CN102838519B - 一种高纯度全反式叶黄素酯粉末的分离纯化方法 - Google Patents

一种高纯度全反式叶黄素酯粉末的分离纯化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用万寿菊颗粒制备全反式叶黄素酯粉末的分离纯化方法。该方法包括将万寿菊颗粒与非极性溶剂混合后，进行连续逆流超声提取得到浸提液，浸提液浓缩得到叶黄素酯粗提物，粗提物用溶剂溶解后用氧化铝柱层析，得到高纯度的叶黄素酯产品。本发明的优点在于采用连续逆流超声提取叶黄素酯，批处理量大，溶剂用量小且回收率高，同时降低了人工费用和动力费用，首次将氧化铝柱用于叶黄素酯的层析分离，解决了直接从万寿菊粗提物中纯化叶黄素酯的技术问题，可以制备HPLC含量大于95%的全反式叶黄素酯产品，总类胡萝卜素收率达到80%以上。

Description

一种高纯度全反式叶黄素酯粉末的分离纯化方法
技术领域
本发明属于植物化学技术领域，具体涉及到一种从万寿菊颗粒中分离纯化高含量叶黄素酯的方法。
背景技术
叶黄素酯是叶黄素与长链不饱和脂肪酸所形成的酯，是叶黄素在植物中存在的主要形式，在自然界中分布广泛，万寿菊(Tagetes erecta L)中叶黄素酯的含量最为丰富，高达30%~40%，它是叶黄素酯的重要工业来源。叶黄素酯是多种酯的混合物，包括单酯、双酯和混合双酯，其中双棕榈酸酯含量最多，结构式如下：
Figure 409268DEST_PATH_IMAGE001
  R1 R2
叶黄素 H H
月桂酸一肉豆蔻酸酯 月桂酸 肉豆蔻酸
双肉豆蔻酸酯 肉豆蔻酸 肉豆蔻酸
肉豆蔻一棕榈酸酯 肉豆蔻酸 棕搁酸
双棕榈酸酯 棕榈酸 棕榈酸
棕榈酸一硬脂酸酯 棕榈酸 硬脂酸
双硬脂酸酯 硬脂酸 硬脂酸
     叶黄素酯是一种脂溶性的天然色素，由于两侧没有活泼的羟基，化学性质比叶黄素稳定，不易受到光、热、空气的影响。色泽为橙棕色，不溶于水，难溶于乙醇、甲醇，可溶于油脂、脂肪、乙醚、丙酮、石油醚、正己烷，易溶于乙酸乙酯等有机溶剂。
目前，市场上有相当多的叶黄素产品，这些产品大都是由万寿菊中提取到叶黄素酯，然后经过皂化、纯化所得。皂化的步骤需要大量醇碱溶液，并且在高温下进行，会使叶黄素在皂化过程中有所损失。由于天然叶黄素酯被摄入人体内后，在人体脂肪酶的作用下，可以水解成游离态的叶黄素。叶黄素酯的生物利用度与叶黄素相当，甚至优于叶黄素（Phyllis E. Bowen，Z. Suzanne M. Herbst- Espinosa et al. Esterifieation Does Not Impair Lutein Bioavailability in Humans [J]. The Journal of Nutrition. 132:3668-3673，2002），因此叶黄素酯可以在生物体内很好地发挥其生物学功能(A. Subagio， N. Morita. No effect of esterigieation with fatty acid on antioxid [J]. Food Research International 2001, 34: 315-320)。
叶黄素及其酯具有多项生物学功能，其中一个重要的功能就是保护视网膜免受紫外线的损伤,可以阻止黄斑受到光引发的氧化反应对视网膜和视网膜上皮色素细胞(RPE)造成的损害(Molnar，J.，Gyemant，N. and Muesi，1. Modulation of multidrug resistance and apoptosis of cancer cells by seleeted carotenoids[J」. In Vivo，2004，18:237-244]。另外，叶黄素还具有抗癌作用。Le-Marchand发现叶黄素对于肺癌有一定的防治作用（Le-Marehand，L.，Hankin，J.H.and Kolonel，L.N.(1993)Intake of specific carotenoids and lung cancer risk[J]. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev.2，PP.183-187）， Zhang证明类胡萝卜素(叶黄素)可能与降低乳腺癌的发病率有关（Zhang，S.， Tang，G.，et al.Measurement of retinoids and carotenoids in breast adipose tissue and a comparision  of concentrations in breast cancer cases and control subjects [J]. Am. J. Clin.Nutr.1997，66:626-632)。
现有的技术当中，美国专利US2007179306报道了混合低级烷醇溶剂提取法从金盏花油树脂中回收叶黄素酯，从中可分离得到含量为60%左右的叶黄素酯。世界专利WO2006019483公布了一种高纯度叶黄素酯的制备方法，在叶黄素油树脂中加入正己烷搅拌洗涤油树脂，上层弃去，继续加入正己烷洗涤4-6次，得到含量大于90%的全反式叶黄素酯。中国专利CN200610026618公布了一种从万寿菊油树脂中分离提纯高含量叶黄素酯的方法，将油树脂溶解于食用级醇和正己烷的混合溶剂中进行结晶和重结晶，得到含量在90%以上的叶黄素酯产品。这些提取过程一般要求多次纯化重复操作，耗时耗力，同时这些工艺均属于溶媒提取结晶工艺，未经过除杂步骤，收率较低，同时使用的溶剂量大且损耗大，得到造成叶黄素酯的生产成本较高。
欧洲专利EP1325943把金盏花油树脂溶于酮类溶剂如丙酮中，除去丙酮不溶物后，丙酮相浓缩后用丁醇结晶得到叶黄素酯结晶。世界专利WO2007038110报道了一种提取高含量叶黄素酯的方法，该方法将豆油加入到油树脂中并加热到60℃溶解后放置至室温，过滤得到含量为94-96%的叶黄素酯。上述纯化方法由于使用沸点较高的溶剂如丁醇和大豆油，得到的产品溶剂残留高，无法用于保健食品和药品原料，不能保障产品安全。
中国专利CN200810184477公开了一种超临界提取金盏花黄色素的方法，乙醇提取得到金盏花浸膏，浸膏用超临界二氧化碳萃取器以硅藻土为分散剂提取金盏花黄色素。该提取方法存在一定的缺陷：超临界萃取对设备要求高，处理量小，生产成本高。
中国专利CN200810184478公布了一种从万寿菊中提取叶黄素酯类化合物的方法。用乙醇超声提取后得到提取物，然后用硅胶柱层析，石油醚-乙酸乙酯（3：1）等度洗脱，得到叶黄素酯类化合物。该方法具有以下缺点：（1）受超声波衰减因素的制约，超声有效作用区域为一环形，如果提取罐的直径太大，在罐的周壁就会形成超声空白区；（2）功率难以和罐的容积（一般为3000升～6000升）相匹配，6000升的罐需要120～180kw超声输出功率，如此大的功率，使超声波设备制造难度增大，同时成本也无法使用户接受。
我国的万寿菊资源丰富，万寿菊浸膏占全球市场份额的25%，所以充分利用我国的万寿菊资源，制备和直接利用高纯度的叶黄素酯既简化了制备工艺，又减少了溶剂利用，是一条环保、经济的发展之路。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种操作简便，所用溶剂毒性低、用量少且易于回收，适于工业化生产高纯度全反式叶黄素酯粉末的方法。本发明首次使用连续逆流提取设备从万寿菊颗粒中浸提叶黄素酯，批处理量大，溶剂用量小且回收率高，同时降低了人工费用和动力费用。首次采用氧化铝柱对叶黄素酯进行层析纯化，条件温和、选择性好、再生容易，解决了直接从万寿菊浸膏中纯化叶黄素酯的技术问题，可以制备高纯度的叶黄素酯产品，为叶黄素酯的直接应用奠定了基础。
本发明所得产品可供食品、保健食品或药品使用，总类胡萝卜素含量可达98%以上，其中全反式叶黄素酯比例大于95%，玉米黄质酯比例约4%，其余为少量其他类胡萝卜素。样品收率高，全程总收率达到80%以上，提取成本低，适用于工业化生产。
具体地，本发明涉及一种高纯度全反式叶黄素酯粉末的分离方法，包括下述步骤：
1）在20℃～55℃下，在万寿菊颗粒中加入非极性溶剂，连续逆流超声提取；
2）固液分离，得到叶黄素酯浸提液；
3）叶黄素酯浸提液浓缩，得到叶黄素酯粗提物；
4）叶黄素酯粗提物注入氧化铝层析柱中，氧化铝为中性氧化铝、酸性氧化铝或碱性氧化铝；
5）使用溶剂进行柱解吸，收集叶黄素酯解吸液；
6）叶黄素酯解吸液浓缩，得到叶黄素酯浓缩液；
7）叶黄素酯浓缩液加入溶剂结晶，固液分离得到叶黄素酯精粉。
其中步骤1）中的非极性溶剂为烷烃或醚类，优选正己烷、环己烷或异丙醚，非极性溶剂加入量为每千克万寿菊颗粒中加入1-10升，优选为3-5升。
其中步骤1）中连续逆流超声提取时间为1-4小时，优选为2-3小时，超声频率为20-80KHz，优选为40-50KHz。
其中步骤2）中的固液分离为离心过滤、膜过滤或板框压滤。
其中步骤3）中的浓缩为30-50℃条件下的真空浓缩，优选为35-40℃,浓缩至无溶剂流出。
其中步骤4）中的氧化铝为中性氧化铝。
其中步骤4）中叶黄素酯粗提物的注入体积与氧化铝层析柱的装柱体积比为1：3-1：6，优选为1:4-1:5，其中氧化铝层析柱的高径比为5：1-10：1，优选为６：1-８：1。
其中步骤5）中的溶剂为乙酸乙酯，解吸流速为0.5-2.5柱体积/小时，其中解吸流速优选为1.０-１.5柱体积/小时。
其中步骤6）中的浓缩为30℃-50℃条件下的真空浓缩，浓缩至无溶剂流出。
其中步骤7）中的结晶，每升浓缩液中加入3-10升的异丙醇或乙醇，优选为5-8升，然后缓慢降温到2℃-8℃，结晶10-15小时，固液分离结晶液得到叶黄素酯滤饼，用预冷好的2℃-8℃的异丙醇、乙醇中的一种洗涤滤饼1-2次，25℃-45℃条件下真空干燥，得到叶黄素酯精粉。
本发明有如下优点：
1. 采用连续逆流超声设备提取叶黄素酯，批处理量大，溶剂用量小且回收率高，同时降低了人工费用和动力费用。2. 首次将氧化铝用于叶黄素酯的层析分离，条件温和，选择性好，再生容易，解决了直接从万寿菊浸膏中纯化叶黄素酯的技术问题，可以制备高纯度全反式叶黄素酯精粉，HPLC含量大于95%，为生产药用级原料提供了更加安全的技术保障。3. 溶剂使用种类较少且沸点低，精馏分离即可回收套用。4.工艺简单，易操作，全程总收率达到80%以上，适用于工业化生产，且最终得到的叶黄素酯符合卫生部公告的叶黄素酯新资源食品标准要求。
具体实施方式
下述实施例仅用于阐述实现本发明的方法，不应理解为对本发明的限制。
连续逆流超声提取设备：济宁金百特公司
万寿菊颗粒：购自晨光生物科技集团股份有限公司。其它试剂均为市售。
氧化铝：温州石油化工设计研究院。
紫外-可见光分光光度计：ULTRASPEC 2000，安玛西亚公司。
高效液相色谱仪：996型检测器，515泵，Waters公司。
本发明所涉及的百分比浓度，如非特别言明，均指质量百分比浓度。
实施例1
在20℃下，取50kg万寿菊颗粒（含总类胡萝卜素-叶黄素二酯、玉米黄质酯以及其他类胡萝卜素及它们的脂肪酸酯的含量总和为4.0%），从连续逆流超声提取管头部进料口进料，从连续逆流超声提取管尾部溶剂加入口加入50L正己烷，进行连续逆流超声提取，超声波频率为20 KHz，连续逆流超声提取4小时，离心过滤，洗涤万寿菊颗粒，得到52L叶黄素酯浸提液。浸提液30℃真空浓缩，得到4.0L叶黄素酯粗提物。将粗提物通过高径比为5:1，酸性氧化铝装量为12L的树脂柱进行层析。饱和树脂用乙酸乙酯进行解吸，解吸流速为6L/h，得解析液40L。解吸液30℃真空浓缩，得到2.2L叶黄素酯浓缩液。然后缓慢加入6.6L异丙醇，缓慢降温到2℃-8℃，结晶15小时。真空抽滤得到叶黄素酯滤饼后，用预冷好的2℃-8℃的异丙醇洗涤滤饼1-2次，将叶黄素酯湿粉在25℃真空干燥，最后得到1633g叶黄素酯粉末，含98.1%总类胡萝卜素，其中95.1%为全反式叶黄素酯，4.0%为玉米黄质酯，其余为微量其他类胡萝卜素。总类胡萝卜素收率为80.1%。
实施例2
在30℃下，取100kg万寿菊颗粒（含总类胡萝卜素-叶黄素二酯、玉米黄质酯以及其他类胡萝卜素及它们的脂肪酸酯的含量总和为4.2%），从连续逆流超声提取管头部进料口进料，从连续逆流超声提取管尾部溶剂加入口加入500L环己烷，进行连续逆流超声提取，超声波频率为40-50 KHz，连续逆流超声提取2-3小时，板框压滤，洗涤万寿菊颗粒，得到510L叶黄素酯浸提液。浸提液40℃真空浓缩，得到17.1L叶黄素酯粗提物。将粗提物通过高径比为6:1-8:1，中性氧化铝装量为68L的树脂柱进行层析。饱和树脂用乙酸乙酯进行解吸，解吸流速为100L/h，得解析液270L。解吸液40℃真空浓缩，得到6.4L叶黄素酯浓缩液。然后缓慢加入26L乙醇，缓慢降温到2℃-8℃，结晶10小时。真空抽滤得到叶黄素酯滤饼后，用预冷好的2℃-8℃的乙醇洗涤滤饼1-2次，将叶黄素酯湿粉在35℃真空干燥，最后得到3338g叶黄素酯粉末，含98.6%总类胡萝卜素其中95.0%为全反式叶黄素酯，4.1%为玉米黄质酯，其余为微量其他类胡萝卜素。总类胡萝卜素收率为82.3%。
实施例3
在55℃下，将100kg万寿菊颗粒（含总类胡萝卜素-叶黄素二酯、玉米黄质酯以及其他类胡萝卜素及它们的脂肪酸酯的含量总和为2.2%），从连续逆流超声提取管头部进料口进料，从连续逆流超声提取管尾部溶剂加入口加入1000L异丙醚，进行连续逆流超声提取，超声波频率为80 KHz，连续逆流超声提取1小时，膜过滤，洗涤万寿菊颗粒，得到1100L叶黄素酯浸提液。浸提液50℃真空浓缩，得到20.2L叶黄素酯粗提物。将粗提物通过高径比10:1，碱性氧化铝装量为100L的树脂柱进行层析。饱和树脂用乙酸乙酯进行解吸，解吸流速为250L/h，得解析液400L。解吸液50℃真空浓缩，得到10.0L叶黄素酯浓缩液。然后缓慢加入100L乙醇，缓慢降温到2℃-8℃，结晶13小时。真空抽滤得到叶黄素酯滤饼后，用预冷好的2℃-8℃的乙醇洗涤滤饼1-2次，将叶黄素酯湿粉在45℃真空干燥，最后得到3323g叶黄素酯粉末，含98.2%总类胡萝卜素，其中95.2%为全反式叶黄素酯，4.0%为玉米黄质酯，其余为微量其他类胡萝卜素。总类胡萝卜素收率为81.6%。 

Claims (6)

1.一种高纯度全反式叶黄素酯粉末的分离纯化方法，包括下述步骤： 
1）在20℃～55℃下，在万寿菊颗粒中加入非极性溶剂，连续逆流超声提取； 
2）固液分离，得到叶黄素酯浸提液； 
3）叶黄素酯浸提液浓缩，得到叶黄素酯粗提物； 
4）叶黄素酯粗提物注入氧化铝层析柱中，氧化铝为中性氧化铝、酸性氧化铝或碱性氧化铝； 
5）使用溶剂进行柱解吸，收集叶黄素酯解吸液； 
6）叶黄素酯解吸液浓缩，得到叶黄素酯浓缩液； 
7）叶黄素酯浓缩液加入溶剂结晶，固液分离得到叶黄素酯精粉； 
其中步骤1）中的非极性溶剂为烷烃或醚类，加入量为每千克万寿菊颗粒中加入1-10升； 
其中步骤4）中叶黄素酯粗提物的注入体积与氧化铝层析柱的装柱体积比为1：3-1：6，其中氧化铝层析柱的高径比为5：1-10：1； 
其中步骤5）中的溶剂为乙酸乙酯，解吸流速为0.5-2.5柱体积/小时； 
其中步骤7）中的结晶，每升浓缩液中加入3-10升的异丙醇或乙醇，然后缓慢降温到2℃-8℃，结晶10-15小时，固液分离结晶液得到叶黄素酯滤饼，用预冷好的2℃-8℃的异丙醇、乙醇中的一种洗涤滤饼1-2次，25℃-45℃条件下真空干燥，得到叶黄素酯精粉。 
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤1）中连续逆流超声提取时间为1-4小时，超声频率为20-80KHz。 
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤2）中的固液分离为离心过滤、膜过滤或板框压滤。 
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤3）中的浓缩为30-50℃条件下的真空浓缩，浓缩至无溶剂流出。 
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤4）中的氧化铝为中性氧化铝。 
6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤6）中的浓缩为30℃-50℃条件下的真空浓缩，浓缩至无溶剂流出。 
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