許青青 金文彬 蘇寶根 楊亦文 任其龍

植物甾醇酯的化學(xué)合成及其分離研究進(jìn)展

許青青1，2金文彬1蘇寶根1楊亦文1任其龍1

（浙江大學(xué)生物質(zhì)化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，杭州 310027）
（衢州學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院2，衢州 324000）

植物甾醇具有降低血清膽固醇、獨(dú)特的消炎、退熱及抗腫瘤等功能，但其不溶于水，脂溶性也相當(dāng)有限的缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用前景。酯化后的植物甾醇酯不僅大大改善了植物甾醇的脂溶性，而且抑制人體對(duì)膽固醇的吸收作用優(yōu)于植物甾醇。植物甾醇酯的合成正成為世界各國(guó)競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。目前，已報(bào)道的制備方法主要有化學(xué)合成法、脂肪酶催化法和超臨界生物酶法。后兩者均采用酶做催化劑，由于酶的生產(chǎn)成本高，且酶法生產(chǎn)率低限制了其大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，因此化學(xué)合成法仍然是植物甾醇酯商業(yè)化生產(chǎn)的主要方法和研究重點(diǎn)。本文以此為重點(diǎn)，綜述了近年來(lái)植物甾醇酯的化學(xué)合成及其分離純化技術(shù)的研究概況和最新進(jìn)展，并展望了未來(lái)的研究方向。

植物甾醇 植物甾醇酯 化學(xué)合成 分離純化 研究進(jìn)展

植物甾醇是一種天然活性物質(zhì)，存在于多種水果、蔬菜、豆類、堅(jiān)果、谷類及其它植物性食品中，除了眾所周知的具有降低血清膽固醇外，還具有獨(dú)特的消炎、退熱、抗腫瘤、抗氧化、美容、抑制血小板凝聚及調(diào)節(jié)動(dòng)物生長(zhǎng)等功能，廣泛應(yīng)用在食品、保健、醫(yī)藥以及化工等領(lǐng)域。植物甾醇種類繁多，至今發(fā)現(xiàn)已有100多種，常見(jiàn)的為β-谷甾醇（β-Sitosterol）、豆甾醇（Stigmasterol）、菜油甾醇（Campesterol）和菜籽甾醇（Brassicasterol）等4種4-無(wú)甲基甾醇，其分子的基本骨架由3個(gè)六元環(huán)和一個(gè)五元環(huán)組成，C-3位連有一個(gè)羥基，C-17位連有一個(gè)由8～10個(gè)碳原子構(gòu)成的脂肪族側(cè)鏈，C-5位上為雙鍵。植物甾醇的基本結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)的4-無(wú)甲基甾醇的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可以看到，植物甾醇的分子結(jié)構(gòu)中甾體的多元環(huán)及C-17位上連有8～10個(gè)碳原子組成的烴鏈導(dǎo)致其在水中的溶解度極小，C-3位羥基使其在油相中的溶解度相當(dāng)有限，而且其熔點(diǎn)較高，從而限制了其實(shí)際應(yīng)用范圍。植物甾醇的C-3位羥基是重要的活性基團(tuán)，可與脂肪酸化合形成植物甾醇酯。酯化后的甾醇酯大大改善了植物甾醇的脂溶性，且熔點(diǎn)也更低；甾醇酯可通過(guò)胰膽固醇脂酶水解成為游離甾醇被人體吸收，降膽固醇效果優(yōu)于甾醇［1-2］；甾醇酯還保護(hù)了甾醇中活潑的C-3位羥基，增強(qiáng)了穩(wěn)定性。

圖1 植物甾醇的基本結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)的植物甾醇的分子結(jié)構(gòu)

國(guó)外自90年代初就開(kāi)始研究植物甾醇酯制備工藝，并將其添加到油脂和食品中。甾醇酯的安全性已經(jīng)得到了世界多個(gè)國(guó)家的認(rèn)可。1999年，美國(guó)食品與醫(yī)藥管理局（FDA）批準(zhǔn)添加了植物甾醇酯的食品可以使用“有益健康”的標(biāo)簽。2004年，歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)植物甾醇酯在黃油涂醬、牛奶類產(chǎn)品及優(yōu)酪乳類等食品中使用。2007年，英國(guó)食品標(biāo)準(zhǔn)局給予植物甾醇酯健康成分的審批。目前國(guó)外市場(chǎng)已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出添加植物甾醇酯的人造奶油、黃油、食用油等保健食品，在醫(yī)藥和化妝品方面也得到了廣泛應(yīng)用［2-9］。2010年，我國(guó)允許植物甾醇酯作為新資源食品在食品中添加（中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部食品安全綜合協(xié)調(diào)與衛(wèi)生監(jiān)督局，2010年第3號(hào)新資源食品公告），其產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 植物甾醇酯的質(zhì)量指標(biāo)

目前，已報(bào)道的植物甾醇酯制備方法主要有化學(xué)合成法［6-12］、脂肪酶催化法［13-17］和超臨界生物酶法［18-19］。后兩者均采用酶做催化劑，雖然具有反應(yīng)條件溫和、高效專一、副產(chǎn)物少、易于分離純化等明顯優(yōu)勢(shì)，但酶的生產(chǎn)成本高，且酶法生產(chǎn)率低等限制了其在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用。到目前為止，化學(xué)合成法仍然是植物甾醇酯商業(yè)化生產(chǎn)的主要方法，是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。我國(guó)目前對(duì)植物甾醇的提取和分離純化技術(shù)研究較多，但對(duì)植物甾醇酯的開(kāi)發(fā)研究還處于起步和探索階段，研究水平仍大大落后于國(guó)外，難以達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。因此，探索和開(kāi)發(fā)操作簡(jiǎn)便、條件溫和、綠色、高效的植物甾醇酯化學(xué)合成與分離純化技術(shù)具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文將對(duì)近年來(lái)植物甾醇酯化學(xué)合成與分離純化技術(shù)的研究概況和最新進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，并展望今后植物甾醇酯合成的研究重點(diǎn)和方向。

1 植物甾醇酯的制備

植物甾醇酯主要是以酯化或酯交換的方法來(lái)制備，酯化一般有以下3種途徑：1）植物甾醇與脂肪酸直接酯化；2）植物甾醇與脂肪酸酸酐反應(yīng)；3）植物甾醇同脂肪酸鹵化物反應(yīng)。酯交換一般是植物甾醇同脂肪酸甲酯（乙酯）進(jìn)行酯交換。用于合成的植物甾醇原料主要為β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇，或者是它們的混合物。用于合成的脂肪酸原料包括飽和脂肪酸，如硬脂酸、軟脂酸、月桂酸，不飽和脂肪酸如油酸、亞油酸、共軛亞油酸（CLA）、亞麻酸、二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），以及各種脂肪酸不同比例的混合物和葵花籽油等食用油脂。在合成中可采用不同的原料、不同的合成原理、不同的催化劑，在不同的工藝條件下進(jìn)行。

1.1 植物甾醇與脂肪酸直接酯化

植物甾醇與脂肪酸直接酯化，又叫羧酸酯化，所用的原料均容易獲得，適合大部分甾醇酯的合成，是化學(xué)合成中最重要的方法。羧酸酯化是可逆反應(yīng)，產(chǎn)物水存在于反應(yīng)體系中對(duì)整個(gè)酯化過(guò)程是不利的。有些學(xué)者考慮在反應(yīng)體系中加入一定量的甲苯或二甲苯，既作為反應(yīng)溶劑又作為帶水劑。如陳茂彬等［20］以二甲苯為帶水劑，硫酸氫鈉為催化劑，植物甾醇與油酸為原料直接酯化合成甾醇酯。在油酸與甾醇的物質(zhì)的量比為1.3∶1，催化劑用量為甾醇物質(zhì)的量的2%，反應(yīng)溫度135℃，反應(yīng)時(shí)間8 h的最佳反應(yīng)條件下，酯化率為84.3%。由于甲苯或二甲苯有毒，產(chǎn)品可能存在安全性問(wèn)題，有些學(xué)者采用不加帶水劑，以過(guò)量脂肪酸充當(dāng)反應(yīng)溶劑，在一定的真空度下去除反應(yīng)生成的水。如Higgins［6］在真空條件下，以過(guò)量熔融脂肪酸作溶劑，硫酸氫鈉作催化劑，脂肪酸與甾醇物質(zhì)的量比1.2∶1，反應(yīng)溫度100～200℃，直接酯化合成甾醇酯，酯化率高達(dá)98%。之后，Higgins［7］又以熔融脂肪酸作溶劑，植物甾醇、棕櫚油、油酸、硬脂酸、二十二碳六烯酸（DHA）、共軛亞油酸（CLA）為原料，硫酸氫鈉作催化劑，在反應(yīng)溫度100～200℃，反應(yīng)時(shí)間12～15 h，真空下合成高純度食品級(jí)植物甾醇酯。

植物甾醇屬于仲醇，其主體甾核為環(huán)戊烷多氫菲核，空間位阻較大，酯化較困難。同時(shí)，隨著脂肪酸碳鏈的加長(zhǎng)，直接酯化難度也逐漸增大。為了促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)溫度一般都控制在100℃以上，并延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。為了防止高溫副反應(yīng)，有些學(xué)者考慮與一些新型技術(shù)相結(jié)合，如陳舒［21］結(jié)合微波技術(shù)合成甾醇酯，在硬脂酸與甾醇的物質(zhì)的量比1.2∶1，反應(yīng)溫度135℃，反應(yīng)時(shí)間10 min的最優(yōu)工藝條件下，酯化率為90.6%。結(jié)合微波技術(shù)，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。

由于羧酸中羰基的活性較低，酯化速率較慢，促使許多學(xué)者開(kāi)展羧酸酯化催化劑的探索性研究。文獻(xiàn)報(bào)道羧酸酯化催化劑可選擇無(wú)機(jī)酸、有機(jī)磺酸和酸式鹽等。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，綜合考慮催化劑的腐蝕性、催化效果、價(jià)格及后處理等因素，認(rèn)為有機(jī)磺酸和酸式鹽比濃硫酸、磷酸等無(wú)機(jī)酸催化劑腐蝕性小，后處理方便，催化效果好。陳茂彬［22］分別對(duì)對(duì)甲苯磺酸、硫酸氫鈉和磷酸二氫鈉催化劑進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，對(duì)甲苯磺酸催化效率較高，但副反應(yīng)多，得到的產(chǎn)品顏色較深且不易脫色。磷酸二氫鈉作催化劑得到的產(chǎn)品顏色較淺，但酯化率不高；硫酸氫鈉催化劑易溶于水，在反應(yīng)后容易除去，所得產(chǎn)品色澤較淺，但反應(yīng)時(shí)間相對(duì)要長(zhǎng)。Deng等［23］以硫酸氫鈉作催化劑，不含有機(jī)溶劑下直接酯化生產(chǎn)多不飽和脂肪酸甾醇酯。在多不飽和脂肪酸與甾醇的質(zhì)量比為4∶1，催化劑用量為原料重量的3%，反應(yīng)溫度130℃，反應(yīng)時(shí)間8 h的條件下，酯化率高達(dá)96%。董濤等［24］采用十二烷基硫酸鈉作催化劑，以甾醇和月桂酸為原料直接酯化合成甾醇月桂酸酯。在酸醇物質(zhì)的量比1.4∶1，反應(yīng)溫度120℃，催化劑用量為甾醇量的1.5%，反應(yīng)時(shí)間4 h的最佳反應(yīng)條件下，酯化率為87.9%。在月桂酸與甾醇物質(zhì)的量比1.3∶1，反應(yīng)溫度120℃，催化劑十二烷基硫酸銅用量為甾醇量的1.0%，反應(yīng)時(shí)間4 h的合成條件下，酯化率為 92.1%［25］。

文獻(xiàn)報(bào)道羧酸酯化催化劑也可選擇氧化鋅、氧化鈣、氧化鋁、分子篩、硅膠、雜多酸和強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂等。Roden等［9］以ZnO2或堿水等作催化劑，采用硬脂酸、棕櫚酸、DHA、二十碳五烯酸（EPA）、油酸、亞油酸、亞麻酸為原料，以羧酸、多不飽脂肪酸、飽和酸以及不飽和酸為溶劑，在反應(yīng)溫度100～220℃，真空下與甾醇直接酯化合成甾醇酯，酯化率達(dá)98%。郭濤等［26］以氧化鈣為催化劑，甾醇與脂肪酸直接酯化合成甾醇酯，并且與其他催化劑（氧化鋁、氧化鋅、硅膠、4A型分子篩）的催化效果進(jìn)行比較。結(jié)果表明：以氧化鋁為催化劑，在氧化鋁用量0.8%，酸醇物質(zhì)的量比1.4∶1，反應(yīng)溫度190℃下反應(yīng)10 h，酯化率最高，可達(dá)99.5%；氧化鈣、分子篩和硅膠也有較好的催化性能。Meng等［10］在催化劑 ZnO／Al2O3用量10 g／kg（以 ZnO質(zhì)量計(jì)算），油酸與甾醇物質(zhì)的量比2∶1，反應(yīng)溫度170℃下反應(yīng)10 h，酯化率為90%以上。在催化劑硅鎢酸用量0.2%，酸醇物質(zhì)的量比1.5∶1，反應(yīng)溫度150℃，反應(yīng)時(shí)間5 h下合成脂肪酸甾醇酯，酯化率可達(dá)90%以上［27］。王勇等［28］以硅膠為催化劑，用甾醇與脂肪酸直接酯化合成甾醇酯。在酸醇物質(zhì)的量比1.5∶1，反應(yīng)溫度190℃，反應(yīng)時(shí)間10 h的條件下，酯化率達(dá)94.3%。何則強(qiáng)等［29］用氧化錫固載磷鎢雜多酸（PW12／SnO2）催化合成α-亞麻酸甾醇酯。在植物甾醇與α-亞麻酸物質(zhì)的量比為1∶3，催化劑用量為（占總反應(yīng)物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）0.6%，溫度50℃，反應(yīng)時(shí)間5 h條件下，酯化率為85.92%。陳靜等［30］以強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂為催化劑直接酯化合成甾醇酯。在植物甾醇與脂肪酸的物質(zhì)的量比1.4∶1，反應(yīng)溫度135℃，催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)11%，反應(yīng)時(shí)間13 h的合成條件下，酯化率為40%～60%。

使用離子液體作為催化劑合成甾醇酯的相關(guān)研究也有報(bào)道。與以上傳統(tǒng)催化劑相比，離子液體催化酯化反應(yīng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如良好的催化活性，成本低，易于制備、分離和回收［31-33］。楊謙等［34］以煙酸和植物甾醇為原料，甲基咪唑或吡咯烷酮酸性離子液體作催化劑，制備了甾醇煙酸酯。在酸醇物質(zhì)的量比1.2∶1，反應(yīng)溫度120℃，反應(yīng)時(shí)間1 h時(shí)，酯化收率達(dá)82.5%，離子液體可重復(fù)使用3次以上，催化活性不受影響。楊葉波等［35］以離子液體 ChCl·2SnCl2為催化劑直接酯化合成亞油酸甾醇酯。在酸醇物質(zhì)的量比2∶1，ChCl·2SnCl2用量為植物甾醇質(zhì)量的8%，反應(yīng)溫度160℃，反應(yīng)時(shí)間4 h的最佳反應(yīng)條件下，酯化率為89.73%。離子液體在重復(fù)使用5次后仍有較高催化活性。在月桂酸與植物甾醇物質(zhì)的量比3∶1，反應(yīng)溫度150℃，7%的離子液體ChCl·2SnCl2作為催化劑，反應(yīng)時(shí)間4 h的合成條件下，酯化率達(dá)92%［12］。尋找一種高效綠色的催化劑一直是羧酸酯化合成領(lǐng)域的熱點(diǎn)，不同催化劑對(duì)羧酸酯化的影響見(jiàn)表2。

表2 不同催化劑對(duì)直接酯化的影響

截至目前，羧酸酯化法基本上都是在無(wú)溶劑狀態(tài)下合成，整個(gè)過(guò)程不使用有毒有害物質(zhì)。如張品等［36］在真空度為 0.03～0.04 MPa，α-亞麻酸與甾醇的質(zhì)量比4∶1，硫酸氫鈉催化劑量2.5%（底物的質(zhì)量），反應(yīng)時(shí)間8 h，反應(yīng)溫度140℃的條件下無(wú)溶劑直接酯化合成 α-亞麻酸甾醇酯，酯化率為98.9%，是一種綠色、安全、高效的合成工藝。另外，羧酸酯化也可不用催化劑，如美國(guó)專利報(bào)道了以卡諾拉油脂肪酸、亞油酸、油酸為原料，在反應(yīng)溫度150～260℃下與甾醇直接酯化合成甾醇酯，酯化率大于95%［37］。整個(gè)過(guò)程無(wú)溶劑和無(wú)催化劑，產(chǎn)品達(dá)到食品級(jí)，并可用于大規(guī)模生產(chǎn)。

1.2 植物甾醇與脂肪酸酸酐反應(yīng)

植物甾醇與脂肪酸酸酐反應(yīng)生成甾醇酯，稱為酸酐酯化。羧酸酐是比羧酸更強(qiáng)的?；瘎?，適用于空間阻礙較大、較難反應(yīng)的植物甾醇的酯化。植物甾醇與酸酐的物質(zhì)的量比一般為1∶8～10左右，羧酸酐過(guò)量可提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間。常加入少量吡啶作為催化劑來(lái)加速反應(yīng)，反應(yīng)溫度一般控制在80～90℃，反應(yīng)時(shí)間為3～4 h。如陳茂彬等［38］采用植物甾醇與乙酸酐酯化的方法合成甾醇乙酸酯。在原料配比 n（甾醇）∶n（乙酸酐）∶n（吡啶）＝1∶9∶5，反應(yīng)溫度85℃；反應(yīng)時(shí)間2 h的最優(yōu)工藝條件下，酯化率達(dá)98%。

1.3 植物甾醇同脂肪酸鹵化物反應(yīng)

植物甾醇同脂肪酸鹵化物反應(yīng)，叫羧酸酰氯酯化。先把羧酸制成酰氯，再與甾醇反應(yīng)生成甾醇酯，雖然經(jīng)過(guò)2步，結(jié)果卻比直接酯化好。因?yàn)轷Ｂ鹊姆磻?yīng)活性比相應(yīng)的羧酸和酸酐都強(qiáng)，酰氯的酯化反應(yīng)極易進(jìn)行，是一個(gè)不可逆反應(yīng)。對(duì)于不宜采用羧酸直接酯化法來(lái)合成甾醇酯的長(zhǎng)碳鏈脂肪酸、支鏈脂肪酸、芳香族羧酸和其它存在空間阻礙的羧酸，酰氯酯化法是一個(gè)普遍適用的方法。如煙酸與植物甾醇直接酯化很困難，故而采用酰氯酯化法［39］。

1.4 酯交換反應(yīng)

1996年，美國(guó)專利介紹了一種酯交換方法：植物甾醇與過(guò)量的脂肪酸甲酯混合，加入乙醇鈉催化劑在90～120℃，666.6～1 999.8 Pa真空度下反應(yīng)2 h；最后經(jīng)分離、真空干燥，即得所需的甾醇酯產(chǎn)品。酯交換是一個(gè)可逆反應(yīng)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品選擇性與原料配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑種類和催化劑的用量等有關(guān)［40］。為促使反應(yīng)向正方向進(jìn)行，可采用把生成的低沸點(diǎn)甲醇或乙醇從反應(yīng)體系中移除的方法。另外，可通過(guò)選用合適的催化劑，提高反應(yīng)溫度，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間等手段來(lái)提高產(chǎn)品收率。為了防止高溫副反應(yīng)，反應(yīng)體系也可在充氮、真空或加壓條件下進(jìn)行。如美國(guó)專利報(bào)道了在反應(yīng)體系充氮?dú)?，流?0 mL／min，油酸甲酯與植物甾醇物質(zhì)的量比1∶1，催化劑氧化鑭5%，機(jī)械攪拌速度500 r／min，反應(yīng)溫度240℃下反應(yīng)7 h合成油酸甾醇酯的方法［41］。

堿性催化劑是目前酯交換反應(yīng)使用最廣泛的催化劑，尤其是烷氧基堿金屬化合物，如甲醇鈉、乙醇鈉是最常用的催化劑。van Amerongen等［42］提供了一種植物甾醇與葵花籽油脂肪酸甲酯為原料，以甲醇鈉作催化劑，進(jìn)行酯交換制備脂肪酸甾醇酯的生產(chǎn)工藝。在溫度110～125℃，微壓，無(wú)溶劑條件下進(jìn)行，酯化率為40%～85%，產(chǎn)品達(dá)到食品級(jí)。之后，F(xiàn)lickinger等［43］采用脂肪酸甘油酯（卡諾拉油、玉米、葵花籽、棉籽、橄欖和亞麻油脂肪酸甘油酯）與游離甾醇在甲醇鈉或乙醇鈉作用下發(fā)生酯交換合成甾醇酯，條件：n（脂肪酸甘油酯）∶n（甾醇）＝（0.8～10）∶1，催化劑用量0.01%～0.5%，反應(yīng)時(shí)間0.5～0.6 h，反應(yīng)溫度120～260℃，真空度1.333～133.322 Pa。Burdiek等［44］采用植物甾醇（β-谷甾醇，豆甾醇，菜油甾醇及混合物）與EPA（二十碳五烯酸）、DHA（二十二碳六烯酸）等n-3系列不飽和脂肪酸（n-3 PUFA）甲酯或乙酯為原料，以C1～C4醇的烷氧基鈉作催化劑，在反應(yīng)溫度80～140℃，壓力133～665 Pa下合成多不飽和脂肪酸甾醇酯。李春榮等［45］以甲醇鈉作催化劑，通過(guò)植物甾醇與共軛亞油酸甲酯發(fā)生酯交換反應(yīng)來(lái)制備甾醇共軛亞油酸酯，在反應(yīng)溫度100℃，反應(yīng)時(shí)間2 h，真空度1 333.22～2 666.44 Pa下，產(chǎn)率94%，純度96%。姜媛媛等［46］以甲醇鈉作催化劑，采用植物甾醇與高油酸葵花籽油甲酯酯交換的方法合成了甾醇高油酸葵花籽油酯。在甲酯與甾醇物質(zhì)的量比2∶1，催化劑為甾醇質(zhì)量的3%，反應(yīng)溫度132℃，反應(yīng)時(shí)間5 h的最優(yōu)工藝條件下，酯化率達(dá)62.1%。夏輝等［47］以甲醇鈉為催化劑，植物甾醇、油酸甲酯為原料，研究了甾醇酯的合成工藝。確定了反應(yīng)的最優(yōu)條件為：油酸甲酯與甾醇物質(zhì)的量比4∶1，催化劑用量1.2%，反應(yīng)溫度125℃，反應(yīng)時(shí)間4 h，真空度0.095 MPa，甾醇酯純度為92.28%。

氫氧化鈉相對(duì)于甲醇鈉的價(jià)格要便宜些。Lin Linsen［8］采用甾醇（包括40%β-谷甾醇，20%～30%菜油甾醇，10%～30%的菜籽甾醇）與共軛亞油酸甲酯（共軛亞油酸包括41%順9、反11-CLA；44%反10、順12-CLA，10% 順 10、順 12-CLA）為原料，以甲醇鈉、氫氧化鈉作酯交換催化劑，在110℃，真空度2 666.44 Pa下進(jìn)行2～20 h合成共軛亞油酸甾醇酯。甲醇鈉在用于制備甾醇酯的堿催化劑中表現(xiàn)出較高的催化活性。另外，CaO、Ca（OH）2、Mg（OH）2等固體堿具有成本低，堿性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，也表現(xiàn)出較好的催化活性。Milsten等［48］以菜籽油、棕櫚仁油、椰子油、豬油、玉米油、棕櫚油、橄欖油、芝麻油、十二烷雙酸、壬二酸、十三烷雙酸為原料，以 CaO、Ca（OH）2、Ca（COO）2、Mg（OH）2或組合物作酯交換催化劑同植物甾醇反應(yīng)合成甾醇酯。其反應(yīng)條件為：催化劑用量0.01%～0.2%，酯交換溫度190～210℃，反應(yīng)壓力 ＜3 000 Pa。

酯交換反應(yīng)使用堿性催化劑的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速度快，易于工業(yè)化。但酯化率不高，堿性催化劑對(duì)設(shè)備的強(qiáng)腐蝕性以及副產(chǎn)物甲醇都是合成食品級(jí)甾醇酯所不期望的，且在制備過(guò)程易生成皂化物，給產(chǎn)物的分離帶來(lái)困難。另外，由于產(chǎn)物色澤深，還需要脫色等后處理步驟，易造成環(huán)境污染等問(wèn)題。因此，尋找一種新型高效催化劑，使其具有催化效果好、價(jià)格便宜、易于工業(yè)化、環(huán)保等特點(diǎn)，是酯交換反應(yīng)合成領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。

通過(guò)上述分析，結(jié)合實(shí)際研究中各種合成方法的特點(diǎn)，可把其優(yōu)缺點(diǎn)歸納如表3所示。

表3 不同合成方法的比較

2 植物甾醇酯的分離純化

合成的植物甾醇酯粗產(chǎn)品中除了甾醇酯，還混有少量的植物甾醇和脂肪酸，這些非目標(biāo)產(chǎn)物的存在，使合成的甾醇酯往往不能滿足食品、藥品等領(lǐng)域的苛刻要求，需進(jìn)一步分離純化。目前關(guān)于甾醇酯分離純化的報(bào)道不多，主要有以下幾種：

2.1 溶劑萃取法

甾醇酯在烷烴溶劑中有較大的溶解度，且隨著溫度升高溶解度顯著提高，而在醇類、酯類中的溶解度很小，且即使升溫溶解度也變化不大。甾醇在醇類（特別是正丁醇）中的溶解度隨溫度變化很大，而在烷烴中溶解度較小，且隨溫度變化也不如在醇類中顯著。姜媛媛等［46］利用高油酸葵花籽油甲酯、植物甾醇和甾醇酯在有機(jī)溶劑中的溶解性差異，用甲醇和正己烷對(duì)甾醇酯粗產(chǎn)品進(jìn)行萃取。試驗(yàn)表明：先用正己烷溶解產(chǎn)品，再用甲醇提取殘留的甲酯，即使提取次數(shù)增加，也不能達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求；將甲醇與正己烷的添加順序顛倒，則提純后產(chǎn)品顏色很白，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。董濤［25］利用月桂酸酯和植物甾醇在正庚烷中的溶解度差異實(shí)現(xiàn)甾醇與甾醇酯的分離。先用正庚烷溶解甾醇酯，將部分甾醇與甾醇酯分離，再用1 mol／L NaHCO3溶液去除體系中的游離脂肪酸。分離月桂酸酯收率為71.5%，純度為92.5%。同理，使用正己烷分離共軛亞油酸酯收率為62.4%，純度為87.2%。

單純以正己烷為溶劑，脂肪酸皂化后整個(gè)溶液為一混濁體系，使醇酯較難分離。張娟聰?shù)龋?9］選擇正己烷／無(wú)水酒精體系則有效地解決了這個(gè)問(wèn)題。以50 mL正己烷無(wú)水酒精（1∶1）溶液溶解5 g甾醇油酸酯粗品后，加入過(guò)量的NaHCO3以皂化過(guò)量的游離脂肪酸，除去皂化物，上層甾醇酯溶液中加入5 g高嶺土脫色2 h，抽濾除去脫色劑后濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到純化的甾醇酯，收率為95.85%。

楊葉波等［50］以正己烷／無(wú)水乙醇／NaHCO3水溶液形成的萃取劑對(duì)粗產(chǎn)物一步分離提純。處理工藝為：在正己烷／無(wú)水乙醇的復(fù)合溶劑中完全溶解粗產(chǎn)物形成澄清溶液，滴加NaHCO3中和，溶液分為2層，上層為溶解了甾醇酯的正己烷相，收集并經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)即得到純化產(chǎn)品。將萃余相加熱去除乙醇后可收集植物甾醇，再進(jìn)行鹽析可回收脂肪酸鹽。最佳分離工藝參數(shù)為∶正己烷∶無(wú)水乙醇為1∶1、正己烷／粗產(chǎn)物液質(zhì)比（mL／g）為 7.5，純度達(dá) 99.2%，收率達(dá)95.4%。

2.2 硅膠柱層析法

董濤［25］采用硅膠柱層析法分離甾醇月桂酸酯。將反應(yīng)粗品投入無(wú)水乙醇中（料醇比＝1∶5），加熱到60℃，加2滴酚酞，用0.1 mol／L的KOH乙醇溶液滴至溶液變紅，振搖30 s不變色。取下層油狀物真空干燥。將上述干燥的混合物加環(huán)己烷溶解，然后用硅膠柱層析分離。硅膠柱規(guī)格：1 000 mm×12 mm i.d.，100～200目硅膠。硅膠柱色譜條件：流動(dòng)相為環(huán)己烷／無(wú)水乙醚（19∶1），流速 25 mL／h，按 1管／15 min收集洗脫液，并用TLC檢測(cè)產(chǎn)物，收集甾醇酯。當(dāng)甾醇酯全部洗脫出來(lái)之后洗脫液換成環(huán)己烷／無(wú)水乙醚／乙醇（19∶1∶10），流速25 mL／h，按 l管／15 min收集洗脫液，并用TLC檢測(cè)將吸附在硅膠上的甾醇洗脫下來(lái)回收利用。采用硅膠柱層析分離可以得到較為純凈的甾醇酯，且分離簡(jiǎn)單，易行，經(jīng)HPLC測(cè)定，純度高達(dá)99%［50］。但硅膠柱層析分離耗時(shí)且效率低，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

2.3 重結(jié)晶法

陳茂彬等［39］將甾醇煙酸酯在有機(jī)介質(zhì)中加入36%鹽酸，25～30℃攪拌反應(yīng)3～4 h，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重結(jié)晶精制，得到鹽酸甾醇煙酸酯。采用丙酮和正己烷做溶劑對(duì)甾醇酯粗產(chǎn)品進(jìn)行重結(jié)晶。試驗(yàn)表明：用丙酮重結(jié)晶后產(chǎn)品仍為粉末狀，且顏色不是很白；用正己烷重結(jié)晶出的產(chǎn)品為白色片狀晶體，總產(chǎn)率78.1%，純度 95.95%［22］。

2.4 洗滌法

甾醇油酸酯粗產(chǎn)品中還含有少量未反應(yīng)完的游離植物甾醇和過(guò)量油酸，應(yīng)設(shè)法除去。陳茂彬等［20］將提純工藝分為2步，首先以一定量的2%碳酸氫鈉溶液進(jìn)行洗滌，使油酸變成水溶性的油酸鈉。粗產(chǎn)品經(jīng)過(guò)2次洗滌后，去掉了大部分油酸。第二步采用少量乙醇進(jìn)行洗滌，邊攪拌邊加熱到45℃左右。用乙醇洗滌3次后，再經(jīng)真空干燥，即得甾醇油酸酯產(chǎn)品。經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)品的酸值為2.3 mgKOH／g，游離植物甾醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.3%，產(chǎn)品純度為90.2%。

2.5 分子蒸餾法

在用植物甾醇與脂肪酸直接酯化合成的甾醇酯樣品中加入3%活性白土脫色后進(jìn)入分子蒸餾設(shè)備。蒸餾溫度170～200℃，壓力0.1 Pa，收集重相即為甾醇酯產(chǎn)品［26］。當(dāng)分子蒸餾選擇在200℃時(shí)，甾醇酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到98.4%［28］。

通過(guò)上述分析，目前適于工業(yè)化生產(chǎn)的分離純化方法見(jiàn)表4。

表4 分離純化方法比較

由表4可知，選擇正己烷／無(wú)水乙醇／碳酸氫鈉水溶液形成的萃取體系進(jìn)行溶劑萃取是目前較為理想的分離提純方法，與其它方法相比，該工藝采用一步法將甾醇酯從脂肪酸-甾醇-甾醇酯三元體系中提取出來(lái)，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。但由于脂肪酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，所形成的甾醇酯的生理活性和物理化學(xué)性質(zhì)有較大的差別，對(duì)甾醇酯產(chǎn)物進(jìn)行分離純化時(shí)，仍必須根據(jù)各種甾醇酯在有機(jī)溶劑中的溶解度的不同，各種合成方法帶來(lái)的產(chǎn)物中雜質(zhì)種類和含量的不同，對(duì)產(chǎn)物純度和色澤度要求的不同，采取相應(yīng)的萃取、柱層析、重結(jié)晶、洗滌、脫色、分子蒸餾等分離純化方法進(jìn)行處理。

3 結(jié)論與展望

植物甾醇酯的制備采用化學(xué)合成法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量高、易于控制和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外不斷有新的成果出現(xiàn)，人們可以結(jié)合實(shí)際需要選擇不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的合成目標(biāo)。由于直接酯化法酯化率高，在成本上也更經(jīng)濟(jì)，適合于生產(chǎn)食品級(jí)產(chǎn)品及大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，在工業(yè)上基本都采用該法。但直接酯化仍存在一些問(wèn)題，如需要在較高溫度下，長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)，這樣容易發(fā)生副反應(yīng)，且隨著脂肪酸碳鏈的加長(zhǎng)，反應(yīng)難度加大等。因此，選擇一種合適的催化劑以及在合成過(guò)程中如何采用有效、便捷、適宜于工業(yè)化應(yīng)用的保護(hù)措施，以避免副產(chǎn)物的生成仍是直接酯化中一個(gè)有待解決的關(guān)鍵技術(shù)。

我國(guó)對(duì)植物甾醇酯的開(kāi)發(fā)研究近年來(lái)雖有所發(fā)展，但與國(guó)際水平相比差距甚遠(yuǎn)。這無(wú)疑是對(duì)我國(guó)研究工作者的一大挑戰(zhàn)，也是我們面臨的艱巨任務(wù)。由于植物甾醇和脂肪酸的種類很多，植物甾醇與脂肪酸酯化得到甾醇酯產(chǎn)品的種類也很多，反應(yīng)后的體系中酯、酸、醇并存，且它們?cè)谟袡C(jī)溶劑中均有相當(dāng)?shù)娜芙舛?，難以分離完全。目前的分離純化方法中仍存在高純度和高回收率不能兼得的缺陷，要得到高質(zhì)量的產(chǎn)品是目前制備植物甾醇酯的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。因此，探討高效的植物甾醇酯分離純化技術(shù)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，適應(yīng)各種應(yīng)用的需求也是植物甾醇酯制備中的挑戰(zhàn)性課題。

展望未來(lái)，尋找一種廉價(jià)、高效、綠色的催化劑進(jìn)行合成，選擇一個(gè)合適的溶劑體系和處理工藝進(jìn)行分離純化，以達(dá)到簡(jiǎn)化工藝、節(jié)省能源、降低生產(chǎn)成本、高安全無(wú)污染的目的，將是我國(guó)未來(lái)植物甾醇酯制備研究的重要發(fā)展方向。

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Progress in the Chemical Synthesis，Separation and Purification of Phytosterol Esters

Xu Qingqing1，2Jin Wenbin1Su Baogen1Yang Yiwen1Ren Qilong1
（Key Laboratory of Biomass Chemical Engineering of Ministry of Education，Zhejiang University1，Hangzhou 310027）
（College of Chemical and Material Engineering，Quzhou University2，Quzhou 324000）

Phytosterols have a ability of reducing serum cholesterol with unique anti-inflammatory，antipyretic and anticancer activities，etc.However，they have some drawbacks such as insoluble in water，which has pretty limited the fat-soluble.Phytosterol esters can greatly improve the fat-soluble and inhibiting cholesterol absorption properties.As a result，synthesis of phytosterol esters is becoming a research hotspot by mass of countries.At present，the preparation of phytosterol esters has been reported mainly in aspects as chemical synthesis，catalysis of lipase，and biological enzyme catalysis in supercritical fluid.The latter two methods both use the enzymes as catalysts；their industrial application is limited because of the high production cost and low productivity of enzymes.Chemical synthesis is still the main method to conduct large-scale commercial production and research focus of phytosterol esters.The progress of chemical synthesis，separation and purification of phytosterol esters in recent years is reviewed in the article.

phytosterols，phytosterol esters，chemical synthesis，separation and purification，progress

O621.25+6.4；O6-332

A

1003-0174（2014）03-0120-09

國(guó)家自然科學(xué)基金（20936005），“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2011BAD23B03）

2013-05-16

許青青，女，1969年出生，副教授，化學(xué)合成與分離

楊亦文，男，1963年出生，教授，天然產(chǎn)物提取分離與結(jié)構(gòu)修飾