米糠油中谷维素的研究及应用综述

米糠油中谷维素的研究及应用综述林卓摘要：对米糠油中谷维素的研究现状进行了综述。包括谷维素的定义，理化性质，成分，生理功能，提取方法以及其应用。关键词：米糠油；谷维素；综述稻米是世界第二大农作物，每年产量约5.83亿吨[1]，我国是世界是最大稻米生产国，年产稻谷2.0亿吨以上，米糠年产量可达1400万吨左右[2]，米糠上大米加工中重要的副产品，而米糠中最值得注意的特点之一就是含有谷维素。1.谷维素的定义谷维素是环木菠萝醇类阿魏酸酯(药品有效成分)作为药品的商用名称,它并不包括所有的谷类种子油中所获得的阿魏酸酯,而是指主要含以环木菠萝醇类为主体的阿魏酸酯和甾醇类的阿魏酸酯所组成的一种天然混合物,米糠油中谷维素的含量为1%-2%[3]。2.谷维素的理化性质及组成2.1.结晶性谷维素的水解产物阿魏酸和各种环醇均为白色结晶。谷维素为非纯化合物,其结晶形式因溶剂、溶析温度、析出时的酸碱度等的不同而异。在甲醇或甲醇丙酮混合溶剂中的结晶为针状结晶,在酸性甲醇中的结晶为粗粒晶体,在丙酮中的结晶为板状结晶[3]。2.2.溶解性谷维素的外观为白色至淡黄色结晶粉末,无味,有特异香味,加热可溶于各种油脂,不溶于水,微溶于碱水,部分溶于冰醋酸[4]。2.3.组成成分谷维素是以环木菠萝醇类为主的阿魏酸酯和甾醇类的阿魏酸酯所组成的一种天然混合物，其中环木菠萝醇类的阿魏酸酯约80%，米糠油、玉米胚芽油中的阿魏酸酯主要是环木菠萝醇类的同族物，对人和动物有营养药理及其它作用[5]。3.谷维素的生理功能3.1.降低血脂谷维素降低血脂的作用体现在：降低血清总胆固醇，甘油三酯含量；降低肝脏脂质；降低血清过氧化脂质；阻碍胆固醇在动脉壁沉积；减少胆石形成指数；抑制胆固醇在消化道吸收[6]。3.2.降低血糖Ghatak等〔7〕采用STZ损伤胰岛B细胞建模，与对照组相比，灌胃谷维素（50和100mg/kg）2h后即可降低小鼠血糖浓度，在随后几个时间段内，血糖最大下降水平分别达到47.76%和49.97%。由此可见，谷维素降低血糖的作用显著。3.3.抗炎已见报道阿魏酸及其酯类衍生物可降低某些炎症因子表达水平，呈现其抗炎活性，增强机体免疫功能，有望成为治疗炎症新药物。Islam等[8]采用1%葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎症模型，研究γ–谷维素、环木菠萝醇阿魏酸酯（CAF）和阿魏酸（FA）抗炎作用，与对照相比，灌胃γ–谷维素、CAF、FA小鼠，结肠组织中由DSS引起受损肠粘膜、杯状细胞、粒细胞、巨噬细胞及扭曲隐窝都得到一定程度修复；细胞炎症因子TNF–α、IL–1β、IL–6、COX–2mRNA表达水平显著下降。3.4.抗氧化实验结果显示，由酶法提取的水溶性谷维素捕获过氧化氢自由基的总抗氧化能力很高，同时它还能保护大鼠大脑组织均浆中的蛋白质氧化，因为由氧化修正引起的蛋白质功能的丧失会影响酶、受体、膜输体的活性。Nanua等[9]研究了含有高含量谷维素的米糠油对低温加热和高温加热的奶粉的氧化稳定性的作用。结果表明，与未加米糠油的奶粉相比较，添加了0.1%的米糠油，并经低温加热的奶粉的氧化程度明显降低。3.5.其他功能许多研究表明，谷维素作用于间脑下视丘、大脑边缘系统，增加儿茶酚胺样物质，使垂体前叶嗜碱性细胞增殖，并能影响垂体分泌激素，起到协调脑垂体和植物神经中枢发挥正常功能的作用，防止植物神经功能失调和内分泌障碍，这在周期性神经病、更年期综合症的临床治疗中已得到证明。在肝斑患者的皮下注射谷维素实验中，确定有明显的基础代谢促进作用，能激活肝细胞，显著改善肝功能[9]。4.谷维素的提取方法谷维素主要的提取方法有二次碱炼法，弱酸取代发，甲醇萃取法，非极性溶剂萃取法，吸附法等，我国普遍使用二次碱炼法。4.1.二次碱炼法此工艺特点是将酸值40左右米糠油，经二次碱炼，将谷维素富集于二次碱炼皂脚，经酸化，蒸馏除去脂肪酸，而使谷维素留存于黑脚中，从而达到谷维素浓缩。谷维素分离是利用碱性甲醇能溶解谷维素钠盐和脂肪酸皂，而不溶解糠蜡、脂肪醇、甾醇等不皂化物的特点，使谷维素钠盐与粘稠物质、不皂化物分离，再用弱有机酸分解谷维素钠盐，还原为谷维素，从溶液中析出，即利用所谓“碱溶酸析”特性制得。优点是酸化油控制于一定的条件下，直接蒸除脂肪酸，提高浓缩物中谷维素含量，谷维素保留率对以上工序而言打到95%，免除酸化油先酯化在蒸馏及其酯化设备的要求。缺点是谷维素得率低，以净毛油含谷维素2%计，为3.5-5kg/T，以黑脚计谷维素回收率30%-40%，生产周期长，从皂脚到谷维素半成品需要10d[10]。4.2.弱酸取代法此方法的原理是根据谷维素对极性溶剂的溶解度,即溶于碱性甲醇、乙醇,而不溶于酸性甲醇、乙醇。溶解在米糠油中的谷维素,通过两次碱炼,成为谷维素钠盐,被第二次碱炼的皂脚所吸附。皂脚及其所吸附的谷维素钠盐溶解于碱性含水甲醇中,并使妨碍谷维素沉淀的杂质(磷酯、胶质、机械杂质等)沉淀析出,此时毛糠油中80%～90%的谷维素被富集于皂脚中,滤去杂质后再将滤液调节至微酸性(pH值6.5左右),使谷维素钠盐与弱酸或弱酸盐(如酒石酸、柠檬酸、硼酸、醋酸、磷酸二氢钠、柠檬酸二钠等)作用,还原生成的谷维素便沉淀析出。最后,降温滤去肥皂甲醇溶液,洗涤精制可得谷维素成品[10]。此工艺制得的产品色泽好,成本低,但总回收率却不高,从目前生产情况来看,不到米糠油中谷维素含量的三分之一。此外,对于酸值超过30的高酸米糠油,也不宜使用[9]。4.3.甲醇萃取法甲醇萃取法是将毛糠油直接溶于碱性甲醇溶剂中,分离去除不溶性糠醋、脂肪酯、甾醇等不皂化物后,在加热状态下用弱有机酸调节pH值,冷却后谷维素钠即还原成谷维素从甲醇液中析出。这种以甲醇直接萃取的方法,省去了弱酸取代法中的碱炼和皂脚补充皂化工序,大大简化了工艺,提高了产品得率[11]。4.4.非极性溶剂萃取法原理是利用谷维素在不同pH值时对于非极性溶剂的溶解度不同的特点。当pH值大于12.1时,谷维素在非极性溶剂中的溶解度很低,而pH值小于12时,却具有较高的溶解度,尤其是在pH值8～9时,谷维素的溶解度非常高,而此时脂肪酸在非极性溶剂中的溶解度则很低。因此,利用这种性质可以免除弱酸取代法在甲醇溶液中的皂化步骤,只需简单地调节pH值,就可得到高纯度的谷维素,同时还可以得到甾醇、维生素E等不皂化物。但这种方法需要同时使用极性和非极性溶剂,配套两套溶剂回收系统,萃取时两相易混溶,造成溶剂和制品流失[9]。国内杜长安等[12]采用溶剂法萃取谷维素新生产工艺使谷维素总得率提高到了70%以上,谷维素纯度在90%以上。4.5.吸附法将毛糠油在真空度为0.1MPa下于200℃减压蒸馏除去脂肪酸,此时谷维素浓度被浓缩至3.5%,加入活性氧化铝进行吸附,附着在氧化铝上的油脂用己烷洗涤后,再用10%醋酸的乙醇溶液溶出,用水浴蒸馏回收乙醇,浓缩至干,得到纯度为70%的粗品,再用已烷重结晶,得到精品[4]。5.谷维素的应用5.1.化妆品行业的应用由于谷维素可以抑制黑色素的生成，降低酪氨酸转化为2,3-二羟基丙氨酸的作用，其可作为日化助剂用于生产防止色斑产生的化妆品[13]。5.2.医药行业的应用临床上用来治疗植物神经功能失调#周期性精神病#脑震荡后遗症，更年期综合征，经前期紧张症，血管神经性头痛等，近年来，该药物被用于高脂血症，室性快速心律失常，Ⅱ型糖尿病，小儿多汗症，小儿神经性尿频，消化性溃疡，肠道易激综合症等，疗效较好[14]。5.3.食品行业的应用谷维素营养油，主要用于烹调和制作起酥点心等。该产品是以茶油棉籽油、米糠油等为原料，采用酯交换生产工艺加工制造而成，该成品呈浅黄色、清澈透明，含有较多的维生素E和谷维素，营养价值高，其脂肪酸组成与国际FTO/WHO所提出的比例十分接近，经临床实验表明对高血压患者有明显的疗效［4，15］。谷维素的抗氧化能力随浓度的增强而增强，0.5%谷维素与0.1%维生素E的抗氧化效果相当，但其耐热性比BHA、BHT、维生素E好。由于谷维素具有比常用食品抗氧化剂BHA、BHT更优越的抗氧活性和安全性，使得其可以作为其替代品，作为食品抗氧化剂用于食品保存[16]。6.展望我国谷维素自研制成功以来，已经四十余年，随着科技的发展，生产工艺不断完善，产品质量也有了质的飞跃。当今社会，生活节奏加快，人们的身体负担也随之加重，这对人类健康提出了挑战，但我们不可能也不愿意单纯依靠药物来达到目的，而功能性食品恰恰解决了这一问题。随着对米糠中谷维素提取技术、营养功效和其他功能特性的更多、更深入的研究，将谷维素应用于食品领域是对其利用的一大进步，谷维素必将会得到更广泛、科学的应用。参考文献[1]NarayanAV,etal.Extractionandpurificationoforyzanlolfromricebranoilandricebranoilsoapstock[J].J.Am.OilChem.Soc.,2006,83:663-670.[2]程俊文,阐建全,王储炎.米糠油中谷维素的研究进展及在食品中的应用[J].粮食与食品工业,2005,25(4):17一19.[3]文磊，粮油化工产品化学与工艺学[M].北京:科学出版社，1998[4]凌建斌，郑建仙.谷维素及其在功能性食品中应用[J].粮食与油脂，2000（1）：37-40.[5]刘兰英，国娜，许颖.谷维素含量测定方法改进[J].黑龙江粮食.2004（6）：37-38.[6]吴素萍.谷维素的生理功能及提取方法的研究现状[J].食品工业科技.2009（8）：365-367.[7]GhatakSB,PanchalSJ.Anti-diabeticactivityoforyzanolanditsrelationshipwihttheanti-oxidantproperty[J].Int.J.DiatetesDev.Ctries.,2012,32(4):185-192.[8]IslamMS，NagasakaR，OharaK，etal.Biologicalabilitiesofricebran–derivedantioxidantphytochemicalsformedicaltherapy[J].Curr.TopMed.Chem.，2011，11（14）：1847―1853.[9]吴时敏,功能性油脂[M],北京：中国轻工业出版社，2001.[10]许仁溥，许大申.谷维素在食品中应用开发［J].粮食与油脂，1997（3）:23-26.[11]郑建仙.现代功能性粮油制品开发[M].北京:科学技术文献出版社,2003.[12]杜长安,冯仁栋,张文堂.溶剂法萃取谷维素生产新工艺的研究[J].中国油脂,2003,28(11):78-82.[13]许仁溥，许大申.谷维素在皮肤领域应用开发[J].粮食与油脂，1995（4）：32-36.[14]石秀兰，郝慧.谷维素新用途的最新研究进展[J].北方药学，2013,10（11）：62-63.[15]殷隼.米糠油的营养保健功能及其生产工艺探讨[J].江西食品工业,2002(3):17-20.[16]孙开进，仓金顺.谷维素的生产和应用[J].中小企业科技，2002（5）：21-22.