂漶观中檀物甾舅【的期诹反王甾【和矗一- d w 蓐的分离 植物甾醇可用于合成调节水、蛋白质、糖和盐代谢的甾醇激素，例如可以用二氢胆 甾醇非常简单地合成雄酮激素。谷甾醇( 含菜油甾醇) 用于发酵法生产4 a d 和a d d 。豆 甾醇通过化学法从c 一2 2 双键处切断，再进行结构修饰后可制造出多种甾体皮质激素药 物。胆甾醇、谷甾醇通过生物降解，c 1 7 位侧链切断，生成甾体药物半合成的重要中间 体雄甾- 4 - 烯一3 ，1 7 二酮( 4 a d ) 或雄甾1 ，4 二烯3 ，1 7 二酮( a d d ) ，由此通过几步合成， 可制得当今药物市场上包括口服避孕药和治疗高血压药等几乎所有的甾体药物。 1 2 4 2 临床医学方面的应用 l 降胆甾醇作用 植物甾醇与胆甾醇结构相似，在生物体内以和胆甾醇相同的方式被吸收，甾醇酯可 通过胰脂酶水解成为游离型甾醇而被吸收。根据文献报道，植物甾醇在生物体内吸收率 一般不超过胆甾醇的1 0 ，但是许多科学家的研究结果表明：植物甾醇对胆甾醇的代谢 有影响，植物甾醇能抑制肠对胆甾醇的吸收，促进胆甾醇的异化，在肝脏内能抑制胆甾 醇的生物合成。 早在1 9 5 3 年，通过试验获知高胆甾醇患者摄入植物甾醇可有效降低胆甾醇水平。当 时试验摄入系各种植物甾醇混合物，摄x 1 0 2 0 9 d 1 的量，能使血液中胆甾醇浓度下降 5 2 0 。之后，改用摄入富含b 谷甾醇( 9 0 ) 的植物甾醇( 剂量为1 0 1 5 9 d 1 ) ，经 数月试验研究表明，若i i 型高胆甾醇患者日服3 6 9 d ，血液中胆甾醇浓度可下降1 0 ， 同时表明其主要降低低密度脂蛋白胆甾醇量，而高密度脂蛋白胆甾醇和中性脂肪量几乎 无变化。b - 谷甾醇是一种有效、安全、无毒的降脂醇，适用于治疗高胆甾醇、高甘油三 酸酯血症等，还有预防动脉粥样硬化的作用。另据测试，豆甾醇也具有与b 谷甾醇相同 的治疗效果。不过，经动物试验表明，菜油甾醇和海藻内岩藻甾醇的降胆甾醇效果则比 较弱。 在国外，如日本市场上已有大豆植物甾醇( 含6 0 b 谷甾醇) 与生育酚混合的药品 销售，每日摄入几百毫克量的植物甾醇可以对降低胆甾醇有一定的效用。现在实验室中 以此为原料又合成了具较强的降血液中胆甾醇作用的合成阻碍剂，但尚未得到应用。 2 消炎、退热、抗溃疡作用 谷甾醇是一种应用安全的天然药物。研究表明，b 谷甾醇的抗炎作用类似于氢化可 的松和羟基保泰松，不受脑垂体肾上腺系统制约，且无可的松类药物的副作用。谷甾醇 还具有类似阿司匹林( 乙酰水杨酸) 的退热作用，一般临床应用的抗炎药物多具有致溃 疡性，而谷甾醇服用量高至3 0 0 m g k 9 4 也不会引起溃疡。 6 j 1 夫掣闫| 士掌位论文甘蔗糖厂- 漶铌中植物甾醇的提取覆豆甾事和口一- l g - 甾- 鼻的分离 3 抗肿瘤作用 临床应用已经证明，谷甾醇对于治疗宫颈癌和皮肤癌都有明显疗效。同时，对晚期 癌症病人，采用综合治疗，谷甾醇也不失为一种良好药物。 1 2 4 3 化妆品方面的应用 植物甾醇对人体具有重要的生理活性作用，其乳化性能好而且稳定，特别是谷甾醇 对皮肤有很高的渗透性，2 和5 的乳化剂能降低脂蛋白、增强脂肪酶活性、防御红斑， 抑制皮肤炎症、保持皮肤表面的水分、防止皮肤老化等，可以作为皮肤营养剂用于许多 化妆品中。二十世纪八十年代初有人曾经报道谷甾醇能防止足底、膝及手掌等的皮肤干 燥及角质化，能防止和抑制鸡眼的形成，改善皮肤触感。此外，植物甾醇亲和性弱，在 洗发、护发剂中起到调节剂的作用，能使头发变强劲、不易断裂，并减少静电效应，保 护头皮。 目前，在美国、日本等许多国家中，植物甾醇已经代替胆甾醇广泛用于生发香水、 洗发液、营养雪花膏等化妆品的生产中，国内也有厂家在研制开发含有植物甾醇的新型 化妆品产品。 1 2 4 4 动物生长剂方面的应用 植物甾醇( 主要是谷甾醇) 、植物生长激素与能在水中形成分子膜的脂质结合，制 成的植物甾醇核糖核蛋白，具有促进动物性蛋白质合成的功能，因而构成一种新型的动 物生长剂。含谷甾醇的动物生长剂可作混合饲料或饲料添加剂，或通过注射由动物皮下 吸收，或表面喷雾由皮肤吸收，或作为养殖池水添加剂。它不仅适用于蚕和鱼，也适用 于虾、鸟、家禽、家畜等，能促进生长、增进健康、提高产量、降低成本、有良好的经 济效益 2 2 , 2 3 1 。 1 2 4 5 食品方面的应用 植物甾醇是属阿魏酸酯类的一种优良抗氧化剂，可与维生素e 或b h a 、b h t 等油质 抗氧化剂并用，使其抗氧化能力提高5 1 0 倍：若与甘氨酸并用，能延长油质自动氧化 酸败的诱导期。所以在生产含脂点心、糕饼和方便面时，在配料的油质中加入甾醇，可 以提高产品的稳定性驯。在食品领域的应用趋向主要是作为预防心血管疾病的功能性活 性成分，在欧美市场见的较多的商品形式是在消费较多的人造奶油、黄油等涂抹油脂中 的应用。 1 2 4 6 其他 植物甾醇由于其乳化性能好，还可用于纸张的精压加工，印刷行业作为油墨颜料的 7 广西大掣闷l 士掣啦袍文崔- l 糖厂稿 泥中植物甾醇的摄取a 豆甾醇和口一答甾醇的分离 分散剂，纺织工业作为柔软剂，也可作为汽油乳化剂，磨木纸浆光稳定剂等等。 1 2 5 植物甾醇的安全性 迄今为止，世界绝大多数研究机构认为，若只经口服，植物甾醇和植物甾烷醇对人 体健康没有危害，许多临床观察没有显示负面作用，即使在高剂量摄入情况下，也没有 观察到毒性，而且它们在胃肠道吸收率极低。关于某些运动员使用植物甾醇促蛋白合成 类固醇的说法，大部分研究结果予以否认。报道出现负面效应的个例也有，如腹泻反应、 高谷甾醇吸收率个体、皮下注射等。值得一提的是，2 0 0 0 年初，有研究报道称，植物甾 醇对人体血浆中b 一胡萝卜素水平( 占血浆总脂质的百分含量) 有降低作用，令人困惑的 是，日摄n o 8 9 或3 2 9 植物甾醇可使血浆中b 胡萝卜素水平下降6 1 9 ，而日摄入植 物甾醇1 6 9 的试验组却无变化，这一试验结果提示我们在利用植物甾醇防治心血管疾病 时，必须考虑其摄入量、种类及其可能的负面影响【2 5 】。 1 3 本课题国内外研究现状分析 早在上世纪后期，人们就从植物油中发现了谷甾醇等植物甾醇，近百年来人们对植 物甾醇进行了广泛深入的研究。植物甾醇的制取自2 0 世纪3 0 年代已开始，其制取方法己 逐渐完善。6 0 年代初，美国首先开发出豆甾醇在甾体合成上的应用，1 9 6 8 年用量就达到 1 5 0 吨，到1 9 8 0 年上升至u 6 0 0 吨。前苏联、法国、东欧各国以及日本也均开始了对甾体的 研究，到1 9 8 0 年美国、西德、荷兰，仅谷甾醇产量即达5 0 0 吨，日本化妆品用甾醇3 5 0 吨、 饲料用1 吨。前苏联及东欧等国从6 0 年代开始了从菜油、棉籽油、花生油等植物油中提 取甾醇。6 0 年代后，美国研究从玉米油中提取以甾醇为主的不皂化产物并在临床应用成 功，取得了专利并形成了商品药。7 0 年代后，由于甾体药物原料皂素日益紧张，价格急 剧攀升，加之植物甾醇的应用也愈加广阔，对植物甾醇的研究获得了应用理论和技术上 的突破。国外利用高品质的甾醇开发研究出了许多高档的甾体药物。 我国对植物甾醇的应用也有二十多年的历史，在临床医学应用研究方面开始较早， 但谷固醇及其制剂未能形成工业规模化生产，粗甾醇牙周宁在抗口腔炎症方面应用发展 较快，形成了一定的应用趋势，全国有5 7 家工厂生产原药5 0 吨左右。在化妆品生产方 面，近年来已将高质量的甾醇制品用于几类高档化妆品，产品深受客户欢迎，然而在配 方中因为甾醇含量低，甾醇的优越性未能充分体现出来。随着人民的生活水平不断提高， 8 广蟊r 大尊喝| 士掣啦崔叼屯甘蔗牵，- 耆电泥中植物邕尊的提取夙豆甾种b 一答甾醇的分离 甾醇及其衍生物在化妆品、营养、美容方面的发展前景可观。我国家蚕人工饲料研究1 9 7 4 年已取得巨大进展，现已进入实用化阶段，甾醇在其中应用潜力极大。 我国皂素生产厂家因原料缺乏，价格上涨而逐渐萎缩，以甾醇代替皂素作为甾体药 物原料已是必然之路。但我国原有的从谷维素下脚中提出谷甾醇的工艺因谷维素生产工 艺的更新，也变得不再适用。目前我国生产的甾醇，主要是生产维生素e 之后的粗甾醇， 纯度为5 0 6 0 ，即使经过处理，产品纯度也仅达9 0 左右。这说明有必要加强国内 甾醇的生产市场，提高甾醇的经济价值。 目前，国内外的研究焦点是在得率和产品纯度方面。植物甾醇的经济价值随着其纯 度提高而显著提高。盛漪闭、杨波涛伫_ 7 】、丁霄霖等采用溶剂法和超临界c 0 2 萃取法对植 物甾醇进行提取和精制，取得了良好的效果。此外，单个富集甾醇的需求量也大幅度上 升，经济效益可观。 国外大多将植物甾醇进一步分离成b 谷甾醇和豆甾醇两部分。在国内，沙鸥例等采 用溶剂法富集豆甾醇，能把纯度为2 8 9 的豆甾醇提高到8 0 左右，并且首次催化氢化 合成了p 一谷甾醇，达到了富集p 谷甾醇的目的，将纯度为4 1 7 5 的p 谷甾醇提高到 7 2 9 4 ，得率为8 3 9 。许文林2 9 1 等也利用结晶法对混合植物甾醇中的b 谷甾醇和豆甾 醇进行了分离。 一般认为，植物油及其加工产品是植物甾醇最丰富的自然来源，其次是谷物、谷物 副产品和坚果，少量来自水果和蔬菜。从植物油脂精炼下脚、脱臭馏出物中提取植物甾 醇的报道较多，工艺也比较成熟，日本、欧美等一些国家就是采用食用油的脱臭馏出物 来提取植物甾醇的。m i t s u i 从压缩的甘蔗饼中以p 谷甾醇溴化物的形式提取p 谷甾醇，收 率为7 。陈文浩【3 0 1 等分别从甘蔗皮和渣中提取b 谷甾醇，结果从皮和渣中得到p 谷甾醇 的收率各为0 4 和1 5 ，利用气相色谱对蔗皮和蔗渣的抽提物进行分析，b 谷甾醇的含 量与上述结果接近，分别为0 4 9 和1 5 。以糖厂的副产品滤泥为原料，生产植物甾醇 的报道较少，而且其具体工艺有待进一步考察，得率、提取方法有待进一步提高和改进。 从资源充分利用和食品营养的角度来看，以滤泥为原料提取植物甾醇也同样值得我们重 视和开发。 1 4 本课题的主要研究内容及创新点 1 本课题的主要研究内容 9 广西大掌疆士掌位论文 甘蘑糖厂漶泥中植物甾醇的提取a 豆甾醇和矗一答甾尊的分离 ( 1 ) 用溶剂萃取法从甘蔗糖厂滤泥中将蔗脂提取出来； ( 2 ) 用皂化法从蔗脂中将植物甾醇提取出来，得到植物甾醇粗品； ( 3 ) 将植物辔醇粗品进一步精制，得到精制植物甾醇产品，探索出简易可行的植 物甾醇精制方法，并对精制植物甾醇的组成进行分析测定： ( 4 ) 将混合植物甾醇中的豆甾醇和b 一谷甾醇进行分离，并对样品的纯度作出分析。 2 本课题的特色及创新之处 ( 1 ) 以甘蔗糖厂滤泥为原料提取植物甾醇，为植物甾醇的提取找到了新途径，并 进一步分离得到豆甾醇和b 谷甾醇产品； ( 2 ) 对以滤泥为原料提取植物甾醇并分离得到豆甾醇和b 谷甾醇的提取方法、具 体工艺进行全面考察，为糖厂副产物的综合利用提供一些参考和指导。 1 0 j 西大掣碍曩士掣啦论文甘囊 - f 厂漶泥中植物甾尊的摄取反豆甾霸l 和口一- t i , i l l 【的分离 第二章植物甾醇的提取工艺、分析方法以及甾醇单组分分离富 集的方法介绍 2 1 植物甾醇的提取方法 为提高甾醇的分离效率、降低成本，采用甾醇含量较高的原料较为有利。对含量低 于1 0 的原料，可预先进行蒸馏浓缩 3 1 3 3 1 。对于资源广又价廉，但甾醇含量偏低的原料， 宜采用高真空薄膜式温和蒸馏进行预浓缩。美国专利报道，使用特殊溶剂体系从脱臭馏 出物中得到浓缩的豆甾醇产品，总甾醇含量从1 0 1 5 ( 其中豆甾醇占1 7 1 9 ) 提高到8 5 9 6 ( 其中豆甾醇占2 0 2 5 ) 。该溶剂体系包括水、c 1 到c 6 醇( 如甲 醇) 和非极性溶剂( 如庚烷) 等。 从油脂下脚中去除非甾醇类物质提取甾醇的方法很多，其原理一般基于原料的组 成、物理化学性质及生化反应方面的差异。例如物质在碱存在下的可皂化性、有机溶剂 中的溶解度差异；甾醇和其他物质的可络合性及其络合物的溶解度差异：表面活性剂存 在下的亲水性差异：高真空条件下物质的蒸气压及分子自由程的差异以及物质吸附力的 差异等等。目前，常见的提取方法有溶剂结晶法、络合法、皂化法、蒸馏法( 简单蒸馏 法、分子蒸馏法) 、吸附法( 柱吸附法、高压流体吸附法) 、超临界