CN101182302B - 含玉米黄质的组合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含玉米黄质的组合物的制备方法，该方法包括碱催化异构化反应的步骤，其特征在于所述的碱催化异构化反应使用的催化剂由碱催化剂和助剂组成，所述的助剂选自甲酸、乙酸、草酸、丙酸或硼氢化钠。本发明所述的含玉米黄质的组合物的制备方法工艺技术路线流程短、生产成本低、收率高、产品纯度高，并且无有毒有害废物产生，适合工业化生产。

Description

含玉米黄质的组合物的制备方法

技术领域

本发明涉及将天然植物提取物中的叶黄素及其酯转化成玉米黄质的方法，尤其涉及利用碱催化异构化反应生产玉米黄质的方法。

背景技术

玉米黄质(zeaxanthin，3，3’-二羟基-β-胡萝卜素)是自然界广泛存在的类胡萝卜素。近年来，大量流行病学的调查和研究表明，玉米黄质在减少癌症的发生和发展、减少心血管疾病发病率、增强免疫功能和视觉保护等方面具有独特的生理功能。此外，有研究表明：大量摄入玉米黄质可以减少得白内障的概率。还有研究表明：反式玉米黄质较顺式玉米黄质具有更高的稳定性，有更有效的着色效果。

PCT专利公开WO96/02594中叙述了一种在受控的温度和压力条件下在强碱性溶液中叶黄素异构化成玉米黄质的方法。所用的碱是碱金属氢氧化物、氢氧化钙、碳酸钠、氢氧化铵或有机碱，物别是乙胺、乙醇胺或吗啉。只用水作为溶剂。用这种方法玉米黄质的收率可以达到24％；但是没有谈到异构反应产生了多少分解产物。同样地，这种收率也不适于工业生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯度的含玉米黄质的组合物的制备方法。

本发明所述的发明目的是通过如下技术方案来实现的：

本发明所述的含玉米黄质的组合物的制备方法包括碱催化异构化反应的步骤，其特征在于所述的异构化反应使用的催化剂是碱催化剂或者由碱催化剂和助剂组成的混合催化剂，所述的助剂选自甲酸、乙酸、草酸、丙酸或硼氢化钠。助剂的使用是本发明的发明人在工作中偶然发现的结果，实验证明，在上述反应中使用助剂有助于提高产物中玉米黄质∶叶黄素的比例，即增加了叶黄素的转化率，提高了玉米黄质的产量。

上述含玉米黄质的组合物的制备方法包括在密闭反应釜中，将经过或未经过预处理的含叶黄素的天然产物或叶黄素溶解于有机溶剂，并加入2～20M的碱催化剂及原料质量0.01～5％的助剂，在温度90～130℃条件下反应12～36h。

上述含玉米黄质的组合物的制备方法中助剂优选甲酸或硼氢化钠。

上述含玉米黄质的组合物的制备方法中碱催化剂是异构化反应的常规催化剂，多为碱性催化剂，本发明中优选氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、甲醇钾或乙醇钾。尤其优选氢氧化钠或氢氧化钾。

上述含玉米黄质的组合物的制备方法中，异构化反应步骤所使用的溶剂优选己烷、庚烷、石油醚、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、苯、甲苯或上述溶剂中两种或两种以上的溶剂以任意比例组成的混合溶剂。

具体地，本发明的含玉米黄质的组合物的制备方法包括如下步骤：

①向反应釜内加入反应原料，有机溶剂，异构化反应碱催化剂及助剂，其中，有机溶剂的用量是反应原料的5～12倍(体积∶质量)；碱催化剂浓度为2～10M；所述的助剂是甲酸或硼氢化钠，其添加量是原料质量的0.1～3％；

②密闭反应釜中，氮气置换，在压力0MPa～4MPa，温度90～130℃条件下反应12～36h；

③停止反应后，降温至40～80℃，过滤；

④将所得滤饼用洗涤溶剂洗涤3～8次，所述的洗涤溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、正己烷、石油醚或丙酮，各次洗涤可以选取不同的洗涤溶剂；

⑤洗涤完后过滤，加入抗氧化剂，30～80℃烘干2～24h。

按照本领域的现有技术，异构化反应需要在无氧密闭条件下进行，本发明采取抽真空的手段达到抗氧化的目的。

在本发明所描述的条件下，在90～130℃温度下加热36个小时以上仍然能够保持较高的产品收率。虽然其它专利中提到了反应温度在40～120℃范围内，但是在较高温度下长时间的加热还没有专利可以做到。

本发明的上述方法中，步骤④的目的是清洗反应中的两种催化剂，还有一些其它色素及植物胶，反应生成的脂肪酸盐类。洗涤溶剂优选水、甲醇、乙醇或石油醚。尤其优选甲醇。

本发明所述的上述含玉米黄质的组合物的制备方法中，步骤⑤中的抗氧化剂选自TBHQ、维生素E、维生素C、维C钠、维C棕榈酸酯、BHT或上述两种或两种以上的抗氧化剂以任意比例混合组成的混合物。

根据上述方法即可以获得玉米黄质质量百分含量30～80％的产品，为了进一步获得目标产物含量更高的产品，可以在洗涤步骤后对产物进行精制。精制的具体方法是重结晶，采用萃取溶剂完全提取后进行重结晶；其中，萃取溶剂选自氯仿、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮或二氯甲烷；重结晶溶剂选自氯仿、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷，或其中两种或两种以上的溶剂以任意比例混合组成的混合溶剂。上述重结晶温度优选低于6℃。

加入了上述重结晶精制纯化步骤的制备方法可以制得玉米黄质百分质量百分含量80～92％的产品。

本发明所述的含玉米黄质的组合物的制备方法工艺技术路线流程短、生产成本低、收率高、产品纯度高，并且无有毒有害废物产生，适合工业化生产。

具体实施方式

如无特殊说明，本发明的实施例均采用分光光度法结合高效液相色谱分析产物中总的色素含量、玉米黄质的含量及计算(玉米黄质∶叶黄素)的比值，并利用核磁共振的方法来检测产物的立体构型：

1.玉米黄质(叶黄素)总色素的测定

本方法采用分光光度法在450nm下对玉米黄质(叶黄素)的总色素进行测定：

(1)试剂和溶液

正己烷：分析纯；

甲醇：分析纯；

丙酮：分析纯，干燥且不含乙醇，使用前加入锌粒(10目)蒸馏；

溶解液：正己烷∶丙酮∶甲醇＝80∶10∶10；

(2)仪器：分光光度计：752型

(3)测定步骤

称取mg(准确至0.0002g)玉米黄质(叶黄素)样品，于v mL溶解液中溶解并定容。再进行稀释，稀释倍数为d。在450nm下，采用分光光度计测定其吸光度A。为了保证较高的准确度，控制溶液的体积使A在0.25和0.75之间。

(4)计算方法

玉米黄质(叶黄素)以质量百分表示的总色素X_l(％)，按下式计算：

$X_1=\frac{A\·d\·V}{2348\·m}$

其中：

A是样品在450nm下的吸光度；

V是样品初始溶解体积，单位为毫升(mL)；

d是样品稀释倍数；

m是样品的质量，单位为克(g)；

2348是测定波长时叶黄素的光密度值。

2.玉米黄质色素组成的测定方法

本方法采用高效液相色谱对玉米黄质色素组成进行分离与分析，结合上述以分光光度方法测定的总色素含量计算玉米黄质色素的含量，玉米黄质色素的绝对含量＝总色素×色素百分组成。具体分析方法参考Application of HPLCcoupled with DAD，APCI-MS and NMR to the analysis of lutein and zeaxanthinstereoisomers in thermally processed vegetables一文中的方法，该文献发表于Food Chemistry 92(2005)753-763。

3.玉米黄质立体构型的分析

本发明采用核磁共振方法对产品中玉米黄质的立体构型进行分析，具体分析方法参考Application of HPLC coupled with DAD，APcI-MS and NMR to theanalysis of lutein and zeaxanthin stereoisomers in thermally processed vegetables一文中的方法，该文献发表于Food Chemistry 92(2005)753-763。

此外，本发明的下述实施例所采用的万寿菊浸膏商品购自中化(青岛)生物技术有限公司，该产品外观为深棕色粘稠液体。

实施例1

将2.0kg万寿菊浸膏、1.08kg甲醇钠、2克乙酸及10升甲醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，96～102℃反应28个小时后，停止加热；

釜内温度降到45℃时，过滤；以甲醇洗涤滤饼1次，再用水洗涤滤饼3次，加入2.4g抗氧化剂TBHQ，75℃烘干8h，得粗产品240g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝88.10∶9.71，含玉米黄质的质量百分含量65％。

实施例2

将1.5kg万寿菊浸膏、1.68kg氢氧化钾、4.5克硼氢化钠及10.5升异丙醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～3MPa，116～122℃反应19个小时后，停止加热；

釜内温度降到80℃时，过滤；以异丙醇洗涤滤饼1次，再用乙醇洗涤滤饼3次，加入1.8g抗氧化剂TBHQ，40℃烘干10h，得粗产品180g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝88.21∶9.68，含玉米黄质的质量百分含量62％。

实施例3

将1.8kg万寿菊浸膏、1.75kg乙醇钠、0.18克草酸及9升甲醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，102～108℃反应18个小时后，停止加热；

釜内温度降到40℃时，过滤；以甲醇清洗滤饼3次，再用水洗涤滤饼1次，加入2.11g抗氧化剂TBHQ，70℃烘干10h，得粗产品211g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝84.51∶12.96，含玉米黄质的质量百分含量61％。

实施例4

将1.5kg万寿菊浸膏、2.88kg乙醇钠、15克草酸及18升石油醚加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.2MPa～4MPa，107～113℃反应18个小时后，停止加热；

釜内温度降到60℃时，过滤；以石油醚清洗滤饼2次，再用水洗涤滤饼2次，加入1.65g抗氧化剂维生素C，65℃烘干12h，得粗产品165g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝88.32∶9.71，含玉米黄质的质量百分含量63％。

实施例5

将1.5kg万寿菊浸膏、2.8kg甲醇钾、3克丙酸及7.5升正丁醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～1.5MPa，102～108℃反应20个小时后，停止加热；

釜内温度降到55℃时，过滤；以正丁醇清洗滤饼1次，再以水洗涤滤饼3次，加入1.5g抗氧化剂TBHQ，60℃烘干16h，得粗产品150g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝88.15∶9.72，含玉米黄质的质量百分含量61％。

实施例6

将1.8kg万寿菊浸膏、4.0kg乙醇钾、18克乙酸及12.6升庚烷加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，108～114℃反应18个小时后，停止加热；

釜内温度降到45℃时，过滤；以庚烷清洗滤饼2次，再用水洗涤滤饼2次，加入1.98g抗氧化剂维生素E，70℃烘干10h，得粗产品198g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝88.35∶9.69，含玉米黄质的质量百分含量63.2％。

实施例7

将1.0kg万寿菊浸膏、1.26kg氢氧化钠、50克乙酸及9升甲苯加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，104～110℃反应36个小时后，停止加热；

釜内温度降到45℃时，过滤；以甲苯清洗滤饼1次，乙醇洗涤滤饼2次，再用水洗涤滤饼1次，加入1.14g抗氧化剂TBHQ，65℃烘干14h，得粗产品114g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝87.26∶10.01，含玉米黄质的质量百分含量60％。

实施例8

将2.0kg万寿菊浸膏、5.0kg碳酸氢钾、6克丙酸及24升己烷加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，102～108℃反应30个小时后，停止加热；

釜内温度降到55℃时，过滤；以己烷清洗滤饼1次，再用乙醇洗涤滤饼3次，加入2.18g抗氧化剂TBHQ，50℃烘干8h，得粗产品218g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝88.10∶9.81，含玉米黄质的质量百分含量66％。

实施例9

将1.0kg万寿菊浸膏、1.12kg氢氧化钾、50克乙酸及5升乙醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，104～110℃反应30个小时后，停止加热；

釜内温度降到60℃时，过滤；以乙醇清洗滤饼3次，再用水洗涤滤饼1次，加入抗氧化剂：0.5gTBHQ及0.55g维生素C，65℃烘干12h，得粗产品105g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝87.01∶11.21，含玉米黄质的质量百分含量57％。

实施例10

将1.5kg万寿菊浸膏、7.5kg碳酸钠、1.5克草酸及13.5升异丙醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，102～108℃反应24个小时后，停止加热；

釜内温度降到70℃时，过滤；以异丙醇清洗滤饼3次，再用水洗涤滤饼1次，加入1.59g抗氧化剂TBHQ，75℃烘干8h，得粗产品159g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝85.23∶11.01，含玉米黄质的质量百分含量60％。

实施例11

将2.0kg万寿菊浸膏、4.5kg碳酸氢钠、3克甲酸及14升正丁醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，106～112℃反应31个小时后，停止加热；

釜内温度降到70℃时，过滤；以正丁醇清洗滤饼3次，再以乙醇洗涤滤饼1次，加入2.2g抗氧化剂维生素E，50℃烘干10h，得粗产品220g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝84.23∶13.40，含玉米黄质的质量百分含量60％。

实施例12

将2.0kg万寿菊浸膏、5kg碳酸钾、0.2克甲酸及18升甲醇-正丁醇(体积1∶1)混合溶液加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～1MPa，104～110℃反应22个小时后，停止加热；

釜内温度降到45℃时，过滤；以甲醇清洗滤饼3次，再用水洗涤滤饼1次，加入2.01g抗氧化剂TBHQ，65℃烘干15h，得粗产品201g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝85.21∶12.54，含玉米黄质的质量百分含量65.8％。

实施例13

将1.0kg万寿菊浸膏、0.56kg氢氧化钠、30克乙酸及7.0升甲醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，106～114℃反应33个小时后，停止加热；

釜内温度降到55℃时，过滤；以甲醇清洗滤饼3次，再用水洗涤滤饼1次，加入1.04g抗氧化剂TBHQ，70℃烘干10h，得粗产品104g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝86.52∶10.98，含玉米黄质的质量百分含量56％。

实施例14

将1.0kg万寿菊浸膏、2.88kg氢氧化钠、2克硼氢化钠及12升苯加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，100～106℃反应24个小时后，停止加热；

釜内温度降到50℃时，过滤；以异丙醇清洗滤饼2次，再用乙醇洗涤滤饼2次，加入1.08g抗氧化剂TBHQ，60℃烘干8h，得粗产品108g。经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝87.21∶10.58，含玉米黄质的质量百分含量62％。

实施例15

将1.8kg万寿菊浸膏、1.82kg氢氧化钠、3.6克甲酸及16.0升甲醇加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，106～112℃反应20个小时后，停止加热；

釜内温度降到55℃时，过滤；以甲醇洗涤滤饼1次，再用甲醇洗涤滤饼3次，加入2.3g组合抗氧化剂(维生素E+维生素C棕榈酸酯＝3∶2，质量比)，40℃烘干16h，得粗产品230g。

将所得粗产品溶解于氯仿，充分搅拌溶解，过滤；浓缩氯仿，4度下重结晶。

得到产品180g，经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝88.42∶9.67，含玉米黄质的质量百分含量83.11％。

实施例16

将1.8kg万寿菊浸膏、9kg甲醇钠、54克甲酸及21.6升甲苯加入至反应釜，充分搅拌；密闭反应釜，氮气置换；0.1MPa～2MPa，106～112℃反应22个小时后，停止加热；

釜内温度降到55℃时，过滤；以甲醇清洗滤饼3次，再用乙醇洗涤滤饼1次，加入2.02g抗氧化剂TBHQ，40℃烘干14h，得粗产品202g。

将所得粗产品溶解于氯仿，充分搅拌溶解，过滤；浓缩氯仿，4度下重结晶。

得到产品162g，经检测，玉米黄质∶叶黄素(摩尔比)＝86.52∶11.25，含玉米黄质的质量百分含量77.87％。

Claims (9)

1.含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于该方法包括在密闭反应釜中，将经过或未经过预处理的含叶黄素的天然产物或叶黄素溶解于有机溶剂，并加入2～20M的碱催化剂及原料质量0.01～5％的助剂，在温度90～130℃条件下反应12～36h；

其中的助剂选自甲酸、乙酸、草酸、丙酸或硼氢化钠。

2.根据权利要求1所述的含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于所述的助剂是甲酸或硼氢化钠。

3.根据权利要求1所述的含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于所述的碱催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、甲醇钾或乙醇钾。

4.根据权利要求1、2或3所述的含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂选自己烷、庚烷、石油醚、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、苯、甲苯或上述溶剂中两种或两种以上的溶剂以任意比例组成的混合溶剂。

5.根据权利要求4所述的含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

①向反应釜内加入反应原料，有机溶剂，异构化反应碱催化剂及助剂，其中，有机溶剂的用量是反应原料的5～12倍(体积∶质量)；碱催化剂浓度为2～10M；所述的助剂是甲酸或硼氢化钠，其添加量是原料质量的0.1～3％；

②密闭反应釜中，氮气置换，在压力0MPa～4MPa，温度90～130℃条件下反应12～36h；

③停止反应后，降温至40～80℃，过滤；

④将所得滤饼用洗涤溶剂洗涤3～8次，所述的洗涤溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、正己烷、石油醚、丙酮，各次洗涤可以选取不同的洗涤溶剂；

⑤洗涤完后过滤，加入抗氧化剂，30～80℃烘干2～24h。

6.根据权利要求5所述的含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于所述的步骤④的洗涤溶剂选自水、甲醇、乙醇或石油醚。

7.根据权利要求5所述的含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于所述的步骤⑤中的抗氧化剂选自TBHQ、维生素E、维生素C、维C钠、维C棕榈酸酯、BHT或上述两种或两种以上的抗氧化剂以任意比例混合组成的混合物。

8.根据权利要求5、6或7所述的含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于所述的步骤⑤前加入了重结晶的精制步骤，采用萃取溶剂完全提取后进行重结晶；其中，萃取溶剂选自氯仿、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮或二氯甲烷；重结晶溶剂选自氯仿、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷，或其中两种或两种以上的溶剂以任意比例混合组成的混合溶剂。

9.根据权利要求8所述的含玉米黄质的组合物的制备方法，其特征在于重结晶温度低于6℃。