米糠油中谷维素的制备及应用专利技术综述

2022-11-26陆晨,杨逸

现代食品 2022年18期

1952年，日本的土屋知太郎发现谷类油脂中含有甾醇类和三萜醇类阿魏酸酯，并成功进行了提取[1]。此后，由于其良好的降血脂、抗衰老、抗氧化、改善植物神经功能、抗心律失常、治疗胃炎及改善失眠等功能特性，在医药、食品、化妆品领域得到了人们广泛的关注，使得谷维素的研究应用成为一个热点。

谷维素通常所处的环境复杂多变，这对于其制备提取工艺的要求提出了严格的考验，不同的物料在提取制备时的工艺参数和手段相应会有变化。为经济有效地获得谷维素，各国研究人员在不同的阶段对于提取制备工艺进行了一系列的改进，在应用方面，随着制备工艺的成熟及检测纯化手段的完善，其应用也随之广泛展开。

1 米糠油中谷维素专利申请整体情况概述

截至2017年6月13日，我国关于谷维素的专利申请共计430余件，经过筛选，涉及米糠油中谷维素制备工艺的专利文献34件，涉及谷维素应用的专利文献120余件，国外关于谷维素的专利申请共计600余件，涉及米糠油中谷维素制备工艺的专利文献53件，涉及谷维素应用的专利文献87件。

经过分析，日本最早发现谷维素，在发现之初，就比较注重其专利技术保护，国外关于米糠油中谷维素制备工艺的改进和申请一直较为持续，在专利申请数量方面没有太大波动，而我国虽然稻谷产量巨大，对于谷维素的需求量也比较大，但在谷维素制备工艺专利申请保护方面重视程度不够，早年间的专利申请较少，近年来逐渐增多，热度超越国外。

2 米糠油中谷维素制备方法专利技术分析

2.1 米糠油中谷维素制备方法主要专利申请国

谷维素制备方法专利申请以日本、中国、美国居多，稻米是我国和日本的主要粮食作物，稻谷和米糠油的产量自然较高，加上日本最早发现谷维素的制备工艺并加以应用，因此在谷维素研究应用方面一直较为突出。我国虽然早期专利申请重视程度不够，但随着专利技术知识的普及，近年来对于米糠油中谷维素制备工艺的专利申请逐渐重视，从数量和质量方面均有较大提升，成为后起之秀，申请量占41%。日本从申请之初到目前为止一直稳步增长，申请量占全球总申请量的31%，美国也有所涉及，申请量占到7%。

此外，在申请量分布基础上，进一步研究分析了我国在谷维素制备方法方面的申请人类型分布。企业申请量居多，科研院所其后，个人研究占少数，这也符合了谷维素生产现状，企业在实际生产中需要提高提取效率和收率，降低生产成本，采用高效优质价廉的制备方式进行处理，获得具有竞争力的产品，因此成为研发主力。

2.2 米糠油中谷维素制备方法的主要专利技术

国内外在米糠油中谷维素制备技术方面，主要存在以下几个问题。①操作复杂。②溶剂不易分离，回收困难。③谷维素收率过低，在谷维素制备过程中，多种杂质的存在影响其制备利用。为解决谷维素制备过程中存在的上述问题，现有谷维素制备方法研究主要集中于简化操作，采用易回收溶剂，减少谷维素流失，提高其收率。国内外申请技术发展脉络如下。

1990年以前的谷维素生产工艺，所获得成品的得率理论含量通常仅为28%左右，即使采用昂贵的柱层析，收率也仅有58%，大量的谷维素在加工过程中没有被有效富集提取而损失。从皂脚中分离谷维素时大量甲醇（约为皂脚量的4倍）的使用，增加了谷维素和不皂化物的流失。甲醇也是低沸点的有毒溶剂，容易给生产者带来危害。皂脚中近半数的脂肪酸也在甲醇残液中没有得到有效的利用[2]。

针对上述问题，1990年以后，有研究人员通过多种方法进行了改进。如对毛糠油脱胶后进行一次碱炼，然后皂脚通过补充皂化、酸化、真空蒸馏实现对脂肪酸和蒸馏浓缩物的回收。通过将二次碱炼改为脱胶后的一次碱炼，极大降低了谷维素和不皂化物的损失，提高了谷维素的捕集率。同时还利用沸点差异进行刮板薄膜真空蒸馏，将脂肪酸有效分离出来。使用具有高谷维素溶解度的乙醇或异丙醇为溶剂，既有助于提高提取率也提高了安全性[3]。

随着技术的发展，各国申请人开始采用不同的加工方式，先除去磷脂和游离脂肪酸，然后将获得产物的碱中和，并分离和去除油相，从而获得原料中含有谷维素的60%以上的浓缩物。

然而上述改进的脂肪酸蒸馏浓缩去除方法复杂、生产周期长，从米糠油开始到生产出谷维素共需要15个操作步骤，生产周期5 d。针对这些不足，发展出了对预处理后的米糠油先以物理精炼的方式脱除游离脂肪酸，然后以碱性甲醇进行连续逆流萃取，再加酸析出谷维素结晶的方法。后续通过水洗和负压干燥，可以进一步提高谷维素的纯度[4]。物理精炼脱酸方法的应用，有效避免了采用碱炼方式产生皂脚而造成的谷维素损失，相较于碱溶酸析法精炼米糠油的得率也获得了大幅的提升，由50%～55%有效提高至60%～65%，实现了对原料的充分利用，大大降低了谷维素的单位生产成本[4]。而由于不产生碱炼油脚，也就不会排出类脂物和黑脂酸，极大减小了对环境的污染。将碱性甲醇作为溶剂使用结合多效逆流萃取法，可降低原有的甲醇用量，有效提升谷维素得率。使用乙醇胺脱酸，由于其不能皂化甘油酯，在避免常规碱炼工艺中的皂脚使谷维素大量损失的同时，也使得毛油由于脱酸所造成的损失率大大降低，损失率可降低到2%～5%[5]。

随着技术的发展，有研究人员以非极性溶剂乙醚进行萃取获得谷维素，简单高效，可常温进行，且得率高。利用不同pH值下的谷维素具有不同的溶解度这一特点，使用乙醚萃取出皂脚中的甘油酯、蜡、甾醇和维生素E等不皂化物，提高了谷维素的纯度，而相对于弱酸取代法，该方法也可提高收率至55%左右。另外，也有研究人员提出，在碱溶酸析的基础上，增加溶剂油液-液洗涤操作到精制工序中，也可有效提高谷维素得率，且能使成品纯度达到99%以上，生产出的谷维素更白、更稳定[6]。

在谷维素制备效率和得率普遍得到改进和提高的基础上，有研究人员针对谷维素的质量进行了一系列的研究，逐渐出现了以酯化及酯交换反应结合分子蒸馏技术去除主要杂质的方法。该方法中，减少了有机溶剂使用量，降低了对环境的污染，且所得谷维素有机溶剂残留少，纯度高，分子蒸馏技术也可有效避免谷维素在高温下分解[7]。

近年来，逐渐发展出以米糠为原料，先将高酸价的油脂萃取分离出去，然后经过简单处理后将油脂直接进行分离，再采用超临界萃取，在不引入碱、酯等，且不经过皂化及酯化的条件下最大限度地保留其中活性物质谷维素，获得收率高、纯度高的谷维素产品[8]。

日本在谷维素制取方面涉及分子蒸馏、溶剂分离、吸附络合、pH调节法和离子交换树脂这些不同的技术分支，但在实际生产中仍然是以pH调节法为主，因此专利申请也多集中在pH调节法。各专利申请中对于具体环节的处理各有千秋，互补短长。

3 米糠油中谷维素的应用概述

3.1 米糠油中谷维素的应用领域

在国内已经鉴定和肯定的谷维素药理与临床疗效包括妇女更年期综合征、经前期紧张症、植物神经功能失调症、周期性精神病、头部外伤综合征及血管性头疼。谷维素在日本还被用于调整胃肠神经，作为胃溃疡或胃肠慢性炎症的辅助药物，以及作为高血脂治疗药。近年来，谷维素的应用已逐渐涉及食品及化妆品领域。

3.2 米糠油中谷维素的典型应用

药品方面，谷维素是一种适用于调整人体植物神经功能、治疗神经系统疾病的活性成分，可用于治疗周期性精神病、更年期综合征和神经性呕吐。在临床中可与维生素B族药物或镇静药物合用，在治疗周期性精神病、更年期综合征、妊娠呕吐和末梢神经炎方面具有良好效果。在产品形式方面，除了混合物、片剂之外，还出现了由高纯度谷维素粉和精炼植物油制成的谷维素注射液，这种剂型能够改善口服制剂经肠胃吸收吸收率低的弊端，提高了谷维素的应用效率，可增强对植物神经功能紊乱的疗效。除此之外，专利申请中，谷维素在增强免疫、治疗神经精神系统疾病、保健、解毒、改善咽喉异感、治疗胃病和益智养脑方面均有所涉及。

化妆品方面，谷维素在牙膏、皮肤外用、抑汗、防晒、毛发调理以及过滤紫外线方面均有广泛应用。作为化妆品行业巨头，荷兰联合利华有限公司对于谷维素在化妆品中的应用申请了多件专利，其中具有代表性的应用是谷维素制备成凝胶形式，作为抑汗组合物加以应用。

在食品方面，谷维素除了大量存在于油脂中之外，制备而成的谷维素还被广泛应用于饮料产品、小吃、果冻、饲料以及功能性美白食品，或作为油脂稳定剂、食品保鲜剂。在典型应用方面，远藤秀尔等[9]用其提高鱼油、小麦胚芽油等芝麻素类的溶解性能；肖志刚等[10]创新性的将其作为人造奶油中的胶凝剂；贾宏信等[11-12]则利用谷维素的功能特性制备出了一系列含有谷维素的乳粉、奶粉以及调节肠道健康的功能性保健产品。

综合来看，随着谷维素制备技术的不断发展，谷维素在药品、化妆品以及食品方面的应用愈加广泛，在进行新应用的开发之前，相关研发机构应密切关注谷维素产品的应用技术专利，以避免在研究开发产品时造成侵权以及不必要的科研资源浪费。