CN101619028A - 一种制备辣椒碱单体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天然功能性成分的纯化方法，提供一种制备辣椒碱单体的方法，它包括：辣椒精油或辣椒粉的酒精萃取，大孔吸附树脂的分离纯化，单体粗品重结晶等工艺步骤。本发明从辣椒精油或辣椒粉中提取三种辣椒碱单体具有工艺简单、生产过程不使用有毒害有机溶剂、生产成本低，容易实现工业化生产。采用本发明生产的辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱单体的纯度大于98％，三者收率均大于85％。为高纯度辣椒碱单体的广泛应用提供了扎实的基础。

Description

一种制备辣椒碱单体的方法
技术领域
本发明属于生物医药领域，涉及一种天然功能性成分的纯化方法，尤其涉及一种从辣椒精油或辣椒粉中分离纯化辣椒碱单体的方法
背景技术
从辣椒制取的天然辣椒素(Capsaicinoids)是辣椒果实中的辣味成分，目前发现是一类至少有14种成分组成的具有类似结构的香草基酰胺类生物碱，其中主要有三种成分：辣椒碱(Capsaicin)、二氢辣椒碱(Dihydrocapsaicin)及降二氢辣椒碱(Nordihydrocapsaicin)，这三种成分的总和占到辣椒素总量的96％以上。其中最主要的成分是辣椒碱，占69％左右，其次是二氢辣椒碱，占22％左右，而降二氢辣椒碱占5％左右。辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱的结构图如下：
Figure A20091014837900041
辣椒碱
Figure A20091014837900042
二氢辣椒碱
Figure A20091014837900043
降二氢辣椒碱
辣椒碱(Capsaicin，Capsaicinoid)，是一种含酚羟基的生物碱，为辣椒中引起辛辣味的主要化学物质，是多邻甲氧基酚的衍生物，化学名称为8-甲基-N-[(4-羟基-3-甲氧基苯基)-基]-(反)-6-壬烯基酰胺。大量研究表明，辣椒碱药理活性特殊，其在医药、饮食保健、生物农药、化工以及军事等多个领域具有广泛用途，具有相当广阔的发展前景。
研究表明，辣椒碱的含量随辣椒产地和品种的不同存在差异，各组分不能准确定量，质量难以控制，这导致辣椒素在医药领域的应用受到限制。此外，由于辣椒素各组分之间的结构非常相似，最主要的辣椒碱和二氢辣椒碱的只是碳链第6位单双键的差别，常规的离子交换法、溶剂萃取法、减压升华等方法无法将其分开；而有专利CN200610068854.9报道，利用硅胶柱层析法可以纯化出一种辣椒碱单体，由于该法需要对硅胶进行价格昂贵的银盐处理、硅胶不能再生重复使用、提取过程大量使用易燃易爆的有机溶剂等因素，造成生产成本高居不下；专利CN200710114310.6报道了利用逆流色谱法对辣椒碱粗品进行分离，通过收集不同时间段的流出成分，得到三种辣椒碱单体；此外，专利CN200810060471.6报道了采用碳十八硅胶作为固定相，采用开环形式的模拟移动床系统从辣椒碱类化合物中分离出高纯度辣椒碱单体。以上三种方法，存在以下四方面的缺点：(1)以上方法以含量为90％以上的辣椒素为原料，原材料来源受到限制；(2)无论是柱层析技术、逆向色谱法还是模拟移动床系统，他们都存在处理量小，处理周期长，不利于工业化等不利因素；(3)以上专利陈述的方法工艺步骤复杂，生产设备昂贵，使得进一步扩大生产变得困难，不利于大规模工业化生产；(4)以上方法需要大量使用到有毒害或易燃易爆溶剂，如石油醚、卤代烷烃及低碳链酯等溶剂，在大规模生产中，对环境造成严重污染，不利于大规模生产。
发明内容
本发明目的在于提供一种制备高纯度辣椒碱单体的方法，尤其纯度在98％以上的辣椒碱单体的分离制备方法。本方法是为了解决目前辣椒碱单体分离纯化工艺复杂、规模小、成本高及不利于大规模生产等问题。
本发明根据辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱的化学键极性不同，通过大孔吸附树脂把它们全部吸附，然后用不同浓度的酒精分别把三者依次洗脱下来。本发明提供一种辣椒碱单体的纯化制备方法，包括下列步骤：
(1)取辣椒精油或辣椒粉若干，用浓度为30-90％的酒精搅拌提取1-10小时，静置分离得萃取液；
(2)萃取液减压浓缩得辣椒素浓缩液及酒精，回收酒精循环使用；
(3)浓缩液直接上柱吸附，大孔吸附柱高径比为1-20，大孔吸附树脂为非极性或弱极性的吸附树脂，上柱流速为1-2BV/h，树脂吸附量为5-30g辣椒碱/100克树脂；
(4)用浓度为0-20％的酒精洗去色素等杂质，用20-40％的酒精把降二氢辣椒碱洗脱下来，然后再用40-70％的酒精浓度把辣椒碱洗脱下来，最后用70-95％的酒精浓度把二氢辣椒碱洗脱下来；
(5)把收集到的不同酒精浓度的洗脱液进行减压浓缩，可得纯度为90％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体粗品；
(6)把粗品溶解在1-5％NaOH溶液中，用酸调pH至中性进行重结晶，最后可得纯度为98％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体纯品。
(7)大孔吸附树脂用95％酒精进行再生，再生后重复使用。
上述步骤(3)中所述的大孔吸附树脂包括AB8、S8、NAKII、HDP100、DK142、HZ816、H103、DK14C、HL3和OIB6等。
上述步骤(3)中所述的柱子包括玻璃柱、有机玻璃柱和不锈钢柱等。
上述步骤(6)中所述的酸包括盐酸、硫酸和磷酸等。
本发明所取得的技术进步在于：
(1)本发明通过大孔吸附树脂对辣椒素进行吸附，然后利用不同浓度的酒精把辣椒素中的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱等成份逐一分开，真正实现了辣椒碱单体、二氢辣椒碱单体及降二氢辣椒碱单体的生产；
(2)本发明采用新方法，一改传统的大量使用卤代烷、石油醚、乙醚、丙酮及各种低碳链酯等有毒害的有机溶剂进行分离纯化。本发明在辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体的生产过程中只使用酒精，生产操作安全，所得产品不存在有毒害有机溶剂杂质残留问题；
(3)本发明可以辣椒果实或果皮的干粉或辣椒精油为原料，具有原料来源广、工艺简单、设备要求低、操作简便的优点；
(4)本发明通过在100L的离交柱进行放大，取得了同样的效果，为大规模工业化生产高纯度单一结构辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱奠定了基础；
(5)本发明所用的非极性或弱极性大孔吸附树脂可以重复使用，大大节约生产成本，生产出的辣椒碱单体、二氢辣椒碱单体及降二氢辣椒碱单体纯度均达到98％以上。
附图说明
辣椒素高效液相分析条件为：
色谱型号：日本岛津LC-10ATVP；
色谱柱：YWG-C18柱，4.6mm×25cm，ID＝5μm；
检测器：紫外检测器；
流动相：甲醇-0.1％磷酸水溶液(V∶V＝75∶25)；
流速：1ml/min；
检测波长：280nm；
柱温：40℃；
进样量：10μl。
图1辣椒素标准品(由左到右分别时降二氢辣椒碱(12.598min)、辣椒碱(13.182min)、二氢辣椒碱(17.065min))。
图2纯化后的辣椒碱单体高效液相色谱(13.222mn)。
图3纯化后的二氢辣椒碱单体高效液相色谱(17.078min)。
图4纯化后的降二氢辣椒碱单体高效液相色谱(12.660min)。
具体实施方式
通过下述实施实例有助于理解本发明，但并不以任何方式限制本发明的内容。
实施例一
(1)量取1L辣椒精油于5L烧杯中，加入3L 75％酒精，30℃搅拌萃取2小时，静置1小时后，得上清液；
(2)上清液减压浓缩除酒精，得辣椒素浓缩液，回收的酒精循环使用；
(3)浓缩液直接上柱吸附，其中吸附柱体积为377cm3(吸附柱直径为4cm，高为30cm)，上柱流速为500ml/h；
(4)当产品全部被吸附后，用浓度为15％的酒精水溶液进行洗脱，洗至流出液澄清透明且无色为止，以便把杂质及色素除净；接着用1.2L 30％的酒精水溶液进行洗脱，并收集流出液，记作A；然后再用1.2L 45％的酒精水溶液进行洗脱，收集流出液，记作B；最后用1.2L 75％的酒精水溶液进行洗脱，收集流出液，记作C；把收集液A、B、C分别用高效液相进行分析，得如下结果：
  辣椒碱   二氢辣椒碱   降二氢辣椒碱   其他
 流出液A(％)   5.17   1.49   90.25   3.09
 流出液B(％)   94.73   3.14   0.57   1.56
 流出液C(％)   7.54   91.49   0.13   0.84
(5)分别把流出液A、B、C进行减压浓缩，可得纯度为90％以上的降二氢辣椒碱、辣椒碱及二氢辣椒碱单体粗品；
(6)分别把粗品溶解在1L 1％NaOH溶液中，用酸调pH至中性进行重结晶，最后可得纯度为98％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体纯品，且收率均在85％以上，具体参见下表：
  辣椒碱   二氢辣椒碱   降二氢辣椒碱
 1L辣椒精油(g)   7.08   2.23   0.38
 单体成品(g)   6.45   1.98   0.33
 纯度(％)   99.20   98.71   98.05
 收率(％)   91.10   88.78   86.84
注：辣椒精油中辣椒素含量为9.69g/L.
(7)大孔吸附树脂用95％酒精进行再生，再生后重复使用。
实施例二
(1)称取1kg干红辣椒粉于5L烧杯中，加入3L 50％酒精，30℃搅拌萃取8小时，静置1小时后，得上清液；
(2)上清液减压浓缩除酒精，得辣椒素浓缩液，回收的酒精循环使用；
(3)浓缩液直接上柱吸附，其中吸附柱体积为377cm3(吸附柱直径为4cm，高为30cm)，上柱流速为500ml/h；
(4)当产品全部被吸附后，用浓度为20％的酒精水溶液进行洗脱，洗至流出液澄清透明且无色为止，以便把杂质及色素除净；接着用1.2L 35％的酒精水溶液进行洗脱，并收集流出液，记作A；然后再用1.2L 50％的酒精水溶液进行洗脱，收集流出液，记作B；最后用1.2L 70％的酒精水溶液进行洗脱，收集流出液，记作C；把收集液A、B、C分别用高效液相进行分析，得如下结果：
  辣椒碱   二氢辣椒碱   降二氢辣椒碱   其他
 流出液A(％)   5.13   1.36   91.05   2.46
 流出液B(％)   95.78   3.02   0.39   0.81
 流出液C(％)   6.91   92.75   0.21   0.13
(5)分别把流出液A、B、C进行减压浓缩，可得纯度为90％以上的降二氢辣椒碱、辣椒碱及二氢辣椒碱单体粗品；
(6)分别把粗品溶解在1L 3％NaOH溶液中，用酸调pH至中性进行重结晶，最后可得纯度为98％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体纯品，且收率均在85％以上，具体参见下表：
  辣椒碱   二氢辣椒碱   降二氢辣椒碱
  1Kg干红辣椒粉(g)   7.57   2.64   1.02
  单体成品(g)   6.96   2.35   0.88
  纯度(％)   99.01   98.25   98.01
  收率(％)   91.94   89.01   86.27
注：辣椒粉中辣椒素含量为11.23g/L.
(7)大孔吸附树脂用95％酒精进行再生，再生后重复使用。
实施例三
(1)量取100L辣椒精油于1m3不锈钢萃取罐中，加入300L 75％酒精，30℃搅拌萃取3小时，静置1小时后，得上清液；
(2)上清液减压浓缩除酒精，得辣椒素浓缩液，回收的酒精循环使用；
(3)浓缩液直接上柱吸附，其中吸附柱体积为500L(吸附柱直径为50cm，高为2.55m)，上柱流速为800L/h；
(4)当产品全部被吸附后，用浓度为15％的酒精水溶液进行洗脱，洗至流出液澄清透明且无色为止，以便把杂质及色素除净；接着用1.5m3 30％的酒精水溶液进行洗脱，并收集流出液，记作A；然后再用1.5m3 45％的酒精水溶液进行洗脱，收集流出液，记作B；最后用1.5m3 80％的酒精水溶液进行洗脱，收集流出液，记作C；把收集液A、B、C分别用高效液相进行分析，得如下结果：
  辣椒碱   二氢辣椒碱   降二氢辣椒碱   其他
 流出液A(％)   5.19   1.07   91.12   2.62
 流出液B(％)   93.75   5.17   0.10   0.98
 流出液C(％)   6.01   91.50   0.02   2.47
(5)分别把流出液A、B、C进行减压浓缩，可得纯度为90％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体粗品；
(6)分别把粗品溶解在1m3 2％NaOH溶液中，用酸调pH至中性进行重结晶，最后可得纯度为98％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体纯品，且收率均在85％以上，具体参见下表：
  辣椒碱   二氢辣椒碱   降二氢辣椒碱
 100L辣椒精油(g)   707.59.   223.16   38.25
 单体成品(g)   625.32   192.50   33.28
 纯度(％)   98.53   98.21   98.35
 收率(％)   88.37   86.26   87.00
注：辣椒精油中辣椒素含量为9.69g/L.
(7)大孔吸附树脂用95％酒精进行再生，再生后重复使用。
实施例四
(1)量称取100Kg干红辣椒粉于1m3不锈钢萃取罐中，加入300L 90％酒精，30℃搅拌萃取3小时，静置1小时后，得上清液；
(2)上清液减压浓缩除酒精，得辣椒素浓缩液；
(3)浓缩液直接上柱吸附，其中吸附柱体积为500L(吸附柱直径为50cm，高为2.55m)，上柱流速为800L/h；
(4)当产品全部被吸附后，用浓度为20％的酒精水溶液进行洗脱，洗至流出液澄清透明且无色为止，以便把杂质及色素除净；接着用1.5m3 35％的酒精水溶液进行洗脱，并收集流出液，记作A；然后再用1.5m3 50％的酒精水溶液进行洗脱，收集流出液，记作B；最后用1.5m3 70％的酒精水溶液进行洗脱，收集流出液，记作C；把收集液A、B、C分别用高效液相进行分析，得如下结果：
  辣椒碱   二氢辣椒碱   降二氢辣椒碱   其他
 流出液A(％)   5.25   0.72   92.15   1.88
 流出液B(％)   94.12   5.13   0.27   0.48
 流出液C(％)   7.57   91.25   0.51   0.67
(5)分别把流出液A、B、C进行减压浓缩，可得纯度为90％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体粗品；
(6)分别把粗品溶解在1m3 2％NaOH溶液中，用酸调pH至中性进行重结晶，最后可得纯度为98％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体纯品，且收率均在85％以上，具体参见下表：
  辣椒碱   二氢辣椒碱   降二氢辣椒碱
  100Kg干红辣椒粉(g)   757.19   264.31   101.51
  单体成品(g)   688.50   225.00   87.30
  纯度(％)   98.52   98.00   98.27
  收率(％)   90.92   85.12   86.00
注：辣椒粉中辣椒素含量为11.23g/Kg.
(7)大孔吸附树脂用95％酒精进行再生，再生后重复使用。

Claims (10)

1、一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：从辣椒精油或干红辣椒粉中提取辣椒碱单体，生产过程由下列工艺步骤组成：
(1)取辣椒精油或辣椒粉若干，用浓度为30-90％的酒精搅拌提取1-10小时，静置分离得萃取液；
(2)萃取液减压浓缩得辣椒素浓缩液及酒精，回收酒精循环使用；
(3)浓缩液直接上柱吸附，大孔吸附柱高径比为1-20，大孔吸附树脂为非极性或弱极性的吸附树脂，上柱流速为1-2BV/h，树脂吸附量为5-30g辣椒碱/100克树脂；
(4)用浓度为0-20％的酒精洗去色素等杂质，用20-40％的酒精把降二氢辣椒碱洗脱下来，然后再用40-70％的酒精浓度把辣椒碱洗脱下来，最后用70-95％的酒精浓度把二氢辣椒碱洗脱下来；
(5)把收集到的不同酒精浓度的洗脱液进行减压浓缩，可得纯度为90％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体粗品；
(6)把粗品溶解在1-5％NaOH溶液中，用酸调pH至中性用进行重结晶，最后可得纯度为98％以上的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体纯品；
(7)大孔吸附树脂用95％酒精进行再生，再生后重复使用。
2、根据权利要求1所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的(1)步骤中的酒精浓度为30-90％，酒精用量为1-3倍辣椒精油或辣椒粉重量，萃取温度为20-60℃，萃取时间为1-10小时。
3、根据权利要求1所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的(2)步骤中酒精回收是通过减压浓缩方式回收，浓缩条件为：真空度为0.1Mpa，温度为30-45度，回收的酒精进行循环使用。
4、根据权利要求1所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的(3)步骤中的大孔吸附柱高径比为1-20，大孔吸附树脂为非极性或弱极性的树脂，上柱流速为1-2BV/h，树脂吸附量可达5-30g辣椒碱/100克树脂。
5、根据权利要求1或4所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的非极性或弱极性大孔吸附树脂包括AB8、S8、NAKII、HDP100、DK142、HZ816、H103、DK14C、HL3或OIB6等。
6、根据权利要求1或4所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的柱子包括玻璃柱、有机玻璃柱或不锈钢柱等。
7、根据权利要求1所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的(4)步骤中洗去辣椒素中色素及杂质的酒精浓度为0-20％，酒精用量为3-5倍柱体积；洗脱降二氢辣椒碱的酒精浓度为20-40％，酒精用量为3-5倍柱体积；洗脱辣椒碱的酒精浓度为40-70％，酒精用量为3-5倍柱体积；洗脱二氢辣椒碱的酒精浓度为70-95％，酒精用量为3-5倍柱体积。
8、根据权利要求1所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的(5)步骤中浓缩液减压浓缩条件为：真空度为0.1Mpa，温度为30-45度，所得辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱的纯度为90％以上。
9、根据权利要求1所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的(6)步骤中NaOH浓度为1-5％，酸为盐酸、硫酸或磷酸等；重结晶后，所得的辣椒碱、二氢辣椒碱及降二氢辣椒碱单体为白色片状晶体，纯度高达98％以上。
10、根据权利要求1所述的一种制备辣椒碱单体的方法，其特征在于：所述的(7)步骤中再生树脂所用的酒精浓度为95％，再生后的树脂可以循环使用，使用寿命为再生300-500次。
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