米糠油中谷維素的制備及應(yīng)用專利技術(shù)綜述

1952年，日本的土屋知太郎發(fā)現(xiàn)谷類油脂中含有甾醇類和三萜醇類阿魏酸酯，并成功進(jìn)行了提取[1]。此后，由于其良好的降血脂、抗衰老、抗氧化、改善植物神經(jīng)功能、抗心律失常、治療胃炎及改善失眠等功能特性，在醫(yī)藥、食品、化妝品領(lǐng)域得到了人們廣泛的關(guān)注，使得谷維素的研究應(yīng)用成為一個(gè)熱點(diǎn)。

谷維素通常所處的環(huán)境復(fù)雜多變，這對(duì)于其制備提取工藝的要求提出了嚴(yán)格的考驗(yàn)，不同的物料在提取制備時(shí)的工藝參數(shù)和手段相應(yīng)會(huì)有變化。為經(jīng)濟(jì)有效地獲得谷維素，各國(guó)研究人員在不同的階段對(duì)于提取制備工藝進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，在應(yīng)用方面，隨著制備工藝的成熟及檢測(cè)純化手段的完善，其應(yīng)用也隨之廣泛展開。

1 米糠油中谷維素專利申請(qǐng)整體情況概述

截至2017年6月13日，我國(guó)關(guān)于谷維素的專利申請(qǐng)共計(jì)430余件，經(jīng)過篩選，涉及米糠油中谷維素制備工藝的專利文獻(xiàn)34件，涉及谷維素應(yīng)用的專利文獻(xiàn)120余件，國(guó)外關(guān)于谷維素的專利申請(qǐng)共計(jì)600余件，涉及米糠油中谷維素制備工藝的專利文獻(xiàn)53件，涉及谷維素應(yīng)用的專利文獻(xiàn)87件。

經(jīng)過分析，日本最早發(fā)現(xiàn)谷維素，在發(fā)現(xiàn)之初，就比較注重其專利技術(shù)保護(hù)，國(guó)外關(guān)于米糠油中谷維素制備工藝的改進(jìn)和申請(qǐng)一直較為持續(xù)，在專利申請(qǐng)數(shù)量方面沒有太大波動(dòng)，而我國(guó)雖然稻谷產(chǎn)量巨大，對(duì)于谷維素的需求量也比較大，但在谷維素制備工藝專利申請(qǐng)保護(hù)方面重視程度不夠，早年間的專利申請(qǐng)較少，近年來逐漸增多，熱度超越國(guó)外。

2 米糠油中谷維素制備方法專利技術(shù)分析

2.1 米糠油中谷維素制備方法主要專利申請(qǐng)國(guó)

谷維素制備方法專利申請(qǐng)以日本、中國(guó)、美國(guó)居多，稻米是我國(guó)和日本的主要糧食作物，稻谷和米糠油的產(chǎn)量自然較高，加上日本最早發(fā)現(xiàn)谷維素的制備工藝并加以應(yīng)用，因此在谷維素研究應(yīng)用方面一直較為突出。我國(guó)雖然早期專利申請(qǐng)重視程度不夠，但隨著專利技術(shù)知識(shí)的普及，近年來對(duì)于米糠油中谷維素制備工藝的專利申請(qǐng)逐漸重視，從數(shù)量和質(zhì)量方面均有較大提升，成為后起之秀，申請(qǐng)量占41%。日本從申請(qǐng)之初到目前為止一直穩(wěn)步增長(zhǎng)，申請(qǐng)量占全球總申請(qǐng)量的31%，美國(guó)也有所涉及，申請(qǐng)量占到7%。

此外，在申請(qǐng)量分布基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究分析了我國(guó)在谷維素制備方法方面的申請(qǐng)人類型分布。企業(yè)申請(qǐng)量居多，科研院所其后，個(gè)人研究占少數(shù)，這也符合了谷維素生產(chǎn)現(xiàn)狀，企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中需要提高提取效率和收率，降低生產(chǎn)成本，采用高效優(yōu)質(zhì)價(jià)廉的制備方式進(jìn)行處理，獲得具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，因此成為研發(fā)主力。

2.2 米糠油中谷維素制備方法的主要專利技術(shù)

國(guó)內(nèi)外在米糠油中谷維素制備技術(shù)方面，主要存在以下幾個(gè)問題。①操作復(fù)雜。②溶劑不易分離，回收困難。③谷維素收率過低，在谷維素制備過程中，多種雜質(zhì)的存在影響其制備利用。為解決谷維素制備過程中存在的上述問題，現(xiàn)有谷維素制備方法研究主要集中于簡(jiǎn)化操作，采用易回收溶劑，減少谷維素流失，提高其收率。國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)如下。

1990年以前的谷維素生產(chǎn)工藝，所獲得成品的得率理論含量通常僅為28%左右，即使采用昂貴的柱層析，收率也僅有58%，大量的谷維素在加工過程中沒有被有效富集提取而損失。從皂腳中分離谷維素時(shí)大量甲醇（約為皂腳量的4倍）的使用，增加了谷維素和不皂化物的流失。甲醇也是低沸點(diǎn)的有毒溶劑，容易給生產(chǎn)者帶來危害。皂腳中近半數(shù)的脂肪酸也在甲醇?xì)堃褐袥]有得到有效的利用[2]。

針對(duì)上述問題，1990年以后，有研究人員通過多種方法進(jìn)行了改進(jìn)。如對(duì)毛糠油脫膠后進(jìn)行一次堿煉，然后皂腳通過補(bǔ)充皂化、酸化、真空蒸餾實(shí)現(xiàn)對(duì)脂肪酸和蒸餾濃縮物的回收。通過將二次堿煉改為脫膠后的一次堿煉，極大降低了谷維素和不皂化物的損失，提高了谷維素的捕集率。同時(shí)還利用沸點(diǎn)差異進(jìn)行刮板薄膜真空蒸餾，將脂肪酸有效分離出來。使用具有高谷維素溶解度的乙醇或異丙醇為溶劑，既有助于提高提取率也提高了安全性[3]。

隨著技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)申請(qǐng)人開始采用不同的加工方式，先除去磷脂和游離脂肪酸，然后將獲得產(chǎn)物的堿中和，并分離和去除油相，從而獲得原料中含有谷維素的60%以上的濃縮物。

然而上述改進(jìn)的脂肪酸蒸餾濃縮去除方法復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，從米糠油開始到生產(chǎn)出谷維素共需要15個(gè)操作步驟，生產(chǎn)周期5 d。針對(duì)這些不足，發(fā)展出了對(duì)預(yù)處理后的米糠油先以物理精煉的方式脫除游離脂肪酸，然后以堿性甲醇進(jìn)行連續(xù)逆流萃取，再加酸析出谷維素結(jié)晶的方法。后續(xù)通過水洗和負(fù)壓干燥，可以進(jìn)一步提高谷維素的純度[4]。物理精煉脫酸方法的應(yīng)用，有效避免了采用堿煉方式產(chǎn)生皂腳而造成的谷維素?fù)p失，相較于堿溶酸析法精煉米糠油的得率也獲得了大幅的提升，由50%～55%有效提高至60%～65%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原料的充分利用，大大降低了谷維素的單位生產(chǎn)成本[4]。而由于不產(chǎn)生堿煉油腳，也就不會(huì)排出類脂物和黑脂酸，極大減小了對(duì)環(huán)境的污染。將堿性甲醇作為溶劑使用結(jié)合多效逆流萃取法，可降低原有的甲醇用量，有效提升谷維素得率。使用乙醇胺脫酸，由于其不能皂化甘油酯，在避免常規(guī)堿煉工藝中的皂腳使谷維素大量損失的同時(shí)，也使得毛油由于脫酸所造成的損失率大大降低，損失率可降低到2%～5%[5]。

隨著技術(shù)的發(fā)展，有研究人員以非極性溶劑乙醚進(jìn)行萃取獲得谷維素，簡(jiǎn)單高效，可常溫進(jìn)行，且得率高。利用不同pH值下的谷維素具有不同的溶解度這一特點(diǎn)，使用乙醚萃取出皂腳中的甘油酯、蠟、甾醇和維生素E等不皂化物，提高了谷維素的純度，而相對(duì)于弱酸取代法，該方法也可提高收率至55%左右。另外，也有研究人員提出，在堿溶酸析的基礎(chǔ)上，增加溶劑油液-液洗滌操作到精制工序中，也可有效提高谷維素得率，且能使成品純度達(dá)到99%以上，生產(chǎn)出的谷維素更白、更穩(wěn)定[6]。

在谷維素制備效率和得率普遍得到改進(jìn)和提高的基礎(chǔ)上，有研究人員針對(duì)谷維素的質(zhì)量進(jìn)行了一系列的研究，逐漸出現(xiàn)了以酯化及酯交換反應(yīng)結(jié)合分子蒸餾技術(shù)去除主要雜質(zhì)的方法。該方法中，減少了有機(jī)溶劑使用量，降低了對(duì)環(huán)境的污染，且所得谷維素有機(jī)溶劑殘留少，純度高，分子蒸餾技術(shù)也可有效避免谷維素在高溫下分解[7]。

近年來，逐漸發(fā)展出以米糠為原料，先將高酸價(jià)的油脂萃取分離出去，然后經(jīng)過簡(jiǎn)單處理后將油脂直接進(jìn)行分離，再采用超臨界萃取，在不引入堿、酯等，且不經(jīng)過皂化及酯化的條件下最大限度地保留其中活性物質(zhì)谷維素，獲得收率高、純度高的谷維素產(chǎn)品[8]。

日本在谷維素制取方面涉及分子蒸餾、溶劑分離、吸附絡(luò)合、pH調(diào)節(jié)法和離子交換樹脂這些不同的技術(shù)分支，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍然是以pH調(diào)節(jié)法為主，因此專利申請(qǐng)也多集中在pH調(diào)節(jié)法。各專利申請(qǐng)中對(duì)于具體環(huán)節(jié)的處理各有千秋，互補(bǔ)短長(zhǎng)。

3 米糠油中谷維素的應(yīng)用概述

3.1 米糠油中谷維素的應(yīng)用領(lǐng)域

在國(guó)內(nèi)已經(jīng)鑒定和肯定的谷維素藥理與臨床療效包括婦女更年期綜合征、經(jīng)前期緊張癥、植物神經(jīng)功能失調(diào)癥、周期性精神病、頭部外傷綜合征及血管性頭疼。谷維素在日本還被用于調(diào)整胃腸神經(jīng)，作為胃潰瘍或胃腸慢性炎癥的輔助藥物，以及作為高血脂治療藥。近年來，谷維素的應(yīng)用已逐漸涉及食品及化妝品領(lǐng)域。

3.2 米糠油中谷維素的典型應(yīng)用

藥品方面，谷維素是一種適用于調(diào)整人體植物神經(jīng)功能、治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的活性成分，可用于治療周期性精神病、更年期綜合征和神經(jīng)性嘔吐。在臨床中可與維生素B族藥物或鎮(zhèn)靜藥物合用，在治療周期性精神病、更年期綜合征、妊娠嘔吐和末梢神經(jīng)炎方面具有良好效果。在產(chǎn)品形式方面，除了混合物、片劑之外，還出現(xiàn)了由高純度谷維素粉和精煉植物油制成的谷維素注射液，這種劑型能夠改善口服制劑經(jīng)腸胃吸收吸收率低的弊端，提高了谷維素的應(yīng)用效率，可增強(qiáng)對(duì)植物神經(jīng)功能紊亂的療效。除此之外，專利申請(qǐng)中，谷維素在增強(qiáng)免疫、治療神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病、保健、解毒、改善咽喉異感、治療胃病和益智養(yǎng)腦方面均有所涉及。

化妝品方面，谷維素在牙膏、皮膚外用、抑汗、防曬、毛發(fā)調(diào)理以及過濾紫外線方面均有廣泛應(yīng)用。作為化妝品行業(yè)巨頭，荷蘭聯(lián)合利華有限公司對(duì)于谷維素在化妝品中的應(yīng)用申請(qǐng)了多件專利，其中具有代表性的應(yīng)用是谷維素制備成凝膠形式，作為抑汗組合物加以應(yīng)用。

在食品方面，谷維素除了大量存在于油脂中之外，制備而成的谷維素還被廣泛應(yīng)用于飲料產(chǎn)品、小吃、果凍、飼料以及功能性美白食品，或作為油脂穩(wěn)定劑、食品保鮮劑。在典型應(yīng)用方面，遠(yuǎn)藤秀爾等[9]用其提高魚油、小麥胚芽油等芝麻素類的溶解性能；肖志剛等[10]創(chuàng)新性的將其作為人造奶油中的膠凝劑；賈宏信等[11-12]則利用谷維素的功能特性制備出了一系列含有谷維素的乳粉、奶粉以及調(diào)節(jié)腸道健康的功能性保健產(chǎn)品。

綜合來看，隨著谷維素制備技術(shù)的不斷發(fā)展，谷維素在藥品、化妝品以及食品方面的應(yīng)用愈加廣泛，在進(jìn)行新應(yīng)用的開發(fā)之前，相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)應(yīng)密切關(guān)注谷維素產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)專利，以避免在研究開發(fā)產(chǎn)品時(shí)造成侵權(quán)以及不必要的科研資源浪費(fèi)。

4 結(jié)語

對(duì)米糠油中谷維素的制備及應(yīng)用專利技術(shù)進(jìn)行分析，可以看出谷維素制備方法演進(jìn)以及應(yīng)用方向。我國(guó)谷維素資源的深入開發(fā)必將為其進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用提供發(fā)展契機(jī)，相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)也必將促進(jìn)谷維素制備以及應(yīng)用技術(shù)的理論研究和應(yīng)用發(fā)展。