CN101314554B - 光化学异构化反应从全反式番茄红素合成顺式番茄红素异构体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合成光化学技术领域，涉及顺式番茄红素合成的光化学合成方法，特别涉及光化学异构化反应从全反式番茄红素合成顺式番茄红素异构体的方法。将全反式番茄红素溶于非极性或极性溶剂中，氮气保护下用450瓦高压汞灯通过能截止不同波长的截止型滤光片进行光照。控制光化学反应液温度在23～30℃，得到含有高比例顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液；蒸干含有高比例顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液，加入精制食用油制成高百分比番茄红素顺式异构体的油剂，清澈亮红。本发明用光化学异构化反应合成出了百分含量可占番茄红素总量73wt％的顺式异构体番茄红素，是迄今为止报道的最高值。该光化学异构化反应条件温和，环境友好。
Description
技术领域
本发明属于合成光化学技术领域，涉及顺式番茄红素合成的光化学合成方法，特别涉及光化学异构化反应从全反式番茄红素合成顺式番茄红素异构体的方法。
背景技术
番茄红素是从西红柿中发现的天然色素，哺乳类动物不能在体内自行合成。全反式番茄红素结构式如下：
番茄红素是有11个共轭双键，两端还各有一个非共轭双键的长链分子，其特殊结构赋予它具有特殊的保健功能。番茄红素与降低前列腺等癌症危险性以及与降低心肌梗塞等慢性病的发病率密切相关[Isabel Goni，Jose Serrano，andFulgencio Saura-Calixto，Bioaccessibility of β-carotene，lutein，and lycopenefrom fruits and vegetables，J.Agric.Food Chem.，，2006，54(15):5382～5387]，其抗氧化作用非常强是β-胡萝卜素的2倍，是维生素E的100倍[Di Masicio P，Kaiser S，Sies H，Lycopene as the most efficient biological carotenoid singletoxygen quencher，Arch Biochem Biophys，1998，274:532～538]。在番茄等富含番茄红素的食品中，番茄红素基本以全反式存在，而在哺乳动物的器官或组织中番茄红素的顺式结构占很大比例，在前列腺中甚至高达80％以上[ThomasW.-M Boileau，Amy C.Bouileau，and John W.Erdman，Jr，Bioavailability ofall-trans and cis-isomers of Lycopene.Experimental Biology and Medicine，2002，227(10):914～919]。近来的研究发现番茄红素的顺式异构体的生物活性和生物利用度比其全反式要高，可能因为相对于其全反式，番茄红素的顺式异构体的分子长度短、溶解度好，而且不易聚集使其容易进入乳糜微粒，再释放进入淋巴和血液。许多报道认为番茄红素对一些慢性病与癌症的保健和治疗作用是由于其非常强的抗氧化能力，能对细胞间信息传递发生诱导作用，激活免疫细胞以阻止癌细胞的分裂与扩散。也有报道认为其抗癌作用与抗氧化无关，而是可能起到核受体的作用，即作为一种配体与活化的转录因子相互作用，从而对抑制癌细胞增殖和分化的影响比一般的核受体要强许多倍[YoavSharoni，Michael Danilenko，and Joseph Levy，Molecular mechanisms for theanticancer activity of the carotenoid lycopene，Drug Development Research，2000，50:448～456]，但机理还没有确证。因此，为搞清番茄红素顺、反异构体对生物体的作用机理研究及其药用价值的开发，将含有全—反式番茄红素的食品转换成含有高百分比顺式—异构体的研究是至关重要的。目前主要是通过加热和改良食品加工过程两个途径达到提高食品中番茄红素顺式异构体的目的，但一般顺式异构体提高的比例较小，不超过10％[Thomas W.-M Boileau，Amy C.Bouileau，and John W.Erdman，Jr，Bioavailability of all-trans andcis-isomers of Lycopene.Experimental Biology and Medicine，2002，227(10):914-919]。最近有文献报道[C.Y.Wang，B.H.Chen.Tomato pulp assource for the production of lycopene powder containing high proporti on ofcis-isomers.Eur Food Res Technol，2006，222:347～353]用二氧化碳超临界萃取技术在高温、高压(压力为350bar，温度为90℃)的情况下顺式异构体在番茄红素总量中占高达53.8％的百分比，但高温、高压在生产应用中是难以实施的。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述合成高百分比番茄红素顺式异构体方法的缺陷，提供一种光化学异构化反应从全反式番茄红素合成顺式番茄红素异构体的方法。光化学反应有诸多特点，其能量来源光是一种非常特殊的生态学上清洁的“试剂”，光化学反应条件一般比热化学要温和，反应基本上在室温或低于室温下进行。因此，光化学反应能提供操作安全、环境友好的工业生产氛围。
本发明所用全反式番茄红素是从市购的番茄酱(四川省美宁实业集团清真食品有限公司生产)中提取、纯化，经核磁共振与吸收光谱鉴定与文献报道一致[Urs Hengartner，Kurt Bernhard，and Karl Meyer，Synthesis，isolation，andNMR-spectroscopic characterization of fourteen(Z)-isomers of lycopene，Helvetica Chimica Acta，1992，75:1848～1865]。全反式番茄红素高效液相色谱(HPLC)分析的含量为100wt％。
本发明的光化学异构化反应从全反式番茄红素合成顺式番茄红素异构体的方法，一般按如下步骤进行：
(1)将全反式番茄红素溶于非极性或极性溶剂中，在室温下配成浓度为0.01～1wt％的光化学反应液；
(2)将步骤(1)得到的光化学反应液置入玻璃容器中，密封容器口(可用橡皮塞封口)，将2根导管(如由橡皮塞处插入两个注射针头)插入到密封的玻璃容器中；其中一导管通入到光化学反应液中，并由该导管提供氮气；另一导管在光化学反应液面外，并由该导管排除玻璃容器中的空气与氮气混合气体；
(3)向步骤(2)玻璃容器中的光化学反应液通入氮气，调整氮气流速不使反应液溢出，使气泡均匀，一方面保护番茄红素，另一方面还可以搅拌光化学反应液，使反应均匀；将此玻璃容器置于装有高压汞灯(如北京电光源研究所产品)的玻璃冷阱前面，在玻璃容器与冷阱之间插入能截止不同波长的截止型滤光片；控制光化学反应液的温度在23～30℃的条件下，光照反应3～6小时，得到含有高比例顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液。反应完成后，将含有高比例顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液用真空泵(2mmHg)蒸干，加入精制食用油制成含有高百分比番茄红素顺式异构体的油剂，其中全反式番茄红素及顺式番茄红素异构体浓度为0.01～0.1wt％。所述的精制食用油是色拉油、花生油或橄榄油等。
所述的高压汞灯是450瓦的高压汞灯；所述的玻璃容器置于玻璃冷阱前面3毫米处。
所述的含有高比例顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液，是指合成出的顺式番茄红素异构体的百分含量占番茄红素总量的60～73wt％。
本发明考虑到全反式番茄红素的可溶性、稳定性、透光性以及低成本、低毒性等因素，所选用的非极性溶剂包括沸点为30～60℃、沸点为60～90℃的石油醚、环己烷、正己烷、环戊烷、正戊烷或异戊烷等脂肪族溶剂。所选用的极性溶剂包括四氢呋喃、二氧六环、乙酸乙酯或丙酮等。
所述的能截止不同波长的截止型滤光片是能滤掉波长短于283纳米的硼硅玻璃截止型滤光片，或能滤掉波长短于340、365、378或450纳米的截止型滤光片。
本发明用光化学异构化反应合成了高百分比顺式异构体番茄红素，其百分含量可占番茄红素总量73wt％，是迄今为止报道的最高值。该光化学异构化反应在室温或低于室温下进行，反应条件温和；基本上零污染，环境友好。
附图说明
图1.本发明实施例1中全反式番茄红素(0.001wt％)在石油醚(60～90℃)中的光化学异构化反应前的HPLC谱图。
图2.本发明实施例1中光化学异构化反应3小时后的HPLC谱图。
图3.本发明实施例1中光化学异构化反应3小时后，用旋转蒸发仪蒸干溶剂后加入精制花生油的HPLC谱图。
图4.本发明所用能滤掉波长短于283纳米的硼硅玻璃截止型滤光片，及能滤掉波长短于340(1)、365(2)、378(3)或450(4)纳米的截止型滤光片的透过波长图。
具体实施方式
实施例1
在30毫升玻璃试管中，将2毫克全反式番茄红素溶于20克石油醚(60～90℃)中，浓度为0.01wt％。用橡皮塞封口，在橡皮塞上插入两个注射针头，一个较长供氮气通入光化学反应液中，另一个较短在光化学反应液面外供空气与氮气混合气体排出。调整氮气流速不使反应液溢出并使气泡均匀，一方面保护番茄红素，另一方面还可以搅拌光化学反应液，使反应均匀。将此试管置于装有450瓦高压汞灯(北京电光源研究所产品)的玻璃冷阱前面3毫米处，在试管与冷阱之间插入能滤掉波长短于283纳米的硼硅玻璃截止型滤光片。反应装置放入不透光的通风橱中，光照前用高效液相色谱(HPLC)法分析(如图1所示)。而后开启汞灯和电风扇，控制光化学反应液的温度在23℃～28℃的条件下，光照3小时。终止光照反应后，制成含有72.38顺式异构体的光化学反应混合液，然后进行HPLC分析(如图2所示)。将含有72.38wt％顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液用真空泵(2mmHg)蒸干，加入精制花生油10克制成含有72.77wt％顺式异构体及全反式番茄红素的番茄红素油剂，清澈亮红，浓度为0.02wt％，HPLC分析如图3所示。HPLC色谱条件如下，色谱仪：Hitachi L-7100；大连依利特Hypersil SiO2正相柱，粒径5μ，柱子的直径为5.0mm，柱长300mm；流动相：正己烷/甲醇＝1000/1，V/V；流速0.7毫升/分钟；在472纳米检测。全反式番茄红素的保留时间大约为24.2分。
实施例2
在30毫升玻璃试管中，将200毫克全反式番茄红素溶于20克四氢呋喃中，浓度为1wt％。用橡皮塞封口，在橡皮塞上插入两个注射针头，一个较长供氮气通入光化学反应液中，另一个较短在光化学反应液面外供气体排出。调整氮气流速不使反应液溢出并使气泡均匀，一方面保护番茄红素，另一方面还可以搅拌光化学反应液，使反应均匀。将此试管置于装有450瓦高压汞灯(北京电光源研究所产品)的玻璃冷阱前面3毫米处，在试管与冷阱之间插入能滤掉波长短于283纳米的硼硅玻璃截止型滤光片。反应装置放入不透光的通风橱中，光照反应和HPLC监测方法同实施例1。而后开启汞灯和电风扇，控制光化学反应液的温度在23℃～28℃的条件下，光照6小时。终止光照反应后，制成含有70.89wt％顺式异构体的光化学反应混合液，将含有70.89wt％顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液用真空泵(2mmHg)蒸干，加入精制色拉油200克制成含有顺式异构体及全反式番茄红素的番茄红素油剂，清澈亮红，浓度为0.1wt％。
实施例3
在30毫升玻璃试管中，将3毫克全反式番茄红素溶于20克正己烷中，浓度为0.015wt％。用橡皮塞封口，在橡皮塞上插入两个注射针头，一个较长供氮气通入光化学反应液中，另一个较短在光化学反应液面外供气体排出。调整氮气流速不使反应液溢出并使气泡均匀，一方面保护番茄红素，另一方面还可以搅拌光化学反应液，使反应均匀。将此试管置于装有450瓦高压汞灯(北京电光源研究所产品)的玻璃冷阱前面3毫米处，在试管与冷阱之间插入能滤掉波长短于450纳米的截止型滤光片。反应装置放入不透光的通风橱中，光照反应和HPLC监测方法同实施例1。而后开启汞灯和电风扇，控制光化学反应液的温度在23℃～28℃的条件下，光照4.5小时。终止光照反应后，制成含有71.67wt％顺式异构体的光化学反应混合液，将含有71.67wt％顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液用真空泵(2mmHg)蒸干，加入精制橄榄油10克制成含有顺式异构体及全反式番茄红素的番茄红素油剂，清澈亮红，浓度为0.03wt％。
实施例4
在30毫升玻璃试管中，将20毫克全反式番茄红素溶于20克乙酸乙酯中，浓度为0.1wt％。用橡皮塞封口，在橡皮塞上插入两个注射针头，一个较长供氮气通入光化学反应液中，另一个较短在光化学反应液面外供气体排出。调整氮气流速不使反应液溢出并使气泡均匀，一方面保护番茄红素，另一方面还可以搅拌光化学反应液，使反应均匀。将此试管置于装有450瓦高压汞灯(北京电光源研究所产品)的玻璃冷阱前面3毫米处，在试管与冷阱之间插入能滤掉波长短于340纳米的截止型滤光片。反应装置放入不透光的通风橱中，光照反应和HPLC监测方法同实施例1。而后开启汞灯和电风扇，控制光化学反应液的温度在23℃～28℃的条件下，光照5小时。终止光照反应后，制成含有71.67wt％顺式异构体的光化学反应混合液，将含有71.67wt％顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液用真空泵(2mmHg)蒸干，加入精制色拉油50克制成含有顺式异构体及全反式番茄红素的番茄红素油剂，清澈亮红，浓度为0.04wt％。
Claims (7)
1.一种光化学异构化反应从全反式番茄红素合成顺式番茄红素异构体的方法，其特征是：
(1)将全反式番茄红素溶于非极性或极性溶剂中，在室温下配成浓度为0.01～1wt％的光化学反应液；
(2)将步骤(1)得到的光化学反应液置入玻璃容器中，密封容器口，将2根导管插入到密封的玻璃容器中；其中一导管通入到光化学反应液中，并由该导管提供氮气；另一导管在光化学反应液面外，并由该导管排除玻璃容器中的空气与氮气混合气体；
(3)向步骤(2)玻璃容器中的光化学反应液通入氮气，调整氮气流速不使反应液溢出；将此玻璃容器置于装有高压汞灯的玻璃冷阱前面，在玻璃容器与冷阱之间插入能截止不同波长的截止型滤光片；控制光化学反应液的温度在23～30℃的条件下，光照反应3～6小时，得到含有高比例顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液；
所述的能截止不同波长的截止型滤光片是能滤掉波长短于283纳米的硼硅玻璃截止型滤光片，或能滤掉波长短于340、365、378或450纳米的截止型滤光片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：将步骤(3)得到的含有高比例顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液用真空泵蒸干，加入精制食用油制成含有高百分比番茄红素顺式异构体的油剂，其中全反式番茄红素及顺式番茄红素异构体浓度为0.01～0.1wt％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的精制食用油是色拉油、花生油或橄榄油。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的高压汞灯是450瓦的高压汞灯；所述的玻璃容器置于玻璃冷阱前面3毫米处。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述的含有高比例顺式番茄红素异构体的光化学反应混合液，是指合成出的顺式番茄红素异构体的百分含量占番茄红素总量的60～73wt％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的非极性溶剂是石油醚、环己烷、正己烷、环戊烷、正戊烷或异戊烷脂肪族溶剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的极性溶剂是四氢呋喃、二氧六环、乙酸乙酯或丙酮。
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