CN105452428A - 用于在共溶剂存在下通过反应性研磨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
本发明涉及用于从可再生原料萃取不可皂化级分的方法,这些方法包括在包括至少一种轻质醇的至少一种极性有机溶剂、与所述轻质醇不可混合的至少一种非极性共溶剂以及至少一种催化剂存在下,对已经脱水的该原料进行反应性研磨,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。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,从诸如纸浆生产妥尔油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,来自蔬菜、花或叶的植物浆液(例如来自番茄、柑桔果实)、种子、种皮、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***,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H,该级分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、脱溶剂、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可再生原料萃取不可皂化级分的方法,该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)任选地在对该可再生原料进行调质之前或之后进行脱水,
b)在包括至少一种轻质醇的至少一种极性有机溶剂、与所述轻质醇不可混合的至少一种非极性共溶剂以及至少一种催化剂存在下,对脱水和任选地调质的该脂质原料进行反应性研磨,从而引起一种极性有机相的形成,该极性有机相富集已经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,
c)任选地在高于或等于75℃、优选地高于或等于80℃的温度下进行热处理之前、同时或之后,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一种混合物,
并且任选地包括以下步骤:
d)对富集该不可皂化级分的该混合物进行皂化,
e)从该皂化的混合物萃取该不可皂化级分。
本发明进一步涉及一种用于从可再生原料萃取不可皂化级分的方法,该方法包括以下步骤:
a)任选地在对该可再生原料进行调质之前或之后进行脱水,
b)在包括至少一种轻质醇的至少一种极性有机溶剂、与所述轻质醇不可混合的至少一种非极性共溶剂以及至少一种催化剂存在下,对脱水和任选地调质的该脂质原料进行反应性研磨,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,
c)对该非极性有机相进行浓缩以便获得富集不可皂化级分的一种混合物,
并且任选地包括以下步骤:
d)对富集该不可皂化级分的该混合物进行皂化,
e)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b)之前或过程中,优选地在步骤a)之前、在步骤a)过程中或在步骤a)与步骤b)之间,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醇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(它们仅在反应性研磨步骤之后加热),而在第二种方法中它们在反应性研磨步骤之前加热,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,使用鳄梨实施反应性研磨步骤,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;来源于藻类、真菌或酵母,或来自微生物并且富含脂质的动物原料。
在一个第一实施例中,实施的原料是含油果实,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,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、卡兰贾树(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: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。
这些原料可以是新鲜的原料或先前已经受到一些加工诸如例如原料萃取的第一步骤,诸如压榨或离心的原料。关于鳄梨,有待提到的是通过压榨果肉所获得的鳄梨乳、由去除果肉产生的已经通过离心部分脱脂的产物、通常存在于筛式离心机的排出物中的副产物、在分离时产生的离心球粒、当冷压榨果实时(新鲜或干燥的)或在借助有机溶剂从新鲜或干燥的果实、鳄梨核和叶中液-固萃取鳄梨油的过程中同时产生的鳄梨饼。
这种方法包括对可再生原料进行脱水和任选地进行调质的第一步骤a)。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。该热处理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3%、优选地低于或等于按重量计2%。原料的残留水分可以通过热重量分析法来确定。这个干燥步骤是重要的,使得后续的酯交换步骤在最佳条件下进行。该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。
一旦脱水和任选地调质,在包括至少一种轻质醇的至少一种极性有机溶剂、与所述轻质醇不可混合的至少一种非极性共溶剂(在反应性研磨操作的条件下)以及至少一种催化剂存在下,使原料受到反应性研磨的步骤b)。
如在此使用,反应性研磨意思是指目的在于将可皂化的脂质(或脂肪)(具体地甘油三酸酯类)转化成脂肪酸烷基酯类(通常地脂肪酸烷基单酯类)和甘油的任何操作,优选地在一种或多种试剂存在下。在本发明的情况下,在轻质醇、非极性共溶剂和催化剂存在下实现研磨。在一个具体实施例中,将使用无水溶剂和共溶剂,并且优选地具有足够低的沸点以允许蒸馏的溶剂。
在一个另外的实施例中,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%。
这个步骤不仅使得能够从脱水的原料萃取脂肪(具体地油),同时对这些脂肪进行酯交换,而且使得能够分离出富集极性脂质组分的一种级分以及富集非极性或弱极性脂质组分的一种级分,这些极性脂质组分含有选自以下各项的一个或多个官能团:羟基(优选地脂肪族)、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和(游离)胺官能团,无论不可皂化或可皂化,这些非极性或弱极性脂质组分尤其地是不含有任何羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团的组分。
添加非极性共溶剂促进了多相介质和两个脂质相的形成,这两个脂质相在它们的组成方面是彼此极为不同的。一方面,未用一个或多个羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团进行官能化的脂质组分将优选地在非极性相中发现,而用一个或多个羟基、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(轻质醇)中发现。
这个步骤使得能够选择性萃取用一个或多个羟基(优选地脂肪族)、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),这些脂质组分在酯交换反应结束时没有与存在于介质中的不包含此类官能团的脂质组分混合物(尤其地脂肪酸类)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)。
步骤b)在足以使得能够从原料萃取甘油三酸酯类和其他脂质组分并且对所述甘油三酸酯类进行酯交换的温度、搅拌和时间条件下进行,从而引起一种混合物的形成,该混合物包含尤其地脂肪酸酯类、作为天然不可皂化级分(通过这个步骤未改性)的甘油,以及取决于所使用的原料类型包含可溶性多糖类、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、甘油和油饼。
然而,在尤其地鳄梨的情况下,步骤b)在低于或等于80℃、优选地低于或等于75℃的温度下进行,此种温度控制防止呋喃脂质前体转化成呋喃脂质。在反应性萃取的过程中,这些呋喃脂质前体仍以它们的羟基化形式存在(没有环化成呋喃)。
在其他情况下,步骤b)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。步骤b)通常在室温下进行,但也可以通过在优选地至少40℃并且优选地低于或等于80℃、优选地低于或等于75℃的温度下实施加热方法来进行。
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)更详细地描述了酯交换步骤以及任选的将在下文提出的皂化步骤的条件。
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。使用这样一种单醇,最优选地甲醇,将引起甘油酯类向脂肪酸单酯类的转化。
优选地选择与该轻质醇不可混合的非极性共溶剂(在反应性研磨的条件下),使得有待萃取的用一个或多个羟基、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,它们将必然与轻质醇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(轻质醇)/非极性共溶剂对是甲醇/己烷对。
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在反应性研磨之后实施碱催化的酯交换反应。
步骤b)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,有机溶剂和非极性共溶剂以彼此逆流的方式被引入到一个反应器中。为了优化极性相与非极性相之间的不同脂质组分的分离,和/或为了获得甘油单酯、甘油二酸酯和甘油三酸酯向脂肪酸(烷基)(单)酯的完全转化,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***(诸如申请WO2010/084276中所描述)来使萃取/研磨过程重复若干次。
反应性研磨步骤使得能够一方面回收(尤其地在使用溶剂诸如轻质醇对油饼进行过滤和洗涤之后)两个液体不可混合的脂质相甘油,并且另一方面回收含溶剂的油饼。
最优选地,由酯交换步骤产生的混合物包含少量的甘油单酯、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%。
可以对由本发明的方法产生的含溶剂的油饼进行干燥,然后在该含溶剂的油饼在反应性研磨步骤之后不含有或含有至少非常少的抗营养化合物的情况下,尤其地直接用于动物给料,这与包含机械压榨步骤的现有技术的方法不同。使(醇的)极性相与非极性相分离,在该极性相中的是尤其地含有选自以下各项的一个或多个官能团的可溶性脂质: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)。所述极性相进一步包含尤其地脂肪酸酯类。可以许多不同方式发生不同级分的分离,尤其地通过离心、倾析和/或蒸馏。
因此,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。然后可以使主要由烷基酯类和不可皂化的(或可皂化的)非极性化合物形成的非极性重相(相A)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)对富集不可皂化物质的溶剂相进行脱溶剂并且4)最终纯化不可皂化物质。
另一种替代方案在于通过以下步骤直接皂化相A并且萃取实质上的非极性不可皂化的化合物:1)进行使得能够从皂中分离不可皂化的化合物的液-液萃取,2)对富集不可皂化物质的溶剂相进行脱溶剂并且3)最终纯化不可皂化物质。
尤其地在减压下从极性相中蒸发轻质醇(极性溶剂)。在鳄梨的情况下,如果蒸发温度高(尤其地具有大约80℃或以上),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中和的步骤(在蒸发轻质醇之前或之后,优选地之前),优选地通过酸,然后受到使得能够一方面回收甘油残余物并且另一方面回收脂质相的倾析或离心的步骤,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。
然后使所得的脂质相(典型地含有烷基酯类并且富集极性不可皂化的(或可皂化的)化合物的相)受到浓缩的步骤c)以便获得富集不可皂化级分的混合物,并且任选地受到在高于或等于75℃、优选地高于或等于80℃的温度下的热处理。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。该浓缩优选地在实现热处理之前进行。
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c)可以具体地通过液-液萃取、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***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。这些条件比包含蒸馏甘油三酸酯类而不是脂肪酸单酯类的现有技术的方法更柔和,这使得能够避免导致残余物接近不可逆着色的有色色素分解。
馏出物中的不可皂化物质的浓度可以达到按重量计60%。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,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,此种现象仍是少见的。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。
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),该轻馏分包含从不可皂化级分中分离的具有高纯度的脂肪酸类的酯类(典型地烷基酯类),该至少一种更重的馏分包含稀释在残留脂肪酸类的酯类(典型地烷基酯类)中的不可皂化级分。
含有高纯度脂肪酸酯的级分(也就是说通常澄清和无色的酯类)可以尤其地直接用在化妆品或药学中,该级分优选地具有按重量计高于98%的酯含量和按重量计优选地低于1%、更优选地低于0.1%的不可皂化物含量。如果在浓缩步骤结束时获得的酯级分的纯度不够,可以尤其地通过分子蒸馏对这个级分进行精制以便提高其纯度。
在鳄梨的情况下,如果将在下文描述的热处理步骤在浓缩步骤之前或过程中进行,富集不可皂化级分(并且贫含脂肪酸酯类)的浓缩物在这个阶段含有呋喃脂质前体(这些呋喃脂质前体是弱挥发性的)和/或呋喃脂质(这些呋喃脂质比脂肪酸单酯类的挥发性小)。
在鳄梨的情况下,对已经浓缩或没有浓缩的脂质相进行的在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。这个步骤可以在皂化步骤之前或之后进行(如果有的话),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。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。
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。
取决于所使用的原料类型,然后可以使已经任选地经历热处理的浓缩物受到d)对富集不可皂化级分的混合物进行皂化的步骤和e)从皂化的混合物萃取不可皂化级分的步骤。在鳄梨的情况下,尤其地,实现步骤d)和步骤e)以便分离甘油酯类。在其他情况下,步骤d)和步骤e)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(单)脂肪酸酯类一起的不可皂化级分。
皂化是一种将酯转化成水溶性羧酸酯离子加上醇的化学反应。在本发明的情况下,皂化尤其地将脂肪酸酯类转化成脂肪酸类加上醇,释放的醇主要是在反应性研磨步骤过程中使用的轻质醇以便使酯交换有效。
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。
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-液萃取来实现,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***、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,优选地通过具体地离心(皂去除)、脱溶剂、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)、固醇类和非酯化(游离)或非糖基化的三萜醇类、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d)和e))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。
这种方法包括对可再生原料进行脱水和任选地进行调质的第一步骤a)。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。
可再生原料在步骤b)之前或过程中,优选地在步骤a)之前、在步骤a)过程中或在步骤a)与反应性研磨的步骤b)之间,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。最优选地,对原料进行的热处理和脱水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,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。
一旦脱水和任选地调质,在包括至少一种轻质醇的至少一种极性有机溶剂、与所述轻质醇不可混合的至少一种非极性共溶剂以及至少一种催化剂存在下,原料经历反应性研磨的步骤b)。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。
这个步骤使得能够一方面从脱水的原料萃取脂肪(具体地油)并且同时对这些脂肪进行酯交换,而且另一方面使得能够分离出富集不含有(或它们中的很少几个)任何羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚和胺官能团的脂质组分的一种级分,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用一个或多个羟基(优选地脂肪族)、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚或胺官能团进行官能化。
添加非极性共溶剂促进多相介质和两个脂质相的形成,这两个脂质相的组成差别很大。一方面,未用一个或多个羟基、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非极性相中发现,而最极性的脂质组分,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的那些脂质组分将优选地在极性相(轻质醇)中发现。
这个步骤使得能够选择性萃取非极性或弱极性脂质组分(不可皂化的或可皂化的),这些非极性或弱极性脂质组分没有被任何羟基、环氧化物、酮、硫醇、醛、醚或胺官能团(或至少它们中的很少几个)进行官能化,这些非极性或弱极性脂质组分在酯交换反应之后与存在于介质中的包含这些官能团中的一个或多个,优选地它们中的若干个(例如多元醇类)的脂质组分混合物分离。
取决于所使用的原料类型,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、醚和胺官能团的脂肪酸酯类、呋喃脂质(在鳄梨的情况下,在开始反应性研磨步骤之前,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。
步骤b)在足以使得能够从原料萃取甘油三酸酯类和其他脂质组分并且对所述甘油三酸酯类进行酯交换的温度、搅拌和时间条件下进行,从而引起一种混合物的形成,该混合物包含尤其地脂肪酸酯类、作为天然不可皂化级分(通过这个步骤未改性)的甘油以及油饼。这个步骤b)与第一种方法不同,在温度方面不受限制地进行,也就是说在每种情况下温度可以超过75℃或80℃。步骤b)通常在室温下进行,但也可以通过在从40℃至100℃范围内的温度下实施加热方法来进行。
优选地选择与轻质醇不可混合的非极性共溶剂(在反应性研磨的条件下),使得用一个或多个羟基、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,它们将必然与轻质醇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)。
反应性研磨步骤使得能够一方面回收(尤其地在使用溶剂诸如轻质醇对油饼进行过滤和洗涤之后)两个不可混合的液液相甘油,并且另一方面回收含溶剂的油饼。极性相(醇相,注释为A)与非极性相分离,在该极性相中尤其地被羟基(优选地脂肪族)和/或环氧基团进行官能化的脂质,诸如多羟基化的脂肪醇类是可溶的。所述非极性相进一步含有特别高比例的脂肪酸酯类。可以不同方式发生不同级分的分离,尤其地通过离心、倾析和/或蒸馏。
因此,可以使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。一旦通过倾析(接着用水进行洗涤操作或没有)与甘油分离,然后可以使主要由烷基酯类和不可皂化的(或可皂化的)极性化合物形成的极性相(相A)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微量极性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)对富集不可皂化物质的溶剂相进行脱溶剂并且4)最终纯化不可皂化物质。一种另外的替代方案在于通过以下步骤直接皂化相A并且萃取实质上的极性不可皂化的化合物:1)进行使得能够从皂中分离不可皂化的化合物的液-液萃取,2)对富集不可皂化物质的溶剂相进行脱溶剂并且3)最终纯化不可皂化物质。
尤其地在减压下,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。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,然后受到使得能够一方面回收残留甘油并且另一方面回收脂质相的倾析或离心的步骤,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。
然后使所得的脂质相(典型地含有烷基酯类并且富集非极性不可皂化的(或可皂化的)化合物的相)受到浓缩的步骤c),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。
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),该轻馏分包含高纯度的脂肪酸类的酯类(典型地烷基酯类),该至少一种更重的馏分包含以不可忽略的量存在的稀释在脂肪酸类的酯类(典型地烷基酯类)中的不可皂化级分。
在鳄梨的情况下,富集不可皂化级分(并且贫含脂肪酸酯类)的浓缩物在这个阶段含有呋喃脂质(通常代表按重量计大约10%-15%),这些呋喃脂质比脂肪酸单酯类的挥发性小。这些呋喃化合物仅作为痕量存在于包含实质上脂肪酸酯类的轻馏分中。
然后任选地使浓缩物受到对富集不可皂化级分的混合物进行皂化的步骤d)和从皂化的混合物萃取不可皂化级分的步骤e)。一旦萃取,优选地使用与对于本发明的第一种方法所描述的那些相同的方法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或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d)和e))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,除了在反应性研磨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)、固醇类和非酯化(游离)或非糖基化的三萜醇类、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、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,根据本发明的反应性研磨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:
-酯类,通常地烷基酯类,具有高纯度,可直接地用在化妆品或药学中(与现有技术的方法不同,这些现有技术的方法要求用于蒸馏含甘油三酸酯的混合物的步骤,诸如因为要求比在本发明中任选使用的温度更高的温度而产生难以纯化的深色的油的蒸馏,该蒸馏涉及含有轻于甘油三酸酯类的来源于酯交换的脂肪酸单酯类的混合物),
-甘油,该甘油在化妆品、药学、卫生学、抗凝胶流体等方面具有许多应用,
-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,这种药物可以是用于治疗骨质疏松症的。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......);毛发纤维或真皮乳突。
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
从鳄梨选择性萃取不可皂化的化合物
以最大0.5cm厚的切片对40kg的完整哈斯鳄梨进行切削(包括核)。然后,在70℃下,在通风干燥箱中干燥20kg的此类切片持续16小时(批号A)。其结果是,在干燥之后获得1254g的干燥的鳄梨。
在90℃下干燥另外20kg的切片持续16小时,以便达到2%的残留水分(批号B)。其结果是,在干燥之后获得1327g的干燥的鳄梨。
然后根据标准方法(NFENISO659)确定匀浆A和B中的脂质的量。
然后使批号A受到以下行为:
1)粗粉碾磨(颗粒大小在从0.3至0.8cm直径的范围内)。
2)将匀浆引入到填充床渗滤柱中(1100g);
3)然后在40℃下,将双相溶剂混合物乙醇(1100g)/己烷(1100g)和作为催化剂的3.6g的苛性苏打薄片(先前溶解于乙醇中的苏打)送至薄片床,持续30分钟。
4)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)。
5)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中的溶剂持续20分钟。然后通过简单的离心,使甘油与脂质相之前的乙醇分离。
6)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。其结果是,对应地获得412g的来源于己烷相的脂质和176g的来源于乙醇相的脂质。
然后对己烷相的脂质如下进行分析:
-皂化值(方法NFISO3657):186.4mgKOH/g
-酸值(方法NFT60-204):2.1mgKOH/g
-不可皂化物含量(使用二氯乙烷作为萃取溶剂所修改的方法NFISO3596):0.32%。
薄层色谱法分析表明,脂质仅含有很少痕量的鳄梨多羟基化的脂肪醇类和呋喃前体。
其结果是,该方法确实引起贫含鳄梨不可皂化的极性化合物的非极性脂质相的形成。
然后在120℃下,在配备有迪安-斯达克(Dean-stark)的烧瓶中加热来源于乙醇相的脂质,持续12小时。在这种热处理之后,薄层色谱法(TLC)分析表明脂质包含高含量的鳄梨呋喃化合物和多羟基化的脂肪醇,这些化合物具有TLC特定的点。
对乙醇相的脂质进行分析性地分析,如下:
-皂化值(方法NFISO3657):171.1mgKOH/g
-酸值(方法NFT60-204):3.3mgKOH/g
-不可皂化物含量(使用二氯乙烷作为萃取溶剂所修改的方法NFISO3596):6.1%。
考虑分析表征,实施的萃取方法确实使得能够选择性地萃取干燥的鳄梨不可皂化的极性化合物(对于多羟基化的脂肪醇和来源于由热处理产生的呋喃前体环化的呋喃脂质特定的TLC点),并且具有出色的产率(不可皂化物含量远高于4%)。
然后根据与国际申请WO2011/048339的实例n°2中的相同的方案,对不可皂化级分进行洗涤、干燥、通过分子蒸馏浓缩、皂化、萃取以及纯化。
不可皂化物质的TLC分析显示出特定于呋喃脂质(非常强的点)、羟基化的脂肪醇(较弱的点)以及植物固醇(微弱的点)的点。
然后使批号B受到以下行为:
1)粗粉碾磨(颗粒大小在从0.3至0.8cm直径的范围内);
2)将匀浆引入到填充床渗滤柱中;
3)然后在40℃下,将乙醇(1100g)/己烷(1100g)的溶剂双相混合物和作为催化剂的3.6g的苛性苏打薄片(先前溶解于乙醇中的苏打)送至薄片床,持续30分钟;
4)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);
5)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20分钟。然后通过简单的离心,使甘油与之前的乙醇脂质相分离;
6)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。其结果是,对应地获得412g的来源于己烷相的脂质和176g的来源于乙醇相的脂质。
然后对己烷相的脂质如下进行分析:
-皂化值(方法NFISO3657):179.5mgKOH/g
-酸值(方法NFT60-204):0.9mgKOH/g
-不可皂化物含量(使用二氯乙烷作为萃取溶剂所修改的方法NFISO3596):5.3%。
薄层色谱法分析表明,己烷相的脂质主要由呋喃脂质与一些痕量的多羟基化的脂肪醇形成。
其结果是,该方法确实引起富集呋喃脂质并且贫鳄梨的不可皂化极性化合物诸如多羟基化的脂肪醇的非极性脂质相的形成。
通过薄层色谱法(TLC)对来源于乙醇相的脂质进行分析。此种分析表明,这个相含有高含量的鳄梨多羟基化的脂肪醇以及以痕量的呋喃脂质。
对乙醇相的脂质如下进行分析性地表征:
-皂化值(方法NFISO3657):176.1mgKOH/g
-酸值(方法NFT60-204):3.1mgKOH/g
-不可皂化物含量(使用二氯乙烷作为萃取溶剂所修改的方法NFISO3596):1.2%。
考虑分析表征,实施的萃取确实使得能够从干燥的鳄梨不可皂化物选择性地萃取极性化合物(对于多羟基化的脂肪醇特定的TLC点)。
然后根据与申请WO2011/048339的实例n°2中的相同的方案,对来源于己烷相的脂质的不可皂化级分进行洗涤、干燥、通过分子蒸馏浓缩、皂化、萃取以及纯化。
所获得的不可皂化物质的TLC分析显示出对于呋喃脂质(非常强的点)、对于羟基化的脂肪醇(非常弱的点)以及对于植物固醇(非常弱的点)的特定的点。
然后在70℃下,在干燥箱中对来源于批号A和批号B的干燥的果实的转化的含溶剂油饼进行脱溶剂,持续16小时。如使用在标准NFENISO659中描述的方法所确定,它们对应的脂质含量如下:
-油饼批号A:0.7%/干物质
-油饼批号B:0.6%/干物质
其结果是,该方法引起脱脂的并且因此富含蛋白质和多糖的油饼的形成,这些油饼是活性成分和/或赋形剂的来源,或这些油饼还可以如此用在人类营养品和动物给料应用中。
Claims (11)
1.一种用于从可再生原料萃取不可皂化级分的方法,该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)任选地在对该可再生原料进行调质之前或之后进行脱水,
b)在包括至少一种轻质醇的至少一种极性有机溶剂、与所述轻质醇不可混合的至少一种非极性共溶剂以及至少一种催化剂存在下,对脱水和任选地调质的该原料进行反应性研磨,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,
c)任选地在高于或等于75℃、优选地高于或等于80℃的温度下进行热处理之前、同时或之后,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:
d)对富集该不可皂化级分的该混合物进行皂化,
e)从该皂化的混合物萃取该不可皂化级分。
2.一种用于从可再生原料萃取不可皂化级分的方法,该方法包括以下步骤:
a)任选地在对该可再生原料进行调质之前或之后进行脱水,
b)在包括至少一种轻质醇的至少一种极性有机溶剂、与所述轻质醇不可混合的至少一种非极性共溶剂以及至少一种催化剂存在下,对脱水和任选地调质的该原料进行反应性研磨,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,
c)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:
d)对富集该不可皂化级分的该混合物进行皂化,
e)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b)之前或过程中,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,进行所述热处理,并且与脱水的步骤a)同时进行。
4.根据权利要求2或3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。
5.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)和b)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,进行该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3%。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,该轻质醇是选自以下各项: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,该催化剂是碱性催化剂。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,通过分子蒸馏来实现对该有机相进行的该浓缩。
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d)和步骤e),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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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |