CN101096355A

CN101096355A - 一种从胡萝卜中提取天然β-胡萝卜素的方法

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Publication number: CN101096355A
Application number: CNA2006100948724A
Authority: CN
Inventors: 代斌; 胡小明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2008-01-02

Abstract

一种从新鲜胡萝卜中提取天然β-胡萝卜素的工艺。所述的方法是新鲜胡萝卜经过绞汁以后，倒入高压均质机中均质，均质后的胡萝卜浓汁中加入沉淀剂CaCl₂·2H₂O和稳定剂氨水/乙醇，经过离心，弃去上清液，得到橙红色沉淀；将沉淀经过冷冻干燥机冷冻干燥，得到粉末状干燥的沉淀，在沉淀中加入有机溶剂石油醚萃取其中的β-胡萝卜素，之后旋转蒸发浓缩，回收有机溶剂，得到β-胡萝卜素油状物。所提得的β-胡萝卜素纯度达90％，提取量达180mg/100g，提取率可达80％以上。该法具有工艺新颖，操作简单，成本低等特点，对研究开发从新鲜胡萝卜中提取天然β-胡萝卜素具有很高的参考价值。

Description

一种从胡萝卜中提取天然β-胡萝卜素的方法

发明名称

一种从胡萝卜中提取天然β-胡萝卜素的方法

1技术领域

天然产物化学

2背景技术

一、β-胡萝卜素的结构性质

β-胡萝卜素是一种重要的天然食用色素，广泛地存在于植物、藻类和真菌中，是所有类胡萝卜素中含量最大、生物活性最大和研究最多的一种。β-胡萝卜素常被作为重要的食品添加剂和食品强化剂，主要用作色素和营养强化剂。被联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)联合专家委员会认定的A类优秀的营养性食品添加剂。目前世界上已有52个国家和地区批准使用^[1]，我国也批准使用，并被我国国家药品监督管理局公布为第一批非处方药物。由于β-胡萝卜素呈现的红、橙、黄等鲜艳色彩而被广泛用于油脂、人造奶油、糕点、饮料、冰淇淋中。另外β-胡萝卜素产生菌大都无害，含有丰富的蛋白质、氨基酸和维生素，用于饲料添加剂，提高蛋肉乳制品的质量和家禽的产蛋率。

(一)β-胡萝卜素的结构

β-胡萝卜素的分子式为C₄₀H₅₆，分子量为536.88。其化学结构为两边反向对称，分子结构中包含有两个β-紫罗兰酮和四个异戊二烯[CH₂＝C(CH₃)CH＝CH₂]。当β-胡萝卜素于15、15′双键处断裂后可分解为两分子的维生素A，因而在人体摄入后可作为维生素A源补充人体的维生素A。

(二)β-胡萝卜素的理化性质

β-胡萝卜素是一种棕红色有光泽的斜方六面结晶，不溶于水，丙二醇、甘油、酸和碱，易溶于二硫化碳、苯、氯仿、己烷、植物油等有机溶剂。遇热、氧、光不稳定，熔点176～182℃，在弱碱下较为稳定。

(三)β-胡萝卜素的功能特性

3.1β-胡萝卜素是维生素A的重要来源

1919年Steenkbock发现β-胡萝卜素可能具有维生素A活性^[2]。1928年发现一分子的β-胡萝卜素在体内酶的作用下可转变为二分子的维生素A，且在食物中含量最丰富，因而被认为是人体维生素A的主要来源。具有维生素A的生理活性，可以治疗由于缺乏维生素A引起的上体细胞角质化，干眼病、夜盲症等。

3.2β-胡萝卜素具有抗氧化作用

β-胡萝卜素的抗氧化性主要表现在它具有清除自由基的能力^[3]。β-胡萝卜素分子中含有多个双键，在光、热、氧气及活泼性较强的自由基离子的存在下，易被氧化，从而保护机体不被破坏。生物体中存在大量的脂质过氧化和自由基反应，从而导致细胞功能的下降，机体的衰老以及疾病的发生，β-胡萝卜素的存在可减少脂质过氧化，可以保护机体组织免受氧自由基的毒害，即具有抗癌，抗心血管疾病和抗白内障等保健功能。因此，类胡萝卜素可以清除自由基以及淬灭单线态氧的活性受到了普遍的关注。

3.3β-胡萝卜素可促进细胞缝隙间连接交流

细胞间形成的间隙连接使细胞质相互沟通，通过交换小分子来调节代谢反应。Bertram等^[4]发现β-胡萝卜素和其它类胡萝卜素可加强细胞间隙连接的交流能力，从而抑制或降低癌症的发生和发展；Yamasaki也指出构成细胞连接通道的连接蛋白，在转化阶段的癌细胞会由于通道的受阻而干扰细胞交换，这种交换是控制生长的因素之一，从而抑制癌症诱导细胞升级到恶化阶段。

3.4增强免疫力，提高人体免疫系统抵抗癌物的能力

免疫系统的两个主要功能是抵御细菌或病毒的侵染和防止癌症的发生。β-胡萝卜素在增强人体的免疫能力等方面具有明显的作用^[5]。目前，已经有很多关于服用类胡萝卜素对免疫活性变化的影响的报道^[5]。在80年代初Seifter和他的研究小组就已发表了增补类胡萝卜素可以增强免疫活性的报道^[6]。流行病学研究发现：吃富含β-胡萝卜素的食物可降低肺癌发病率，增强生物机体的特异性及非特异性免疫功能。1981年流行病学专家Richard SheRell提供了令人注目的科研成果：自1957年以来，研究人员跟踪2000人研究在吃195种特定的食物与肺癌发生率的关系，结论是：食用含β-胡萝卜素高的食物可减少患肺癌的危险，对那些有多年吸烟史的人也有一样的效果；相反，食用低含量β-胡萝卜素食物的人群，患肺癌可能性比食用高含量β-胡萝卜素食物的人群高七倍。

Bendiah在其综述中指出：①类胡萝卜素能增加免疫系统中B细胞的活力，B细胞能在机体内循环，使机体能消灭外源入侵的病原体；②类胡萝卜素能提高CD4细胞的能力(又称助手T细胞)，能协助B细胞产生抗体，并提高其它免疫组分的活性；②类胡萝卜素能增加嗜中性白血球的数目，它可以包围细菌，并分泌包围细菌的酶；④类胡萝卜素能增加自然杀伤细胞(N R)的数目，以消除机体内被感染的细胞或癌细胞^[7]。在人体实验中尤以老年人，类胡萝卜素可以减慢由衰老引起的免疫能力下降^[8]。

二、β-胡萝卜素制备方法

天然β-胡萝卜素在目前国际国内的应用以及未来广阔的市场前景，很自然的会吸引众多有识之士对其的提取和制备进行探讨和研究。制备β-胡萝卜素有天然物萃取法、化学合成法及微生物发酵法等。

(一)化学合成法

化学合成法是指采用有机化工原料，通过化学合成反应，人工合成β-胡萝卜素的一种方法。1954年，瑞典的Roche精细化学品公司率先化学合成生产出β-胡萝卜素。目前，Roche公司与德国的BASF公司共同垄断着市场上化学合成β-胡萝卜素的价格。Roche公司以β-紫罗兰酮为原料，以C₁₉+C₂+C₁₉Grignard反应合成法合成出β-胡萝卜素，以β-紫罗兰酮计，β-胡萝卜素的总产值率达21％。BASF公司以β-紫罗兰酮为原料，经乙烯基-β-紫罗兰醇(IV)，以C₁₅+C₁₀+C₁₅方式经Witting反应合成β-胡萝卜素，以C₁₅烯醇计，β-胡萝卜素的收率达25％[9]。

根据近年来的研究报道，在合成品中的β-胡萝卜素全为全反式构型，而天然β-胡萝卜素除有全反式构型外，还含有程度不同的9-顺式和15-顺式构型，其中9-顺式β-胡萝卜素在胡萝卜的遗传毒性和抗遗传毒性中起着关键作用。研究表明，不含9-顺式β-胡萝卜素的合成β-胡萝卜素，和天然β-胡萝卜素相比有弱得多的抗遗传毒性，高剂量时自身还有明显的毒性，而含9-顺式β-胡萝卜素的天然β-胡萝卜素、即使在高剂量区、也无明显遗传毒性。由此可见，天然β-胡萝卜素较之化学合成的β-胡萝卜素具有更好的抗癌功效且无毒副作用，因此大力发展天然β-胡萝卜素以代替化学合成的β-胡萝卜素产品，对促进人类健康有重要意义，也有着更为广阔的应用市场。

另外由于采用化学方法合成的β-胡萝卜素由于不能完全被人体吸收，并对人体产生一定程度的毒副作用，长期服用还会对人体产生不可逆转的病变，因而不被大多数食品学家所接受，在西方发达国家已被禁止用作食品添加剂等方面，天然提取的β-胡萝卜素易于被人体吸收，并具有较好的抗氧化能力，从而形成较高的需求热潮。

(二)天然物萃取法

从天然植物原料或者植物原料经加工处理后的下脚料中，采用有机溶剂(如石油醚、氯仿、丙酮、乙醚、乙醇等)萃取β-胡萝卜素的一种方法。

2.1由胡萝卜中提取β-胡萝卜素

胡萝卜中含有丰富的β-胡萝卜素，是一种营养价值很高的蔬菜，也是食用天然胡萝卜素的重要来源。在以胡萝卜为原料得到的产品中，约含60％的胡萝卜素类，其中β-胡萝卜素为89.9％^[10]。就不同研究者报道的蔬菜中类胡萝卜素的组成及其含量而言，由于地区不同，品种不同，取样季节不同，它们的类胡萝卜素的组成及含量有很大变化^[11]。

从胡萝卜中提取β-胡萝卜素^[1]前人已研究过，即经过绞汁，汁用表面吸附剂吸附再萃取；或在100～120℃下煮熟、压榨，从压榨渣中提取；或低温下加压，把胡萝卜汁用CO₂饱和在50～60℃下使含胡萝卜素的物质漂浮在液面上，与水层分离，然后再提取；或把胡萝卜匀浆离心分出水层，热空气干燥残渣再提取。

上述提取方法虽然存在一些重要的不足，但是却为我们提供了有益的尝试和帮助。目前一些实用性比较好的提取方法，大多是以它们为基础而研究出来的。

2.2沉淀法萃取β-胡萝卜素

这种方法的大致过程为，首先将洗净的胡萝卜榨汁得到胡萝卜汁，然后加入一定量CaCl₂。得到大量橙红色沉淀。再在沉淀中加人一定体积的有机溶剂，得到上层黄色透明的醚层萃取液，蒸馏后即得到橙红色的胡萝卜素油。

该方法所要求的条件比较简单，也容易控制。用此方法得到的胡萝卜素萃取率在80％左右。

2.3冷冻干燥法提取β-胡萝卜素

这种方法的大致过程为，首先将洗净的胡萝卜冷冻干燥，然后磨粉得到胡萝卜粉。加人一定体积的氯仿，用罐组逆流进行浸取得到萃取液，然后在真空或充人惰性气体下进行浓缩，得到的浓缩液中加入一定量的丙酮，即可以结晶得到胡萝卜素晶体。对此晶体进行洗涤、重结晶和真空干燥后，即可以得到纯净的胡萝卜素晶体。

这种提取方法中，由于采用了罐组逆流浸取，因此也称作罐组逆流浸取法。该方法已达到工业化，可得到含80％-90％β-胡萝卜素的胡萝卜素晶体。

此种方法浓缩过程相对来说比较复杂，成本也比较高，一般工业条件很难达到。

2.4天然油脂悬浮液的直接制取法

由于胡萝卜素容易氧化，所以通常再用食用油脂将胡萝卜素制成20％-30％的油溶液或油悬浮液^[7]。但是这样做很费时费工，同时也降低了β-胡萝卜素的得率。因此现在也有人直接用食用油脂加入到富含β-胡萝卜素的生物材料中，萃取其中的β-胡萝卜素。但所得油溶液的β-胡萝卜素含量仅为1％左右，且含有大量的其它类胡萝卜素和绿色素等，使油溶液呈棕褐色，不适宜用作天然色素。

天然油脂悬浮液的直接制取法克服了已有技术中的一些不足之处，提供了一种从生物材料(胡萝卜)中直接制取天然β-胡萝卜素食用油脂溶液或悬浮液的途径。其具体过程是：首先将洗净的胡萝卜捣碎，加入一定量的甲醇，在萃取罐中控制温度为55℃，提取杂色素或脂溶性杂质，得到胡萝卜渣。在胡萝卜渣中加人一定量的正己烷，在萃取罐中控制温度为75℃，然后固液分离得到萃取液，蒸馏分出正己烷。再加人一定量的菜籽油后，重新蒸发以除尽正已烷，即得到红色的β-胡萝卜素油溶液，含量为1％。

由干β-胡萝卜素在石油系溶剂中的溶解度较小，大量的石油系溶剂的使用，有利于充分萃取β-胡萝卜素，提高产品得率。

目前，从天然植物中提取β-胡萝卜素的技术主要有有机溶剂提取技术。常用有机溶剂为甲醇、无水乙醇、无水乙醚、石油醚、丙酮及石油醚-丙酮。但大量的有机溶剂的使用会带来不同程度的污染，且不易回收。

(三)生物合成法

生物合成法是指利用微生物培养技术，通过微生物的培养，利用微生物在其体内合成β-胡萝卜素，然后自微生物体内分离得到β-胡萝卜素的一种方法(有些资料称为微生物发酵法)。董海宝等申报的专利(专利申请号00116697.2公开号CN1331342A)：β-胡萝卜素的提取方法，是利用微生物发酵法来提取β-胡萝卜素。将发酵液过滤得到的湿菌丝体进行细胞破壁，固液分离后用脱水剂脱水，然后用溶剂提取β-胡萝卜素，提取液经结晶、真空干燥后得到β-胡萝卜素晶体。本发明大大简化了工艺流程，设备简单，操作易于控制，生产成本低，β-胡萝卜素产品纯度高，回收率高，可达90％以上。

近年来，有报道利用微生物生产微生物油脂，再从微生物油脂中提取β-胡萝卜素的方法。此法油脂含量高、微生物细胞增殖决、适应性强、生产周期短，同时，微生物生长所需的原料丰富、价格便宜，如淀粉、糖类，特别是食品工业和造纸工业的废弃物都可以加以利用，从而保护了环境。采用微生物方法进行生产，节省劳力，不受季节和气候变化的限制，生产成本低，能连续大规模的工业生产。因此，利用微生物制取纯天然的β-胡萝卜素技术是向工业化生产迈出可喜的一步^[12]。

化学合成法对人体有毒副作用，从而限制了它的使用；生物合成法产品合成率高，纯度高，但其技术要求高，微生物发酵法占地不多就可大量生产，生产效率较高，但百分含量不高；天然物萃取法提取过程简单，适于常规化生产。目前国内β-胡萝卜素产品主要从国外购买或购入原料进行复配，需要加强开发力度，使之满足国内日益增长的天然色素类产品需要。

3发明内容

本方法采用天然产物萃取法，从新鲜的胡萝卜中提取β-胡萝卜素。方法的主要特征在于：新鲜胡萝卜经过绞汁以后，倒入高压均质机中均质，均质后的胡萝卜浓汁中加入沉淀剂CaCl₂·2H₂O和稳定剂氨水/乙醇，经过离心，弃去上清液，得到沉淀；将沉淀经过冷冻干燥机冷冻干燥，得到干燥的沉淀，在沉淀中加入有机溶剂石油醚萃取其中的β-胡萝卜素，之后旋转蒸发浓缩，回收有机溶剂，得到β-胡萝卜素油状物。

4附图说明

天然β-胡萝卜素提取工艺流程图

5具体实施方式

(1)取洁净新鲜胡萝卜，切成小块，加入一定量的水，打碎成糊状物。

(2)将糊状胡萝卜均质，减压抽滤，在胡萝卜汁液中加入氨水/乙醇作为稳定剂。

(3)取胡萝卜汁液，加入一定体积的氯化钙溶液，恒温，离心，弃去清液，冷冻干燥。

(4)取干燥后的沉淀，加入一定量的石油醚溶剂，搅拌，回流，旋蒸浓缩，得到含β-胡萝卜素的油状物。

参考文献

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[2]Steenbock，White corm VS.Yellow corm and a probable relation between the fat soluble vitaminsand yellow plant pigments[J].Science.1989，50：352.

[3]赵文恩，韩雅珊，乔旭光.类胡萝卜素清除活性氧自由基的机理.化学通报，1999，(4)：25-27.

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[8]王庆伟.类胡萝卜素的研究进展与临床应用[J].中国药事，2000，14(1)：58-60.

[9]詹豪强.β-胡萝卜素的工业合成[J].化工生产与技术，1997，(2)：14-15.

[10]项斌，高建荣主编.天然色素[M].北京：化学工业出版社，2004.

[11]王业勤，李勤生编著.天然类胡萝卜素-研究进展、生产、应用，1997.

[12]朱秀灵，车振明，徐伟等.β-胡萝卜素的生理功能及其提取技术的研究[J].食品工业科技，2004，20(2)：159-161.

Claims

1设计思路

目前，天然胡萝卜素的生产来源主要有盐藻提取、生物发酵和高等植物提取。其中从胡萝卜中提取β-胡萝卜素以其来源丰富、得率高、简便易行，备受关注。本方法在前人研究的基础上，对从新鲜胡萝卜中提取天然β-胡萝卜素的方法进行了改进，提取出高含量的天然β-胡萝卜素。

2一种从胡萝卜中提取天然β-胡萝卜素的方法

(1)取洁净的新鲜胡萝卜，切成小块，加入一定量的水，打碎成糊状物。

(2)将糊状胡萝卜均质，抽滤，在胡萝卜汁液中加入氨水/乙醇稳定剂。

(3)取胡萝卜汁液，加入一定体积的氯化钙溶液，恒温，离心，沉淀冷冻干燥。

(4)取干燥后的沉淀，加入一定量的石油醚溶剂，搅拌，回流，旋蒸浓缩，得含β-胡萝卜素的油状物。