外文翻译Extraction of sesamin from sesame oil using macroporous resin.doc

使用大孔树脂从芝麻油中提取芝麻素

[摘要]:芝麻素受到越来越多的研究关注，是由于其对身体的各种监管机构的影响作用。目前有两种方法用来分离芝麻素：溶剂萃取法和汽提，但这两种方法在大规模生产系统中都有缺点。一个创新的方法从芝麻油中提取芝麻素已经公布了在本文中，采用大孔树脂作为吸附的表面，得到结晶的解吸产品，即为最终的产品—芝麻素晶体。芝麻素在解吸产品中的浓度是9.7%，近20倍- - -远远超过在起始芝麻油中浓度，经过进一步精炼，芝麻素的浓度在最后的结晶产品达到76%。在本文描述的过程表明，高浓度的芝麻素可以通过采用树脂吸附来提取。
1. 简介
木脂素类，存在于芝麻中的一类由植物次生代谢产物所产生的两个氧化二聚苯基丙醇单位为主要元件的非皂化物 (Sukumaretal,2008)。芝麻素是存在于芝麻中的一种木脂素类,占超过一半的数量的木酚素对应芝麻重量的0.07 - -1.13芝麻重量 (Fukudaetal,1988;Tashiroetal,1990)。已经报告的芝麻素的一系列的生物活性包括调节脂质和酒精代谢(Yoshinobu，2004；Yoshinobuetal，2005)，抗高血压效应(Nakanoetal,2004)，降低胆固醇活性(Pealvoetal,2006)，抗炎效应(Utsunomiyaetal,2003)和抑制乳腺癌(Liuetal,2006)。这些对芝麻素的研究越来越受到关注。
然而，单独的从芝麻油中提取芝麻素的方法仍然不够好。目前采用的方法有：一个使用或加尼奇溶剂从芝麻油中提取芝麻素(Omohundroand Fanto,1949)，而其他其他方法则利用一个汽提过程来提取(OzakiandHoshii,1993)。前者的方法有一定的局限性:(1)芝麻素的提取率低；(2)必要的步骤,包括一个额外的皂化步骤； (3)结果中含有一个低附加值的副产品(恢复麻油)，它包含一个残余溶剂也就是说很难移除完全。后者的方法中，剧烈的能量消耗是严重的缺点，还需要额外的除臭装置来消除游离脂肪酸等的异味。这里提出了一种新的方法：大孔树脂可以用来从芝麻油中吸附芝麻素。这种吸附材料是常来从水相提取物质的，但在本研究中， 通过选择正确的类型的树脂，我们用它从油相中来提取芝麻素。这项技术具有高萃取效率和低成本的优点。此外，芝麻油的质量保证和芝麻素提取后能满足2级标准(GB8233-87,中国国家标准，表1), 由于医药级大孔吸附树脂使用，这也使回收的芝麻油适合人类食用。该树脂可以用丙酮、蒸馏水和乙醇清洗后再生 ，溶剂也可能在蒸馏后收集起来被重新利用。
2. 材料和方法
2.1. 材料
芝麻油(热成型)从上海邦成芝麻研究所获得(上海，中国)；标准芝麻素购买于西格玛化工公司(圣路易斯，美国)；大孔树脂1(MR1)和大孔树脂2(MR2)来源于罗门哈斯公司(美国)。大孔树脂3(MR3)均来自三菱化学公司(日本)；大孔树脂hz - 801 hz - 816和hz - 818取自上海华振科技有限公司(上海,中国)。制造商的相关信息以及树脂的特点见表2。
2.2. 在芝麻油中芝麻素的优化分析
Kamal-Eldinetal (1994)报道了高效液相色谱法来确定芝麻中木酚素和木酚素苷的浓度。但由于精度受到了基线漂移等影响而使得这些方法并不令人满意。因此，最优条件阻止了利用高效液相色谱法测定芝麻素在芝麻油的浓度的首次研究的进行。
日本岛津公司高效液相色谱(日本京都)装备有SCL-10Avp系统控制器，SPD-10Avp紫外可见检测器，CTO-10Asvp LC-10Advp泵，柱温箱和类vp软件。利用HPLC（高效液相色谱）法测量芝麻素在芝麻油中的浓度最优化的详细参数如下：VPODS柱(150毫米 4.6毫米)是用于30°C；甲醇-水(74:26，v / v，体积比)作为流动相的流速为1.0毫升/分钟；芝麻素检测波长为286 nm。
2.2.1. 建立校准曲线
芝麻素标准样品(6.25毫克,12.5毫克,25.0毫克,37.5毫克,50.0毫克和62.5毫克)称重后分别于50毫升容量瓶中按比例加入甲醇溶解。所有的方案是通过混合超声波清洗机(ks - 150 d,宁波海曙科盛超声波设备有限公司,宁波,中国)30分钟和0.45 lm尼龙过滤器过滤解决的。将上述体积平均值为10μL的芝麻素溶液被注入到高效液相色谱柱。然后,建立了校准曲线。
2.2.2. 溶解芝麻油溶剂的评估
本研究的另一个改进是在这项研究中的样品注入溶剂的选择。0.1 g芝麻素标准是溶解在25克芝麻油(在原始芝麻油中芝麻素浓度是已知的)。然后8个样品分别是含有1.00克的上述混合芝麻油和10毫升正己烷、环己烷、苯、正己烷/氯仿的混合物(2:1,v / v)、氯仿、乙酸乙酯、丙酮、丁醇。一个10将上述溶液注射向高效液相色谱柱和芝麻素浓度在芝麻油决心。每个实验重复三次。计算出各溶剂的回收率及相对标准偏差(RSD)来评估他们的溶解度。所有的芝麻素的浓度是由高效液相色谱报告如下。
2.3. 芝麻素的萃取技术
提取芝麻素的实例原理图证明在图1。芝麻油与大孔树脂混合使其吸附。在吸附之后这种混合物被加载到一个玻璃柱形容器内。芝麻油是由驱动恒流泵(HL-3A、上海秦浦虎溪,中国上海仪器厂)泵出和复原。留存在树脂中的芝麻油用石油醚溶出，然后芝麻素是由95%的乙醇解吸。含有芝麻素的乙醇解吸的解决方案是减压蒸馏除去乙醇，其余含有芝麻素和少量芝麻油与石油醚混合。这种混合物被搅了一段时间，形成一个暗棕色沉淀的芝麻素和一些杂质。沉淀的进一步溶解在乙醇中和再结晶从而获得纯度高的芝麻素。
2.3.1.芝麻素的吸附
用蒸馏水和乙醇清洗树脂。残留于树脂中的乙醇在真空干燥箱内被蒸发(dzf - 6050,上海逸恒科技有限公司、上海、中国)，将树脂冷却到室温。干树脂(5克)与芝麻油(100克)混合(芝麻素在芝麻油中的初始浓度是0.329%)。吸附进行了一个振动器(thc - 300,上海逸恒科技有限公司、上海、中国)在室温(20°C)。在4、9、12、24 h消化处理后，芝麻素在芝麻油中的浓度采用高效液相色谱法测定。每个实验重复三次。通过比较六种大孔树脂的吸附能力(Eq (1))，对芝麻素的吸附容量最高的树脂被选中做进一步研究。树脂吸附能力给出: 其中n是树脂吸附容量，m是树脂的质量， M0是初始芝麻油的质量，C0是芝麻素在最初的芝麻油中的浓度C1是芝麻素在吸附后芝麻油中的浓度。选择用芝麻油与大孔树脂(MR1)填充一个锥形烧瓶，MR1与芝麻油重量的比例分别如下: 0.3:100，0.6:100，1:100，2.5:100，4:100，7:100， 10:100，14:100，20:100 和 25:100。吸附已经进行了12 h。吸附等温线在不同操作温度(20°C和55°C)和对芝麻素初始浓度改变条件下被描述。不同浓度的芝麻素在吸附后回收的芝麻油中(0.302%和0.137%)进行了两周的存储。通过评估麻油的味道,适当的剩余数量的芝麻素在回收的芝麻油被选中。
2.3.2. 石油洗脱
大孔树脂中的芝麻油应尽可能的在芝麻素解吸前洗脱，在这一过程中使用的溶剂应该洗提出芝麻油而不是芝麻素。从一系列使用不同溶剂的弱极性溶剂(石油醚、正己烷、环己烷)的实验进行后，石油醚因为它最少解吸芝麻素而被应用。将MR1(6克)与芝麻油(106克)在一个锥形瓶内混合。吸附过程是在室温(20°C)在175 rpm进行了12小时，芝麻油是由恒流泵在吸附后泵出。在树脂中的芝麻油是由石油醚在流量5 BV / h(床体积/ h)条件下洗脱。不同的操作温度和溶剂量都进行了研究。最优条件是在芝麻素的浓度洗脱出的芝麻油中芝麻素的浓度的基础上决定的。
2.3.3. 芝麻素的解吸
用不同溶剂(甲醇、乙醇、丙酮)和解吸温度进行比较从而评价在流量为2 BV / h时其对解吸的影响。解吸效率X(Eq (2))，是用来作为影响的芝麻素解吸的指标:
M M0表示初始芝麻油的质量，C0是芝麻素在最初的芝麻油中的浓度，M1是在吸附后由恒流泵泵出的芝麻油的质量，C1是吸附后芝麻油中芝麻素浓度，M2是石油洗出液的质量，C2是芝麻素在洗出液中浓度，M3是解析后产品的质量，C3为解吸后产品中芝麻素浓度。
2.3.4. 芝麻素的结晶
解吸芝麻素的的解决方案是使用旋转式蒸发器进行减压蒸馏(RE-52A、上海Yarong生化仪器工厂、上海、中国)，其余(解吸产品)加入石油醚，然后在室温下形成深棕色沉淀。沉淀进一步溶解在60°C乙醇然后于室温下结晶。芝麻素晶体的纯度的测定采用高效液相色谱法测定。
3. 结果与讨论
3.1. 优化分析芝麻油中的芝麻素
校准曲线描述如下。色谱峰面积与芝麻素在甲醇中浓度成正比，在托管为0.125 - -1.25毫克/毫升的相关系数为0.999。选择的溶剂为注射试样应该使得芝麻素与芝麻油完全分散，以准确测定芝麻素在芝麻油中的浓度。与正己烷/氯仿(2:1)(Kamal-Eldinetal，1994)和表3中所示其他溶剂相比,环己烷是最好的选择,因为它合理的回收率及相对标准偏差。
3.2. 芝麻素的吸附
3.2.1. 树脂选择
6种大孔树脂包括MR1，MR2，MR3，赫兹- 801 hz ，赫兹- 816和赫兹 818的吸附能力根据Eq(1) 计算。如图2，MR1有着最高的芝麻素吸附容量 (27.7±0.5)毫克/克干树脂—静态吸附24 h。第二个是MR2，hz - 818和MR3的吸附能力是最低的。吸附能力通常取决于吸附剂和被吸附物之间的兼容性和相似程度(赵，2004)。MR1和MR2的极性如表2所示，这说明两者的极性与芝麻素是相近的。因此MR1和MR2有更高的芝麻素吸附容量。芝麻油是容易渗入MR1内因为MR1孔隙大小比MR2大得多。这可能影响芝麻素从芝麻油到大孔树脂中的传质效率。时间是12 h时，MR1和 MR2都达到了吸附饱和点如图2所示。
3.2.2. MR1的吸附等温线
一般来说,溶剂的溶解度(麻油)和吸附剂的吸附容量(大孔树脂)随温度上升而增加(赵,2004)。另一方面, 随着芝麻油温度下降，芝麻油的粘度增大,流动性减弱,从而影响芝麻素从芝麻油到大孔树脂中的传质效率。吸附进行分别运行在20°C和55°C。在最初的芝麻油中芝麻素的浓度是0.542%。MR1在20°C比55°对芝麻素显示出更高的吸附亲和力 (图3)。在20°C时吸附容量为(108.5±1.8)毫克/克干树脂(重量比, MR1：芝麻油= 0.3:100)。因此在这个研究，吸附温度在室温(20°C)是更好的。
两个在初始芝麻油中浓度不同的芝麻素 (0.265%,0.542%)被用来研究MR1在20°C下的吸附等温线。图4显示, 当芝麻素的初始浓度更高时，MR1拥有一个更高的吸附。
图4所示的吸附等温线符合l型等分类由贾尔斯所作 (1974)表面树脂对芝麻油和芝麻素的吸附之间不存在竞争。
3.2.3. 确定在吸附后的芝麻油中有剩余的芝麻素的数量
MR1的数量会影响芝麻素的吸附容量。例如,芝麻油中芝麻素的浓度在由6 g MR1吸附 12 h后从0.508%下降到0.302%，而芝麻油中芝麻素的浓度在由20 g MR1吸附后从0.508%下降到0.137%(芝麻油的重量是106 g)。然而，经过两个星期的存储，香油中含有的0.137%芝麻素已经变质。回收的吸附后的芝麻油可以食用，而且考虑到它能帮助对抗氧化一些芝麻素应该留在芝麻油中。因此，在芝麻油吸附后，我们的芝麻素的目标剩余数量是0.3%。
3.3.石油醚洗脱
当石油醚(15 BV)以5 BV / h流量通过列，更高的温度对洗脱MR1留存的芝麻油有一个积极的作用。但这意味着芝麻素更容易解除吸附。例如，当操作温度,从24°C增加到55°C，他们在MR1中洗脱出的芝麻油从91.9%增加到98.1%，相应的芝麻素的损失从8.5%上升至30.1%。因此，对芝麻油的淋洗温度被选为室温(20°C)。
增加溶剂量可以带来芝麻素解吸量的增加。所以选择一个合理的溶剂量在MR1洗提芝麻油对芝麻素的总收率有很大的影响。图5显示当溶剂量小于6 BV，在洗提后的芝麻油中芝麻素的浓度是一致的和低于吸附后在麻油中芝麻素的浓度的 (0.342%)。然后，芝麻素在洗脱的芝麻油中的浓度随溶剂量的增加而增加。显示溶剂量的关键点是6 BV，在这一点上石油洗脱大致完成而且芝麻素开始部分解吸。因此，在石油洗脱最优溶剂用量是6 BV与流量5 BV / h。
3.4. 芝麻素的解吸
之前的试验表明，虽然弱极性溶剂未能使芝麻素解除吸附，但极性溶剂如甲醇、乙醇和丙酮可以有效地使芝麻素解除吸附。使用甲醇解吸的影响几乎是等于使用流量在2 BV / h的95%的乙醇。丙酮作为溶剂可以使除了芝麻素解吸外还会比甲醇和乙醇解吸更多的芝麻色素，从而使得后续净化的芝麻素有限。最后考虑到其解吸装置、解吸效果和芝麻素的食用安全性，95%的乙醇被用作溶剂。
当95%乙醇(9 BV)以2 BV / h流量通过列管时高的温度促进解吸过程。然而，高温(超过60°C)可能会破坏树脂的结构而影响再生使用。考虑上面提到的事实，解吸温度范围选择在45 - 50°C。Eq (2)是用来计算芝麻素的解吸效率的。其效率超过91%。这表明,在这个方法中芝麻素几乎完全被解吸。芝麻素的浓度在解吸产品是9.7%，高于在芝麻油中的起始浓度近20倍。数据与溶剂萃取方法如表4所示。使用大孔树脂的方法，我们可以获得更高浓度的芝麻素。此外, 由于药物级大孔树脂采用,芝麻油的质量在芝麻素提取后能满足2级标准(GB8233——87年,中国的标准,表1) 这也使回收的芝麻油适合人类食用。这个方法可以替代传统的提取方法。
3.5. 结晶的芝麻素
乙醇作为主要结晶过程中的溶剂。脱脂产品(深棕色沉淀，见插图1) 在60°C下溶解在乙醇中然后在室温下结晶。最后的芝麻素产品是干燥成晶体的，它的纯度高达76.5%的—由高效液相色谱测定。杂质包括芝麻酚林(在麻油中的另一个木酚素)和芝麻色素。
4. 结论
一个新的方法已经被用来高效地从芝麻油中提取芝麻素。在芝麻油中的芝麻素是由精心选择的大孔树脂所吸附。结果表明，芝麻素在解吸产品中的浓度是9.7%，高于芝麻油中芝麻素的起始浓度近20倍。经过主要的结晶后最终产品的纯度可高达76.5%。描述的提取高纯度芝麻素的方法允许产业化。它具有以下优点:高萃取效率、低成本、低污染。此外，芝麻油的质量在芝麻素提取后能满足2级标准(GB8233-87,中国国家标准,表1)，这也使回收的芝麻油适合人类食用。

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