CN105358665A - 用于在共溶剂存在下通过固-液萃取从可再生原料选择性萃取不可皂化材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于从固体可再生原料萃取不可皂化级分的方法,这些方法包括在至少一种极性有机溶剂和与所述极性有机溶剂不可混合的至少一种非极性共溶剂存在下,对来自所述固体可再生原料的脂肪进行固-液萃取,从而引起获得一种极性有机相和一种非极性有机相,该极性有机相富集用选自以下各项的一个或多个官能团官能化的脂质:羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团,该非极性有机相富集不含有或含有很少羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团的脂质;然后对这些有机相进行浓缩。
Description
本发明涉及油脂化学领域。更具体地说,本发明涉及一种用于从脂质可再生原料,尤其地从含油果实(具体地鳄梨),从含油种子或从来源于动物、藻类、真菌或酵母的原料,或从微生物萃取不可皂化物质的方法。
如在此使用,脂质意思是指可溶于非极性溶剂中的生物来源的物质。脂质可以是可皂化的(例如甘油三酯)或不可皂化的(例如具有类固醇类型骨架结构的分子)。
如在此使用,不可皂化物质旨在包括在脂肪完全皂化之后,也就是说在碱性碱的持续作用之下,仍保持不可溶于水中并且可以通过它们可溶于其中的有机溶剂来萃取的所有化合物。这些不可皂化物质通常代表脂肪中的一小部分。
在大多数来源于植物脂肪的不可皂化物质中存在五大组物质:饱和或不饱和的烃类、脂肪族或萜醇类、固醇类、生育酚类和生育三烯酚类、以及类胡萝卜素色素,尤其地叶黄素。
脂质可再生原料包含高度可变比例的不可皂化的化合物。通过根据不同的已知方法萃取不同植物油而获得的不可皂化级分含量在按鳄梨油中不可皂化物质的重量计从1%至7%的范围内,这不同于椰子油中的0.5%和大豆油或橄榄油中的1%。
当前,用于萃取不可皂化物质的传统方法通常使用来自脂质萃取工业(植物油、动物脂肪、海产物脂肪和油、植物油树脂)、由它们的精制和加工产生的植物油及其衍生物以及副产物作为脂质原料。大多数时候,必须从未加工的、半精制的或精制的植物油,从来源于通过分子蒸馏或通过使用超临界流体萃取获得的精制油的不可皂化物质浓缩物萃取不可皂化物质。此外,多种不可皂化级分诸如固醇类、角鲨烯、生育酚类或生育三烯酚类是从来自脱臭排放物的植物油获得的,这些脱臭排放物是大量的由植物油的化学或物理精制产生的副产物。然而,有待提到作为由精制脂质产生的其他副产物的还是含酸油,皂糊,通过用于使油脱色的漂白土、从冬化单元重新得到的土所保留的脂质。此外,还可以使用由油料种子或含油果实碾磨产生的副产物,诸如油饼、种皮或核、糖蜜、黑液。
为了萃取不可皂化物质或其级分,还可以使用来自加工脂质的副产物,诸如来自生物柴油生产厂、由动物或植物脂肪水解或皂化过程产生的未加工的甘油;来自动物脂肪加工工业的含油水;脂肪酸烷基酯釜残液。
同样,从诸如称为妥尔油的纸浆生产的工业副产物生产不可皂化级分,尤其地固醇类。还有待提到的是由饮料萃取过程诸如工业酿酒厂、朗姆酒酿酒厂和麦芽制造厂产生的副产物的不可皂化级分。
可以进一步采用来自含油或不含油的水果、蔬菜、花或叶的植物浆液(例如来自番茄、柑桔水果)、种子、外皮、油树脂作为不可皂化物质来源的原料。
用于萃取不可皂化物质的方法大多数时候包括对通过压榨获得的脂肪进行酯交换或酯化的步骤,和/或对脂肪进行皂化,接着借助有机溶剂进行液-液萃取的步骤。
用于选择性地萃取不可皂化级分的方法并不是很多。
申请WO2011/048339描述了一种用于从可再生原料萃取不可皂化级分的方法,该方法包括a)对该可再生原料进行脱水和调质(condition),b)在轻质醇和催化剂的存在下,通过反应性研磨该调质的脂质原料来进行酯交换,c)蒸发该轻质醇,d)浓缩该液相以便获得包含稀释在脂肪酸烷基酯中的不可皂化级分的浓缩物,e)对该不可皂化的浓缩物进行皂化,f)从该皂化的混合物萃取该不可皂化级分。
鳄梨由于它的不可皂化级分含量高,而应被认为具有非常特别的关注。这允许以已知的方式得到呋喃类型的特定脂质,这些脂质的主要组分是具有下式的注释为H7的亚油酸呋喃:
如在此使用,鳄梨来源的呋喃脂质意思是指具有下式的组分:
其中R是饱和的或包含一个或多个乙烯或乙炔不饱和度的C11-C19、优选地C13-C17直链烃链。这些来自鳄梨的呋喃脂质尤其被描述于法利娜(Farines),M.等人,1995,美国油化学学会杂志(J.Am.OilChem.Soc.)72,473中。通常,来自鳄梨的呋喃脂质是在植物界中独特的并且被非常特别地寻求它们的药理学、化妆品和营养特性,或甚至作为生物杀虫剂的化合物。
来自鳄梨的呋喃脂质是最初存在于果实和叶中的前体化合物的代谢物,并且这些代谢物由于热的作用而进行脱水并环化成呋喃衍生物。作为举例,亚油酸呋喃H7由以下注释为P1H7的酮基-羟基前体的热转化产生:
在大气压下,在从80℃至120℃范围内的温度下,前体P1H7典型地被转化成亚油酸呋喃H7。
如今明确确定的是,在鳄梨的叶或果实(包括核)中存在这些呋喃化合物前体不仅取决于品种(最富含此类化合物的哈斯(Hass)品种和富尔特(Fuerte)品种),而且还取决于用于生产鳄梨的油或其他植物萃取物(来自鳄梨叶的己烷或乙醇萃取物)的方法。
此外,最初存在于鳄梨果实和叶中的一些化合物可以呈多羟基化的脂肪醇的形式存在,大多数时候是未乙酰化的,诸如以下化合物:
如在此使用,来自鳄梨的多羟基化的脂肪醇意思是指以饱和的或包含一个或多个乙烯或乙炔不饱和度并且包含至少两个羟基基团的C17-C21主直链烃链形式的多元醇,所述羟基基团通常位于该主链的一个部分上,优选地在其两个末端中的任一末端的方向上,这个主链的另一部分因此形成该多元醇的脂肪链(疏水部分)。
果实中的多羟基化的脂肪醇含量主要取决于以下各项:气候条件、土壤品质、季节以及采摘时果实的成熟。
考虑富含呋喃脂质的鳄梨不可皂化物对结缔组织,尤其对抗炎性疾病诸如关节炎、牙周炎和硬皮病的有益和治愈作用的治疗兴趣,并且进一步考虑它的通常高的成本,对于以尽可能高的产率从富含呋喃脂质的鳄梨油制备不可皂化级分存在强烈需要。同样,存在对以最高产率积极地使用整个果实的实际兴趣,以便提高方法的整体成本有效性。
从果实或从果实鳄梨萃取的油生产这些呋喃化合物或特定的多元醇类的已知方法仅使得能够获得与许多其他鳄梨来源的不可皂化的化合物组合时的这些化合物。
法国申请FR2678632描述了一种用于从鳄梨油生产鳄梨不可皂化级分的方法,该鳄梨油富集它的多个级分中的一种,称为级分H,该级分H事实上对应于相同的呋喃脂质。其含量可以在从30%至60%变化的这样一种富含呋喃脂质的不可皂化物质的制备实质上取决于,在从80℃至120℃范围内的温度下对事先已经切薄的新鲜果实进行控制的加热,并且持续优选地选择在24与48小时之间的时间周期。这种热处理使得能够在萃取之后获得富含呋喃脂质的鳄梨油。最后,从这种油开始,根据传统的皂化方法,以使用有机溶剂的液-液萃取步骤结束来获得不可皂化级分。
申请WO01/21605描述了一种用于从鳄梨萃取呋喃脂质化合物和多羟基化的脂肪醇的方法,该方法包括在至少80℃的温度下对果实进行热处理(控制的干燥),通过冷压榨对油进行萃取,通过冷结晶或液-液萃取或分子蒸馏富集不可皂化物质,乙醇钾碱介导的皂化,使用有机溶剂在逆流柱中进行不可皂化物萃取,接着是过滤、洗涤、溶剂去除、脱臭和最终分子蒸馏的步骤。这种方法使得有可能获得主要包含鳄梨呋喃脂质的馏出物或者主要包含鳄梨呋喃脂质和多羟基化的脂肪醇的馏出物。然而,此种方法仅使得能够利用果实的一小部分。
确实,在这种类型的方法中,形成由通过分子蒸馏对不可皂化物质进行浓缩的步骤产生的底部物的油(即,大约90%的从果实萃取的油)很难被积极地再使用。这种深色的油确实经历了通过高温蒸馏进行的热处理,这导致叶绿素色素以及磷脂自动的和不可逆的破坏,并对蒸馏的原油的未来精制具有非常不利的影响。在最好的情况下,仅有对这种油进行高度高级的精制才使得能够给予它相对可接受的颜色背景。精制要求对进料(如漂白土)、能量的高消耗,并且对于不饱和脂肪酸仍然是非常不可忍受的(异构化)。最后,必须添加外来的抗氧化剂用于保存这种精制油持续商业上可接受的时间周期。其结果是,由此精制的油绝对不能再用于人类营养品或再用在专用药物应用中。
这种方法的另外的缺点在于产生不适用于动物给料的油饼。后者确实含有在通过机械压榨风干的果实进行萃取的过程中高度降解(事实上高度氧化)的抗营养化合物(用作生物杀虫剂、呋喃脂质的毒性H前体)和蛋白质,这些物质受制于非常低的可消化性。其结果是,油饼或其蛋白质不能用在动物给料中,并且更不用说用在人类营养品中,即使果肉通常被人类食用(鳄梨色拉酱,直接食用的果实)。
同样地,果实内的珍贵多糖类诸如鳄梨糖醇和甘露庚酮糖(植物界中独特的具有证实的药物、化妆品和营养特性(例如改善的肝功能)的糖)通过由机械压榨脱水的果实所诱导的美拉德反应(Maillardreaction)和/或焦糖化过程而被部分破坏,或由于与含纤维和蛋白质的基质过度相互作用而变得非常难萃取。
作为结论,这种类型的方法仅使得能够实现可估算为低于15%的对果实的较差再使用。
其结果是,仍有必要提高用于从鳄梨萃取呋喃脂质和/或多羟基化的脂肪醇的方法的产率以及选择性。
因此,仍存在对用于从脂肪选择性地萃取不可皂化物质同时保存果实的完整性以用于更好的未来再使用的方法的需要,该实现方式将是经济的并且将使得有可能还回收具有比游离脂肪酸附加价值更高的甘油酯或具有良好营养品质的蛋白质和多糖的副产物。将进一步希望开发一种用于相对于不可皂化物质的级分的极性高产率地萃取不可皂化物质的方法。确实希望提供一种选择性地生产预期的级分而不会对果实的其他感兴趣的级分或部分有害的稳健方法。
相应地,本发明的一个目的是提供一种用于从固体可再生原料萃取不可皂化级分的方法,该固体可再生原料包含用选自以下各项的一个或多个官能团进行官能化的脂肪,并且尤其地脂质:羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团,该方法包括以下步骤:
a)在至少一种极性有机溶剂和与所述极性有机溶剂不可混合的至少一种非极性共溶剂存在下,对来自任选地脱水和/或任选地调质的所述固体可再生原料的脂肪进行固-液萃取,从而引起极性有机相的形成,该极性有机相富集用选自以下各项的一个或多个官能团进行官能化的脂质:羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团,
b)对该极性有机相进行浓缩以便获得富集该不可皂化级分的混合物,
并且任选地包括以下步骤:
c)对富集该不可皂化级分的该混合物进行皂化,
d)从该皂化的混合物萃取该不可皂化级分,
其中所述可再生原料在步骤a)之后,在高于或等于75℃,优选地高于或等于80℃的温度下任选地经历热处理。
本发明进一步涉及一种用于从固体可再生含脂肪原料萃取不可皂化级分的方法,该方法包括以下步骤:
a)在至少一种极性有机溶剂和与所述极性有机溶剂不可混合的至少一种非极性共溶剂存在下,对来自任选地脱水和/或任选地调质的所述固体可再生原料的脂肪进行固-液萃取,从而引起非极性有机相的形成,该非极性有机相富集不含有或含有很少羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团的脂质,
b)对该非极性有机相进行浓缩以便获得富集该不可皂化级分的混合物,
并且任选地包括以下步骤:
c)对富集该不可皂化级分的该混合物进行皂化,
d)从该皂化的混合物萃取该不可皂化级分,
其中所述可再生原料在步骤a)之前,在高于或等于75℃,优选地高于或等于80℃的温度下任选地经历热处理。
本发明的两种方法的不同之处在于,第一种方法目的在于回收可溶于极性相中的不可皂化级分(或该不可皂化级分前体可溶于这样一个相),而第二种方法目的在于回收可溶于非极性有机相中的不可皂化级分(或该不可皂化级分代谢物可溶于这样一个相)。在鳄梨的情况下,这两种方法虽然在许多步骤上不同,但这两种方法是同等有用的,因为它们使得有可能以高产率从不可皂化级分选择性地回收呋喃脂质,同时使得能够生产非常高品质的副产物,这些副产物可以被有利地再使用:蒸馏的鳄梨油(优选地痕量的鳄梨甘油)的烷基酯类;从其中去除的具有抗营养化合物的油饼,这些油饼可以潜在地用作蛋白质、低聚肽、鳄梨糖醇和甘露庚酮糖、鳄梨纤维的来源。
在鳄梨的具体情况下,第一种方法中的原料尤其在最初不能在高温下加热(它们仅在固-液萃取步骤之后加热),而在第二种方法中它们在固-液萃取步骤之前加热,以便更早产生热处理的鳄梨的呋喃化合物特征。在第一种方法的情况下,使用鳄梨实施固-液萃取步骤,这些鳄梨没有经历这样一种热处理并且因此在这个阶段不含有呋喃脂质前体。
因此,本发明目的在于从以固体形式的可再生脂质原料萃取不可皂化级分,该可再生脂质原料通常源自植物或动物,优选地来自植物。这种原料可以尤其地选自含油果实、含油种子、含油产蛋白种子(oleoproteaginousseeds)、种皮、含油扁桃、幼芽、果实核和表皮;来源于动物、藻类、真菌或酵母,或来自微生物并且富含脂质的原料。
在一个第一实施例中,实施的固体原料是含油果实,该含油果实可以是但不限于橄榄、牛油树、苋菜、棕榈、buritti、tucuman、南瓜、锯叶棕、非洲棕榈或鳄梨。
在一个第二实施例中,固体原料是来自选自以下各项的植物原料的种子、果核、幼芽、表皮或核:油菜籽、大豆、向日葵、棉花、小麦、玉米、水稻、葡萄(种子)、胡桃、榛子、希蒙得木、羽扇豆、亚麻荠、亚麻、椰子、红花、海甘蓝、椰子干、花生、麻风树、蓖麻子、楝树、canker、萼距花、雷斯克勒(lesquerella)、印加果(Incainchi)、紫苏、蓝蓟、月见草、琉璃苣、黑加仑、韩国松、中国木、棉花、罂粟(籽)、芝麻、苋菜、咖啡豆、燕麦、番茄、乳香黄连木、万寿菊、卡兰贾(karanja)、米糠、巴西坚果、大苦油楝(andiroba)、五味子、肉豆蔻(ucuhuba)、古朴阿苏果(cupuacu)、木乳木乳果(murumuru)、佩基果(pequi)、来自柠檬油的种子、桔、橙、西瓜、西葫芦和番茄。脂质原料还可以是来源于动物、藻类、真菌或酵母的原料。有待提到作为优选的动物原料的是鱼肝和鱼皮,非常尤其地是鲨鱼、鳕鱼和嵌合体的那些鱼肝和鱼皮,以及来自肉类加工业的固体废物(脑、腱、羊毛脂......)。
含有富含不可皂化物质的油树脂的其他植物原料是番茄、万寿菊、辣椒、迷迭香。
有待提到作为含有感兴趣的不可皂化的化合物的藻类的适合实例是微藻类盐藻(Duniellasalina)(富含β-胡萝卜素)和雨生红球藻(Hematococcuspluvialis)(富含虾青素)。微生物,尤其地含有感兴趣的不可皂化的化合物的细菌的适合实例包括任何菌丝体或其他霉菌和真菌(生产麦角固醇)、红法夫属种(生产虾青素)、三孢布拉氏霉菌(生产番茄红素和八氢番茄红素)、缪里尔藻属(Muriellopsissp.)(生产黄体素),或尤其地在申请WO2012/159980(用来生产角鲨烯的微藻类菌株)、在美国专利US7659097(尤其地生产法尼醇和法尼烯的细菌)、在公开纯粹与应用化学(Pure&Appl.Chem.),第69卷,第10期,第2169-2173页,1997(生产类胡萝卜素)或在生物医学与生物技术杂志(JournalofBiomedicineandBiotechnology)2012;2012:607329,doi:10.1155/2012/607329(生物技术生产辅酶Q10)中提到。
令人希望的是用在本发明的方法中的原料具有低于3mgKOH/g的酸度。确实,这些原料中的游离脂肪酸类的含量较高,将在碱性介质中导致皂的形成。如在此使用,脂肪酸意思是指可以包含一些具体有机官能团(羟基、环氧官能......)的饱和的、单不饱和或多不饱和的、直链或支链、环状或无环的C4-C28脂肪族单羧酸、脂肪族二羧酸或脂肪族三羧酸。
如今将详细地提出本发明的第一种方法。
在本发明的第一种方法中实施的原料包含用选自以下各项的一个或多个极性官能团进行官能化的脂质组分:(优选地脂肪族)羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团,例如像鳄梨、卡兰贾、麻风树、大苦油楝、楝树、五味子、羽扇豆皮、腰果、芝麻、米糠、棉花、或富含植物固醇类的产油原料诸如玉米、大豆、向日葵、油菜籽,所有这些原料都非常富含此类化合物。
这种方法包括任选地对可再生原料进行脱水和/或任选地进行调质的第一步骤。脱水和调质当在低于或等于80℃,优选地低于或等于75℃的温度下进行时,被认为是控制的(这是鳄梨所要求的)。所述温度是优选地高于或等于-50℃。根据另一个实施例(不可适用于鳄梨),温度在从50℃至120℃,更优选地从75℃至120℃之间变化。脱水可以在惰性气氛下进行,尤其地在含有当温度增加时可氧化的敏感化合物的原料的情况下。该脱水优选地在大气压下进行。
在鳄梨(该鳄梨意思是指如用在本申请中的鳄梨的果实、核、叶或它们的混合物)的情况下,不让温度升高到75℃或80℃以上可防止呋喃脂质前体向呋喃脂质的转化。
可以在调质之前或之后实施脱水(如果需要的话)。优选地,含油果实像鳄梨是在被调质之前脱水,而含油种子与其相反在被脱水之前首先调质。
如在此使用,脱水旨在包括本领域技术人员已知的所有技术,这些技术使得能够将水从原料中全部或部分的去除。在这些技术之中有待提到的是,但不限于在热气流下或在惰性气氛(例如氮气)下干燥的流化床干燥;在大气压下或在真空下的填充床干燥;在连续带干燥器、在具有旋转式风扇的热风干燥器中的厚层干燥或薄层干燥;或微波干燥;喷雾干燥;冷冻干燥;以及在溶液(直接渗透)中,或在固相(例如在渗透袋中干燥)中使用固体吸收剂诸如沸石或分子筛干燥的渗透脱水。
更优选地,选择干燥时间和温度使得与在脱水步骤结束时获得的脂质原料的重量相比,残留水分低于或等于按重量计10%、优选地低于或等于按重量计3%、更优选地低于或等于2%。原料的残留水分可以通过热重量分析法来确定。这个干燥步骤将使得脂质组分萃取更有效,因为该干燥步骤尤其使得原料的细胞破裂,并且诸如存在于这种原料中的水包油乳液破坏。此外,该干燥步骤可以促进对原料的调质,尤其地压碎或碾碎操作,这将由于就与溶剂的接触表面而言的益处使得溶剂介导的萃取更有效。
在本发明方法的框架之内,为了促进工业实施和出于成本原因,在温度调节的通风干燥器(干燥箱)中、在薄层中并且在热气流下的干燥是优选的。温度优选地在从70℃至75℃的范围内,并且脱水优选地持续8至36小时。
对原料进行任选的调质的目的是为了使脂肪最易进入萃取溶剂和进入催化剂,尤其地通过简单的渗滤现象。调质还可以增加与这些试剂接触的原料的比表面积和孔隙度。对原料进行调质不会引起任何脂肪萃取。
优选地,通过以粉末的形式压平、聚集、吹风或碾磨来对可再生原料进行调质。作为举例,原料可以被烘烤或聚集,或调质和/或冷冻干燥,通过蒸发、喷雾、机械碾磨、冷冻碾磨、脱壳、快速松弛(通过抽真空和快速减压来进行快速干燥)来干燥,通过反应性或非反应性挤出、用脉冲的电磁场来调质,借助具有光滑辊或波状辊的机械压平器来压平,通过热气或过热蒸气供应来吹风。在鳄梨的情况下,最初将使用切开的鳄梨果实,此后将使这些鳄梨果实受到控制的脱水步骤,并且最后将通常通过碾磨新鲜的浆料对干燥的果实进行调质。
使任选地脱水和/或调质的固体可再生原料受到在至少一种极性有机溶剂和与所述极性有机溶剂不可混合的至少一种非极性共溶剂存在下,对其脂肪进行固-液萃取的步骤a),从而引起富集极性脂质组分的极性有机级分和富集非极性或弱极性脂质组分的级分的分离,这些极性有机组分尤其地用一个或多个羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团进行官能化,是不可皂化的或可皂化的,这些非极性或弱极性脂质组分尤其地是不含有(或仅含有一些)羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团的组分。
步骤a)是在足以使得能够从固体原料萃取脂肪,也就是说萃取甘油三酸酯类和其他脂质组分的温度和持续时间条件下进行的,从而引起油饼和液体双相混合物的形成。固-液萃取与反应性研磨的不同之处在于,前者在不具有任何酯交换催化剂的情况下进行。
步骤a)可以在室温下进行,但通常通过在优选地至少40℃、优选地低于或等于80℃、甚至更优选地低于或等于75℃的温度下实施加热方法来进行。尤其地在鳄梨的情况下,步骤a)应该在低于或等于80℃、甚至更优选地低于或等于75℃的温度下进行,其中此种温度控制使得有可能避免呋喃脂质前体向呋喃脂质的转化。因此,在果实萃取的过程中,这些呋喃脂质前体仍以它们的羟基化形式存在(即没有环化成呋喃)。
在其他情况下,步骤a)可以在温度方面不受限制地进行,也就是说温度可以被设定在75℃或80℃以上。因此,当原料不是来源于鳄梨时,步骤b)可以通过在从40℃至100℃范围内的温度下实施加热方法来进行。
在固-液萃取的过程中使用两种溶剂可引起具有两个有机相的双相介质的形成,这两个有机相在它们的组成方面是彼此极为不同的。一方面,没有(或没有太多)用一个或多个极性官能团进行官能化的脂质组分将优选地在非极性相中发现,而尤其地用一个或多个羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚或胺官能团进行官能化的脂质组分将优选地在极性相中发现。
这个步骤使得能够选择性萃取尤其地用一个或多个羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚或胺官能团(优选地它们中的若干个)进行官能化的脂质组分(不可皂化的或可皂化的),并且这些脂质组分在浓缩步骤结束时与存在于介质中的不包含此类官能团(或很少)的脂质组分混合物(尤其地甘油三酸酯类)分离。取决于所使用的原料类型,这些官能化的脂质组分可以是,但不限于多羟基化的脂肪醇类和作为呋喃脂质前体的酮-羟基化的化合物(尤其地先前提到的化合物P1H7,亚油酸呋喃H7的前体),这些呋喃脂质前体是存在于鳄梨中的、非酯化的固醇类或以下脂肪酸类的酯类:尤其地存在于蓖麻油中的蓖麻油酸(12-羟基顺9-十八碳烯酸);二十碳烯酸(lesquerolicacid)(14-羟基-11-二十烷酸)、十八碳二烯酸(densipolicacid)(12-羟基-9,15-十八碳二烯酸)和二十碳二烯酸(auricolicacid)(14-羟基-11,17-二十碳二烯酸),所有这三种酸都尤其地存在于雷斯克勒属(Lesquerrellagenus)的物种中;消旋-13-羟基-9Z,11E-十八碳二烯酸(coriolicacid)(13-羟基-9,11-十八碳二烯酸);尤其地存在于从粗糠柴(Kamalatree)的种子萃取的油中的粗糠柴酸(kamlolenicacid)(18-羟基-9,11,13-十八碳三烯酸);尤其地存在于向日葵油中的茼蒿酸(coronaricacid)(9,10-环氧化顺-十八碳-12-烯酸);尤其地存在于从大戟属植物(Euphorbialagascae)的种子或从斑鸠菊属(Vernoniagenus)的植物萃取的油中的斑鸠菊酸(vernolicacid)(顺-12,13-环氧糠油酸)。
可以使用无水或有水的溶剂和共溶剂,并且优选地具有足够低的沸点以允许蒸馏的溶剂。这个步骤优选地在不具有任何催化剂,具体地不具有碱性催化剂的情况下进行。
极性有机溶剂可以尤其地是选自以下各项的合成有机溶剂:轻质醇类、醚类(具体地乙醚、二异丙醚、甲基叔丁基醚、甲基四氢呋喃、2-乙氧基-2-甲基丙烷)、酮类(尤其地甲基异丁基酮、2-庚酮)、酯类诸如丙酸酯类(尤其地丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸异戊酯)、酮醇类诸如二丙酮醇、醚-醇类诸如3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇(MMB)、酚类、胺类、醛类、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、二甲基异山梨醇(DMI)、水以及其组合。
该极性有机溶剂优选地包括至少一种轻质醇。如在此使用,轻质醇意思是指分子量低于或等于150g/mol、直链或支链的优选地C1-C6、更优选地C1-C4的醇(包含一个或多个羟基官能团)。优选地该轻质醇是单醇。该轻质醇优选地是脂肪族醇并且最优选地脂肪族单醇,该脂肪族单醇优选地选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、乙基-2-己醇以及其异构体。
优选地选择与该极性溶剂不可混合的非极性共溶剂(在固-液萃取的条件下),使得有待萃取的尤其用一个或多个羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚或胺官能团进行官能化的脂质组分不可溶于这种共溶剂中。考虑这些官能化的脂质组分的化学性质,它们将必然与极性相具有比与非极性溶剂相更强的亲和性,在该非极性溶剂相中它们是不太可溶的(优选地不可溶的)。
该非极性共溶剂是一种有机溶剂,该有机溶剂可以尤其地是通过对天然醇类(或它们的格尔伯特(Guerbet)同系物)进行脱水或通过对脂质或生物质进行加氢处理(加氢液化方法)或通过对脂肪酸类进行脱羧所获得的具有植物来源的己烷、庚烷、苯、二环己烷、环己烷、石蜡烷烃类;十氢化萘;癸烷;煤油;道达尔(kerdane)(比己烷更重的可燃烃级别);汽油;灯油;甲基环己烷;十四烷;超临界CO2;加压的丙烷或丁烷;天然非极性溶剂诸如萜类(柠檬烯、α-蒎烯和β-蒎烯等)。该非极性共溶剂将优选地是烷烃或烷烃类的混合物,优选地己烷。
该优选的极性溶剂/非极性共溶剂对是甲醇/己烷对。
此外,可以将水添加到溶剂的二元混合物中,以便尤其更有效地萃取高度极性的化合物,具体地羟基化的化合物,其中投入使用的水的量优选地代表按溶剂的混合物的重量计从0.1%至20%,优选地从0.5%至5%。
可以连续的方式,具体地借助挤出机或借助索氏萃取器类型的连续萃取器,或甚至通过以不同方式实施溶剂系统的再循环来实现固-液萃取。在第一种情况下,在加热时,通过将溶剂设定在用于实现萃取的回流下来使固体原料与溶剂系统相接触。还可以不连续的方式、分批地进行该固-液萃取。为了优化不同脂质组分在极性相与非极性相之间的分离,可以例如通过实施以级联方式的若干个反应器来使萃取方法重复若干次。
使该(优选地醇的)极性相与该非极性相分离,在该极性相中的是尤其地用选自以下各项的一个或多个官能团进行官能化的可溶性脂质:羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团,诸如多羟基化的脂肪醇类和呋喃脂质前体(在鳄梨的情况下)。取决于所使用的原料类型,所述极性相可以进一步包含甘油三酸酯类、可溶性多糖类、酚类化合物、葡萄糖异硫氰酸酯类、异氰酸酯类、极性生物碱类、极性萜类。一旦用溶剂系统洗涤,可以对含溶剂的油饼进行干燥,然后尤其地直接用在动物给料中。
具体地在减压下,任选地通过实施加热方法来将极性溶剂(通常地轻质醇)从极性相中蒸发。在鳄梨的情况下,如果蒸发温度高(尤其地具有大约80℃或更高),在这个早期阶段就已经可以发生呋喃脂质前体向呋喃脂质的环化。可以使所获得的脂质产物受到使得能够从水中分离残留皂的倾析或离心的步骤,和/或受到过滤和/或洗涤步骤。然后可以用水洗涤剩余的脂质相并且在真空下干燥。
为了有利地再使用,可以使非极性溶剂相受到在真空下并且在适合的温度下进行的溶剂蒸发步骤。然后对汽化的溶剂进行冷凝以用于再循环。然后可以使主要由甘油酯类和非极性不可皂化的(或可皂化的)化合物构成的混合物在酯交换步骤中投入使用,然后在分子蒸馏中投入使用,以便一方面获得纯化的酯类(在馏出物中)并且另一方面获得富集非极性微量化合物的蒸馏残余物。这些实质上不可皂化的化合物的萃取根据本领域技术人员已知的方法来进行。例如,通过进行以下顺序:1)对烷基酯类进行皂化,2)进行使得能够从皂中分离不可皂化的化合物的液-液萃取,3)去除富集不可皂化物质的溶剂相中的溶剂并且4)最终纯化不可皂化物质。
使可再生原料在固-液萃取的步骤a)之后任选地受到(尤其地鳄梨)在高于或等于75℃,优选地高于或等于80℃的温度下的热处理。
在鳄梨的情况下,对原料进行的在75℃-80℃或以上的热处理步骤是强制的。该热处理步骤旨在使得呋喃脂质前体向呋喃脂质的环化有效。取决于所使用的加热方法,此种处理的持续时间通常在从0.5至5小时的范围内。设定用于该处理的温度通常是低于或等于150℃,优选地低于或等于120℃。应该自然地理解到,温度和反应时间是在热处理的预期结果方面彼此强烈依赖的两个参数,该热处理在于促进呋喃脂质前体的环化。
有利地,这种热处理在惰性气氛下、尤其地在氮气连续流下进行。该热处理优选地在大气压下进行。
这个步骤可以在皂化步骤c)之前或之后实现(如果有的话),该步骤将在下文描述,优选地之前,因为皂化将以另外的方式将呋喃脂质前体转化成改性的不可皂化衍生物(也就是说与呋喃化合物不同),这些改性的不可皂化衍生物将是不太令人感兴趣的。
在步骤a)之后进行的若干部分热处理也可以导致引起呋喃脂质前体全部转化成呋喃脂质的完全热处理。
该热处理步骤可以在酸催化剂存在下或没有酸催化剂的情况下实施。如在此使用,酸催化剂意思是指被认为是均相的无机催化剂和有机催化剂,诸如盐酸、硫酸、醋酸或对甲苯磺酸,而且和优选地,多相固体催化剂,诸如二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝、氧化锆、沸石、酸性树脂。将具体地选择具有高比表面积也就是说至少等于200m2/g的酸性氧化铝。优选用于实施本发明的方法的是具有酸性氧化铝类型的催化剂。
可以在包括至少一种轻质醇(诸如先前所定义)的至少一种极性有机溶剂和至少一种催化剂存在下,在浓缩步骤b)之前或之后,优选地之前,使所得的脂质相任选地受到酯交换步骤。在任何情况下,该酯交换必须在皂化的步骤c)之前进行。
这个任选的步骤使甘油酯类转化成脂肪酸酯类并且在甘油三酸酯类的情况下释放甘油。优选地使用生成脂肪酸单酯类的单醇,更优选地生产脂肪酸烷基单酯类的烷基单醇。
该催化剂优选地是一种碱性催化剂或一种酸催化剂,该碱性催化剂优选地选自酒精苏打;固体苏打;钾碱醇液;固体钾碱;碱性醇盐,诸如甲醇锂、甲醇钠或甲醇钾、乙醇锂、乙醇钠或乙醇钾、正丙醇锂、正丙醇钠或正丙醇钾、异丙醇锂、异丙醇钠或异丙醇钾、正丁醇锂、正丁醇钠或正丁醇钾、异丁醇锂、异丁醇钠或异丁醇钾、或叔丁醇锂、叔丁醇钠或叔丁醇钾;胺和多胺,该酸催化剂优选地选自硫酸、硝酸、对甲苯磺酸、盐酸和路易斯(Lewis)酸。酸催化剂将更具体地用在极端情况下,其中脂肪的游离酸度将高于4mgKOH/g。这个步骤将引起游离脂肪酸类的酯化,并且继续该方法在于使用碱催化的酯交换反应来继续。
该酯交换步骤可以尤其地在具有搅拌床的分批反应器中或在具有连续萃取器类型的带有可移动皮带的连续反应器中进行。在一个优选实施例中,由步骤a)产生的有机溶剂和有机油以彼此逆流的方式被引入到一个反应器中。为了优化甘油单酯、甘油二酸酯和甘油三酸酯向脂肪酸(烷基)(单)酯的转化,可以例如通过实施以级联方式的若干个反应器和中间体排除系统来使反应重复若干次。
最优选地,由该酯交换步骤产生的混合物包含更低含量的甘油单酯、甘油二酸酯或甘油三酸酯。整个这些甘油酯通常代表按混合物总重量的重量计的小于3%,优选地小于1%。
然后使所得的脂质相(主要由甘油酯类或脂肪酸酯类构成,如果已经进行了酯交换,可能具有游离脂肪酸类并且富集极性不可皂化的化合物)受到浓缩步骤b),以便获得富集不可皂化级分的混合物。该浓缩可以在热处理之前或之后实施(如果有的话),或如果该浓缩要求在适合的温度下的加热方法,则这两个步骤可以同时进行。该浓缩优选地在进行热处理之前进行。
将油初步浓缩成不可皂化物使得能够减少在可能的后续皂化步骤时投入使用的物质的量,并且因此减少有待萃取的量。
该浓缩步骤b)可以具体地通过蒸馏或结晶,尤其地冷结晶或通过在真空下蒸发进行的结晶来进行。如在此使用,蒸馏意思是指本领域技术人员已知的任何方法,尤其地分子蒸馏、在大气压下或在真空下多级连续地进行的蒸馏(尤其地在刮膜蒸发器或降膜蒸发器中)、共沸蒸馏、水蒸馏、蒸汽蒸馏、脱臭,该脱臭尤其地在具有或不具有蒸汽喷射或惰性气体喷射(氮气、二氧化碳)的真空下的薄层脱臭机中进行。
最优选的方法是分子蒸馏,该分子蒸馏意思是指在高真空和高温下的,但具有非常短的接触时间的分馏,该非常短的接触时间防止或限制了热敏感的分子的变性。
分子蒸馏的这个步骤以及可以在本发明的方法中进行的所有其他分子蒸馏通过使用一个短程蒸馏单元来进行,该短程蒸馏单元优选地选自具有离心类型的分子蒸馏装置和具有刮膜类型的分子装置的装置。
具有离心类型的分子蒸馏装置是本领域技术人员已知的。例如,申请EP-0493144描述了具有这种类型的分子蒸馏装置。一般地说,将有待蒸馏的产物以薄层形式铺展在高速旋转的锥形转子的加热表面(热表面)上。将蒸馏室放置在真空下。在这些条件下,不可皂化组分从该热表面上的蒸发发生,但不是沸腾,优点在于在蒸发的过程中敏感的产物不被降解。
也是本领域技术人员已知的具有刮膜类型的分子蒸馏装置包括配备有旋转刮刀的一个蒸馏室,该旋转刮刀使得能够将有待蒸馏的产物连续铺展到蒸发表面(热表面)上。借助放置在该蒸馏室中间的指形冷凝管(coldfinger)来冷凝产物的蒸气。外部电源和真空供应系统非常类似于具有离心类型的蒸馏单元的那些(供应泵、具有滑动叶片和油扩散的真空泵等)。通过重力流发生对玻璃烧瓶中的残余物和馏出物的回收。
优选地通过将压力保持在从10-3至10-2mmHg范围内并且优选地大约10-3mmHg,在从100℃至260℃范围内的温度下进行该分子蒸馏。
馏出物中的不可皂化物质的浓度可以达到按重量计40%。在鳄梨的情况下,即使化合物与加热区域的接触时间非常短(几毫秒至一秒),一些呋喃脂质前体也可以在这个阶段被环化成呋喃脂质。然而,这种现象仍是少见的。还可能实现经典蒸馏,在鳄梨的情况下该经典蒸馏将使得能够通过在75℃或以上,优选地在80℃或以上的加热方法完全环化呋喃脂质前体(如果尚未进行)。
蒸馏通常使得能够获得一种轻馏分(第一馏出物)和至少一种更重的馏分(第二馏出物或残余物),该轻馏分主要包含甘油酯类(主要地甘油三酸酯类)和较小程度上的游离脂肪酸类、天然和轻质的石蜡、萜类,该至少一种更重的馏分包含稀释在甘油酯类(主要地甘油三酸酯类)中的不可皂化级分。如果已经进行了酯交换,则将获得一种轻馏分和至少一种更重的馏分,该轻馏分包含具有高纯度的脂肪酸酯类,该至少一种更重的馏分包含稀释在残留脂肪酸酯类中的不可皂化级分。
在鳄梨的情况下,如果在浓缩步骤b)之前进行了在高于或等于75℃或80℃的温度下的热处理步骤,或在该浓缩步骤的过程中发生该热处理步骤,则分离出一种浓缩物,该浓缩物富集不可皂化级分(并且视情况贫含甘油三酸酯类和脂肪酸酯类)并且在这个阶段含有典型地以按重量计大约10%至15%的量的呋喃脂质(这些呋喃脂质比甘油三酸酯类更易挥发,但比脂肪酸单酯类的挥发性小)。如果在步骤b)之后进行所述热处理或在步骤b)之后完成所述热处理,则分离出一种浓缩物,该浓缩物富集不可皂化级分(并且视情况贫含甘油三酸酯类或由酯交换产生的脂肪酸酯类),在这个阶段含有呋喃脂质前体和可能已经形成的呋喃脂质。
取决于所使用的原料类型,然后可以使已经任选地受到热处理的富集不可皂化级分的混合物经历皂化步骤c)和从皂化的混合物萃取不可皂化级分的步骤d)。在鳄梨的情况下,尤其地,进行步骤c)和步骤d)以便分离甘油酯类(或视情况由酯交换产生的脂肪酸酯类)。在其他情况下,步骤c)和步骤d)可以省略并且可以分离出一种油,该油含有与其他化合物诸如甘油酯类(或视情况脂肪酸酯类)、尤其地甘油三酸酯类一起的不可皂化级分。如果没有发生酯交换,这种油可以具体地包含可皂化或不可皂化的、在碱性介质中敏感的极性化合物。
皂化是一种将酯转化成水溶性羧酸酯离子和醇的化学反应。在本发明情况下,皂化尤其地将脂肪酸酯类(例如甘油三酸酯类)转化成脂肪酸类和醇,释放的醇主要是甘油,或如果进行酯交换的话是轻质醇。
该皂化步骤可以在钾碱或苏打的存在下,在醇介质优选地乙醇中实施。典型的实验条件包括在钾碱12N存在下,在乙醇回流4小时下反应。在这个阶段,并且任选地,可以有利地使用共溶剂以便具体地改进反应动力学或保护对碱性pH值敏感的不可皂化的化合物。这种共溶剂可以尤其地选自萜类(柠檬烯、α-蒎烯和β-蒎烯等)、烷烃类,尤其地石蜡。
一般公开诸如贝雷的工业油和油脂产品(Bailey’sIndustrialOilandFatProducts),第6版(2005),费瑞东沙黑迪(FereidoonShahidi)编著,约翰威立国际出版公司(JohnWiley&Sons,Inc.),和玛驰的高等有机化学:反应、机理和结构(March'sAdvancedOrganicChemistry:Reactions,Mechanisms,andStructure),第5版(2001),史密斯M.B.(M.B.Smith)、玛驰J.(J.March),威立出版公司(Wiley-Interscience)更详细地描述了该皂化步骤以及任选的酯交换步骤的条件。
此后,从皂化的混合物萃取不可皂化级分一次或多次。这个步骤优选地通过借助至少一种适合的有机溶剂进行液-液萃取来进行,也就是说,该有机溶剂与由皂化产生的醇或水醇溶液不可混合。该步骤使得能够分离在不可皂化级分的皂化方法过程中形成的脂肪酸盐(皂)。
该有机溶剂可以尤其地是一种合成有机溶剂或一种天然有机溶剂,该合成有机溶剂选自任选地卤化烷烃类(尤其地石油醚或二氯甲烷)、芳香族溶剂(尤其地三氟甲苯、六氟苯)、卤代烷烃类、醚类(尤其地乙醚、二异丙醚、甲基叔丁基醚、甲基四氢呋喃、2-乙氧基-2-甲基丙烷)、酮类(尤其地甲基异丁基酮、2-庚酮)、丙酸酯类(尤其地丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸异戊酯)、六甲基二硅氧烷、四甲基硅烷、二丙酮醇、1-丁氧基甲氧基丁烷、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇(MMB),该天然有机溶剂选自萜类,诸如柠檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、沉香醇、香茅醇、香叶醇、薄荷醇、柠檬醛、香茅醇、或具有天然来源的氧化的有机衍生物,尤其地醚类、醛类、醇类和酯类,诸如例如糠醛(furfural)和糠醛(furfurol)。将优选地选择萜。可以在并流或逆流萃取柱中或借助一连串混合器-沉降器、萃取柱或离心萃取器来进行萃取。
为了适用于工业规模,可以在一个装置中提供连续萃取以用于连续液-液萃取,诸如在脉冲柱、混合器-沉降器或等效物中。
一旦萃取,优选地通过具体地倾析和/或离心(在甘油三酸酯皂化的情况下去除甘油)、溶剂去除、洗涤、干燥、过滤和/或在真空下脱臭来纯化不可皂化级分。更精确地,该纯化步骤可以尤其地通过实施以下子步骤中的一个或多个来进行:
-对溶剂相进行离心以便萃取残留皂,然后过滤,
-使用任选地用氯化钠饱和的水对溶剂相进行洗涤,以便去除碱性残留痕量,
-通过在真空下蒸馏、水蒸馏或共沸蒸馏对萃取溶剂进行蒸发来干燥,
-在真空下对不可皂化级分进行脱臭,以便在脱臭条件下从其中萃取任何剩余的污染物,尤其地萃取溶剂、杀虫剂、多环芳香族烃类。
本发明的第一种方法使得能够获得富集极性化合物的高纯度不可皂化级分(除了具体地在鳄梨的情况下,呋喃脂质由于它们的弱极性性质存在于使用本发明的第一种方法分离出的不可皂化级分中,因为它们在极性化合物的选择性萃取步骤之后已经由极性前体原位形成)。以非穷举性的方式,在最后所分离出的级分中的在实施本发明方法结束时所获得的不可皂化的化合物可以取决于所使用的原料性质,任选地是多羟基化的脂肪醇类、呋喃脂质(在鳄梨的情况下)、非酯化(游离)或非糖基化的固醇类和三萜醇类、游离和糖基化的多酚类、游离或硫酸化的胆固醇、木酚素类、佛波醇酯类、三萜酸类(例如熊果酸)、极性萜类(具有醇官能团的单萜、二萜和倍半萜)、生物碱类、甘蔗脂肪醇类(polycosanols)、柠檬苦素类、以游离形式的叶黄素类(黄体素、虾青素、玉米黄素)、棉子酚、水黄皮素、五味子素(shizandrin)、印楝素、辅酶Q10、黄曲霉毒素类(尤其地B1和B2)、异黄酮类、咖啡因、可可碱、育亨宾、水飞蓟素、羽扇豆醇、尿囊素。
一般,与不可皂化物总重量相比,以重量百分比表示的在这些不同步骤(其中步骤c)和d))之后所获得的鳄梨不可皂化物的平均组成如下:
-呋喃脂质50%-75%
-多羟基化的脂肪醇类5%-30%
-角鲨烯0.1%-5%
-固醇类0.1%-5%
-其他0%-15%
根据本发明,然后可以使如所述获得的不可皂化物质受到蒸馏的(第二)步骤,以便进一步提高其纯度,优选地分子蒸馏,该分子蒸馏优选地在从100℃至160℃、更优选地从100℃至140℃的范围内的温度下,在优选地从10-3至5.10-2mmHg范围内的压力下进行。根据另一个实施例,设定的温度在从130℃至160℃之间变化。
选择用于这种蒸馏的温度和压力影响回收的馏出物的形成。因此,这种(第二)蒸馏可以使得能够获得在鳄梨的情况下主要包含鳄梨呋喃脂质的一种馏出物,当蒸馏温度在从100℃至140℃之间变化时,该馏出物的纯度可以是按重量计高于90%。当蒸馏温度在从130℃至160℃之间变化时,通常获得主要包含鳄梨呋喃脂质和在较小程度上包含来自鳄梨的多羟基化的脂肪醇类的一种馏出物,这些鳄梨呋喃脂质和多羟基化的脂肪醇类的组合量可以按重量计超过90%。
本发明的这第一种方法因此使得能够不仅提供对鳄梨呋喃脂质的选择性萃取,而且提供对鳄梨多羟基化的脂肪醇类的选择性萃取,如果希望的话。
此外,在从非极性溶剂相中分离出的级分中的在实施该方法结束时所获得的不可皂化的化合物可以取决于所使用的原料性质,最后是固醇酯类、酯化的三萜醇类、胆固醇酯类、生育酚类(和对应的生育三烯酚类)、芝麻酚林、芝麻素、甾烯类、角鲨烯、石蜡烃类、弱极性至非极性的萜类(具有醛和/或酮官能团的单萜、二萜和倍半萜)、酯化的叶黄素类(黄体素、虾青素、玉米黄素)、类胡萝卜素类型色素(β-胡萝卜素、番茄红素)、蜡、钙化醇、胆钙化醇、水黄皮二酮(pongamol)。
如今将通过实质上解释与本发明的第一种方法相比的差异来提出本发明的第二种方法。应该注意的是,可以在这两种方法共同的所有其他特征方面提及本发明的第一种方法的描述。
用在本发明的第二种方法中的可再生原料不受具体地限制,并且任选地包含用一个或多个羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚或胺官能团进行官能化的脂质组分。这些可再生原料必然包含不被任何先前提到的官能团(或少数这些官能团)所官能化的那些脂质组分,这些组分是在自然界中最常遇到的。
这种方法任选地包括对可再生原料进行脱水和任选的进行调质的第一步骤。脱水和调质未必在低于或等于80℃或75℃的温度下进行。所述温度是优选地高于或等于-50℃。当提供加热方法时,温度通常在从50℃至120℃,更优选地从75℃至120℃之间变化。对于第一种方法,脱水可以在调质之前或之后实施(如果有的话)。该脱水优选地持续从8至36小时。
可再生原料在固-液萃取的步骤a)之前,在高于或等于75℃、优选地高于或等于80℃的温度下,任选地经历(具体地这是对于鳄梨的情况)如尤其地在法国专利申请FR2678632中描述的热处理,该热处理将在下文中描述。最优选地,对原料进行的热处理和脱水(如果有的话)同时发生并且形成单个步骤。
在鳄梨的情况下,对事先已经调质和/或脱水或没有调质和/或脱水的原料进行这种75℃或以上的热处理步骤是强制的。对于所描述的第一种方法,该热处理步骤旨在促进呋喃脂质前体向呋喃脂质的环化。取决于所使用的加热方法,此种处理的持续时间通常在从8至36小时之间变化。设定用于该处理的温度通常是低于或等于150℃,优选地低于或等于120℃。有利地,这样一种热处理在惰性气氛下、尤其地在氮气连续流下进行。该热处理优选地在大气压下进行。
然后在至少一种极性有机溶剂和与所述极性有机溶剂不可混合的至少一种非极性共溶剂存在下,使已经受到热处理,任选地脱水和/或调质的固体可再生原料经历对其脂肪的固-液萃取的步骤a)。
正如在第一种方法中,这些溶剂和共溶剂可以是无水或有水的,并且可以将水添加到萃取溶剂混合物中。
步骤a)可以在室温下进行,但通常通过实施在温度方面不受限制的加热方法来实现(与第一种方法不同),其中所述温度在任何情况下可以具体地在从40℃至100℃之间变化。
这个步骤使得能够分离出富集非极性(或弱极性)脂质组分的一种有机级分,也即是说该有机级分不含有任何(或不太多的)羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团,无论不可皂化或可皂化,以及富集极性脂质组分的一种级分,这些极性脂质组分尤其地是用羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团中的一个或多个进行官能化的组分。
这个步骤实质上使得能够将脂质组分分开,这些脂质组分包含这些官能团中的一个或多个,优选地它们中的许多个(例如多元醇类)。该步骤优选地在不具有催化剂,尤其地不具有碱性催化剂的情况下进行。
取决于所使用的原料类型,在步骤a)的过程中已经分离出的无极性或仅弱极性的这些脂质组分可以是,但不限于不含任何羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团的甘油酯类、呋喃脂质(在鳄梨的情况下,在开始固-液萃取步骤之前,呋喃脂质前体已经被转化成呋喃脂质,这些呋喃脂质是非羟基化的)、弱极性醇类诸如生育酚类、角鲨烯、叶黄素类以及酯化的固醇类。
优选地选择与极性溶剂不可混合的非极性共溶剂(在固-液萃取的条件下),使得尤其用一个或多个羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚或胺官能团进行官能化并且有待不被萃取的脂质组分不可溶于此种共溶剂中。考虑这些官能化的脂质组分的化学性质,它们将必然与极性相具有比与非极性溶剂相更强的亲和性,在该非极性溶剂相中它们是不太可溶的(优选地不可溶的)。
尤其地在不具有特殊预防的减压下,将非极性共溶剂从富集不含有任何羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团(或它们中的很少几个)的脂质(不可皂化或可皂化)的非极性相中蒸发,这些特殊预防是关于任选地使用以便蒸发溶剂的加热方法。可以使所获得的脂质产物受到中和的步骤(在蒸发非极性共溶剂之前或之后,优选地之前),优选地通过酸,然后受到倾析或离心的步骤和/或受到过滤的步骤。然后可以用水洗涤剩余的脂质相并且在真空下干燥。
可以在包括至少一种轻质醇(诸如先前所定义)的至少一种极性有机溶剂和至少一种催化剂存在下,在浓缩步骤b)之前或之后,优选地之前,使所得的脂质相任选地受到酯交换步骤。在任何情况下,该酯交换必须在皂化的步骤c)之前进行。
然后使所得的脂质相(主要由甘油酯类或脂肪酸酯类构成,如果已经进行了酯交换,可能具有富集非极性不可皂化的化合物的游离脂肪酸类)受到浓缩步骤b),以便获得富集不可皂化级分的混合物。
对于第一种方法,优选的浓缩方法是分子蒸馏。还可能实现经典蒸馏。
蒸馏通常使得能够获得一种轻馏分(第一馏出物)和至少一种更重的馏分(第二馏出物或残余物),该轻馏分主要包含甘油酯类(主要地甘油三酸酯类)和较小程度上的游离脂肪酸类、天然和轻质的石蜡、萜类,该至少一种更重的馏分包含稀释在甘油酯类(主要地甘油三酸酯类)中的不可皂化级分。如果已经进行了酯交换,则将获得一种轻馏分和至少一种更重的馏分,该轻馏分包含具有高纯度的脂肪酸酯类,该至少一种更重的馏分包含稀释在残留脂肪酸酯类中的不可皂化级分。
在鳄梨的情况下,如果没有进行酯交换,则分离出一种浓缩物,该浓缩物富集不可皂化级分(并且贫含甘油三酸酯类)并且在这个阶段含有典型地以按重量计大约10%至15%的量的呋喃脂质(这些呋喃脂质比甘油三酸酯类更易挥发)。
然后任选地使富集不可皂化级分的混合物受到皂化的步骤c)和从皂化的混合物萃取不可皂化级分的步骤d)。一旦萃取,优选地使用与在本发明的第一种方法中描述的相同的程序来纯化不可皂化级分。
根据本发明的第二种方法使得能够获得富集弱极性至非极性的化合物的一种非常纯的不可皂化级分。以非穷举性的方式,在最后分离出的级分中的在实施此种方法结束时所获得的不可皂化的化合物可以取决于所使用的原料性质,是呋喃脂质(在鳄梨的情况下)、固醇酯类、酯化的三萜醇类、胆固醇酯类、生育酚类(和对应的生育三烯酚类)、芝麻酚林、芝麻素、甾烯类、角鲨烯、石蜡烃类、弱极性至非极性的萜类(具有醛和/或酮官能团的单萜、二萜和倍半萜)、酯化的叶黄素类(黄体素、虾青素、玉米黄素)、类胡萝卜素类型色素(β-胡萝卜素、番茄红素)、蜡、钙化醇、胆钙化醇、水黄皮二酮。
一般,与不可皂化物总重量相比,以重量百分比表示的在这些不同步骤(其中步骤c)和d))之后所获得的鳄梨不可皂化物的平均组成在以下给出:
-呋喃脂质60%-80%
-角鲨烯1%-7%
-其他5%-20%(烃类、生育酚类、脂肪酮类、重质色素......)
-多羟基化的脂肪醇类0.1%-10%。
根据本发明,然后可以使如所述获得的不可皂化物质受到蒸馏的(第二)步骤,以便进一步提高其纯度,优选地分子蒸馏,该分子蒸馏优选地在从100℃至160℃、更优选地从100℃至140℃的范围内的温度下,在优选地从10-3至5.10-2mmHg范围内的压力下进行。这种(第二)蒸馏可以使得能够获得在鳄梨的情况下主要包含鳄梨呋喃脂质的一种馏出物,该馏出物的纯度可以是按重量计高于90%。
本发明的这第二种方法因此使得能够获得对鳄梨呋喃脂质的选择性萃取,除了在固-液萃取步骤的过程中已经被萃取在极性相中的来自鳄梨的多羟基化的脂肪醇类。
此外,在最后从极性溶剂相中所分离出的级分中的在实施此种方法结束时所获得的不可皂化的化合物可以取决于所使用的原料性质,任选地是多羟基化的脂肪醇类、呋喃脂质(在鳄梨的情况下)、非酯化(游离)或非糖基化的三萜醇类和固醇类、游离和糖基化的多酚类、游离或硫酸化的胆固醇、木酚素类、佛波醇酯类、三萜酸类(例如熊果酸)、极性萜类(具有醇官能团的单萜、二萜和倍半萜)、生物碱类、甘蔗脂肪醇类、柠檬苦素类、以游离形式的叶黄素类(黄体素、虾青素、玉米黄素)、棉子酚、水黄皮素、五味子素、印楝素、辅酶Q10、黄曲霉毒素类(尤其地B1和B2)、异黄酮类、咖啡因、可可碱、育亨宾、水飞蓟素、羽扇豆醇、尿囊素。
与用于从油或脱臭排放物萃取的传统的现有方法相比,本发明具有许多优点。第一,本发明的方法是经济的,因为它不要求传统方法的大量投资。在投资方面,本发明的方法使得能够避免使用精制手段(粘液去除、中和)。
另外,本发明在共利用方面是非常令人感兴趣的,因为实施本发明的方法可产生高附加值的副产物,诸如:
-从其中已经去除任选地存在于初始生物质中的毒性或抗营养化合物并且可直接利用在动物给料或人类营养品中的油饼,或作为感兴趣的低聚肽和/或寡糖类来源的油饼,
-可利用在化妆品、药学和动物给料以及人类营养品中的多糖类和多酚类。
从经济和环境观点来看,本发明的方法不仅与当前方法不同使得能够再使用几乎100%的果实并且因此节约生物质,或甚至栽培面积,而且这些方法使得能够改进从农民上游至使用者下游的所述不可皂化物质的整体价值链。最后,这些方法遵守如今被开发用于许多应用,具体地用于能源和工业目的的生物精制模型的重要原则。
通过本发明的方法获得的不可皂化级分享有与处理之前存在于原料中的不可皂化物接近或甚至类似的组成。
有利地,与由传统方法产生的产物相比,本发明的这些不可皂化级分和这些副产物不含任何残留的毒性溶剂并且因此具有更好的管理安全性和可接受性。这些具体特征使得能够更适合地在用于人类和/或动物的化妆品、药物、食品组合物或食品增补剂或添加剂中使用通过本发明的方法所获得的不可皂化级分和/或所提供的副产物。
同样,本发明的方法将使得能够取决于可能存在于植物或动物生物质中的污染物的极性来进行分离和/或浓缩:多环芳香族烃类(PAH)、杀虫剂、多氯联苯类(PCB)、二噁英类、溴化阻燃剂、药剂等。
通过本发明的方法所获得的鳄梨不可皂化级分可以尤其地被用于制备用于例如治疗关节疾患、更具体地治疗骨关节炎并且用于治疗关节炎(也就是说类风湿性关节炎、牛皮癣性关节炎、莱姆病(Lymedisease)和/或任何其他类型的关节炎)的药物。因此制备的药物可以旨在用于治疗牙周病,并且具体地用于治疗牙周炎。此外,这种药物可以适合用于治疗骨质疏松症。此外,这种药物可以旨在调节由NGF(神经生长因子)诱导的神经细胞分化。最后,这种药物可以旨在修复组织,并且具体地皮肤组织,尤其地在皮肤病学应用的框架中。
来源于本发明的方法的鳄梨不可皂化级分还可以被采用在化妆品组合物中,尤其地皮肤类药妆中,以用于在赋形剂和/或化妆品上可接受的媒介物存在下化妆品治疗皮肤、相邻粘膜和/或角质化皮肤附件(老化、瘢痕......);头发纤维或真皮乳突。
同样,方法的副产物诸如蛋白质和碳水化合物可以取决于它们的性质,由此或在转化之后引起用在药学、化妆品和人类营养品或动物给料应用中的活性成分或赋形剂的产生。
与用于从油或脱臭排放物萃取的传统的现有方法相比,本发明具有许多优点。第一,本发明的方法是经济的,因为它不要求传统方法的大量投资。在投资方面,本发明的方法使得能够避免机械研磨手段像螺旋压榨机或己烷萃取器以及精制手段(粘液去除、中和)。此外,与机械研磨或使用己烷的蒸发性研磨和精制不同,根据本发明的固-液萃取并非意味高能量消耗。此外,该固-液萃取要求比粗制油的精制操作更低的新鲜水消耗。
另外,本发明在共利用方面是非常令人感兴趣的,因为实施本发明的方法可产生高附加值的副产物,诸如:
-从其中已经去除任选地存在于初始生物质中的毒性或抗营养化合物并且可直接利用在动物给料或人类营养品中的油饼,或作为感兴趣的低聚肽和/或寡糖类来源的油饼,
-可利用在化妆品、药学和动物给料以及人类营养品中的多糖类和多酚类。
从经济和环境观点来看,本发明的方法不仅与当前方法不同使得能够再使用几乎100%的果实并且因此节约生物质,或甚至栽培面积,而且这些方法使得能够改进从农民上游至使用者下游的所述不可皂化物质的整体价值链。最后,这些方法遵守如今被开发用于许多应用,具体地用于能源和工业目的的生物精制模型的重要原则。
通过本发明的方法获得的不可皂化级分享有与处理之前存在于原料中的不可皂化物接近或甚至类似的组成。
有利地,与由传统方法产生的产物相比,本发明的这些不可皂化级分和这些副产物不含任何残留的毒性溶剂并且因此具有更好的管理安全性和可接受性。这些具体特征使得能够更适合地在用于人类和/或动物的化妆品、药物、食品组合物或食品增补剂或添加剂中使用通过本发明的方法所获得的不可皂化级分和/或所提供的副产物。
同样,本发明的方法将使得能够取决于可能存在于植物或动物生物质中的污染物的极性来进行分离和/或浓缩:多环芳香族烃类(PAH)、杀虫剂、多氯联苯类(PCB)、二噁英类、溴化阻燃剂、药剂等。
通过本发明的方法所获得的鳄梨不可皂化级分可以尤其地被用于制备用于例如治疗关节疾患、更具体地治疗骨关节炎并且用于治疗关节炎(也就是说类风湿性关节炎、牛皮癣性关节炎、莱姆病(Lymedisease)和/或任何其他类型的关节炎)的药物。因此制备的药物可以旨在用于治疗牙周病,并且具体地用于治疗牙周炎。此外,这种药物可以适合用于治疗骨质疏松症。此外,这种药物可以旨在调节由NGF(神经生长因子)诱导的神经细胞分化。最后,这种药物可以旨在修复组织,并且具体地皮肤组织,尤其地在皮肤病学应用的框架中。
来源于本发明的方法的鳄梨不可皂化级分还可以被采用在化妆品组合物中,尤其地皮肤类药妆中,以用于在赋形剂和/或化妆品上可接受的媒介物存在下化妆品治疗皮肤、相邻粘膜和/或角质化皮肤附件(老化、瘢痕......);头发纤维或真皮乳突。
同样,方法的副产物诸如蛋白质和碳水化合物可以取决于它们的性质,由此或在转化之后引起用在药学、化妆品和人类营养品或动物给料应用中的活性成分或赋形剂的产生。
实例
从卡兰贾种子选择性萃取水黄皮二酮和水黄皮素(极性不可皂化物)
源自印度的未脱壳和仍然湿润的无毛水黄皮(Pongamiaglabra)卡兰贾种子由生物合成公司(Biosynthiscompany)(法国)提供。对该种子中的脂质含量(索氏萃取器V03-908)和蛋白质含量(凯氏定氮法)进行的分析相应地给出对于总脂质35.2%和对于总蛋白29.2%的值。根据ISO方法NFT60-204所测量的脂质酸指数是1.3mgKOH/g。
然后根据V.K.Gore等人描述的方法(分析快报(AnalyticalLetters)33(2),337-346(2000)),对通过碾磨所获得的作为粉末的种子进行分析以便确定水黄皮二酮和水黄皮素含量。结果给出对于水黄皮二酮为0.16%并且对于水黄皮素为1.29%。
使用不可混合的极性和非极性共溶剂混合物从卡兰贾种子连续萃取不可皂化的化合物的方法
使用具有光滑辊和在此之间可调节的距离的压平器来压平8.243kg的卡兰贾种子,以便获得具有良好机械外表(当接触时不会破碎)的无渗出种子薄片(没有油从薄片中渗流)。回收8.072kg的薄片。
此外,在100℃下,在通风干燥箱中立即干燥这些薄片持续12小时。在干燥之后,如通过105℃下的热重量分析法所确定的种子残留水分是1.7%。
然后将因此制备的薄片引入到穿孔型填充床(网格)渗滤柱中。将该柱温度调节到50℃。泵使得能够给该柱供应共溶剂混合物。进料给料发生在该柱头部水平处。然后使液相渗滤穿过薄片床,然后在薄片床之后在位于该柱下游的位置上取回该液相。
通过泵送,然后使液相返回到床头部以再次扩散在薄片床中。混合物再循环周期的持续时间是30分钟。在周期结束时,液体供应停止。然后通过滴落(15分钟)简单地回收仍保留在浸泡的薄片中的一部分液体。
在第二步骤中,实现对薄片的萃取和洗涤。为此,给该柱供应共溶剂混合物。这种混合物通过在薄片床内渗滤(仅一次,即没有未来的再循环)来再次扩散。
注入溶剂量持续5min。然后使薄片床滴落干燥持续15分钟。所获得的薄片(由于完全不含脂质而被认为是脱脂的)仍用共溶剂浸渍。出于这个原因,然后使该薄片在120℃下在通风烘箱中干燥4h。
所使用的渗滤柱使得能够模拟并流萃取(或逆流萃取),诸如该萃取发生在迪斯梅特(DeSmet)或美国皇冠(CrownIron)类型的连续工业萃取器中。
操作方法如下:
1.在压平之后立即将种子薄片引入到填充床渗滤柱中。
2.然后将双相溶剂混合物乙醇/己烷(50/50,m/m)送至薄片床,在40℃下持续30分钟。
3.然后压出双相溶剂油(由液-固萃取产生的溶剂相)。然后在40℃下,通过使用乙醇/己烷混合物进行5次连续的洗涤操作来对薄片床进行洗涤(每次洗涤5分钟)。
4.然后对该双相溶剂油进行离心以便分离乙醇相和己烷相。然后在20毫巴真空下,在90℃下蒸发这两种回收的有机相持续5分钟。
5.将在蒸发脂质各自溶剂(乙醇或己烷),与不可溶胶质物(在该过程中从薄片萃取的油不可溶产物)一起或不一起,之后获得的脂质通过添加热水洗涤至中性,并且离心。最后,在20毫巴真空下,在90℃下干燥这些脂质持续5分钟。然后对这两种脂质萃取物的组成进行评估。
表1:对于在乙醇/己烷混合物存在下的卡兰贾种子萃取方法的质量平衡
(1)干物质产率被定义为所获得的所有干物质(乙醇相+己烷相)的和除以初始存在于薄片中的油的量的比率x100
(2)油损失=100–油产率–潜在存在于脱脂薄片中的油
表1中给出的结果证实了以下几点:
-该方法给出显著的萃取脂质的产率(高于95%);
-可相对良好地使用输出时的薄片(残留脂肪<3%);
-所使用的方法关于从卡兰贾油中分离不可皂化的化合物是高度选择性的;具有与水黄皮二酮和水黄皮素的非常高的浓集系数相关联的对目标不可皂化的化合物的高萃取产率;
-出于富集目的,可以例如通过分子蒸馏重新得到由一种或多种己烷或乙醇相产生的油,以便达到对目标化合物水黄皮素或水黄皮二酮的高度浓缩。蒸馏副产物(蒸馏残余物)是不含不可皂化物质的油(其自身由抗营养化合物诸如水黄皮二酮和水黄皮素构成),然后可以将该油积极地再使用在动物给料中。
-在方法结束时的薄片强烈地富集蛋白质(>40%)。因此,该薄片可以积极地再使用在动物给料中。其在残留抗营养化合物(水黄皮素和水黄皮二酮)中的含量急剧降低。
然后在200℃下,在10-3mmHg的真空下,在KDL4类型的刮膜蒸馏装置中通过分子蒸馏来浓缩从乙醇和己烷相中获得的脂质萃取物。获得了以下蒸馏结果:
-由蒸馏之前的乙醇相脂质萃取物产生的馏出物:与在蒸馏方法中使用的量相比,按重量计32.5%。
-由蒸馏之前的己烷相脂质萃取物产生的馏出物:与在蒸馏方法中使用的量相比,按重量计4.7%。
一旦分析,各自的水黄皮素和水黄皮二酮含量如下:
-来自之前的己烷相馏出物的水黄皮二酮含量=按重量计7.6%
-来自之前的己烷相馏出物的水黄皮素含量=按重量计5.1%
-来自之前的乙醇相馏出物的水黄皮素含量=按重量计48.6%
-来自之前的乙醇相馏出物的水黄皮二酮含量=按重量计2.1%
该方法可以使得能够分开地获得分别富集水黄皮二酮和水黄皮素的两种萃取物。
Claims (11)
1.一种用于从固体可再生原料萃取不可皂化级分的方法,该固体可再生原料包含用选自以下各项的一个或多个官能团官能化的脂肪,尤其地脂质:羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团,该方法包括以下步骤:
a)在至少一种极性有机溶剂和与所述极性有机溶剂不可混合的至少一种非极性共溶剂存在下,对来自任选地脱水和/或任选地调质的所述固体可再生原料的这些脂肪进行固-液萃取,从而引起一种极性有机相的形成,该极性有机相富集用选自以下各项的一个或多个官能团官能化的脂质:羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团,
b)对该极性有机相进行浓缩以便获得一种富集不可皂化级分的混合物,
并且任选地包括以下步骤:
c)对该富集不可皂化级分的混合物进行皂化,
d)从该皂化的混合物萃取该不可皂化级分,
其中所述可再生原料在步骤a)之后,在高于或等于75℃,优选地高于或等于80℃的温度下任选地经历热处理。
2.一种用于从含有脂肪的固体可再生原料萃取不可皂化级分的方法,该方法包括以下步骤:
a)在至少一种极性有机溶剂和与所述极性有机溶剂不可混合的至少一种非极性共溶剂存在下,对来自任选地脱水和/或任选地调质的所述固体可再生原料的脂肪进行固-液萃取,从而引起一种非极性有机相的形成,该非极性有机相富集不含有或含有很少羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团的脂质,
b)对该非极性有机相进行浓缩以便获得一种富集不可皂化级分的混合物,
并且任选地包括以下步骤:
c)对该富集不可皂化级分的混合物进行皂化,
d)从该皂化的混合物萃取该不可皂化级分,
其中所述可再生原料在步骤a)之前,在高于或等于75℃,优选地高于或等于80℃的温度下任选地经历热处理。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,该可再生原料是选自鳄梨的果实、核、叶以及它们的混合物,并且在于进行所述热处理。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该可再生原料是选自鳄梨的果实、核、叶以及它们的混合物,在于进行所述热处理,并且在于在低于或等于80℃、优选地低于或等于75℃的温度下进行步骤a)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,该可再生原料在步骤a)之前已经进行脱水,以便达到与该脱水步骤结束时所获得的原料的重量相比,残留水分低于或等于按重量计10%。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,该可再生原料在步骤a)之前已经进行脱水,并且在于所述热处理与该脱水步骤同时进行。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,该极性有机溶剂是选自以下各项的轻质醇:甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、乙基-2-己醇、以及其异构体。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,该非极性共溶剂是烷烃或烷烃的混合物。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在没有催化剂的情况下进行该萃取步骤a)。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,通过分子蒸馏进行该油浓缩。
11.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,该方法包括步骤c)和d),从该皂化的混合物萃取该不可皂化级分是通过使用至少一种有机溶剂的液-液萃取实现的。
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